CN108091534A - 离子注入方法及离子注入装置 - Google Patents

离子注入方法及离子注入装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108091534A
CN108091534A CN201710945609.XA CN201710945609A CN108091534A CN 108091534 A CN108091534 A CN 108091534A CN 201710945609 A CN201710945609 A CN 201710945609A CN 108091534 A CN108091534 A CN 108091534A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
frequency
ion
value
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710945609.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108091534B (zh
Inventor
狩谷宏行
森川英喜
石川雅基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Mechanical Ion Technology Co Ltd
Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Mechanical Ion Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Mechanical Ion Technology Co Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Mechanical Ion Technology Co Ltd
Publication of CN108091534A publication Critical patent/CN108091534A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108091534B publication Critical patent/CN108091534B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H01J37/1474—Scanning means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/047—Changing particle velocity
    • H01J2237/0473—Changing particle velocity accelerating
    • H01J2237/04735—Changing particle velocity accelerating with electrostatic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
    • H01J2237/152—Magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2448—Secondary particle detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24507—Intensity, dose or other characteristics of particle beams or electromagnetic radiation
    • H01J2237/24514—Beam diagnostics including control of the parameter or property diagnosed
    • H01J2237/24528—Direction of beam or parts thereof in view of the optical axis, e.g. beam angle, angular distribution, beam divergence, beam convergence or beam landing angle on sample or workpiece
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24571—Measurements of non-electric or non-magnetic variables
    • H01J2237/24585—Other variables, e.g. energy, mass, velocity, time, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/304—Controlling tubes
    • H01J2237/30472—Controlling the beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

本发明提供一种离子注入方法及离子注入装置。本发明的课题在于以高精确度迅速调整离子束的能量。所述离子注入方法具备以下步骤：测定从根据暂定的高频参数进行动作的高能量多级线性加速单元输出的离子束的射束能量的步骤；基于测定出的射束能量调整高频参数的值的步骤；及使用从根据经调整的高频参数进行动作的高能量多级线性加速单元输出的离子束来进行离子注入的步骤。暂定的高频参数对至少包含最终级的一部分级的高频谐振器赋予与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的值。调整步骤包括变更对至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方的步骤。

Description

离子注入方法及离子注入装置
技术领域
本申请主张基于2016年11月21日申请的日本专利申请第2016-225935号的优先权。该申请的所有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方法及离子注入装置。
背景技术
能够输出高能量(例如，1MeV以上)的离子束的离子注入装置中，使用多级式的高频线性加速器(LINAC)对离子束进行加速。高频线性加速器中，对各级的电压振幅、频率及相位等高频参数进行最佳化计算，以便得到所希望的能量(例如，参考专利文献1)。由线性加速器加速的离子束因高频电场的影响而能量分布产生扩散，因此使用设置于下游侧的偏转电磁铁进行能量分析，以仅使所希望的能量的离子通过(例如，参考专利文献2)。
专利文献1：日本专利第3448731号公报
专利文献2：日本专利第5963662号公报
