CN105428193B - 离子注入装置及离子束的调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离子注入装置及离子束的调整方法，其课题在于在避免离子注入装置的生产率的下降的同时实现能量精度的提高。本发明的离子注入装置的能量分析狭缝(28)构成为可切换标准狭缝开口(110)与高精度狭缝开口(112)，所述标准狭缝开口用于在所给注入条件下进行的注入处理；所述高精度狭缝开口具有比标准狭缝开口(110)高的能量精度，且为了调整高频线性加速器的加速参数而使用。加速参数取决于所给注入条件，以便使向高频线性加速器供给的离子的至少一部分加速至目标能量，并且使通过射束测量部测量的射束电流量与目标射束电流量相当。

Description

离子注入装置及离子束的调整方法
技术领域
本申请主张基于2014年9月11日申请的日本专利申请第2014-184995号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种离子注入装置及离子束的调整方法。
背景技术
已知有一种具有高频线性加速器的离子注入装置。这种离子注入装置通常使用于高能量离子注入。通过高频线性加速器加速或减速的离子束具有某种能量宽度。即从高频线性加速器离开的离子束不仅包括具有所希望的能量的离子还包括具有比所希望的能量高的(或低的)能量的离子。因此，可以在高频线性加速器的下游设置能量分析磁铁及能量分析狭缝。能量分析磁铁能够将被加速或减速的离子之间的能量偏离转换成离子轨道的偏离。能量分析狭缝配置于具有某种特定能量的离子的轨道上，因此具有该能量的离子通过能量分析狭缝而导入被处理物。
专利文献1：日本特公平6－28146号公报
专利文献2：日本专利第3448731号公报
最为理想的是，能量分析狭缝仅供具有所希望的能量的离子通过，并截断具有与之不同能量的离子。但是，实际上能量分析狭缝具有某种较小的狭缝宽度。因此，能量分析狭缝不仅供具有所希望的能量的离子通过，还供具有比所希望的能量稍高的(或稍低的)离子通过。
能量分析狭缝的狭缝宽度越窄分解能越高，这有助于提高向被处理物的注入能量精度。但是，通过狭缝的离子束量变小，因此使得离子注入装置的生产率下降。这样，在现有的高能量离子注入装置中，有关能量分析狭缝的设计，处于能量精度与生产率之间的权衡关系。
发明内容
本发明的一种方式的例示性目的之一在于，避免离子注入装置的生产率的下降的同时实现能量精度的提高。
根据本发明的一种方式提供离子注入装置，其中，所述离子注入装置具备：高频线性加速器，按照加速参数对所供给的离子进行加速；能量分析磁铁，配设于所述高频线性加速器的下游；能量分析狭缝组件，配设于所述能量分析磁铁的下游；射束测量部，在所述能量分析狭缝组件的下游测量射束电流量；及控制器，根据所给注入条件确定所述加速参数，所述加速参数被确定为，使所述供给的离子的至少一部分加速至目标能量，并且使通过所述射束测量部测量的射束电流量与目标射束电流量相当，所述能量分析狭缝组件构成为可切换标准狭缝开口与高精度狭缝开口，所述标准狭缝开口用于在所述所给注入条件下进行的注入处理；所述高精度狭缝开口具有比所述标准狭缝开口高的能量精度，且为了调整所述加速参数而使用。
根据本发明的一种方式提供离子注入装置，其中，所述离子注入装置具备：高频线性加速器，按照加速参数对所供给的离子进行加速；能量分析磁铁，配设于所述高频线性加速器的下游，向与射束行进方向正交的纵向生成离子偏转磁场；能量分析狭缝组件，配设于所述能量分析磁铁的下游，且构成为可切换标准狭缝开口与高精度狭缝开口，所述标准狭缝开口在与所述射束行进方向及所述纵向正交的横向具有第1狭缝宽度；所述高精度狭缝开口在所述横向具有比所述第1狭缝宽度窄的第2狭缝宽度；射束测量部，在所述能量分析狭缝组件的下游测量射束电流量；及控制器，根据使用所述高精度狭缝开口并通过所述射束测量部测量的射束电流量确定所述加速参数。
根据本发明的一种方式提供离子束的调整方法，其中，该方法为离子注入装置中的离子束的调整方法，所述离子注入装置具备：高频线性加速器，按照加速参数对所供给的离子进行加速；能量分析磁铁，配设于所述高频线性加速器的下游；及能量分析狭缝组件，配设于所述能量分析磁铁的下游，所述能量分析狭缝组件构成为可切换标准狭缝开口与高精度狭缝开口，所述标准狭缝开口用于在所给注入条件下进行的注入处理；所述高精度狭缝开口具有比所述标准狭缝开口高的能量精度，且用于确定所述加速参数，所述方法具备如下步骤：将所述能量分析狭缝组件切换成所述高精度狭缝开口；在所述高精度狭缝开口的下游测量射束电流量；根据所述所给注入条件确定所述加速参数，以便将所述所供给的离子的至少一部分加速成目标能量，并且所测量的射束电流量与目标射束电流量相当。
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、系统、计算机程序、数据结构、存储介质等之间相互置换的方式作为本发明的方式也有效。
发明效果
根据本发明，能够在避免离子注入装置的生产率的下降的同时实现能量精度的提高。
附图说明
图1是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俯视图。
图2是概略表示图1所示的离子注入装置的构成要件的配置的图。
图3是表示图1及图2所示的高能量多级直线加速单元的控制器的概略结构的框图。
图4是本发明的一种实施方式所涉及的能量分析狭缝的示意图。
图5是例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6是例示本发明的一种实施方式所涉及的离子束的调整方法的流程图。
图7是例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8例示出本发明的一种实施方式所涉及的能量频谱。
图9是表示能量宽度为0％、且中心能量偏离为0％的射束通过放置于其焦点附近的1条能量分析狭缝的情况的示意图。
图10是表示通过偏转单元将最初具有±4％的能量宽度的射束通过一条能量分析狭缝截断而变成具有±2.5％的能量宽度的射束的情况的示意图。
图11是用于说明在图10的能量分析电磁铁(EFM)入口(5.6m附近)及能量分析狭缝的入口和出口(7.4m附近)的射束的横向空间分布与所对应的能量分布的图。
图12是表示通过具有能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝的偏转单元将最初具有±4％的能量宽度的射束通过一条能量分析狭缝截断而变成具有±2.5％的能量宽度的射束的情况的示意图。
图13是用于说明图12的能量分析电磁铁(EFM)入口、能量宽度限制狭缝的入口和出口及能量分析狭缝的入口和出口的射束的横向空间分布与所对应的能量分布的图。
图14是表示能量宽度为0％、且中心能量偏离为3％的射束通过能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝的情況的示意图。
图15是表示能量宽度为±4％、且中心能量偏离为+3％的射束被整形的情况的示意图。
图16是用于说明在图15的能量分析电磁铁(EFM)入口、能量宽度限制狭缝的入口和出口及能量分析狭缝的入口和出口的射束的横向空间分布与所对应的能量分布的图。
图中：10-离子源，12-离子束生成单元，14-高能量多级直线加速单元，14a-高频谐振器，15a-第1线性加速器，15b-第2线性加速器，16-射束偏转单元，18-射束传输线单元，20-基板处理供给单元，21-真空处理室，24-能量分析磁铁，26-横向会聚四极透镜，27-能量宽度限制狭缝，28-能量分析狭缝，38-最终能量过滤器，40-晶片，54-控制运算装置，70-参数存储装置，80a-第1射束测量器，80b-第2射束测量器，80c-第3射束测量器，90-晶片输送装置，92-装卸台，100-离子注入装置，110-标准狭缝开口，112-高精度狭缝开口，114-狭缝板，116-狭缝驱动部，B-离子束，W1-第1狭缝宽度，W2-第2狭缝宽度。
