CN107204270A - 离子注入装置及扫描波形制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子注入装置及扫描波形制作方法，其课题为在衬底表面准确地实现不均匀的二维离子注入量分布。本发明的离子注入装置(10)具备：射束扫描仪(26)，沿射束扫描方向提供往复射束扫描；第2射束测量部(50)，在射束扫描仪(26)的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布；及控制装置(60)。控制装置(60)具备扫描波形制作部，所述扫描波形制作部判断在给定的扫描波形的基础上通过第2射束测量部(50)测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布，当适合时，将给定的扫描波形与目标不均匀剂量分布建立对应关联。

Description

离子注入装置及扫描波形制作方法

技术领域

本申请主张基于2016年3月18日申请的日本专利申请第2016-055824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扫描波形制作方法。

背景技术

半导体制造工序中，以改变导电性及改变半导体晶片的晶体结构为目的等，规范地实施向半导体晶片注入离子的工序。该工序中使用的装置通常被称为离子注入装置。在大多数情况下，要求在晶片面内实现均匀的二维离子注入量分布。但是也存在想要不均匀的二维离子注入量分布的情况。

专利文献1：日本专利第5638995号公报

发明内容

本发明的一种方式的例示性目的之一在于，提供一种有助于在衬底表面准确地实现不均匀的二维离子注入量分布的技术。

根据本发明的一种方式，离子注入装置具备：射束扫描仪，按照扫描波形沿射束扫描方向提供往复射束扫描；机械扫描仪，使衬底沿机械扫描方向往复运动；控制装置，控制所述射束扫描仪及所述机械扫描仪，以给予衬底表面目标二维不均匀剂量分布；及射束电流测量部，在所述射束扫描仪的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布。所述控制装置具备：目标设定部，将所述目标二维不均匀剂量分布转换成多个目标剂量分布，所述多个目标剂量分布各自为射束扫描方向的剂量分布且在机械扫描方向上形成于不同的位置；及射束扫描驱动部，从注入用扫描波形数据库获取与所述多个目标剂量分布分别对应的扫描波形，根据机械扫描方向的衬底位置从所获取的扫描波形中选择任一扫描波形，并使用所选择的扫描波形驱动所述射束扫描仪。所述多个目标剂量分布包括至少一个目标不均匀剂量分布。所述控制装置还具备扫描波形制作部，所述扫描波形制作部判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布，当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联并存储于所述注入用扫描波形数据库。

根据本发明的一种方式，离子注入装置具备：射束扫描仪，沿射束扫描方向提供往复射束扫描；射束电流测量部，在所述射束扫描仪的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布；及扫描波形制作部，判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布，当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联。

根据本发明的一种方式，提供一种离子注入装置用扫描波形制作方法。所述离子注入装置具备：射束扫描仪，沿射束扫描方向提供往复射束扫描；及射束电流测量部，在所述射束扫描仪的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布。扫描波形制作方法具备如下步骤：判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布的步骤；及当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联的步骤。

并且，在装置、方法、系统、计算机程序及存储有计算机程序的记录介质等之间相互替换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现的方式，作为本发明的方式也同样有效。

发明效果

根据本发明，能够在衬底表面准确地实现不均匀的二维离子注入量分布。

附图说明

图1(a)是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图，图1(b)是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的侧视图。

图2是表示进行往复运动的晶片与进行往复扫描的离子束之间的关系的主视图。

图3是表示离子束的可扫描范围的俯视图。

图4例示晶片上的目标二维剂量分布。

图5例示晶片上的目标二维剂量分布。

图6例示晶片上的目标二维剂量分布。

图7(a)及图7(b)例示用于控制射束扫描仪的扫描波形。

图8是示意地表示实施方式所涉及的控制装置的图。

图9是表示实施方式所涉及的扫描波形制作方法的流程图。

图10例示通过图9的方法中的反复方法对扫描波形进行修正的情况。

图11是表示另一实施方式所涉及的扫描波形制作方法的流程图。

图中：10-离子注入装置，24-第1射束测量部，26-射束扫描仪，41射束电流检测器，44-机械扫描仪，50-第2射束测量部，60-控制装置，62-目标设定部，64-过渡区域设定部，66-射束宽度调整部，68-扫描波形制作部，70-注入用扫描波形数据库，72-射束扫描驱动部，82-目标二维不均匀剂量分布，83-目标一维不均匀剂量分布，83a-第1精密注入区域，83b-第2精密注入区域，83c-过渡区域，84-目标二维不均匀剂量分布，85-目标一维不均匀剂量分布，85a-第3精密注入区域，85b-第4精密注入区域，85c-过渡区域，90a、90b、90c-扫描波形，92-目标不均匀剂量分布，94a、94b、94c-测量射束电流强度分布，CY1、CY2、CY3、CY4、CY5-扫描范围，Dt1-第1目标剂量，Dt2-第2目标剂量，Dt3-第3目标剂量，Dt4-第4目标剂量。