近年来，在使用了高能量射束的离子注入处理中要求进一步提高能量精确度，并要求以非常高的精确度来对准所希望的能量值。若使能量分析狭缝变狭窄，则能够提高能量精确度，但导致所得到的射束电流量的下降，因此无法称为现实性的对策。认为若能够以高精确度设定线性加速器的高频参数，则能够兼顾射束电流量和能量精确度。然而，在射束能量的目标值与测定值的差较大的情况等，需要执行多次基于测定的参数的最佳化计算，导致调整中需要相当多的时间。
发明内容
本发明的一方式的例示性目的之一在于提供一种用于以高精确度迅速调整从线性加速器输出的离子束的能量的技术。
本发明的一方式为使用了具备高能量多级线性加速单元的离子注入装置的离子注入方法。高能量多级线性加速单元具有多级高频谐振器，且构成为根据确定各级的高频谐振器的电压振幅、频率及相位的高频参数进行动作。该离子注入方法具备以下步骤：测定从根据暂定的高频参数进行动作的高能量多级线性加速单元输出的离子束的射束能量的步骤；基于测定出的射束能量来调整高频参数的值，以便得到目标射束能量的步骤；及使用从根据经调整的高频参数进行动作的高能量多级线性加速单元输出的离子束进行离子注入的步骤。暂定的高频参数确定为对多级高频谐振器中至少包括最终级的一部分级的高频谐振器赋予与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的值，调整步骤包括变更对至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方的步骤。
本发明的另一方式为离子注入装置。该装置具备：高能量多级线性加速单元，具有多级高频谐振器；及控制装置，控制确定高能量多级线性加速单元的各级的高频谐振器的电压振幅、频率及相位的高频参数。控制装置构成为测定从根据暂定的高频参数进行动作的高能量多级线性加速单元输出的离子束的射束能量，并基于测定出的射束能量来调整高频参数的值，以便得到目标射束能量，暂定的高频参数被确定为对多级高频谐振器中至少包括最终级的一部分级的高频谐振器赋予与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的值，控制装置通过变更对至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方来调整高频参数的值，以便得到目标射束能量。
另外，在方法、装置、系统等之间将以上构成要件的任意组合、或本发明的构成要件或表达相互进行替换，也作为本发明的方式而有效。
发明效果
根据本发明，能够以高精确度迅速调整从线性加速器输出的离子束的能量。
附图说明
图1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的顶视图。
图2是表示包括图1所示的高能量多级线性加速单元的概略结构的整体布局的俯视图。
图3是用于说明图1所示的高能量多级线性加速单元的控制部的功能及结构的方块图。
图4是表示图1所示的射束输送线单元的一部分的概略结构的俯视图。
图5(a)、图5(b)及图5(c)是用于说明本发明的一实施方式所涉及的射束平行度的测定的图。
图6是用于说明本发明的一实施方式所涉及的射束平行度的测定的图。
图7(a)及图7(b)是用于说明本发明的一实施方式所涉及的射束平行度的测定的图。
图8是例示本发明的一实施方式所涉及的射束测定方法的流程图。
图9是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的射束能量测定装置的一例的图。
图10是概略地表示图9所示的平行度测定部的图。
图11是在掩模的y方向中央切割图10所示的平行度测定部并从y方向观察的图。
图12是在掩模的y狭缝的x方向位置切割图10所示的平行度测定部并从x方向观察的图。
图13是在掩模的x狭缝的x方向位置切割图10所示的平行度测定部并从x方向观察的图。
图14是用于说明使用图9所示的平行度测定部的平行度测定处理的一例的流程图。
图15是示意地表示基于高频谐振器的射束加减速原理的图。
图16是示意地表示高频电压的时间波形及通过高频谐振器的离子所接受的能量的一例的曲线图。
图17是示意地表示高频电压的时间波形及通过高频谐振器的离子所接受的能量的一例的曲线图。
图18是示意地表示高频电压的时间波形及通过高频谐振器的离子所接受的能量的一例的曲线图。
图19是示意地表示加速相位与加减速能量之间的关系的一例的曲线图。
图20是例示实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
图中：14-高能量多级线性加速单元，14a-高频谐振器，16-射束偏转单元，24-能量分析电磁铁，28-能量分析狭缝，30-偏转电磁铁，34-射束扫描器，36-射束平行化器，54-控制运算装置，56-振幅控制装置，58-相位控制装置，60-频率控制装置，62-高频电源，100-离子注入装置，138-高频电源，140-高频电极，142-第1电极，144-第2电极，146-第1间隙，148-第2间隙。
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，对同一要件标注同一符号，并适当省略重复的说明。并且，以下叙述的结构为例示，并不对本发明的范围进行任何限定。
图1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置100的顶视图。离子注入装置100适合于所谓的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置是具有高频线性加速方式的离子加速器和高能量离子输送用射束线的离子注入装置，对由离子源10产生的离子进行加速，使如此得到的离子束B沿着射束线输送至被处理物(例如基板或晶片40)，并将离子注入被处理物中。
图1中示有离子注入装置100的射束线部的构成要件的布局。离子注入装置100的射束线部具备离子源10和用于对被处理物进行离子注入处理的处理室21，且构成为从离子源10朝向被处理物输送离子束B。
如图1所示，高能量离子注入装置100具备：离子束生成单元12，生成离子并进行质量分析；高能量多级线性加速单元14，对离子束进行加速而使其成为高能量离子束；射束偏转单元16，进行高能量离子束的能量分析、基准轨道修正、能量分散的控制；射束输送线单元18，将经分析的高能量离子束输送至晶片40；及基板处理供给单元20，将被输送的高能量离子束均匀地注入半导体晶片中。
离子束生成单元12具有离子源10、引出电极11及质量分析装置22。离子束生成单元12中，射束从离子源10在通过引出电极11被引出的同时被加速，被引出加速的射束通过质量分析装置22进行质量分析。质量分析装置22具有质量分析磁铁22a及质量分析狭缝22b。质量分析狭缝22b有时也会配置于质量分析磁铁22a的紧后方，但实施例中配置于其下一个结构即高能量多级线性加速单元14的入口部内。由质量分析装置22进行质量分析的结果，仅挑选出注入所需的离子种类，被挑选出的离子种类的离子束被引导至下一个高能量多级线性加速单元14。