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，附图说明中对相同的要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述结构为例示，并不对本发明的范围做任何限定。
图1是概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置100的俯视图。图2是概略表示图1所示的离子注入装置100的构成要件的配置的图。离子注入装置100适于所谓的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置为具有高频线性加速方式的离子加速器和高能量离子传输用射束线的离子注入装置。高能量离子注入装置将在离子源10产生的离子加速为高能量，并沿着射束线将以此获得的离子束B传输至被处理物(例如基板或者晶片40)，将离子注入到被处理物。
如图1和/或图2所示，离子注入装置100具备：离子束生成单元12，生成离子并进行质谱分析；高能量多级直线加速单元14，按照加速参数对从离子束生成单元12供给到的离子进行加速；射束偏转单元16，将离子束B的轨道弯曲成U字形；射束传输线单元18，将离子束B传输至晶片40；及基板处理供给单元20，将所传输的离子束B均匀地注入到半导体晶片。
如图2所示，离子束生成单元12具有离子源10、引出电极11及质谱分析装置22。离子束生成单元12中，射束从离子源10通过引出电极11被引出的同时被加速，被引出加速的射束通过质谱分析装置22进行质谱分析。质谱分析装置22具有质谱分析磁铁22a和质谱分析狭缝22b。质谱分析狭缝22b配置于质谱分析装置22的下一个构成要件即高能量多级直线加速单元14的入口部内。另外，质谱分析狭缝22b也可以配置于质谱分析磁铁22a的紧跟着的后方(即高能量多级直线加速单元14的紧跟着的前方)。
高能量多级直线加速单元14的直线加速部壳体内的最前方配置有用于测量离子束的总射束电流的第1射束测量器80a。第1射束测量器80a构成为可通过驱动机构在射束线上从上下方向进出。第1射束测量器80a例如为法拉第杯。该法拉第杯也被称为注入器法拉第杯。注入器法拉第杯构成为在垂直方向偏长的长方形的斗状形状，且使开口部朝向射束线上游侧。第1射束测量器80a在调整离子源10和/或质谱分析磁铁22a时为了测量离子束B的总射束电流而使用。并且，第1射束测量器80a也可以根据需要在射束线上为完全截断到达射束线下游的离子束B而使用。
经质谱分析装置22进行质谱分析的结果，仅筛选出注入所需的离子种类，所选的离子种类的离子束B被导入到下一个高能量多级直线加速单元14。高能量多级直线加速单元14具备用于一般的高能量离子注入的第1线性加速器15a。第1线性加速器15a具备1个以上的(例如多个)高频谐振器14a。高能量多级直线加速单元14除第1线性加速器15a之外也可以具备第2线性加速器15b。第2线性加速器15b为了进行超高能量离子注入而与第1线性加速器15a一起使用。第2线性加速器15b具备1个以上的(例如多个)高频谐振器14a。通过高能量多级直线加速单元14加速的离子束B的方向通过射束偏转单元16发生变化。
第1线性加速器15a具备多个高频谐振器14a和多个会聚发散透镜64。高频谐振器14a具备筒状的电极。会聚发散透镜64例如为电场透镜(例如静电四极电极(Q透镜))。会聚发散透镜64也可以是磁场透镜(例如四极电磁铁)。高频谐振器14a的筒状电极与会聚发散透镜64(例如Q透镜)成一列交替排列，离子束B通过它们的中心。第2线性加速器15b也与第1线性加速器15a同样具备多个高频谐振器14a和多个会聚发散透镜64。
会聚发散透镜64为了在加速中途或加速之后控制离子束B的会聚发散并有效传输离子束B而设。在高频线性加速器的内部或其前后配置有所需数量的会聚发散透镜64。横向会聚透镜64a与纵向会聚透镜64b交替排列。即横向会聚透镜64a配置于高频谐振器14a的筒状电极的前方(或者后方)，纵向会聚透镜64b配置于高频谐振器14a的筒状电极的后方(或者前方)。并且，第2线性加速器15b的末端的横向会聚透镜64a的后方配置有新增的纵向会聚透镜64b。通过高能量多级直线加速单元14的离子束B的会聚及发散被调整，由此，最佳的二维射束剖面的离子束B入射到后级的射束偏转单元16。
高频线性加速器中作为高频(RF)的加速参数考虑施加于各高频谐振器14a的筒状电极的电压的振幅V[kV]、频率f[Hz]。进行多级高频加速时将高频谐振器14a彼此的相位φ[deg]也追加到加速参数中。这些振幅V、频率f及相位φ为高频(RF)的参数。频率f也可以使用固定值。并且，还考虑会聚发散透镜64的运转参数(也称为会聚发散参数)。会聚发散参数例如为Q透镜电压。
从高能量多级直线加速单元14离开的高能量的离子束B具有某种范围的能量分布。因此，希望事先实施高精度的能量分析、中心轨道补正及射束会聚发散的调整，以便经过高能量的离子束B的扫描及平行化而以所希望的注入精度照射到晶片40。
射束偏转单元16进行高能量离子束的能量分析、中心轨道补正及能量分散的控制。射束偏转单元16具备至少2个高精度偏转电磁铁、至少1个能量宽度限制狭缝及能量分析狭缝以及至少1个横向会聚设备。多个偏转电磁铁构成为进行高能量离子束的能量分析、离子注入角度的精密补正及能量分散的抑制。
射束偏转单元16自上游依次具备能量分析磁铁24、能量宽度限制狭缝27、横向会聚四极透镜26、能量分析狭缝组件(以下还称为能量分析狭缝)28及转向磁铁30。能量分析磁铁24配设于高能量多级直线加速单元14的下游。能量宽度限制狭缝27及能量分析狭缝28的详细内容将后述。横向会聚四极透镜26抑制能量分散。转向磁铁30提供转向(轨道补正)。离子束B的方向通过射束偏转单元16被转换，而朝向晶片40的方向。
能量分析狭缝28的下游设置有测量射束电流量的第2射束测量器80b。第2射束测量器80b配置于扫描室内的最前方即射束整形器32的正前方。第2射束测量器80b构成为可通过驱动机构在射束线上从上下方向进出。第2射束测量器80b例如为法拉第杯。该法拉第杯也被称为分解器法拉第杯。分解器法拉第杯构成为在水平方向偏长的长方形的斗形形状，使开口部朝向射束线上游侧。第2射束测量器80b在调整高能量多级直线加速单元14和/或射束偏转单元16时为测量离子束B的总射束电流而使用。并且，第2射束测量器80b可以根据需要为在射束线上完全截断到达射束线下游的离子束B而使用。
能量分析磁铁24为射束偏转单元16的多个偏转电磁铁中最上游侧的1个磁铁。能量分析磁铁24有时还被称为能量过滤磁铁(EFM)。转向磁铁30为射束偏转单元16的多个偏转电磁铁中最下游侧的1个磁铁。
正在通过射束偏转单元16的偏转电磁铁的离子上施加有离心力和洛仑兹力，通过这些力的平衡描绘圆弧形轨迹。若以公式表示该平衡，则为mv＝qBr。m为离子的质量，v为速度，q为离子价，B为偏转电磁铁的磁通量密度，r为轨迹的曲率半径。只有该轨迹的曲率半径r与偏转电磁铁的磁极中心的曲率半径一致的离子才能通过偏转电磁铁。换言之，离子价数相同时，能够通过施加有恒定磁场B的偏转电磁铁的只有具有特定动量mv的离子。能量分析电磁铁24实际上为分析离子的动量的装置。同样，转向磁铁30和质谱分析磁铁22a也均为动量过滤器。
射束偏转单元16通过使用多个电磁铁能够使离子束B偏转180°。由此，能够以简单的结构实现射束线为U字形的高能量离子注入装置。能量分析磁铁24及转向磁铁30的偏转角度分别为90度，其结果，合计偏转角度为180度。另外，用一个磁铁进行的偏转量不限于90°，也可以是下列组合。
(1)1个偏转量为90°的磁铁+2个偏转量为45°的磁铁
(2)3个偏转量为60°的磁铁
(3)4个偏转量为45°的磁铁
(4)6个偏转量为30°的磁铁