具体实施方式

首先说明本申请发明人等想出本申请发明的原委。

离子注入装置中，通常对晶片面内要求均匀的剂量分布。该情况下，通常对射束扫描模式进行以射束电流的实际测量为基础的校正。关于该校正，以某种方法对与晶片直径对应的位置的每单位时间的射束电流进行实际测量，并根据该实际测量变更射束扫描模式，以使每单位时间的射束电流成为恒定。然后进一步反复进行射束电流的实际测量和射束扫描模式的变更，直至每单位时间的射束电流的空间分布成为某一阈值内。使用这种反复方法的原因在于，在有限的射束宽度条件下使空间分布数学上恒定，这在原理上是困难的。

在此，在进行面内剂量不均匀注入的情况下有如下方法：利用均匀注入的射束扫描模式，进行加上其扫描模式中的摄动的计算，从而得到所求的不均匀注入的射束扫描模式。但是在该情况下，根据射束宽度产生目标的面内剂量不均匀注入形状与实际的注入形状之间的差异，无法准确地控制剂量模式。

本发明的一种实施方式中，在面内二维不均匀剂量注入中，为了得到适合该剂量模式的射束扫描模式，反复进行临时扫描模式设定、晶片位置上的射束电流确定及合格与否的判断，直至合格。

具体而言，作为晶片位置上的射束电流的目标模式，选择能够实现目标的不均匀注入那样的射束电流的空间分布，并对晶片位置上的射束电流的空间分布与其目标模式直接进行比较，直至它们的差异低于预先设定的阈值为止使用反复方法。

这样，在面内二维不均匀剂量注入中，去除射束宽度相对于面内剂量不均匀注入形状的依赖性，能够减小经预测的面内剂量不均匀注入形状与实际形状之间的差异，其结果，能够进行准确的剂量模式控制。

在此附带说明一下为何需要使用这种反复方法。通常关于单晶片式的混合式离子注入装置中的离子扫描方向的射束宽度，具有如下特征：(i)在各个地点具有有限的射束宽度；(ii)该射束宽度具有离子扫描方向的位置依赖性。尤其关于(ii)，晶片中央部与晶片端部距离离子源的轨道长度原理上不同，通过相空间内发射度椭圆的旋转，原理上射束宽度也会变得不同。当然，实际上动态孔径在离子扫描方向的位置依赖性也是射束宽度具有位置依赖性的原因之一。在这种情况下，目标的射束电流对于空间分布的射束宽度的效果是在数学上进行卷积而无法对其进行反卷积。这便是在均匀注入中，对于射束扫描仪，通常根据射束电流的反复实际测量而进行校正的原因。

该情况在进行想要的不均匀注入时也相同。即，在欲具有与通常使用的均匀注入同等的面内剂量预测性而实施不均匀注入时，需要如同在通常的均匀注入中进行的那样进行根据射束电流的反复实际测量的校正。

为了在该不均匀注入中使用反复的实际测量，射束电流测量器的测量位置精度变得重要。即，在通常的均匀注入中，一般通过在晶片面内确定数个点的射束电流来确保其均匀性，但在不均匀注入中，需要与其不均匀注入模式的位置精度相应的射束电流测量的位置精度。通常要求不均匀注入的注入模式的位置精度为30mm以下，因此要求射束电流测量的位置精度也至少为30mm以下。当然该位置精度越小越好。

并且，均匀注入与不均匀注入之间的差异在以下方面：在均匀注入中必然要求对于晶片整个面的注入精度，而在不均匀注入中，既有(1)要求对于晶片整个面的注入精度的情况，也有(2)只要求晶片内被限定的区域的注入精度的情况。若对(2)进行例举而进一步详细附带说明，则可以考虑如下要求：例如在距离晶片中心100mm以内，以标准剂量注入，且在距离晶片中心120mm的外侧，以比标准剂量增加10％的剂量注入等。该情况下，距离晶片中心100mm～120mm的区域的剂量可作为过渡区域考虑，且并不对其剂量要求特别的准确度，只要在标准剂量至标准剂量的110％之间即可。因此，不均匀注入下的适合与否的判断在(1)的情况下需要使用与通常注入相同的方法，而在(2)的情况下只要在除了预先设定的过渡区域以外的区域进行即可。在此，过渡区域长度一般认为是5mm～30mm。该过渡区域长度也与上述射束电流测量的位置精度(30mm以下)一致。

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，附图说明中，对相同要件标注相同符号并适当省略重复说明。并且，以下所述的结构为示例，并不对本发明的范围做任何限定。

图1是示意地表示实施方式所涉及的离子注入装置10的图。图1(a)是表示离子注入装置10的概略结构的俯视图，图1(b)是表示离子注入装置10的概略结构的侧视图。

离子注入装置10对被处理物的表面进行离子注入处理。被处理物例如为衬底，例如为半导体晶片。因此，以下为了便于说明，有时称被处理物为晶片W，但这并非有意将注入处理的对象限定于特定的物体。

离子注入装置10通过射束的往复扫描和晶片W的往复运动中的至少一种方式而遍及晶片W整体照射离子束B。本说明书中为了便于说明，定义设计上的离子束B的行进方向为Z方向，定义与Z方向垂直的面为XY面。当对被处理物W进行离子束B的扫描时，设定射束扫描方向为X方向，设定与Z方向及X方向垂直的方向为Y方向(以下也称作机械扫描方向)。