图2是表示包括高能量多级线性加速单元14的概略结构的整体布局的俯视图。高能量多级线性加速单元14具备进行离子束的加速的多个线性加速装置，即隔着一个以上的高频谐振器14a的加速间隙。高能量多级线性加速单元14能够通过高频(RF)电场的作用而对离子进行加速。
高能量多级线性加速单元14具备第1线性加速器15a，该第1线性加速器15a具备用于注入高能量离子的基本的多级高频谐振器14a。高能量多级线性加速单元14也可以具备第2线性加速器15b，该第2线性加速器15b具备用于注入超高能量离子的追加的多级高频谐振器14a。通过高能量多级线性加速单元14进一步被加速的离子束，通过射束偏转单元16而使方向发生变化。
在使用了高频(RF)加速的离子注入装置中，作为高频的参数，必须考虑电压的振幅V[kV]、频率f[Hz]。另外，当进行多级的高频加速时，将彼此的高频相位作为参数而加进去。此外，需要用于通过收敛/发散效应来控制离子束在加速中途、加速后向离子束的上下左右扩散的磁场透镜(例如，四极电磁铁)、电场透镜(例如，电场四极电极)，关于这些的运行参数，其最佳值根据通过该处的时刻的离子能量而发生变化，而且加速电场的强度对收敛/发散带来影响，因此，在确定高频参数之后确定这些的值。
图3是表示以直线状排列有多个高频谐振器前端的加速电场(间隙)的高能量多级线性加速单元14及收敛发散透镜的控制部120的结构的方块图。
高能量多级线性加速单元14中包括一个以上的高频谐振器14a。作为控制高能量多级线性加速单元14所需的构成要件需要：输入装置52，用于操作人员输入所需的条件；控制运算装置54，用于根据所输入的条件数值计算各种参数，进而控制各构成要件；振幅控制装置56，用于调整高频电压振幅；相位控制装置58，用于调整高频相位；频率控制装置60，用于控制高频频率；高频电源62；收敛发散透镜电源66，用于收敛发散透镜64；显示装置68，用于显示运行参数；及存储装置70，用于存储已被确定的参数。并且，控制运算装置54中内置有用于预先数值运算各种参数的数值计算码(程序)。
高频线性加速器的控制运算装置54中，通过内置的数值计算码，以所输入的条件为基础，对离子束的加速及收敛/发散进行模拟来计算出高频参数(电压振幅、频率、相位)，以便得到最佳输送效率。并且，同时还计算出用于有效地输送离子束的收敛发散透镜64的参数(Q线圈电流、或Q电极电压)。计算出的各种参数显示于显示装置68。对于超过高能量多级线性加速单元14的能力的加速条件，表示无解的显示内容显示于显示装置68。
电压振幅参数从控制运算装置54被送至振幅控制装置56，振幅控制装置56调整高频电源62的振幅。相位参数被送至相位控制装置58，相位控制装置58调整高频电源62的相位。频率参数被送至频率控制装置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线性加速单元14的高频谐振器14a的谐振频率。控制运算装置54还通过计算出的收敛发散透镜参数来控制收敛发散透镜电源66。
在高频线性加速器的内部或其前后配置有所需数量的用于有效地输送离子束的收敛发散透镜64。即，在多级高频谐振器14a的前端的加速间隙的前后交替地具备发散透镜或收敛透镜。并且，在第2线性加速器15b的末端的横向收敛透镜64a的后方配置有追加的纵向收敛透镜64b，其调整通过高能量多级线性加速单元14的高能量加速离子束的收敛和发散而使最佳的二维射束轮廓(beam profile)的离子束入射到后级的射束偏转单元16。
如图1及图2所示，射束偏转单元16具有能量分析电磁铁24、抑制能量分散的横向收敛四极透镜26、能量分析狭缝28及提供转向(轨道修正)的偏转电磁铁30。另外，能量分析电磁铁24有时还被称为能量过滤电磁铁(EFM)。高能量离子束通过射束偏转单元16行进方向转换，并朝向晶片40的方向。
射束输送线单元18输送从射束偏转单元16出射的离子束B，并具有由收敛/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及最终能量过滤器38(包括最终能量分析狭缝)。射束输送线单元18的长度配合离子束生成单元12和高能量多级线性加速单元14的长度而设计，由射束偏转单元16连结而形成整体为U字状的布局。
在射束输送线单元18的下游侧的末端设置有基板处理供给单元20，在处理室21中收纳有：射束监测器，测量离子束B的射束电流、位置、注入角度、收敛发散角、上下左右方向的离子分布等；防静电装置，防止由离子束B引起的晶片40的带电；晶片搬送机构，搬入和搬出晶片40并设置到适当的位置、角度；ESC(Electro Static Chuck：静电卡盘)，在离子注入中保持晶片40；及晶片扫描机构，在注入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。
如此，离子注入装置100的射束线部构成为具有对置的2条长直线部的水平的U字状折返型射束线。上游的长直线部包括对由离子源10生成的离子束B进行加速的多个单元。下游的长直线部包括调整相对于上游的长直线部被转换方向的离子束B而向晶片40注入的多个单元。2条长直线部构成为大致相同的长度。在2条长直线部之间为了进行维护工作而设置有充分广的工作空间R1。
如此以U字状配置有各单元的高能量离子注入装置100抑制设置面积，且确保良好的工作性。并且，在高能量离子注入装置100中，通过将各单元、各装置设为模块结构，能够配合射束线基准位置而进行装卸、组装。
并且，由于高能量多级线性加速单元14和射束输送线单元18被折返配置，因此能够抑制高能量离子注入装置100的总长度。习知装置中，这些配置成大致直线状。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使装置宽度最小的方式被最佳化。通过这些，使装置的设置面积最小化，并且在被夹在高能量多级线性加速单元14与射束输送线单元18之间的工作空间R1中，能够进行对高能量多级线性加速单元14、射束输送线单元18的各装置的工作。并且，由于维护间隔比较短的离子源10与基板的供给/取出所需的基板处理供给单元20相邻配置，因此工作人员的移动较少。
图4是表示射束输送线单元18的一部分的概略结构的俯视图。通过射束偏转单元16(参考图1)，仅所需的离子种类被分离，仅成为所需能量值的离子的射束，通过射束整形器32被整形为所希望的截面形状。如图所示，射束整形器32由Q(四极)透镜等(电场式或磁场式)的收敛/发散透镜组构成。具有经整形的截面形状的射束通过射束扫描器34沿与图4的纸面平行的方向被扫描。例如，构成为包括横向收敛(纵向发散)透镜QF/横向发散(纵向收敛)透镜QD/横向收敛(纵向发散)透镜QF的三极Q透镜组。射束整形器32根据需要，能够分别由横向收敛透镜QF、横向发散透镜QD单独构成，或者组合多个而构成。
射束扫描器34是通过周期变动的电场使离子束沿与离子束的行进方向正交的水平方向周期性地往返扫描的偏转扫描装置(也被称为射束扫描仪)。