(5)1个偏转量为60°的磁铁+1个偏转量为120°的磁铁
(6)1个偏转量为30°的磁铁+1个偏转量为150°的磁铁
能量分析电磁铁24需要较高的磁场精度，因此其上安装有进行精密的磁场测定的高精度磁场测定器86。磁场测定器86为适当组合还被称为MRP(磁共振探头)的NMR(核磁共振)探头与霍尔探头的设备，MRP使用于霍尔探头的校正；霍尔探头使用于磁场恒定的反馈控制。并且，能量分析磁铁24以严格的精度制作，以使磁场的不均性小于0.01％。在转向磁铁30上也同样设有磁场测定器86。另外，转向磁铁30的磁场测定器86上可以仅安装有霍尔探头。此外，能量分析磁铁24及转向磁铁30上分别连接有电流设定精度和电流稳定度在1×10-4以内的电源及其控制设备。
射束传输线单元18传输从射束偏转单元16离开的离子束B，且具有由会聚发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及静电式最终能量过滤器38。最终能量过滤器38包括最终能量分析狭缝。射束传输线单元18的长度配合离子束生成单元12和高能量多级直线加速单元14的总长而设计。射束传输线单元18通过射束偏转单元16与高能量多级直线加速单元14连结，整体形成U字形布局。
射束传输线单元18的下游侧的末端设有基板处理供给单元20。基板处理供给单元20具有用于在注入处理中将离子束B照射到晶片40的真空处理室21。在真空处理室21内容纳有：射束监测器，测量离子束B的射束电流、位置、注入角度、会聚发散角、上下左右方向的离子分布等；抗静电装置，防止由离子束B产生的晶片40的静电；晶片输送机构，搬入和搬出晶片40并设置到适当的位置/角度；ESC(Electro Static Chuck)，在离子注入过程中保持晶片40；及晶片扫描机构，在注入过程中以与射束电流的变动相应的速度使晶片40向与射束扫描方向呈直角的方向移动。
基板处理供给单元20中，第3射束测量器80c设置于离子注入位置的后方。第3射束测量器80c例如为测量离子束B的总射束电流的固定式横长法拉第杯。该横长法拉第杯也被称为调节法拉第杯。第3射束测量器80c具有能够在晶片区域测量离子束B的整体扫描范围的射束电流测量功能。第3射束测量器80c构成为在射束线的最下游测量最终设置的射束。
如图1所示，基板处理供给单元20中与真空处理室21相邻设有晶片输送装置90。晶片输送装置90具备中间输送室、过渡室及大气输送部。晶片输送装置90构成为，将存储于装卸台92的晶片等被处理物输送至真空处理室21。晶片从装卸台92经由大气输送部、过渡室及中间输送室被搬入到真空处理室21。另一方面，接受离子注入处理的晶片经由中间输送室、过渡室及大气输送部被搬出到装卸台92。
这样，离子注入装置100的射束线部构成为具有对置的2条长直线部的水平U字形的折回型射束线。上游的长直线部由对在离子源10生成的离子束B加速的多个单元构成。下游的长直线部由通过调整方向相对于上游的长直线部被转换的离子束B而注入到晶片40的多个单元构成。2条长直线部构成为长度几乎相同。2条长直线部之间设有用于进行维护作业的充分宽敞的作业空间R1。
这样将单元配置成U字形的高能量离子注入装置可抑制设置面积的同时确保良好的作业性。并且，高能量离子注入装置中，通过将各单元和装置设为模块结构，能够配合射束线基准位置进行装卸和组装。
并且，由于高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18折回配置，因此能够抑制高能量离子注入装置的全长。以往装置中它们大致配置成直线形。并且，构成射束偏转单元16的多个偏转电磁铁的曲率半径以装置宽度最小的方式被优化。基于这些结构能够将装置的设置面积最小化的同时，在夹于高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18之间的作业空间R1对高能量多级直线加速单元14或射束传输线单元18的各装置进行作业。并且，维护间隔较短的离子源10和需要供给/取出基板的基板处理供给单元20相邻配置，因此工作人员可以较少移动。
图3是表示图1及图2所示的高能量多级直线加速单元14的控制器的概略结构的框图。作为用于高能量多级直线加速单元14的控制的构成要件而设有用于供操作人员输入所需的条件的输入装置52、用于根据所输入的条件进行各种参数的数值计算，并进一步用于控制各构成要件的控制运算装置54、用于调整高频电压振幅的振幅控制装置56、用于调整高频相位的相位控制装置58、用于控制高频频率的频率控制装置60、用于高频谐振器14a的高频电源62、用于会聚发散透镜64的会聚发散透镜电源66、用于显示加速参数、会聚发散参数及其他信息的显示装置68以及用于预先储存已确定的参数的参数存储装置70。
输入装置52中输入有注入条件和/或用于基于注入条件的参数计算的初始条件。所输入的条件中例如有作为入射条件的引出电极11的引出电压、离子质量、离子价、作为出射条件的最终能量。
高频线性加速器的控制运算装置54中内置有用于预先将各种参数数值计算的数值计算码(程序)。控制运算装置54通过内置的数值计算码以所输入的条件为依据模拟离子束的加速以及会聚发散，并以可获得最佳的传输效率的方式计算加速参数(电压振幅、频率、相位)。并且，控制运算装置54还计算用于有效地传输离子束的会聚发散透镜64的运转参数(例如Q线圈电流、或者Q电极电压)。所输入的条件及计算的各种参数显示于显示装置68。对于超过高能量多级直线加速单元的14的能力的加速条件，在显示装置68显示无解。加速参数及会聚发散参数的计算方法的一例的详细内容公开于其整体例如通过参考援用于本说明书中的日本专利第3448731号公报。
电压振幅参数从控制运算装置54被送到振幅控制装置56，振幅控制装置56调整高频电源62的振幅。相位参数被送到相位控制装置58，相位控制装置58调整高频电源62的相位。频率参数被送到频率控制装置60。频率控制装置60控制高频电源62的输出频率，并且控制高能量多级直线加速单元14的高频谐振器14a的共振频率。控制运算装置54并且还通过所计算的会聚发散参数控制会聚发散透镜电源66。
控制运算装置54可以构成为控制离子注入装置100的其他构成要件(例如包含于离子束生成单元12、射束偏转单元16、射束传输线单元18及基板处理供给单元20中的任一个中的至少1个构成要件)。控制运算装置54可以根据离子注入装置100的至少1个测量部(例如第1射束测量器80a、第2射束测量器80b和/或第3射束测量器80c)的测量结果控制离子注入装置100的至少1个构成要件(例如能量分析狭缝28)。并且，分别连接于能量分析磁铁24及转向磁铁30的电源及其控制设备可通过控制运算装置54得到控制。
然而，通过高频线性加速器加速或者减速的射束具有某种能量宽度。能量分析狭缝28的狭缝宽度由于具有有限的大小(即狭缝宽度为非零)，因此能量分析狭缝不仅可供具有所希望的能量的离子，还供能量稍高于所希望的能量的(或者稍低的)离子通过。因此，传输至射束线的下游的射束也根据狭缝宽度而具有微小的能量宽度。
如上所述，离子注入装置100在射束线的最下游具有进行能量分析的最终能量过滤器38。最终能量过滤器38的设定电压取决于所通过的离子的能量。最终能量过滤器38中离子的弯曲角与能量成反比例。当弯曲角例如为15度时，若能量发生1％的变化，则弯曲角改变0.15度。即1％的能量误差相当于0.15度的注入角度误差。尤其在高能量离子注入中，这种注入角度误差时常无法被忽略。例如，当向较高的沟槽结构的底部注入时，注入角度相对于晶片的法线有可能大致呈0度。此时，离子的注入深度对于沟流现象非常敏感，会因微小的角度差而导致深度方向的离子的密度分布产生较大变化。
若充分地将能量分析狭缝28的狭缝宽度缩小，则有可能减少或防止上述注入角度误差。但是，狭缝宽度的缩小会带来所传输的离子束量的减少，因此降低离子注入装置100的生产率。当重视生产率时，希望采用某种较宽的狭缝宽度。例如，用于根据某种装置规格而确保所希望的生产率的狭缝宽度例如相当于2.5％的能量精度。