离子注入装置10具备离子源12、射束线装置14及注入处理室16。离子源12向射束线装置14供给离子束B。射束线装置14从离子源12向注入处理室16传送离子。并且，离子注入装置10具备离子源12、射束线装置14及用于向注入处理室16提供所希望的真空环境的真空排气系统(未图示)。

如图所示，射束线装置14例如自上游起依次具备质量分析部18、可变孔径20、射束整形部22、第1射束测量部24、射束扫描仪26、平行透镜30或射束平行化装置及角能量过滤器(AEF：Angular Energy Filter)34。另外，射束线装置14的上游是指靠近离子源12的一侧，下游是指靠近注入处理室16(或射束阻挡器(Beam stopper)38)的一侧。

质量分析部18设置在离子源12的下游，并通过质量分析从离子束B选择所需的离子种类，所述离子束B是从离子源12引出的离子束。

可变孔径20是能够调整开口宽度的孔径，通过改变开口宽度来调整通过孔径的离子束B的射束电流量。可变孔径20例如具有隔着射束线配置于上下的孔径板，可以通过改变孔径板的间隔来调整射束电流量。

射束整形部22具备四极会聚装置(Q透镜)等会聚透镜，且将通过了可变孔径20的离子束B整形成所希望的剖面形状。

第1射束测量部24为在射束线上以能够取出和放入的方式进行配置并测量离子束的电流的注入器旗标法拉第杯(Injector flag Faraday cup)。第1射束测量部24具有测量射束电流的法拉第杯24b及使法拉第杯24b上下移动的驱动部24a。如图1(b)的虚线所示，当射束线上配置有法拉第杯24b时，离子束B被法拉第杯24b隔断。另一方面，如图1(b)的实线所示，从射束线上取下法拉第杯24b时，离子束B的隔断被解除。

射束扫描仪26按照扫描波形沿射束扫描方向提供往复射束扫描。射束扫描仪26为使经整形的离子束B沿X方向进行扫描的偏转机构。射束扫描仪26具有在X方向上分开设置的扫描电极28。扫描电极28与可变电压电源(未图示)连接，且通过改变施加于扫描电极28的电压来改变电极之间产生的电场，从而使离子束B偏转。这样，离子束B沿X方向进行往复扫描。另外，在图1(a)中，用箭头X例示往复射束扫描，用单点划线表示离子束B的多个轨迹。

射束扫描仪26为电场式，但也可以使用磁场式的射束扫描仪。或者，也可以使用利用电场和磁场这两者的射束扫描仪。

平行透镜30使经扫描的离子束B的行进方向平行。平行透镜30具有在中央部设有离子束的通过狭缝的圆弧形状的P透镜电极32。P透镜电极32与高压电源(未图示)连接，并使通过施加电压而产生的电场作用于离子束B，以将离子束B的行进方向平行地对齐。

角能量过滤器34分析离子束B的能量，并使所需能量的离子向下方偏转而引导至注入处理室16。角能量过滤器34具有磁场偏转用磁铁装置(未图示)或电场偏转用AEF电极36，或者兼有其二者。AEF电极36与高压电源(未图示)连接。在图1(b)中，通过对上侧的AEF电极36施加正电压，对下侧的AEF电极36施加负电压，使离子束B向下方偏转。

这样，射束线装置14具备配设在射束扫描仪26的上游或下游，且能够调整晶片表面上的射束扫描方向的射束宽度的射束线构成要件。

射束线装置14将要照射于晶片W的离子束B供给至注入处理室16。

注入处理室16具备机械扫描仪44(参考图2)，所述机械扫描仪44保持一片或多片晶片W，并根据需要使晶片W与离子束B相对移动(例如Y方向)。图1中，用箭头Y例示晶片W的往复运动。并且，注入处理室16具备射束阻挡器38。当射束轨道上不存在晶片W时，离子束B入射于射束阻挡器38。

注入处理室16中设有作为射束电流测量部的第2射束测量部50。第2射束测量部50在射束扫描仪26的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布。第2射束测量部50具有侧杯(Side cup)40R、40L和中心杯(Center cup)42。

侧杯40R、40L配置成相对于晶片W向X方向偏离，且配置在注入离子时不隔断朝向晶片W的离子束的位置。离子束B超过晶片W所在的范围而进行过扫描，因此即使在注入离子时，进行扫描的一部分射束也会入射于侧杯40R、40L。由此，测量离子注入处理中的射束电流强度。侧杯40R、40L的测量值被发送至第2射束测量部50。

中心杯42用于测量晶片W表面的射束电流强度分布。中心杯42为可动式，当注入离子时从晶片位置退避，当晶片W不在照射位置时被插入于晶片位置。中心杯42一边沿X方向移动一边测量射束电流强度，从而测量射束扫描方向的射束电流强度分布。中心杯42的测量值被发送至第2射束测量部50。另外，中心杯42可以形成为多个法拉第杯沿X方向排列的阵列形状，以便能够同时测量射束扫描方向的多个位置的射束电流强度。