射束扫描器34具备在射束行进方向上以隔着离子束的通过区域的方式对置配置的一对(2片)对置电极34a、34b(二极式偏转扫描电极)，近似于以0.5Hz～4000Hz范围的一定频率正负变动的三角波的扫描电压，分别以相反符号被施加于2片对置电极34a、34b。该扫描电压在2片对置电极34a、34b的间隙内生成使通过该处的射束偏转的变动电场。并且，通过扫描电压的周期性变动，通过间隙的射束沿水平方向被扫描。
在射束扫描器34的下游侧，在离子束的通过区域具有开口的抑制电极74配置于2个接地电极78a、78b之间。在上游侧，在扫描电极的前方配置有接地电极76a，但根据需要，能够配置与下游侧相同结构的抑制电极。抑制电极抑制电子侵入正电极。
扫描室内部构成为，在射束扫描器34的下游侧的较长的区间设置有射束扫描空间部34c，即使在射束扫描角度较窄的情况下，也可得到充分的扫描宽度。在位于射束扫描空间部34c的下游的扫描室的后方设置有射束平行化器36，该射束平行化器36将经偏转的离子束调整为射束扫描偏转前的离子束的方向，即使经偏转的离子束弯曲，以便与射束线L1平行。
由射束平行化器36产生的像差(射束平行化器的中心部与左右端部的焦距的差)与射束扫描器34的偏转角的平方成比例，因此延长射束扫描空间部34c而减小偏转角，这非常有助于抑制射束平行化器36的像差。若像差较大，则向半导体晶片注入离子束时，在晶片的中心部和左右端部，射束尺寸和射束发散角不同，因此有时会在产品的品质上产生偏差。
并且，通过调整该射束扫描空间部34c的长度，能够使射束输送线单元的长度与高能量多级线性加速单元14的长度一致。
在射束平行化器36中配置有电场平行化透镜84。如图4所示，电场平行化透镜84由大致双曲线状的多个加速电极对和减速电极对构成。各电极对隔着不引起放电的程度的宽度的加速/减速间隙而相对置，加速减速间隙中形成有电场，该电场兼具引起离子束的加减速的轴方向的成分、及与离基准轴的距离成比例地增强而对离子束引起横向的收敛作用的横向成分。
在隔着加速间隙的电极对之中的下游侧的电极和减速间隙的上游侧的电极、及减速间隙的下游侧的电极和下一个加速间隙的上游侧的电极分别形成一体的结构体，以便形成相同电位。
从电场平行化透镜84的上游侧起，最初的电极(入射电极)和最后的电极(出射电极)被保持为接地电位。由此，在通过平行化透镜84之前与之后，射束的能量不发生变化。
在中间的电极结构体中，在加速间隙的出口侧电极和减速间隙的入口侧电极上连接有可变式恒压的负电源90，在减速间隙的出口侧电极和加速间隙的入口侧电极上连接有可变式恒压的正电源(n级时为负正负正负……)。由此，离子束重复加速/减速，且逐步朝向与射束线的基准轨道平行的方向。并且，最终踏入与偏转扫描前的离子束行进方向(射束线轨道方向)平行的轨道。
如图4所示，射束平行化器36在设计上的射束基准轨道(例如，图4所示的射束线L1)上具有焦点F。入射到射束平行化器36的多个射束轨道37a、37b、37c分别相对于射束基准轨道具有不同的角度。射束平行化器36被设计成，使多个射束轨道37a、37b、37c分别按照入射角度以不同的偏转角度偏转，由此使多个射束轨道37a、37b、37c与射束基准轨道平行。射束平行化器36接受按照给定的离子注入条件(例如包括目标射束能量)预先确定的电输入(例如电压)而开始工作。
多个射束轨道37a、37b、37c位于包括射束基准轨道的一平面上，在该平面内，从焦点F至射束平行化器36分别以不同的入射角度定向。在本实施方式中，多个射束轨道37a、37b、37c是由射束扫描器34进行扫描的结果，因此该平面相当于射束扫描器34的扫描平面(xz面)。这些射束轨道中的任一个(在图4中为射束轨道37b)可以与射束基准轨道一致。在本实施方式中，射束基准轨道在射束平行化器36中不偏转而直线通过射束平行化器36。
本实施方式所涉及的离子注入装置100构成为射束平行化器36的焦点F与射束扫描器34的扫描原点一致。由此，在扫描原点上被射束扫描器34扫描的射束通过包括电场平行化透镜等的射束平行化器36被收敛，从而相对于与扫描前的离子束行进方向(射束线轨道方向)平行的偏转角0度的轴(基准轴)平行。此时，扫描区域关于基准轴左右对称。
如上所述，射束平行化器36构成为使从射束扫描器34入射的离子束平行化，在与射束输送方向垂直的平面内，在射束平行化器36的下游形成沿着与射束输送方向垂直的x方向(水平方向)扩散的射束通过区域。射束平行化器36例如是静电式的射束平行化器。
如图1所示，离子注入装置100中设置有射束能量测定装置200。射束能量测定装置200具备平行度测定部202和能量运算部204。平行度测定部202构成为对于通过射束平行化器36的离子束，在射束平行化器36的下游测定离子束的平行度(以下，也称为“射束平行度”或“平行度”)。平行度测定部202例如设置于用于对被处理物进行离子注入处理的处理室21。
射束平行度是表示离子束中的射束角度误差的指标，详细内容后述。例如，作为射束平行度，可以使用表示在由通过射束平行化器36的多个射束轨道37a、37b、37c确定的上述平面内，在与射束线L1垂直的方向(x方向)上的射束角度的误差的指标。就本实施方式所涉及的射束平行度而言，与其说是表示离子束整体相对于设计上的射束基准轨道的角度误差的指标，不如说是表示离子束的局部之间的相对的角度误差。
平行度测定部202例如具备：发散掩模，具有多个狭缝；及轮廓仪杯(profilercup)，测定射束电流。发散掩模通过狭缝来限制通过射束平行化器36平行化的扫描射束。轮廓仪杯从发散掩模相隔规定距离L而配置。在现有的离子注入装置100的处理室21中一般设置有如轮廓仪杯之类的射束电流检测器。通过沿用这样的现有的检测器，能够以低成本来构成射束能量测定装置200。
平行度测定部202沿着扫描方向(x方向)测定射束电流作为位置的函数。在通过射束扫描器34及射束平行化器36的离子束的中心与射束线L1一致的理想的情况下，平行度测定部202例如可以根据射束电流成为最大的位置与预计设计上电流成为最大的位置的差δx及规定距离L计算出平行度。关于用于测定这样的平行度的结构的详细内容，将于后面进行叙述。
能量运算部204构成为根据测定出的平行度运算离子束的能量。能量运算部204基于射束平行度运算离子束的能量相对于目标射束能量的偏离量。能量运算部204可以是上述控制部120的一部分，也可以与其分开设置。或者，能量运算部204可以是构成为控制离子注入装置100的控制装置的一部分，也可以与其分开设置。
然而，射束平行化器36通过离子束的偏转或收敛而使离子束平行化，因此为了这样的平行化所需的偏转力或收敛力依赖于离子束所具有的能量。即，能量越大，所需的偏转力或收敛力也越大。射束平行化器36的偏转力或收敛力按照对射束平行化器36的电输入(例如，电场平行化透镜84时为电压)发生变化。
因此，在离子注入装置100中，预先确定有将离子束的目标射束能量和该离子束的平行化所需的对射束平行化器36的电输入建立对应关系的射束平行化器36的设定。在给定的离子注入条件(包括目标射束能量)下，根据该设定而确定的电输入被赋予至射束平行化器36，使射束平行化器36进行动作。由此，若入射到射束平行化器36的离子束的能量与目标射束能量一致，则如图5(a)所示，射束平行化器36能够使该离子束完全平行化。在图5(a)中，将射束平行化器36的焦距标记为F0。