进行所给注入处理的生产阶段之前期，准备有用于其注入处理的离子束B。这种准备阶段包括所谓的自动安装程序。自动安装程序为在能量分析狭缝28的下游监测射束电流，同时自动调整(调节)离子注入装置100的各设备以使离子束量成为所希望的值的处理。自动安装程序期间，射束电流例如通过第2射束测量器80b或者第3射束测量器80c而被监测。
通常能想到的被能量分析的离子束B的能量分布为以狭缝宽度的中心具有峰值的单峰型形状的分布。但是经本发明人等的研究发现这种认识根据情况有可能会不准确。例如，当采用如上所述的较宽的狭缝宽度(例如±2.5％)并利用该狭缝执行自动安装程序时，经自动安装程序之后获得的射束线下游的离子束B有可能具有偏离理想的单峰形状的能量分布。这样一来，所注入的离子束B中有可能意外包含具有不同于目标能量的能量的离子。因此，以下对对应这种课题的方法进行详述。
一种实施方式中，离子注入装置100构成为通过高能量多级直线加速单元14对离子束B进行加速，并通过能量分析磁铁24和能量分析狭缝28进行能量分析。离子注入装置100构成为，在将配置于能量分析磁铁24的后方的能量分析狭缝28的横向开口宽度设得比一般的宽度窄的状态下，调整离子注入装置100的至少1个参数，并通过对经调整的射束测量结果进行反馈，而获得最佳的能量精度及最佳射束电流量的射束。
图4是本发明的一种实施方式所涉及的能量分析狭缝28的示意图。能量分析狭缝28构成为可切换标准狭缝开口110与高精度狭缝开口112。标准狭缝开口110用于在所给注入条件下进行的注入处理。高精度狭缝开口112具有比标准狭缝开口110高的能量精度，且为调整加速参数而使用。
标准狭缝开口110横向具有第1狭缝宽度W1。高精度狭缝开口112横向具有第2狭缝宽度W2。横向上第2狭缝宽度W2比第1狭缝宽度W1窄。第2狭缝宽度W2例如为第1狭缝宽度W1的1/5。在此，横向为与射束行进方向及纵向正交的方向。纵向为能量分析磁铁24生成的磁场的方向。如上所述，能量分析磁铁24生成使从高能量多级直线加速单元14离开的离子偏转。即高精度狭缝开口112中，能量分析磁铁24的偏转面内与离子束B的基准轨道垂直方向的宽度比标准狭缝开口110窄。
高精度狭缝开口112与标准狭缝开口110独立形成。如图4所示，标准狭缝开口110及高精度狭缝开口112形成于1个狭缝板114。在狭缝板114上，高精度狭缝开口112形成于与标准狭缝开口110在横向上不同的位置。并且，高精度狭缝开口112形成为纵向位于与标准狭缝开口110相同的位置且具有相同的宽度。
能量分析狭缝28构成为可在标准狭缝开口110和高精度狭缝开口112之中进行选择。能量分析狭缝28具备横向驱动狭缝板114的狭缝驱动部116。各自使用标准狭缝开口110和高精度狭缝开口112时，横向定位，以供具有目标能量的离子通过。图4的上部示出离子束B入射到标准狭缝开口110的情况，图4的下部示出离子束B入射到高精度狭缝开口112的情形。能量分析狭缝28还能够被称为可选择的鉴别孔隙(SRA)。
图5为例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。该方法包括准备阶段和生产阶段。准备阶段包括前期准备或者准备工序(S100)。生产阶段包括离子注入装置100的实际运用(S200)。
控制器(例如控制运算装置54，下同)在赋予新的注入条件(也称为注入制法)时执行前期准备。详细而言，如参考图6所说明的，前期准备中使用高精度狭缝开口112创建数据集历史。数据集按照每个注入条件制作。
结束前期准备之后，利用输送容器(例如晶片盒)晶片40被搬入离子注入装置100。因此，加速参数在晶片40被输送到真空处理室21(例如装卸台92)之前被确定。即加速参数在所谓批量处理开始之前被确定。
输送容器为用于在离子注入装置100与其他装置之间输送晶片40的容器，能够容纳1片或多片晶片40。输送容器以可将晶片40从输送容器搬入(或可搬出)到真空处理室21的方式安装于晶片输送装置90。输送容器可通过输送装置自动输送，或者可通过操作人员人工输送。
若输送容器安装于真空处理室21，则控制器能够开始实际运用。详细而言，如参考图7所说明的，实际运用中控制器使用标准狭缝开口110执行自动安装程序及注入处理。控制器可收到允许执行自动安装程序(或者注入处理)的操作人员的指令而开始自动安装程序(或者注入处理)。
图6是例示本发明的一种实施方式所涉及的离子束的调整方法的流程图。该方法相当于图5所示的前期准备(S100)。作为前期准备，控制器确定与接下来要执行的新的注入条件对应的数据集。控制器根据通过射束测量部测量的射束电流量确定数据集。
数据集例如包括高能量多级直线加速单元14的运转参数(上述加速参数及会聚发散参数)及源参数。源参数例如包括离子源10的控制参数和引出电极11的设定值。作为离子源10的控制参数例如有电弧电流、电弧电压、源气体流量、源磁铁电流。源磁铁形成电子封闭磁场。作为引出电极11的设定值例如有引出间隙间隔、电极左右位置及电极倾斜率。
被确定为数据集测量的射束电流量与目标射束电流量相当。将加速参数确定为，高能量多级直线加速单元14中离子加速成目标能量，并且，所测量的射束电流量与目标射束电流量相当。在此，目标能量及目标射束电流量取决于所赋予的注入条件。例如，目标能量及目标射束电流量各自注入到晶片40的注入能量及注入射束电流量可以相等。
如图6所示，前期准备(S100)中控制器最开始制作初始数据集(S102)。初始数据集为根据所输入的新的注入条件确定的数据集的初始值。控制器能够利用适当的任意公知方法确定初始数据集。例如，控制器利用如上所述的公开于日本专利第3448731号公报的方法确定加速参数及会聚发散参数的初始值。控制器可以将所输入的注入条件及被确定的参数初始值存储于参数存储装置70或者其他存储装置。
控制器执行源射束启动(S104)。即控制器使用初始数据集开始离子注入装置100的运转。离子束生成单元12及高能量多级直线加速单元14被起动，按照源参数、加速参数及会聚发散参数的各个初始值生成离子束B。
控制器将能量分析狭缝28从标准狭缝开口110切换成高精度狭缝开口112(S106)。当能量分析狭缝28已被切换成高精度狭缝开口112时，高精度狭缝开口112维持在其位置。这样，高精度狭缝开口112以配置于离子束B的轨道上的方式被横向定位。
控制器调整(调节)包含于数据集中的参数(S108)。控制器例如按照规定顺序调整源参数、加速参数及会聚发散参数。控制器可以每调整一次都将所调整的参数存储于参数存储装置70。
接着，控制器判定是否获取峰值射束电流(S110)。例如，控制器判定在能量分析狭缝28的下游测量的射束电流量是否达到某种阈值。该阈值为例如小于根据目标射束电流量而定的目标射束电流量的值。射束电流例如通过第2射束测量器80b测量。此时能量分析狭缝28被切换成高精度狭缝开口112，因此测量通过高精度狭缝开口112的离子束B的射束电流。
当所测量的射束电流小于阈值时(S110的N)，控制器再次执行数据集的调整(S108)，且再次判定是否获取峰值射束电流(S110)。
如此，控制器能够将数据集的各参数调整为使所测量的射束电流量增加。初次参数调整中，控制器将数据集的各参数调整为使所测量的射束电流量从初始射束电流量增加。初始射束电流量为按照参数的初始值运转离子注入装置100时使用高精度狭缝开口112而测量的射束电流量。以后的参数调整中，控制器将数据集的各参数重新调整为所测量的射束电流量从上一次调整射束电流量增加。在此，上一次调整射束电流量为按照上一次所调整的参数运转离子注入装置100时使用高精度狭缝开口112而测量的射束电流量。
例如加速参数的初始调整中，控制器将加速参数调整为，使测量的射束电流量与按照加速参数的初始值运转高能量多级直线加速单元14时相比增加。并且，加速参数的接下来的调整中，控制器将加速参数重新调整为，使所测量的射束电流量与按照上一次调整的加速参数运转高能量多级直线加速单元14时相比增加。控制器对于源参数及会聚发散参数也进行同样的调整。