这样，第2射束测量部50能够在与晶片表面在Z方向上相同的位置测量射束扫描方向的射束电流强度分布。并且，第2射束测量部50也可以在相对晶片表面的上游的位置测量射束扫描方向的射束电流强度分布。或者，如后述，第2射束测量部50也可以在相对晶片表面的下游的位置测量射束扫描方向的射束电流强度分布。

注入处理室16中设有防护板46R、46L。防护板46R、46L配置成相对于晶片W向X方向偏离，且配置在注入离子时不隔断朝向晶片W的离子束和朝向侧杯40R、40L的离子束的位置。防护板46R、46L防止超过晶片W所在的范围而进行过扫描的离子束被照射到注入处理室16的内壁或设置于注入处理室16的内部的设备等。防护板46R、46L由石墨等构成。另外，防护板46R、46L可以设置于射束扫描仪26的下游，也可以设置于射束线装置14。

控制装置60对构成离子注入装置10的各设备的操作进行控制。例如，控制装置60控制射束扫描仪26及机械扫描仪44以给予晶片表面所希望的目标二维剂量分布。

控制装置60生成射束扫描仪控制信号并将其输出至射束扫描仪26，所述射束扫描仪控制信号用于控制射束扫描仪26，以按照扫描波形(例如，图7(a)及图7(b)所示的扫描波形)对射束扫描仪26施加扫描电场(或在磁场式的情况下为扫描磁场)。射束扫描仪控制信号只要实现扫描波形，则可以是任意形态。同样，控制装置60生成机械扫描仪控制信号并将其输出至机械扫描仪44，所述机械扫描仪控制信号用于控制机械扫描仪44，以使晶片W与由射束扫描仪26进行的往复射束扫描适当地同步而进行往复运动。机械扫描仪控制信号同样只要实现适当的机械扫描，也可以是任意形态。

图2是表示进行往复运动的晶片W与进行往复扫描的离子束B之间的关系的主视图。图2中，离子束B沿横向(X方向)进行往复扫描，晶片W被机械扫描仪44保持并沿纵向(Y方向)进行往复运动。这样的射束扫描和机械扫描的组合还被称作混合扫描。图2中，通过图示最上方位置的晶片W1和最下方位置的晶片W2来示出机械扫描仪44的操作范围。

并且，关于由射束扫描仪进行扫描的离子束B，通过图示扫描端位置的离子束B4来示出离子束B的可扫描范围。离子束B能够超过配置在机械扫描仪44的左右侧的侧杯40R、40L或超过配置有可沿X方向移动的中心杯42的位置而进行过扫描。另外，图2中示出横长的离子束B进行扫描的情况，但离子束B的形状也可以是纵长，也可以是接近圆形的形状。

图3是表示离子束B的可扫描范围C的图，对应于图2的俯视图。可扫描范围C能够大体划分为注入区域C1和非注入区域C2这两个区域。注入区域C1为晶片W所在的范围，也可以说是比设有侧杯40R、40L的位置更靠内侧的范围。因此，朝向注入区域C1的离子束B1入射于通过机械扫描仪44进行往复运动的晶片W，从而有助于离子注入。本说明书中有时称注入区域C1为扫描范围。

另一方面，非注入区域C2为位于注入区域C1的外侧的区域，是与晶片W所在的范围的外侧对应的区域。因此，朝向非注入区域C2的离子束B3、B4不入射于通过机械扫描仪44进行往复运动的晶片W，从而不会有助于离子注入。

并且，非注入区域C2包括侧部测量位置C3和扫描端位置C4。侧部测量位置C3与设有侧杯40R、40L的位置对应。由于朝向侧部测量位置C3的离子束B3入射于侧杯40R、40L，因此通过使离子束进行扫描直至侧部测量位置C3，从而即使在离子注入处理过程中也能够测量射束电流强度。扫描端位置C4对应于设有防护板46R、46L的位置。因此，朝向扫描端位置C4的离子束B4入射于防护板46R、46L。因此，即使在使离子束进行扫描直至扫描端位置C4的情况下，也能够防止离子束照射到注入处理室16内的不想照射的部位。

如图3所示，中心杯42为可动式的射束电流检测器，因此能够在注入区域C1和非注入区域C2的部分范围(例如，除了扫描端位置C4以外的范围)内测量与晶片表面对应的位置A上的射束电流强度分布。位置A相当于在离子束B的行进方向即Z方向上与晶片表面相同的Z方向的位置。通过将注入区域C1分割为1000个左右的微小区间，并且一边使中心杯42沿X方向移动一边按各微小区间测量射束电流强度，能够得到晶片表面上的射束扫描方向(X方向)的射束电流强度分布。

或者，第2射束测量部50也可以在晶片W的下游具备多个射束电流检测器41。射束电流检测器41与侧杯40R、40L同样为固定式。射束电流检测器41沿X方向排列且能够在各自的X位置上测量射束电流强度分布。射束电流检测器41也可以在对应于上述过渡区域的X位置上密集地排列且在其他区域稀疏地排列。优选射束电流检测器41在X方向上具有30mm以下的测量位置精度。