但是，若离子束的能量与目标射束能量不同，则在与该目标射束能量相应的设定下，无法通过射束平行化器36使离子束完全平行化。
例如，当离子束的能量小于目标射束能量时，通过射束平行化器36，离子束被过度收敛或偏转，导致射束平行度脱离完全平行。如图5(b)所示，这等价于使射束平行化器36的焦点F靠近射束平行化器36而减小焦距(F1＜F0)。并且，当离子束的能量大于目标射束能量时，由射束平行化器36产生的离子束的收敛或偏转不足(射束发散)，导致射束平行度脱离完全平行。如图5(c)所示，这等价于使射束平行化器36的焦点F远离射束平行化器36而加大焦距(F2＞F0)。
该能量偏离与平行度偏离的关系能够通过平行化透镜84周边的电场计算及离子束的轨道计算来求出。假设当能量成为α倍时，焦距成为β倍。对于某一个α的值，能够计算出从分别与射束扫描器34的扫描范围内的若干扫描角度相对应的平行化透镜84出射的角度。根据这些扫描角度(即，入射到平行化透镜84的角度)和从平行化透镜84出射的角度，求出与该能量比α相对应的焦距比β。通过求出分别与多个能量比α的值相对应的焦距比β，得到能量比α与焦距比β之间的关系。根据本发明者的分析，能量比α与焦距比β具有线性关系，即表示为α＝A·β+B(A、B为常数)。另外，该关系不依赖于扫描角度。由于焦距比β相当于平行度的偏离，因此能够通过测定平行度来计算出能量比α。
例如，将目标射束能量E0的离子束通过平行化透镜84时的偏转角度(即，入射角与出射角的差)设为Φ时，假设实际偏转的角度为Φ+δΦ。作为理想的情况，若假设离子束的中心与射束线L1一致，则能够使用角度偏离δΦ作为射束平行度。角度偏离δΦ与能量偏离δE成比例。即，δE＝E0×(δΦ/Φ)。能量运算部204根据这样的已知的关系将测定出的射束平行度(即角度偏离δΦ)换算为能量偏离量δE。
平行化透镜84预先精确地设计为，实现用于使目标能量E0的离子束平行化的偏转角度Φ。并且，平行度是注入处理中主要的参数之一，因此平行度测定部202构成为可准确地测定平行度(即δΦ)。目标能量E0被确定为所进行的注入处理的规格。因此，射束能量测定装置200能够精确度良好地求出能量的偏离量δE即离子束的能量E0+δE。
关于射束平行度的测定，参考图5(b)及图5(c)对具体例进行说明。平行度测定部202对于离子束的多个射束部分测定关于与射束基准轨道垂直的方向(x方向)的射束角度。使用多个射束部分中第1射束部分206的射束角度δΦ1与第2射束部分208的射束角度δΦ2的差来定义射束平行度δΦ。例如定义为δΦ＝(δΦ1-δΦ2)/2。
第1射束部分206在x方向上位于离子束的外缘部，第2射束部分208在x方向上位于与第1射束部分206相反的一侧的离子束的外缘部。第2射束部分208与第1射束部分206关于射束线L1对称。测定点的间隔优选在x方向上尽可能较大。这是因为，当离子束在射束平行化器36中收敛或发散时，测定点彼此相隔时，角度差变大。由此，测定的灵敏度得到提高。
图5(b)及图5(c)中图示有离子束的中心与射束线L1一致，但离子束的能量与目标射束能量不同的情况。如图5(b)中所例示，当δΦ1＝-δΦ2＝ξ时，δΦ＝(ξ-(-ξ))/2＝ξ。并且，如图5(c)中所例示，当δΦ2＝-δΦ1＝ξ时，δΦ＝(-ξ-ξ)/2＝-ξ。将如此得到的射束平行度δΦ换算为能量偏离δE，能够使用该能量偏离求出离子束的能量。
相对于此，图6中图示有离子束的能量与目标射束能量一致，但离子束的中心偏离射束线L1的情况。如图6中所例示，当δΦ1＝δΦ2＝ξ时，δΦ＝(ξ-ξ)/2＝0。由于射束平行度δΦ为零，因此能量偏离δE也为零。即，在第1射束部分206及第2射束部分208没有能量偏离，离子束的能量与目标射束能量一致。
由于射束平行度δΦ为零，因此第1射束部分206与第2射束部分208通过射束平行化器36被平行化。但是，由图6可知，在射束平行化器36的上游，离子束偏离射束线L1，因此在射束平行化器36的下游，第1射束部分206和第2射束部分208也分别偏离设计上的射束轨道(倾斜)。
也能够使用通过某1个测定点上的射束角度定义的量作为射束平行度。但是，在该情况下，如图6所示，若离子束偏离射束线L1，则由这样的轨道偏离引起的误差包含于测定射束角度。其结果，得到不准确的射束平行度。如此一来，由此得到的能量偏离也变得不准确。
相对于此，如图5(b)及图5(c)中所例示，若将通过2个测定点上的射束角度差定义的量用作射束平行度，则能够排除由上述轨道偏离产生的误差。由轨道偏离产生的误差在离子束的局部之间是共同的。换言之，由于射束平行化器36的上游的轨道偏离，在射束平行化器36的下游的任何射束部分也产生相同的角度偏离。因此，通过取测定射束角度的差，能够得知其中一方的测定射束角度中所包含的误差与另一方的测定射束角度中所包含的误差。如此，能够准确地得知射束部分之间的相对的角度偏离。
射束角度的测定点也可以是3个以上。平行度测定部202也可以测定第1射束部分206、第2射束部分208及第3射束部分210。如图7(a)中所例示，第1射束部分206及第2射束部分208可以如上述那样在x方向上位于彼此相反的一侧，第3射束部分210可以位于离子束的中心附近。将基于平行度测定部202的第1射束部分206、第2射束部分208及第3射束部分210的x方向测定位置分别设为X1、X2、X3。
平行度测定部202基于测定出的3个射束角度δΦ1、δΦ2、δΦ3生成x方向射束角度相对于x方向位置的误差分布。误差分布通过公知的任意方法(例如最小二乘法)来求出。将误差分布例示于图7(b)。能够使用该误差分布中的x方向位置的变化量δx和与其相对应的x方向射束角度的变化量δΦ的比来定义射束平行度。例如，射束平行度也可以定义为比δΦ/δx。即，射束平行度是x方向的每单位长度的角度差，其为误差分布的斜率。
若离子束产生轨道偏离，则按照该偏离量，测定出的3个射束角度δΦ1、δΦ2、δΦ3相同地增加或减少。这相当于图7(b)所示的误差分布的平行移动。即，误差分布的斜率不变。由此，通过使用比δΦ/δx来定义射束平行度，能够从射束平行度中排除由轨道偏离产生的误差。
另外，也可以在射束角度的测定点为2个时生成这种误差分布。在该情况下，可以根据与2个射束部分的x方向测定位置相对应的x方向射束角度测定值运算比δΦ/δx。
如参考图1所说明，离子注入装置100具备高能量多级线性加速单元14、能量分析电磁铁24及能量分析狭缝28。由高能量多级线性加速单元14进行的加速在原理上对离子束赋予能量分布。离子注入装置100设计为当高能量多级线性加速单元14在适当的参数下进行动作时，能量分布的中心与狭缝的中心一致。通过狭缝之后的射束能量成为目标射束能量。
然而，当高能量多级线性加速单元14在与适当的参数若干不同的参数下进行动作时，由于该参数差异而离子束的能量若干增减。如此一来，由能量分析电磁铁24产生的离子束的偏转角度发生改变，离子束的能量分布的中心偏离能量分析狭缝28的中心。若射束中心偏离狭缝中心，则与此相应地，通过狭缝之后的射束能量偏离目标射束能量。