当所测量的射束电流达到阈值时(S110的Y)，控制器将能量分析狭缝28从高精度狭缝开口112切换成标准狭缝开口110(S112)。以标准狭缝开口110配置于离子束B的轨道上的方式被横向定位。这样，在控制器进行参数调整(S108)之后切换能量分析狭缝28。
控制器判定是否获取目标射束电流量(S114)。例如，控制器判定在能量分析狭缝28的下游测量的射束电流量是否达到目标射束电流量。此时能量分析狭缝28被切换成标准狭缝开口110，由此而测量通过标准狭缝开口110的离子束B的射束电流。射束电流例如通过第2射束测量器80b测量。
当所测量的射束电流小于目标射束电流量时(S114的N)，控制器再度将能量分析狭缝28从标准狭缝开口110切换成高精度狭缝开口112(S106)。接着，控制器如上所述再次执行参数的调整(S108)，并再次判定是否获取峰值射束电流(S110)。如此，控制器一边切换标准狭缝开口110与高精度狭缝开口112，一边重复调节参数，直至获得目标的射束电流量。
当所测量的射束电流达到目标射束电流量时(S114的Y)，控制器将所调整的参数存储于参数存储装置70(S116)。尤其，控制器将所调整的加速参数作为有关所输入的注入条件(例如注入能量)的最佳加速参数而存储于参数存储装置70。
如此，控制器执行参数的优化处理。即控制器从基于所给注入条件的临时设定的初始值逐渐调整参数，以满足该注入条件的离子束有效地传输至射束线下游的方式将参数更新为最佳值。例如，关于加速参数，控制器从基于目标能量的临时设定的初始值逐渐调整加速参数，并以离子在高能量多级直线加速单元14中有效地加速为该目标能量的方式将加速参数更新为最佳值。
另外，控制器不仅在所测量的射束电流小于上述阈值或者目标射束电流量时，而且在射束电流过剩时也可以重新调整数据集的至少1个参数。此时，优选控制器重新调整加速参数以外的参数。假如重新调整加速参数，则会出现加速能量脱离重新调整之前的最佳值的不良结果。因为，通过如此进行重新调整能够简单地减少射束电流。因此，控制器可以为减少射束电流而例如重新调整上述源参数。或者，控制器可以为减少射束电流而控制用于调整入射到高频线性加速器的离子束量的射束电流调整装置。该射束电流调整装置可以具备配置于质谱分析狭缝22b的下游(例如正后方)的可变孔径(例如，CVA(ContinuouslyVariable Aperture))。可变孔径可以配置于高频线性加速器的入口。
参考图6说明的离子束调整方法通常只在向控制器赋予新的注入条件时执执行一次。但是，当进行离子注入装置100(例如高能量多级直线加速单元14)的维护或修理时，控制器可按照之前所获得的注入条件通过本方法修正数据集。
图7是例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。该方法相当于图5所示的实际运用(S200)。控制器载入注入制法(S202)。即控制器从参数存储装置70或者其他存储装置读取此次执行的注入处理的注入条件。
控制器将能量分析狭缝28从高精度狭缝开口112切换成标准狭缝开口110(S204)。当能量分析狭缝28已被切换成标准狭缝开口110时，标准狭缝开口110维持该位置。如此，标准狭缝开口110以配置于离子束B的轨道上的方式被横向定位。
实际运用中，在此之后控制器可以禁止从能量分析狭缝28的标准狭缝开口110到高精度狭缝开口112的切换。控制器至少在自动安装程序期间禁止能量分析狭缝28的切换。因此，在自动安装程序及继该程序之后的注入处理中使用标准狭缝开口110。
控制器从参数存储装置70读取与载入的注入制法对应的数据集，并按照该数据集设定离子注入装置100的各设备(S206)。例如，控制器从参数存储装置70读取与注入条件中的注入能量对应的最佳加速参数，并将该参数设定在高能量多级直线加速单元14。
控制器执行自动安装程序(S208)。通过自动安装程序准备满足所读取的注入条件的离子束B。
该自动安装程序为通过调整与高频谐振器14a不同的离子注入装置100的至少1个构成要件而调整射束电流量的处理。具体而言，控制器如上所述一边监测射束电流一边调整离子注入装置100的各设备，以使离子束量成为所希望的值。射束电流例如通过第2射束测量器80b或第3射束测量器80c测量。控制器在自动安装程序中例如调整离子源10的控制参数、引出电极11的设定值和/或会聚发散透镜64的运转参数。这些调整不会影响基于高能量多级直线加速单元14的加速能量。另外自动安装程序中除射束电流调整之外还可以包含射束角度调整和/或均匀性调整。
控制器禁止自动安装程序中的最佳加速参数的变更。因此，自动安装程序及注入处理期间，高能量多级直线加速单元14按照在预处理(S100)中确定的最佳加速参数而运转。
若自动安装程序结束，则控制器执行对于晶片40的注入处理(S210)。一片或多片晶片40通过晶片输送装置90搬入到真空处理室21的离子注入位置，并将离子束B照射到晶片40。之后，晶片40通过晶片输送装置90从真空处理室21被搬出。重复这种注入处理，直至处理完所需片数的晶片40。
接着，控制器可以执行使用其他注入条件的注入处理。此时，读取其他注入条件，通过自动安装程序准备满足该注入条件的离子束B。如此，执行注入处理。在某种注入条件下，可以使用高精度狭缝开口112而不使用标准狭缝开口110。例如，在该注入条件下所要求的能量宽度比通过标准狭缝开口110实现的能量宽度小时，可以使用高精度狭缝开口112。此时，在执行自动安装程序之前，控制器可以将能量分析狭缝28从标准狭缝开口110切换成高精度狭缝开口112。但是，当通过使用高精度狭缝开口112，而使得射束电流量低于该注入条件下的目标射束电流量时，可使用标准狭缝开口110，而不使用高精度狭缝开口112。
图8例示出本发明的一种实施方式所涉及的能量频谱。图8中纵轴表示射束电流，横轴表示能量。横轴的能量为换算能量分析磁铁24中的偏转磁场的能量值的、相对于目标能量的相对值。因此，具有良好的能量精度的优选离子束在能量值为1时，向射束电流赋予具有清晰的峰值的能量频谱。
图8所示的能量频谱D是使用高精度狭缝开口112来执行加速参数的调整时获得的。能量频谱E是使用标准狭缝开口110来执行加速参数的调整时获得的。能量频谱F是调整加速参数之前的。图8中作为参考图示出与所使用的标准狭缝开口110及高精度狭缝开口112各自的狭缝宽度对应的能量宽度。
从能量频谱F可知，参数调整之前的离子束在目标能量上不具有清晰的峰值，而包含加速成广泛的能量范围的离子。另一方面，根据能量频谱D及E可知，相对应的离子束中包含很多具有目标能量及其附近的能量的离子。但是，能量频谱E不具有与目标能量一致的峰值，而在低于目标能量的一侧具有一个峰值，在高于目标能量一侧还有一个峰值。因此，具有与目标能量一致的能量的离子比较少。2个峰值分别从目标能量大致偏离1％。如上所述，具有这种能量偏离的离子具有与偏离相应的角度误差而注入到晶片40。
与此相对，能量频谱D具有与目标能量一致的单一且显著的峰值。如此，能够获得最佳的能量精度以及最佳射束电流量的离子束B。因此，通过使用高精度狭缝开口112，能够在维持离子注入装置的生产率的同时实现能量精度的提高。
与狭缝宽度的缩小成反比例，而提高能量分解能。因此，例如当高精度狭缝开口112具有标准狭缝开口110的1/5的狭缝宽度时，能量分解能提高5倍。
并且，如上所述，在自动安装程序中禁止能量分析狭缝28的切换。因此，能够防止基于狭缝切换的扬尘。并且，与进行切换时相比，能够缩短自动安装程序所需的时间。
此外，在自动安装程序禁止变更加速参数。这也与自动安装程序中调整加速参数时相比有助于缩短自动安装程序所需的时间。
原理上，在能量分析磁铁24的入口与出口这两处配置高精度狭缝的状态下确定加速参数为较佳。但是，如图8所示，实际上仅通过将高精度狭缝开口112配置于能量分析磁铁24的出口侧也能够获得充分的效果。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，可通过加以各种设计变更而成为各种变形例，并且这种变形例也同样属于本发明的范围，当然也被本领域技术人员所理解。