图4、图5及图6例示晶片W上的目标二维剂量分布。图4中示出目标二维均匀剂量分布80。图5中示出目标二维不均匀剂量分布82，图6中示出另一目标二维不均匀剂量分布84。如上所述，X方向表示射束扫描方向，Y方向表示机械扫描方向。

并且，图4、图5及图6中分别一同示出三个Y位置Y1、Y2、Y3上的X方向的目标一维剂量分布。此外，图6中示出Y位置Y4、Y5上的X方向的目标一维剂量分布。将Y位置Y1、Y2、Y3、Y4、Y5各自的晶片两端的X位置记为(X1a、X1b)、(X2a、X2b)、(X3a、X3b)、(X4a、X4b)、(X5a、X5b)。Y位置Y1、Y2、Y3、Y4、Y5各自的扫描范围CY1、CY2、CY3、CY4、CY5由晶片两端的X位置规定。

不用说，这些目标剂量分布仅仅是用于进行理解的示例，并非是要限定于所示的特定分布。

如图4所示，目标二维均匀剂量分布80遍及晶片表面的整个区域具有均匀目标剂量Dt。如此，目标二维均匀剂量分布80包括形成于不同的Y位置的多个目标一维均匀剂量分布81。各个目标一维均匀剂量分布81为X方向的剂量分布。通常，应准确地实现均匀注入中的目标剂量Dt。在这个意义上，目标一维均匀剂量分布81其全部为精密注入区域且不具有过渡区域。

图5所示的目标二维不均匀剂量分布82在中央区域82a具有第1目标剂量Dt1，且在外侧区域82b具有不同于第1目标剂量Dt1的第2目标剂量Dt2。第1目标剂量Dt1大于第2目标剂量Dt2。目标二维不均匀剂量分布82包括形成于不同的Y位置的多个目标一维不均匀剂量分布83。各个目标一维不均匀剂量分布83为X方向的剂量分布。

在此应注意的是，目标一维不均匀剂量分布83具有第1精密注入区域83a、第2精密注入区域83b及过渡区域83c。第1精密注入区域83a设定为第1目标剂量Dt1，第2精密注入区域83b设定为第2目标剂量Dt2。第1精密注入区域83a与第2精密注入区域83b两者之间隔着过渡区域83c而在X方向上相邻。

目标二维不均匀剂量分布82包括分别具有过渡区域83c且沿Y方向排列的一组目标一维不均匀剂量分布83。中央区域82a由沿Y方向排列的三个矩形部分形成。因此，过渡区域83c遍及这些一组目标一维不均匀剂量分布83而以折线状连续。

图6所示的另一目标二维不均匀剂量分布84在中心区域84a具有第3目标剂量Dt3，且在外周区域84b具有不同于第3目标剂量Dt3的第4目标剂量Dt4。第3目标剂量Dt3大于第4目标剂量Dt4。目标二维不均匀剂量分布84包括形成于不同的Y位置的多个目标一维不均匀剂量分布85。

目标一维不均匀剂量分布85具有第3精密注入区域85a、第4精密注入区域85b及过渡区域85c。第3精密注入区域85a设定为第3目标剂量Dt3，第4精密注入区域85b设定为第4目标剂量Dt4。第3精密注入区域85a与第4精密注入区域85b两者之间隔着过渡区域85c而在X方向上相邻。

目标二维不均匀剂量分布84包括分别具有过渡区域85c且沿Y方向排列的一组目标一维不均匀剂量分布85。中心区域84a为圆形。因此，过渡区域85c遍及这些一组目标一维不均匀剂量分布85而以圆弧状连续。

过渡区域83c、85c相当于两个精密注入区域的边界，因此允许比精密注入区域低的注入精度。过渡区域83c、85c的X方向的长度例如为5mm以上且30mm以下。

并且，目标二维不均匀剂量分布84包括形成于不同的Y位置的多个目标一维均匀剂量分布86。目标一维均匀剂量分布86具有第4目标剂量Dt4。如此，目标二维不均匀剂量分布84也可以包括不均匀的一维剂量分布和均匀的一维剂量分布这两者。也可以根据目标二维不均匀剂量分布的形状而包括至少一个目标一维不均匀剂量分布和至少一个目标一维均匀剂量分布。

另外，本说明书中，简便起见，有时称目标一维(均匀或不均匀)剂量分布为目标剂量分布。同样，有时也简称后述的一维射束电流强度分布为射束电流强度分布。

图7(a)及图7(b)例示用于控制射束扫描仪26的扫描波形。扫描波形定义往复射束扫描的扫描速度分布及扫描周期。射束扫描仪26为电场式，因此扫描波形相当于施加到射束扫描仪26的扫描电压波形，即相当于表示扫描电极28的两个电极之间电位差随时间变化的波形。

图7(a)所示的扫描波形为相对于时间线性变化的三角波。这样的扫描波形常常能够作为初始值来使用。由于扫描电压相对于时间线性变化，因此扫描速度遍及扫描范围而恒定。

乍看之下，认为只要使用线性三角波的扫描波形就能够马上得到目标二维均匀剂量分布80。然而，实际上由于各种原因并没有那么简单。因此，在大多数情况下，对扫描波形进行修正以得到目标二维均匀剂量分布80。