因此，测定出的离子束的能量可以用于控制高能量多级线性加速单元14。例如，控制部120可以基于运算出的离子束的能量来控制高能量多级线性加速单元14，以使离子束具有目标能量。
在该情况下，控制部120可以控制至少1个高频谐振器14a中的电压振幅V[kV]。控制电压相当于直接操作离子束的能量。优选至少1个高频谐振器14a包括最终级的高频谐振器。如此，通过在最终级的高频谐振器中控制电压，能够容易调整离子束的能量。
或者，控制部120可以控制至少1个高频谐振器14a中的高频相位。通过调整相位，能够使射束被加速时所接受的能量的比例发生变化。
如此一来，则能够精确度良好地调整射束能量。由此，例如能够精确地控制向基板W注入的深度。
控制部120可以判定测定出的能量偏离量是否超过预先确定的第1阈值。当能量偏离量超过第1阈值时，控制部120可以以将离子束的能量修正为接近目标射束能量的方式控制高能量多级线性加速单元14。当能量偏离量不超过第1阈值时，控制部120可以判定为离子束的能量在容许范围内。
并且，控制部120也可以判定测定出的能量偏离量是否超过预先确定的第2阈值。当能量偏离量超过第2阈值时，控制部120可以中断离子注入处理。第2阈值可以大于第1阈值。第2阈值也可以与第1阈值相等。当测定出的能量偏离量超过预先确定的阈值时，控制部120可以选择离子注入处理的中断或能量偏离的修正。
另外，控制部120也可以判定根据能量偏离量求出的离子束的能量是否在预先确定的容许范围内，来代替比较能量偏离量和阈值。并且，可以由与离子注入装置100相关的其他控制装置代替控制部120来执行这些判定。
图8是例示本发明的一实施方式所涉及的射束测定方法的流程图。该射束测定方法具备能量测定步骤(S10)及控制步骤(S20)。例如在离子注入处理的准备工序中以规定的频度反复执行该方法。
在能量测定步骤(S10)中，首先，使用射束能量测定装置200的平行度测定部202，在离子注入装置100的射束平行化器36的下游测定离子束的平行度(S11)。接着，使用射束能量测定装置200的能量运算部204，根据测定出的平行度运算离子束的能量(S12)。
射束能量测定装置200或控制部120判定运算出的离子束的能量是否适当(S15)。例如，当运算出的能量与目标能量一致时，或者运算出的能量在目标能量附近的容许范围内时，判定为离子束的能量适当。当运算出的能量适当时(S15的是)，无需调整能量，本方法结束。当运算出的能量不适当时(S15的否)，执行控制步骤(S20)。
在控制步骤(S20)中，基于运算出的离子束的能量，控制离子注入装置100的高能量多级线性加速单元14，以使离子束具有目标能量。通过控制部120控制高能量多级线性加速单元14。
首先，基于运算出的离子束的能量计算出修正电压(S21)。修正电压是用于对离子束赋予目标能量的最终级的高频谐振器中的RF加速电压的修正量。接着，控制部120确认最终级的高频谐振器的电压余力(S22)。即，判定最终级的高频谐振器是否能够追加产生修正电压。当电压余力超出修正电压时(S22的是)，以产生修正电压的方式设定最终级的高频谐振器(S23)。如此，适当地调整离子束的能量，本方法结束。另外，也可以以产生修正电压的方式设定最终级的高频谐振器之后，执行能量测定步骤(S10)，并再次判定运算出的离子束的能量是否适当(S15)。
另一方面，当最终级的高频谐振器中电压余力不足于修正电压时(S22的否)，进行用于对离子束赋予目标能量的代替处理(S24)。例如，在至少1个高频谐振器14a中进行相位调整。或者，也可以在最终级的高频谐振器以外的高频谐振器中调整RF加速电压。另外，也可以通过组合这样的代替处理、及将修正电压的一部分设定于最终级的高频谐振器来对离子束赋予目标能量。如此，本方法结束。也可以在这些调整之后执行能量测定步骤(S10)，并再次判定运算出的离子束的能量是否适当(S15)。
图9中概略地示有本发明的一实施方式所涉及的射束能量测定装置200的一例。如上所述，离子注入装置100构成为对被处理物W的表面进行离子注入处理。被处理物W例如是基板，例如是半导体晶片。由此，本说明书中，为了便于说明，有时将被处理物W称为基板W，但这并非要将注入处理的对象限定于特定的物体。
离子注入装置100构成为，通过射束扫描及机械扫描中的至少一方，对基板W整体照射离子束B。本说明书中，为了便于说明，将设计上的离子束B的行进方向定义为z方向，将与z方向垂直的面定义为xy面。如后述，对被处理物W扫描离子束B时，将扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。由此，沿x方向进行射束扫描，沿y方向进行机械扫描。
处理室21具备物体保持部(未图示)，该物体保持部构成为保持1片或多片基板W，并根据需要向基板W提供相对于离子束B的例如y方向的相对移动(所谓的机械扫描)。在图9中用箭头D例示机械扫描。并且，处理室21具备射束挡板92。当离子束B上不存在基板W时，离子束B入射到射束挡板92。
处理室21中设置有射束能量测定装置200。如上所述，射束能量测定装置200具备平行度测定部202和能量运算部204。平行度测定部202具备：掩模102，用于将原来的离子束B整形为测定用离子束Bm；及检测部104，构成为检测测定用离子束Bm。
如图9中所例示，当向基板W照射离子束B时，掩模102及检测部104位于偏离离子束B的回撤位置。此时，离子束B不会照射到掩模102及检测部104。在进行测定时，掩模102及检测部104通过未图示的移动机构移动至横穿离子束B的测定位置(参考图10)。此时，掩模102在离子束B的路径上位于最终能量过滤器38(参考图1)与检测部104之间，检测部104位于在离子注入处理中放置有基板W的表面的z方向位置。
并且，平行度测定部202具备用于执行离子束测定处理的测定控制部106。测定控制部106可以是构成为控制离子注入装置100的控制装置的一部分，也可以与其分开设置。能量运算部204可以是测定控制部106的一部分，也可以与其分开设置。测定控制部106可以构成为支配如上所述的掩模102及检测部104的回撤位置与测定位置之间的移动。在一实施方式中，离子注入装置100可以构成为基于由平行度测定部202测定的结果控制离子注入处理。
测定控制部106具备射束角度运算部108，该射束角度运算部108构成为，基于表示检测结果的检测部104的输出，运算实际的离子束B的行进方向相对于设计上的行进方向即z方向所成的角度。射束角度运算部108构成为，使用测定用离子束Bm的通过了y狭缝110y的射束部分的x方向位置运算x方向射束角度，并使用测定用离子束Bm的通过了x狭缝110x的射束部分的y方向位置运算y方向射束角度。
图10是概略地表示图9所示的平行度测定部202的图。图11是在掩模102的y方向中央切割图10所示的平行度测定部202并从y方向观察的图。图12是在掩模102的y狭缝110y的x方向位置切割图10所示的平行度测定部202并从x方向观察的图。图13是在掩模102的x狭缝110x的x方向位置切割图10所示的平行度测定部202并从x方向观察的图。