一种实施方式中，可以在能量分析磁铁24的入口(即高能量多级直线加速单元14的出口)配设有第1上游狭缝组件。第1上游狭缝组件可以构成为具有与高精度狭缝开口112对应的第1上游高精度狭缝，且可与能量分析狭缝28联动地进行切换。例如，控制器可以将第1上游狭缝组件驱动成，使用高精度狭缝开口112时，将第1上游高精度狭缝配置在离子束B的轨道上；使用标准狭缝开口110时，将第1上游高精度狭缝移动到偏离离子束B的轨道的场所。如此能够进一步提高精度。
一种实施方式中，可以除第1上游狭缝组件之外或者代替第1上游狭缝组件设置第2上游狭缝组件。第2上游狭缝组件配设于能量分析磁铁24的出口中能量分析狭缝28的上游，且可以构成为可与能量分析狭缝28联动地进行切换。第2上游狭缝组件可以是能量宽度限制狭缝27。此时，能量宽度限制狭缝27可以与能量分析狭缝28同样构成为可切换标准狭缝开口与横向上比该标准狭缝开口窄的高精度狭缝开口。如此，能够进一步提高精度。
一种实施方式中，能量分析狭缝28可以具备可从标准狭缝开口110切换成高精度狭缝开口112以及可从高精度狭缝开口112切换成标准狭缝开口110的可变狭缝。可变狭缝可以是可连续变更狭缝宽度的单一狭缝。
本说明书中提及的控制器(或者控制装置)可以是作为该控制器所执行的功能而提及的执行1个以上的功能的单一的控制器，或者可以是协同这种1个以上的功能来执行的多个控制器。因此，例如执行本说明书中所提及的1个以上的功能的某1个控制器可以通过执行这些功能中的一部分的第1控制器以及执行这些功能中剩余功能的第2控制器来实现。
一种实施方式中，更具体而言，能量宽度限制狭缝27及能量分析狭缝28可如下配置。上述能量分析磁铁24、能量宽度限制狭缝27、横向会聚四极透镜26及能量分析狭缝28分别与以下说明的能量分析电磁铁、能量宽度限制狭缝、横向会聚透镜QR1及能量分析狭缝对应。
一种实施方式所涉及的离子注入装置具有：射束取出系统，利用静电场取出在离子源生成的离子，并生成离子束；高频加速器，对已取出的离子束进一步进行加速；至少1台会聚要件，用于调整已加速的射束的射束尺寸(空间分布)；及至少1台偏转电磁铁，作为能量分析电磁铁来使用。并且，在其能量分析电磁铁的下游侧设置能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝。
用于调整射束尺寸(离子的空间分布)的会聚要件设置于高频加速器与能量分析电磁铁之间，及能量分析电磁铁与能量分析狭缝之间，并调整为没有能量宽度的射束(未向高频加速器施加高频电场，并以维持被取出的状态的能量而传输的射束)在能量分析狭缝的位置连结焦点。
构成具有能量宽度的离子束的各个离子的轨道根据各自的能量而通过能量分析电磁铁在偏转面内空间性地扩大(能量分散)。能量宽度限制狭缝设置于能量分析狭缝的上游且其能量分散与没有能量宽度的射束的射束尺寸成为相同程度的位置。该位置成为能量分析电磁铁的出口附近。
对于如上所述配置的能量分析电磁铁和由2条狭缝进行的能量分析的详细情况，以有2台90°偏转电磁铁且在其之间设置有2条狭缝的情况为例进行以下说明。
以下的公式(1)给出射束线中心轴上的任意位置(距离射束线起点的飞行距离)s中的水平面(偏转面)内横向(与射束轴正交的方向)的离子束的尺寸σ(s)(横向射束尺寸)。
[数式1]
其中，ε为射束的发射度，E为射束能量，ΔEW为能量宽度。β(s)被称为电子回旋加速器函数(振幅)，为射束传输方程式的解。η(s)被称为分散(dispersion)函数，为能量偏离的射束传输方程式的解。
从离子源被取出的离子束中的各离子相对于射束(所有离子的集团)中心轴具有位置及角度的分布。在此，将取距各离子的射束中心轴的距离为横轴，并取由各离子的行进方向矢量与射束中心轴所成的角度为纵轴的曲线图称为相位空间绘图。将该位置的分布范围和角度的分布范围之积(射束在相位空间所占的面积)称为发射度，使其以动量标准化的量(标准化发射度)成为从离子源取出出口到射束传输路径的末端不发生变化的不变量。
前述的公式(1)的第1项：
[数式2]
为起因于该初始的离子分布的射束宽度σ1，以下将σ1称为“基于发射度的射束宽度”。并且，发射度分别独立地定义横向方向和上下方向，但其中成为问题的只是横向方向，因此以下若没有特别说明则发射度ε是指横向的发射度。
如前述，除了由空间分布而产生的射束的扩大以外，通过高频线形加速装置被加速的射束，还具有能量分布(宽度)。具有能量分布(宽度)的射束通过偏转电磁铁时，能量比较高的离子通过曲率半径较大的外侧的轨道，能量比较低的离子通过曲率半径较小的内侧的轨道。因此，即使以1点(没有空间分布)射入偏转电磁铁，也会在出口产生与能量宽度对应的空间分布(横向分布)。公式(1)的第2项：
[数式3]
表示该能量分布发生变化而产生的空间分布。以下，将能量分布通过偏转逐渐变化成空间分布的现象称为能量分散，并将由该结果产生的射束宽度σ2称为由能量分散得到的射束宽度或者仅称为分散。公式(1)表示射束尺寸为基于发射度的射束宽度与由能量分散得到的射束宽度之和。
本发明中使用能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝这2条狭缝，但首先，以通过1条能量分析狭缝截断射束的以往的方法为例来说明从能量分析电磁铁至能量分析狭缝的区域的射束的分布。
图9是表示能量宽度0％且中心能量偏离0％的射束通过放置于其焦点附近的1条能量分析狭缝时的情况的示意图。
图10是表示在偏转单元最初具有±4％的能量宽度的射束通过1条能量分析狭缝被截断而变成具有±2.5％的能量宽度的射束的情况的示意图。横轴表示距离子源出口的离子飞行距离，纵轴表示射束的宽度及各狭缝的开口宽度。在紧挨其横轴的上方显示有能量分析电磁铁(EFM)和偏转电磁铁(BM)等的位置。
图11是用于说明在图10的能量分析电磁铁(EFM)入口(5.6m附近)及能量分析狭缝的入口和出口(7.4m附近)的射束的横向空间分布与所对应的能量分布的图。空间分布的横轴为距离设计中心轨道的横向距离，能量分布的横轴为与预定注入能量的差除以预定注入能量的值。纵轴在任何分布中均为束电流密度(单位时间所通过的离子的数量密度)。能量分析狭缝设置于基于发射度的射束宽度成为极小的位置。
假定能量分析电磁铁(EFM)入口处的空间分布为接近于高斯型的分布，能量分布为均匀分布。若射束进入EFM而开始分散，则横向的空间分布被拉长而扩大。偏转电磁铁具有使分散产生的作用及使基于发射度的射束宽度会聚(使β变小)的作用，因此由公式(3)的分散得到的射束宽度σ2不断增大，与此相对，公式(2)的σ1不断减小，横向空间分布的端部变得清晰。在此期间能量分布不发生变化。
EFM与BM之间插入有横向会聚透镜QR1。该透镜停止能量分散的扩大，并使其朝向缩小方向，并且有促进基于发射度的射束宽度σ1缩小的作用。能量分析狭缝设置于σ1成为极小的位置，因此根据横向会聚透镜QR1的效果设置位置向EFM侧移动，能够节约空间。由能量分散得到的射束宽度σ2在横向会聚透镜QR1的中心附近成为最大。如果没有横向会聚透镜QR1，则分散的扩大持续到BM出口附近。
在能量分析狭缝的入口，σ2仍然非常大，而σ1为极小(通过横向会聚透镜QR1或高频加速器出口的会聚要件调整为如此)，因此横向空间分布的端部变得非常清晰，整体成为接近于能量分布的形状(均匀分布)。
该射束通过能量分析狭缝被空间性地截断。首先，对由空间性截断而引起的能量分布的形状如何发生变化的情况进行一般性说明。该部分作为支持本发明的原理是非常重要的。
能量分布为矩形分布(均匀分布)，若由能量分散得到的射束宽度σ2充分大于基于发射度的射束宽度σ1，并且充分大于狭缝宽度WA，则被截断后的空间分布成为完整的矩形分布(均匀分布)。此时能量分布也被截断成与狭缝宽度对应的能量宽度。该能量宽度由公式(3)可知为如下。