通过在时间上积分晶片W上的射束电流强度分布来获得该晶片W上的剂量分布。如此，射束电流强度分布与剂量分布具有关联。并且，某一位置上的扫描速度越快，该位置上的射束电流强度越小，相反，扫描速度越慢，射束电流强度越大。

因此，通过对扫描波形进行修正，能够使测量射束电流强度分布接近与目标剂量分布关联的目标射束电流强度分布。在测量射束电流强度大于目标射束电流强度的区域中，以加快扫描速度的方式对扫描波形进行修正。相反，在测量射束电流强度小于目标射束电流强度的区域中以减缓扫描速度的方式对扫描波形进行修正。通过反复进行扫描波形的修正和射束电流强度分布的测量，能够使测量射束电流强度分布充分接近目标射束电流强度分布(理想的是使它们一致)。这样，能够使测量射束电流强度分布适合目标剂量分布。

图7(b)中例示经修正的扫描波形。与图7(a)的初始扫描波形不同，图7(b)的扫描波形中可以理解在一个周期的某一部分与其他部分上扫描电压的倾斜度(即扫描速度)不同。

图8是示意地表示实施方式所涉及的控制装置60的图。图8中以框图示出控制装置60的功能结构。

本说明书的框图所示的各个框中，硬件结构能够通过包括计算机的CPU和存储器在内的元件或电路、机械装置来实现，软件结构能够通过计算机程序等来实现，这里描绘的是通过它们的协作来实现的功能框。因此，本领域技术人员应当理解，这些功能框能够通过硬件、软件的组合，以各种形式来实现。

控制装置60具备目标设定部62、过渡区域设定部64、射束宽度调整部66、扫描波形制作部68、注入用扫描波形数据库70及射束扫描驱动部72。

目标设定部62将目标二维不均匀剂量分布转换成多个目标剂量分布，所述多个目标剂量分布各自为射束扫描方向的剂量分布且在机械扫描方向上形成于不同的位置。过渡区域设定部64在目标剂量分布中设定过渡区域。射束宽度调整部66控制至少一个射束线构成要件，以使射束宽度比过渡区域在射束扫描方向的长度短。

扫描波形制作部68根据第2射束测量部50的测量结果制作适合目标剂量分布的注入用扫描波形。扫描波形制作部68反复进行以规定的步骤制作或修正扫描波形，并判断在该扫描波形的基础上通过第2射束测量部50测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布，直至找出适合的测量射束电流强度分布。

注入用扫描波形数据库70存储通过扫描波形制作部68制作出的注入用扫描波形。

射束扫描驱动部72从注入用扫描波形数据库70获取与多个目标剂量分布分别对应的扫描波形。射束扫描驱动部72根据机械扫描方向的衬底位置从所获取的扫描波形中选择任一扫描波形，并使用所选择的扫描波形驱动射束扫描仪26。这样实现图2中例示的混合扫描。

图9是表示实施方式所涉及的扫描波形制作方法的流程图。该方法在离子注入处理的准备阶段执行。图10例示通过图9的方法中的反复手法对扫描波形进行修正的情况。

首先，目标二维不均匀剂量分布被输入于控制装置60，目标设定部62将该目标二维不均匀剂量分布转换成多个目标剂量分布(S10)。目标二维不均匀剂量分布例如为图5所示的目标二维不均匀剂量分布82，目标设定部62将目标二维不均匀剂量分布82转换成多个目标一维不均匀剂量分布83。如上所述，目标二维不均匀剂量分布也可以包括目标一维均匀剂量分布。

过渡区域设定部64对多个目标剂量分布分别设定过渡区域(S12)。例如，对于目标一维不均匀剂量分布83，过渡区域设定部64在第1精密注入区域83a与第2精密注入区域83b之间设定过渡区域83c。由于目标一维均匀剂量分布不具有过渡区域，因此过渡区域设定部64不对目标一维均匀剂量分布设定过渡区域。

射束宽度调整部66也可以根据需要控制至少一个射束线构成要件，以使射束宽度比过渡区域在射束扫描方向的长度短(S13)。

扫描波形制作部68设定扫描波形(S14)。在第一次时，扫描波形制作部68给予射束扫描驱动部72扫描波形的初始值90a。扫描波形的初始值90a例如可以是图7(a)所示的线性三角波的扫描波形，也可以是图7(b)所示的以均匀注入用的方式进行了修正的扫描波形。这样的扫描波形预先存储于注入用扫描波形数据库70，扫描波形制作部68可从注入用扫描波形数据库70读出所述扫描波形。

射束扫描驱动部72使用通过扫描波形制作部68设定的扫描波形驱动射束扫描仪26。射束扫描仪26根据已设定的扫描波形沿射束扫描方向提供往复射束扫描。第2射束测量部50在射束扫描仪26的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布(S16)。

扫描波形制作部68对与目标不均匀剂量分布关联的目标射束电流强度分布和测量射束电流强度分布94a进行比较(S18)。扫描波形制作部68根据比较结果判断测量射束电流强度分布94a是否适合目标不均匀剂量分布92(S20)。