掩模102构成为使从上游供给的离子束B部分透射并生成测定用离子束Bm。测定用离子束Bm具备y射束部分112y及x射束部分112x(参考图11至图13)。y射束部分112y在xy面上具有沿y方向细长的截面。x射束部分112x在xy面上具有沿x方向细长的截面。
掩模102具备具有使离子束B通过的多个狭缝或开口的板状的部件。掩模102上的多个狭缝包括沿y方向细长的y狭缝110y和沿x方向细长的x狭缝110x。本说明书中，有时将形成有y狭缝110y的掩模102部分称为“第1掩模部分”，将形成有x狭缝110x的掩模102部分称为“第2掩模部分”。
图10所示的掩模102在原来的离子束B所入射的掩模102上的被照射区域具备3个第1掩模部分及2个第2掩模部分。这些第1掩模部分及第2掩模部分在x方向上配置为彼此交替。各第1掩模部分具备1条y狭缝110y，各第2掩模部分具备1条x狭缝110x。
由此，掩模102具有3条y狭缝110y和2条x狭缝110x,y狭缝110y和x狭缝110x在x方向上排列成彼此交替。中央的y狭缝110y配置于在离子束B所入射的掩模102上的被照射区域中的x方向中央。其余的2条y狭缝110y分别配置于在掩模102上的被照射区域中的x方向端部。另一方面，2条x狭缝110x在y方向上位于相同的位置，并配置于掩模102上的被照射区域中的y方向中央。
y狭缝110y是具有与y射束部分112y相对应的形状的贯穿孔。因此，y狭缝110y在x方向上具有一狭窄的狭缝宽度，在y方向上具有比其长的狭缝长度。另一方面，x狭缝110x是具有与x射束部分112x相对应的形状的贯穿孔。因此，x狭缝110x在y方向上具有一狭窄的狭缝宽度，在x方向上具有比其长的狭缝长度。
y狭缝110y及x狭缝110x的狭缝长度明显长于狭缝宽度，狭缝长度为狭缝宽度的例如至少10倍。当重视测定精确度时，优选缩小狭缝宽度，当重视缩短测定时间时，优选加宽狭缝宽度。按照离子束B的y方向的宽度确定y狭缝110y的狭缝长度。
并且，掩模102中相邻的2个狭缝的间隔被确定为使测定用离子束Bm入射到检测部104时相邻的2个射束部分彼此分离。如图11所示，相邻的y狭缝110y和x狭缝110x的x方向的间隔被确定为不使相邻的y射束部分112y和x射束部分112x在检测部104的z方向位置上彼此重合。如此一来，能够避免各射束部分从掩模102到达检测部104之前，由于各射束部分的发散而使得相邻的射束部分彼此混合的情况。
离子束B照射到第1掩模部分并通过y狭缝110y，由此生成y射束部分112y。离子束B照射到第2掩模部分并通过x狭缝110x，由此生成x射束部分112x。与掩模102上的y狭缝110y及x狭缝110x的配置相对应而生成3条y射束部分112y和2条x射束部分112x在x方向上排列成彼此交替的测定用离子束Bm。
由检测部104进行检测期间，掩模102保持静止。由此，y射束部分112y及x射束部分112x相当于从原来的离子束B切出的特定的一部分。因此，y射束部分112y及x射束部分112x保持xy面上离子束B在特定位置上的射束角度。
检测部104构成为检测y射束部分112y的x方向位置，并检测x射束部分112x的y方向位置。检测部104具备移动检测器，该移动检测器能够以横穿测定用离子束Bm的方式沿x方向移动。在图10中用箭头E例示检测部104沿x方向的移动。通过检测器的x方向移动来检测y射束部分112y的x方向位置。并且，检测部104具备在y方向上排列的多个检测要件114。根据检测部104中的x射束部分112x的到达位置来检测x射束部分112x的y方向位置。
如此一来，检测部104能够在移动检测器横穿1次测定用离子束Bm的期间检测y射束部分112y的x方向位置及x射束部分112x的y方向位置。
检测部104或各检测要件114例如具备按照所入射的离子的量生成电流的元件，或者也可以是能够检测离子束的任意的结构。检测部104或各检测要件114例如可以是法拉第杯。并且，图示的检测部104代表性地例示有5个检测要件114，但检测部104也可以典型地具备比该数量更多(例如至少10个)的检测要件114的排列。
如图11所示，当检测部104为了检测测定用离子束Bm而沿x方向移动时，例如在x方向位置xa上，检测部104接受来自掩模102上的x方向端部的y狭缝110y的y射束部分112y。并且，检测部104例如在x方向位置xb上接受来自其中一方的x狭缝110x的x射束部分112x。另外，检测部104例如在x方向位置xc上接受来自x方向中央的y狭缝110y的y射束部分112y。同样地，检测部104例如在x方向位置xd上接受来自另一方的x狭缝110x的x射束部分112x，并且例如在x方向位置xe上接受来自x方向端部的y狭缝110y的y射束部分112y。
检测部104向射束角度运算部108输出作为x方向移动的结果而得到的x方向位置与射束电流之间的关系。射束角度运算部108根据x方向位置与射束电流之间的关系来特定y射束部分112y的x方向位置。射束角度运算部108例如将与y射束部分112y相对应的射束电流峰值的x方向位置确定为该y射束部分112y的x方向位置。
如图12所示，y射束部分112y遍及沿y方向排列的若干个检测要件114而入射。因此，在本实施方式中，将从每个检测要件114输出的射束电流进行合计，并将该合计的射束电流用于特定y射束部分112y的x方向位置。
如习知，根据z方向上的第1位置与第2位置之间的x方向的射束位移量和第1位置与第2位置的z方向距离的比，能够运算x方向射束角度θx。由于在检测中掩模102被保持于规定的位置，因此掩模102上的各狭缝的z方向位置及该z方向位置上的各狭缝的xy面内位置是已知的。并且，检测部104的z方向位置也是已知的。因此，使用这些已知的位置关系和检测出的y射束部分112y的x方向位置，能够运算x方向射束角度θx。
在此，射束平行度例如可以定义为2个测定点之间的角度差δθ＝θx1-θx2。测定点的间隔优选在扫描平面内尽可能相隔。这是因为，当射束成为收敛轨道或发散轨道时，测量位置尽可能相隔时角度差变大，因此灵敏度变高。
如图11所示，y射束部分112y的x方向的宽度对应于y狭缝110y的x方向的宽度而较细。因此，容易特定与y射束部分112y相对应的射束电流峰值的x方向位置。并且，如图12所示，y射束部分112y对应于y狭缝110y而在y方向上宽度较宽。因此，与如以往那样使用具有圆形小孔的掩模的情况相比，能够加大检测部104所接受的射束电流。
同样地，根据z方向上的第1位置与第2位置之间的y方向的射束位移量和第1位置与第2位置的z方向距离的比，能够运算y方向射束角度θy。如图13所示，x射束部分112x的y方向的宽度对应于x狭缝110x的y方向的宽度而较细。x射束部分112x到达检测部104的一特定的检测要件114，能够将该检测要件114的y方向位置视为x射束部分112x的y方向位置。使用如此检测出的x射束部分112x的y方向位置、及掩模102与检测部104之间的已知的位置关系，能够运算y方向射束角度θy。如图11所示，由于x射束部分112x对应于x狭缝110x而在x方向上宽度较宽，因此能够加大检测部104所接受的射束电流。
如此，通过在单一的掩模102上形成x方向狭缝及y方向狭缝，能够以1个掩模102同时测定x方向射束角度θx及y方向射束角度θy。