[数式4]
然而，已截断的能量分布与空间分布不同，无法成为完整的矩形分布。这是因为在已截断的能量分布的两端部，只有与基于发射度的射束宽度σ1对应的能量宽度上没有使能量备齐。将与σ1对应的能量宽度设为ΔEedge/E，则与公式(4)相同地求出。
[数式5]
在能量分布端部的由公式(5)给出的范围内，束电流密度从矩形分布的值向零变化。
即，以狭缝被空间性地截断为矩形分布的射束的能量分布成为如下形状：在-WA/η-2σ1/η～-WA/η+2σ1/η的区间束电流密度从零上升到截断前的值，在-WA/η+2σ1/η～+WA/η-2σ1/η的区间为恒定(截断前的值)，在+WA/η-2σ1/η～+WA/η+2σ1/η的区间下降到零。并且，其有效宽度成为公式(4)的值。
由此，通常在通过狭缝前后，横向的空间分布和能量分布的形状交替，能量分布不再是矩形。但是，如图11的例子，在射束的焦点位置放置1条能量分析狭缝来截断射束时，σ1与WA相比充分小(WA＝25mm、σ1＝0.6mm)，因此，已截断的能量分布也可看做是大致矩形。
图12是表示在具有能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝的偏转单元最初具有±4％的能量宽度的射束通过1条能量分析狭缝被截断而变成具有±2.5％的能量宽度的射束的情况的示意图。图13是用于说明在图12的能量分析电磁铁(EFM)入口、能量宽度限制狭缝的入口和出口及能量分析狭缝的入口和出口的射束的横向空间分布与所对应的能量分布的图。
在EFM出口附近，由能量分散得到的射束宽度σ2向最大值逐渐增加，基于发射度的射束尺寸σ1向最小值逐渐减小，虽然σ2大于σ1，但是σ1仍为相当大的状态。若在此放置能量宽度限制狭缝并截断射束，则空间分布暂时成为矩形分布，但能量分布中，公式(5)的使边缘变钝的效果起作用而成为与矩形相去甚远的平缓的分布。
即使将能量宽度限制狭缝的开口宽度例如设定为相当于3％的能量宽度的值，由于基于发射度的射束宽度σ1较大，因此相对于预定注入能量具有3％以上的能量差的离子也将大量通过。由于分散的扩大，这些较大地能量偏离的离子的轨道逐渐远离中心，结果使得包括射束外缘的射束尺寸变得相当大。如图13，例如若从高频加速器离开的射束的能量宽度为4％，且在能量宽度限制狭缝位置计算的公式(4)和公式(5)的能量宽度之和超过4％，则包括外缘部的射束尺寸与没有能量宽度限制狭缝时的射束尺寸相同。但是，由于由狭缝进行的截断和由分散引起的扩大而使得该外缘部的离子密度变得非常小。如此，将未被狭缝截断的射束外缘的密度较小的部分称为晕。
为了去除这种束晕而确定能量，在σ1成为极小的位置仍需要能量分析狭缝。如图13的最后所示，由能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝施加了双重过滤的射束的能量分布，即使原本是矩形分布，也会变成圆顶状的分布。由此，能够使有效的能量宽度减小中心部的束电流密度相对提高的量。并且，从高频线形加速器离开的离子束的能量分布通常原本为圆顶状，因此能量宽度降低效果进一步变大。
而且，双狭缝发挥缩小能量宽度的作用，同时对具有微小的中心能量偏离的射束发挥减小中心能量偏离的作用
图14是表示能量宽度0％、且中心能量偏离3％的射束通过能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝时的情况的示意图。如图14所示，在没有能量宽度的射束(例如设定加速能量90keV时为90keV±0.000)的能量分析中，以能量分析狭缝的开口宽度完全排除引起规定以上的中心能量偏离的射束(例如中心能量偏离+3％时为92.7keV)。这种情况下，简单地通过缩小狭缝的开口宽度就能够提高能量精度。
即使为具有能量宽度的射束(例如设定加速能量为3MeV、能量宽度为±3％的情况下分布范围为2.91MeV～3.09MeV)，若缩小能量分析狭缝，也能够提高能量精度，但是大部分的射束在此被浪费，因此能够利用的束电流值大幅下降，生产能力大幅降低。
因此，需要维持扩大能量分析狭缝的狭缝宽度而降低中心能量偏离(移动(shift))的技术。如前述，该技术能够通过在与由能量分散得到的射束宽度相比、向基于发射度的射束宽度大到无法忽略的程度的位置插入能量宽度限制狭缝来实现。
图15是表示能量宽度±4％、且中心能量偏离+3％的射束被整形的情况的示意图。图16是用于说明在图15的能量分析电磁铁(EFM)入口、能量宽度限制狭缝的入口和出口及能量分析狭缝的入口和出口的射束的横向空间分布与所对应的能量分布的图。
如图15及图16所示，表示能量宽度±4％，中心能量偏离+3％的射束被整形的情况。若在EFM出口附近安装狭缝宽度相当于±3％的能量宽度的能量宽度限制狭缝，则所允许的能量范围成为预定注入能量的-1％～+3％。
此时，如果能量分析狭缝的宽度为相当于±1％以上，则能量低于预定注入能量的离子(-1％～0％)全部通过2条狭缝。由此，能量分布也在负侧保存原来的形状，如果是矩形分布则仍维持矩形分布直至到达晶片。
有关能量高于预定注入能量的离子，其能量分布以与前述的具有能量宽度且没有中心能量偏离时的由双狭缝进行的整形完全相同的方式被整形。矩形的能量分布被整形为(半)圆顶状的分布，因此分布的重心移动到比矩形分布更靠原点侧。即，通过能量分析狭缝后的射束的能量中心与预定注入能量接近。例如，若将能量分析狭缝的宽度设定为相当于能量宽度的±2.5％，则原来具有3％的中心能量偏离成为0.5％以下。
原来的能量分布比起矩形(均匀)分布更接近于高斯型的分布时，由能量宽度限制狭缝进行的能量中心的校正效果进一步得到提高。
这样，通过缩小在相对于设定射束能量具有最大百分之几左右的能量宽度(能量分布)并且具有中心能量偏离的可能性的加速系统被加速的射束的能量宽度和能量中心的偏离中的任意一个或者两个而提高能量精度，为此有效的是由设置于如下位置的双狭缝进行的能量限制，所述位置为由能量分散得到的射束尺寸和基于发射度的射束尺寸适当地被控制的位置。
作为用于排除能量偏离的离子的能量分析电磁铁的运用方法，采取将磁场固定成与特定能量相当的值的方法。分析电磁铁的磁场(磁通量)B[T]与离子的能量E[keV]之间具有以下严密的关系。
E＝4.824265×104×(B2·r2·n2)/m……公式(6)
其中，m[amu]为离子的质量数、n为离子的电价数、r[m]为电磁铁内的射束中心轨道的曲率半径(称此为偏转电磁铁的曲率半径)。其中，m与n为由注入条件决定的固定值，r为在设计电磁铁的时刻决定的固定值。由此，固定磁场B来运用是表示特定离子的能量E的情况。
若设置能量宽度限制狭缝和能量分析狭缝，以使只有通过了磁极的中心附近的离子能够通过，则只有具有其特定能量的离子通过分析狭缝。能量比基准值偏离一定程度以上的离子撞击该狭缝的壁部，由此从射束线被排除。
本来的射束的能量稍微偏离(偏移)且束电流不足时，微调线性加速器的加速相位和加速电压来补正能量，并增加束电流。为了调整束电流值(射束中心轨道位置)，不会微调能量分析电磁铁的磁场。
作为能量分析电磁铁所使用的偏转电磁铁具有根据其磁场值确定离子束的注入能量的重要作用，因此磁场必须被精密地设定并均匀地分布。这通过制作磁极面平行度为±50μm的电磁铁并将磁场不均匀性抑制为±0.01％以下来实现。
通过如此配置能量分析电磁铁、能量宽度限制狭缝及能量分析狭缝，能够对通过线性加速器被加速的具有能量宽度的射束保证高能量精度。

Claims (24)

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
高频线性加速器，按照加速参数对所供给的离子进行加速；
能量分析磁铁，配设于所述高频线性加速器的下游；
能量分析狭缝组件，配设于所述能量分析磁铁的下游；
射束测量部，在所述能量分析狭缝组件的下游测量射束电流量；及
控制器，根据所给注入条件确定所述加速参数，