在设定有过渡区域的情况下，扫描波形制作部68将过渡区域除外而对目标射束电流强度分布与测量射束电流强度分布进行比较。即，过渡区域中不对目标射束电流强度分布与测量射束电流强度分布进行比较。扫描波形制作部68只在精密注入区域对目标射束电流强度分布与测量射束电流强度分布进行比较。这样，扫描波形制作部68将过渡区域除外而判断测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布。

在未设定有过渡区域的情况下，扫描波形制作部68遍及由用于向衬底表面注入离子的射束扫描仪进行扫描的扫描范围，对目标射束电流强度分布与测量射束电流强度分布进行比较。这样，扫描波形制作部68在扫描范围的整个区域判断测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布。

当测量射束电流强度分布94a不适合目标不均匀剂量分布92时(S20的NG)，扫描波形制作部68将扫描波形90a重新设定为扫描波形90b(S14)。在重新设定的扫描波形90b的基础上，通过第2射束测量部50重新测量射束电流强度分布94b(S16)。这样，扫描波形制作部68将扫描波形90a修正为扫描波形90b，并再次判断在经修正的扫描波形90b的基础上重新测量的测量射束电流强度分布94b是否适合目标不均匀剂量分布92(S20)。反复进行扫描波形的设定、射束电流强度分布的测量及适合与否的判断，直至找出合适的测量射束电流强度分布94c。

当测量射束电流强度分布94c适合目标不均匀剂量分布92时(S20的OK)，扫描波形制作部68采用适合时设定的扫描波形90c作为目标不均匀剂量分布92的注入用扫描波形。即，扫描波形制作部68将扫描波形90c与目标不均匀剂量分布92建立对应关联。如果需要，扫描波形制作部68将与目标不均匀剂量分布92建立了对应关联的扫描波形90c存储于注入用扫描波形数据库70(S22)。

这样，确定用于某一个目标不均匀剂量分布的扫描波形。对于其他目标不均匀剂量分布也以相同的方式确定扫描波形。即，扫描波形制作部68对于多个目标不均匀剂量分布中的每一个分布，判断在给定的扫描波形的基础上通过第2射束测量部50测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布，当适合时，将给定的扫描波形与目标不均匀剂量分布建立对应关联并存储于注入用扫描波形数据库70。

根据实施方式，使用了实际测量射束电流强度分布并据此来对扫描波形进行修正的反复方法，因此，能够从射束电流强度分布去除射束宽度的依赖性。由此，能够减小目标二维不均匀剂量分布与实际注入的剂量分布之间的差异，能够提供准确的晶片面内二维不均匀注入。

图11是表示另一实施方式所涉及的扫描波形制作方法的流程图。图11的方法中包括标准化(S24)及均匀性评价(S26)，以代替图9的比较(S18)。关于其他方面，图11的方法与图9的方法相同。

扫描波形制作部68通过以与目标不均匀剂量分布关联的目标射束电流强度分布对测量射束电流强度分布进行标准化，并对经标准化的测量射束电流强度分布的均匀性进行评价，从而判断测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布。

扫描波形制作部68也可以计算测量射束电流强度分布与目标射束电流强度分布之差即射束电流强度分布差而作为标准化。扫描波形制作部68也可以对射束电流强度分布差的均匀性进行评价。当射束电流强度分布差成为规定的阈值时，扫描波形制作部68评价射束电流强度分布差为均匀，并判断测量射束电流强度分布适合目标不均匀剂量分布。当射束电流强度分布差未成为该阈值时，扫描波形制作部68评价射束电流强度分布差为不均匀，并判断为不适合。

扫描波形制作部68也可以计算测量射束电流强度分布与目标射束电流强度分布之比即射束电流强度分布比而作为标准化。扫描波形制作部68也可以对射束电流强度分布比的均匀性进行评价。当射束电流强度分布比成为规定的阈值时，扫描波形制作部68评价射束电流强度分布比为均匀，并判断测量射束电流强度分布适合目标不均匀剂量分布。当射束电流强度分布比未成为该阈值时，扫描波形制作部68评价射束电流强度分布比为不均匀，并判断为不适合。

并且，扫描波形制作部68也可以遍及由用于向衬底表面注入离子的射束扫描仪进行扫描的扫描范围，以目标射束电流强度分布对测量射束电流强度分布进行标准化，并对经标准化的测量射束电流强度分布的均匀性进行评价。扫描波形制作部68也可以将预先设定的过渡区域除外而以目标射束电流强度分布对测量射束电流强度分布进行标准化，并对经标准化的测量射束电流强度分布的均匀性进行评价。

以上，参考上述实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施方式，将实施方式的结构进行适当组合或替换的方式也包含在本发明内。并且，也可以根据本领域技术人员的知识，适当地重新排列实施方式中的组合或处理的顺序或对实施方式施加各种设计变更等变形，施加了这种变形的实施方式也可以包含在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：

射束扫描仪，按照扫描波形沿射束扫描方向提供往复射束扫描；

机械扫描仪，使衬底沿机械扫描方向往复运动；

控制装置，控制所述射束扫描仪及所述机械扫描仪，以给予衬底表面目标二维不均匀剂量分布；及

射束电流测量部，在所述射束扫描仪的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布，

所述控制装置具备：

目标设定部，将所述目标二维不均匀剂量分布转换成多个目标剂量分布，所述多个目标剂量分布各自为射束扫描方向的剂量分布且在机械扫描方向形成于不同的位置；及

射束扫描驱动部，从注入用扫描波形数据库获取与所述多个目标剂量分布分别对应的扫描波形，根据机械扫描方向的衬底位置从所获取的扫描波形中选择任一扫描波形，并使用所选择的扫描波形驱动所述射束扫描仪，

所述多个目标剂量分布包括至少一个目标不均匀剂量分布，

所述控制装置还具备扫描波形制作部，所述扫描波形制作部判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布，当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联并存储于所述注入用扫描波形数据库。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，

当所述测量射束电流强度分布不适合所述目标不均匀剂量分布时，所述扫描波形制作部对所述给定的扫描波形进行修正，并判断在经修正的扫描波形的基础上重新测量的测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布。

3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部反复进行以规定步骤制作扫描波形，并判断在制作出的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布，直至找出适合的测量射束电流强度分布。

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，

所述扫描波形制作部遍及由用于向所述衬底表面注入离子的所述射束扫描仪进行扫描的扫描范围，判断所述测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布。

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，

所述目标不均匀剂量分布具有：第1精密注入区域，设定为第1目标剂量；及第2精密注入区域，设定为第2目标剂量且与所述第1精密注入区域在射束扫描方向上相邻，

所述控制装置具备过渡区域设定部，所述过渡区域设定部在所述第1精密注入区域与所述第2精密注入区域之间设定过渡区域，

所述扫描波形制作部将所述过渡区域除外而判断所述测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布。

6.根据权利要求5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线构成要件，所述射束线构成要件配设在所述射束扫描仪的上游或下游，并且能够调整所述衬底表面上的射束扫描方向的射束宽度，

所述控制装置具备射束宽度调整部，所述射束宽度调整部控制所述射束线构成要件以使所述射束宽度比过渡区域在射束扫描方向的长度短。

7.根据权利要求5或6所述的离子注入装置，其特征在于，

过渡区域在射束扫描方向的长度为5mm以上且30mm以下。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述多个目标剂量分布包括一组目标不均匀剂量分布，所述一组目标不均匀剂量分布分别具有过渡区域且沿机械扫描方向排列，过渡区域遍及所述一组目标不均匀剂量分布而连续。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部通过对与所述目标不均匀剂量分布关联的目标射束电流强度分布和所述测量射束电流强度分布进行比较，来判断所述测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部通过以与所述目标不均匀剂量分布关联的目标射束电流强度分布对所述测量射束电流强度分布进行标准化，并对经标准化的测量射束电流强度分布的均匀性进行评价，来判断所述测量射束电流强度分布是否适合所述目标不均匀剂量分布。

11.根据权利要求10所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部对射束电流强度分布差的均匀性进行评价，所述射束电流强度分布差为所述测量射束电流强度分布与所述目标射束电流强度分布之差。

12.根据权利要求10所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部对射束电流强度分布比的均匀性进行评价，所述射束电流强度分布比为所述测量射束电流强度分布与所述目标射束电流强度分布之比。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部遍及由用于向所述衬底表面注入离子的所述射束扫描仪进行扫描的扫描范围，以所述目标射束电流强度分布对所述测量射束电流强度分布进行标准化，并对经标准化的测量射束电流强度分布的均匀性进行评价。

14.根据权利要求10至12中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述扫描波形制作部将预先设定的过渡区域除外而以所述目标射束电流强度分布对所述测量射束电流强度分布进行标准化，并对经标准化的测量射束电流强度分布的均匀性进行评价。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束电流测量部在射束扫描方向上具有30mm以下的测量位置精度。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束电流测量部在与衬底表面相同的位置上测量射束扫描方向的射束电流强度分布。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束电流测量部在相对于衬底表面的上游或下游的位置上测量射束扫描方向的射束电流强度分布。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述多个目标剂量分布包括至少两个目标不均匀剂量分布，

所述扫描波形制作部针对所述至少两个目标不均匀剂量分布中的每一个分布，判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布，当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联并存储于所述注入用扫描波形数据库。

19.一种离子注入装置，其特征在于，具备：

射束扫描仪，沿射束扫描方向提供往复射束扫描；

射束电流测量部，在所述射束扫描仪的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布；及

扫描波形制作部，判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布，当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联。

20.一种离子注入装置用扫描波形制作方法，其特征在于，

所述离子注入装置具备：射束扫描仪，沿射束扫描方向提供往复射束扫描；及射束电流测量部，在所述射束扫描仪的下游测量射束扫描方向的射束电流强度分布，

所述扫描波形制作方法具备如下步骤：

判断在给定的扫描波形的基础上通过所述射束电流测量部测量的测量射束电流强度分布是否适合目标不均匀剂量分布的步骤；及

当适合时，将所述给定的扫描波形与所述目标不均匀剂量分布建立对应关联的步骤。