所述加速参数被确定为，使所述所供给的离子的至少一部分加速至目标能量，并且使通过所述射束测量部测量的射束电流量与目标射束电流量相当，
所述能量分析狭缝组件构成为可切换标准狭缝开口与高精度狭缝开口，所述标准狭缝开口用于在所述所给注入条件下进行的注入处理；所述高精度狭缝开口具有比所述标准狭缝开口高的能量精度，且为了调整所述加速参数而使用。
2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述标准狭缝开口在与射束行进方向正交的横向具有第1狭缝宽度，
所述高精度狭缝开口在所述横向具有比所述第1狭缝宽度窄的第2狭缝宽度。
3.根据权利要求2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述能量分析磁铁纵向生成使从所述高频线性加速器离开的离子偏转的磁场，
所述纵向与所述射束行进方向及所述横向正交。
4.根据权利要求2或3所述的离子注入装置，其特征在于，
所述标准狭缝开口及所述高精度狭缝开口在各自使用时在所述横向上被定位，以便具有所述目标能量的离子通过。
5.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，
所述高精度狭缝开口与所述标准狭缝开口独立形成，
所述能量分析狭缝组件构成为，可在所述标准狭缝开口与所述高精度狭缝开口中进行选择。
6.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，
所述能量分析狭缝组件具备可变狭缝，所述可变狭缝可从所述标准狭缝开口切换成所述高精度狭缝开口，以及从所述高精度狭缝开口切换成所述标准狭缝开口。
7.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，
所述控制器将被确定的加速参数作为与所述所给注入条件相关的最佳加速参数而存储于存储部。
8.根据权利要求7所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制器为了执行所述注入处理而从所述存储部读取所述最佳加速参数以设定到所述高频线性加速器。
9.根据权利要求7所述的离子注入装置，其特征在于，
所述高频线性加速器具备1个以上的高频谐振器，
所述控制器通过调整与所述高频谐振器不同的所述离子注入装置的至少1个构成要件，由此使调整射束电流量的自动安装程序在所述高频线性加速器按照所述最佳加速参数运转时执行。
10.根据权利要求9所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制器禁止所述自动安装程序中的所述能量分析狭缝组件的从所述标准狭缝开口到所述高精度狭缝开口的切换。
11.根据权利要求9所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制器禁止所述自动安装程序中的所述最佳加速参数的变更。
12.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，
所述控制器进行如下控制：
使用所述高精度狭缝开口并通过所述射束测量部测量射束电流量，
以使所测量的射束电流量与按照所述加速参数的初始值而运转所述高频线性加速器时相比增加的方式调整所述加速参数。
13.根据权利要求12所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制器进行如下控制：
调整所述加速参数之后使所述能量分析狭缝组件从所述高精度狭缝开口切换成所述标准狭缝开口，
按照所调整的加速参数运转所述高频线性加速器时，使用所述标准狭缝开口并通过所述射束测量部测量射束电流量，
判定所测量的射束电流量是否与所述目标射束电流量相当。
14.根据权利要求13所述的离子注入装置，其特征在于，
当使用所述标准狭缝开口而测量到的射束电流量与所述目标射束电流量相当时，所述控制器将经所述调整的加速参数作为关于所述所给注入条件的最佳加速参数存储于存储部。
15.根据权利要求13或14所述的离子注入装置，其特征在于，
当使用所述标准狭缝开口而测量到的射束电流量与所述目标射束电流量不相当时，所述控制器使用所述高精度狭缝开口再次调整所述加速参数。
16.根据权利要求12所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制器根据所述所给注入条件制作所述加速参数的初始值。
17.根据权利要求1至3中的任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述离子注入装置还具备处理室，在所述注入处理中将离子束照射到被处理物，
所述控制器在输送容器安装于所述处理室之前确定所述加速参数，以便能够从用于在所述离子注入装置与其他装置之间输送所述被处理物的所述输送容器将所述被处理物搬入到所述处理室。
18.根据权利要求17所述的离子注入装置，其特征在于，
在所述输送容器安装于所述处理室之后，所述控制器使用所述标准狭缝开口执行所述注入处理。
19.根据权利要求1至3中的任一项所述的离子注入装置，其特征在于，还具备：
上游狭缝组件，配置于所述能量分析磁铁的入口和/或出口，并且构成为能够与所述能量分析狭缝组件联动地进行切换。
20.根据权利要求1至3中的任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
在采用与所述所给注入条件不同的注入条件的其他注入处理中，所述控制器将所述能量分析狭缝组件切换成所述高精度狭缝开口。
21.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
高频线性加速器，按照加速参数对所供给的离子进行加速；
能量分析磁铁，配设于所述高频线性加速器的下游，向与射束行进方向正交的纵向生成离子偏转磁场；
能量分析狭缝组件，配设于所述能量分析磁铁的下游，且构成为可切换标准狭缝开口与高精度狭缝开口，所述标准狭缝开口在与所述射束行进方向及所述纵向正交的横向具有第1狭缝宽度；所述高精度狭缝开口在所述横向具有比所述第1狭缝宽度窄的第2狭缝宽度；
射束测量部，在所述能量分析狭缝组件的下游测量射束电流量；及
控制器，根据使用所述高精度狭缝开口并通过所述射束测量部测量到的射束电流量确定所述加速参数。
22.一种离子束的调整方法，其为离子注入装置中的离子束的调整方法，所述方法的特征在于，
所述离子注入装置具备：高频线性加速器，按照加速参数对所供给的离子进行加速；能量分析磁铁，配设于所述高频线性加速器的下游；及能量分析狭缝组件，配设于所述能量分析磁铁的下游，
所述能量分析狭缝组件构成为可切换标准狭缝开口与高精度狭缝开口，所述标准狭缝开口用于在所给注入条件下进行的注入处理；所述高精度狭缝开口具有比所述标准狭缝开口高的能量精度，且用于确定所述加速参数，
所述方法具备如下步骤：
将所述能量分析狭缝组件切换成所述高精度狭缝开口；
在所述高精度狭缝开口的下游测量射束电流量；
根据所述所给注入条件确定所述加速参数，以便所述所供给的离子的至少一部分加速成目标能量，并且所测量的射束电流量与目标射束电流量相当。
23.根据权利要求22所述的离子束的调整方法，其特征在于，
所述离子注入装置还具备：处理室，在所述注入处理中将离子束照射到被处理物，
在输送容器安装于所述处理室之前，确定所述加速参数，以便从用于在所述离子注入装置与其他装置之间输送所述被处理物的所述输送容器将所述被处理物搬入到所述处理室。
24.一种离子注入方法，其为使用权利要求23所述的离子束的调整方法的离子注入方法，其特征在于，具备如下步骤：
将所述能量分析狭缝组件切换成所述标准狭缝开口；
所述输送容器被安装到所述处理室之后，使用所述标准狭缝开口执行所述注入处理。
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