通过将多个y狭缝110y分别设置于x方向上不同的位置，能够求出离子束B的x方向射束角度θx的x方向分布。例如，能够将从中央的y射束部分112y得到的x方向射束角度θx用作离子束B的x方向射束角度的代表值。并且，作为表示x方向射束角度θx的均匀性的指标，例如也能够使用该代表值与从端部的y射束部分112y得到的x方向射束角度θx的差。
并且，通过将多个x狭缝110x分别设置于x方向上不同的位置，能够求出离子束B的y方向射束角度θy的x方向分布。
在上述实施方式中，检测部104以恒定速度沿x方向移动。这有检测部104的动作变得简单的优点。但是，在一实施方式中，为了加大检测部104所接受的射束电流量，检测部104可以构成为在移动检测器横穿1次测定用离子束Bm的期间调整其移动速度。例如，为了接受x射束部分112x，移动检测器可以减速或静止。具体而言，例如移动检测器可以在即将要接受x射束部分112x之前减速，并持续减速至通过该x射束部分112x。或者，移动检测器也可以在接受x射束部分112x的位置停止规定时间。
图14是用于说明使用图9所示的平行度测定部202的平行度测定处理的一例的流程图。首先，在离子束所通过的位置设置掩模(S31)。该操作机械地进行。如上所述，掩模上设置有y狭缝及x狭缝。之后，直至本方法结束为止，掩模被保持于该位置，在测定期间掩模保持静止。
接下来，开始离子束的照射(S32)。离子束通过掩模的狭缝，由此准备测定用离子束。如上所述，测定用离子束具备：y射束部分，沿与离子束行进方向垂直的y方向较长；及x射束部分，沿与所述行进方向及y方向垂直的x方向较长。
接着，测定射束角度(S33)。使用检测部测定通过了掩模的离子束的到达位置。检测y射束部分的x方向位置，并检测x射束部分的y方向位置。此时，根据需要，检测部相对于测定用离子束而移动。使用检测出的x方向位置运算x方向射束角度(即平行度)，并使用检测出的y方向位置运算y方向射束角度。然后，结束离子束的照射(S34)，最后解除掩模的设置(S35)。掩模返回到回撤位置。如此，本方法结束。
在上述实施方式中，离子注入装置100具备静电型的射束平行化器36，但本发明并不限于此。在一实施方式中，离子注入装置100可以具备磁场型的射束平行化器。在该情况下，通过将上述说明中的电压替换为磁场，同样能够测定能量。
并且，在一实施方式中，测定出的离子束的能量也可以用于控制高能量多级线性加速单元14以外的离子注入装置100的构成要件。
在一实施方式中，离子注入装置100也可以构成为向处理室21赋予有时也被称为带状射束的在与z方向垂直的一方向上具有较长的截面的离子束。在该情况下，离子束例如具有比y方向的宽度长的x方向的宽度。由此，射束能量测定装置可以具备：平行度测定部，在射束平行化器的下游测定带状射束的平行度；及能量运算部，根据测定出的平行度运算离子束的能量。
接着，对高能量多级线性加速单元14的高频参数的调整方法进行详细说明。在本实施方式中，高能量多级线性加速单元14具有n级(例如18级)的高频谐振器。例如，前级的第1线性加速器15a具有m级(例如12级)的高频谐振器，后级的第2线性加速器15b具有n-m级(例如6级)的高频谐振器。在各级的高频谐振器之间配置有被施加静电压的电极(典型地为接地电极)，利用施加于电极与高频谐振器之间的间隙的电位差，对通过该间隙的离子束进行加速或减速。也能够使配置于各级的高频谐振器之间的电极作为Q透镜(收敛或发散透镜)发挥功能。例如，通过调整用于设定施加电压的Q透镜参数，能够控制通过高能量多级线性加速单元14的离子束的射束轮廓。通过适当地控制Q透镜参数，例如能够以使从高能量多级线性加速单元14输出的射束电流量最大化的方式调整输出射束。
关于高能量多级线性加速单元14，通过调整确定各级的高频谐振器的电压振幅、频率及相位的高频参数来控制作为加速单元整体的加速能量的量。通过将目标射束能量作为输入并使用了规定的算法的最佳化计算来运算高频参数的值。例如，对模拟了高能量多级线性加速单元14的光学配置的模拟模型设定适当的高频参数，一边改变高频参数的值一边运算输出能量的值。由此，计算出用于得到目标射束能量的高频参数。若有过去的最佳化计算的执行结果，则也能够利用该结果来计算出高频参数。
另外，在多级高频谐振器中最上级(例如第1级及第2级)的高频谐振器进行将通过静电压的引出电极11从离子源10引出的连续射束(DC射束)固定于特定的加速相位的“聚束(bunching)”。因此，最上级的高频谐振器也被称为“聚束器(buncher)”。聚束器支配下游侧的高频谐振器中的射束捕获效率，对从高能量多级线性加速单元14输出的射束电流量带来较大影响。在高频参数的最佳化计算中，通过一边改变聚束器的相位一边进行模拟来导出输送效率成为最佳的相位的组合。
即使基于通过上述最佳化计算而得到的高频参数使高能量多级线性加速单元14进行动作，也有无法得到所希望的射束能量的情况。其原因可以考虑到几点，例如可以举出高频谐振器中的高频电极的制作误差、安装误差、施加于高频电极的高频电压的振幅误差等。射束能量的目标值与实测值的差在容许范围内即可，但近年来对能量精确度的要求逐渐高涨，为了将射束能量的值控制在容许范围内,需进行高频参数的微调。此时，如上述图8的S22的处理所示，若有修正电压的产生余力，则或许能够进行能量的微调。然而，若没有余力，则能量的微调并不容易，必须再次执行花费时间的最佳化计算。
因此，在本实施方式中，在对多级高频谐振器中至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设为与赋予设计上的最大加速的高频参数不同的值的制约条件下，执行最佳化计算来求出暂定的高频参数。在此，“与赋予设计上的最大加速的高频参数不同的值”是有目的地偏离用于赋予最大加速的最佳值的参数值。通过设定有目的地偏离最佳值的参数，能够编入用于能量的微调的调整余力。其结果，仅通过对至少包括最终级的一部分级的高频谐振器调整参数，便能够微调输出射束的能量值。因此，根据本实施方式，无需重新进行花费时间的最佳化计算，能够更简便地得到能量精确度高的射束。
图15是示意地表示基于高频谐振器14a的射束加减速的原理的图。高频电极140具有圆筒形状，离子束B通过圆筒的内部。高频电极140上连接有高频电源138，并被施加确定为高频参数的电压振幅、频率及相位的高频电压VRF。在高频电极140的上游侧配置有第1电极142，在高频电极140的下游侧配置有第2电极144。第1电极142及第2电极144被施加静电压，例如被施加接地电压。在第1电极142及第2电极144的内部可以设置有作为Q透镜发挥功能的四极电极。四极电极可以是使射束在与射束轨道正交的x方向上收敛的横向收敛(纵向发散)透镜QF或使射束在y方向上收敛的纵向收敛(横向发散)透镜QD。
在高频电极140与第1电极142之间设置有第1间隙146。第1间隙146中产生由高频电极140与第1电极142的电位差引起的电场。同样地，在高频电极140与第2电极144之间设置有第2间隙148，第2间隙148中产生由高频电极140与第2电极144的电位差引起的电场。位于第1间隙146的离子132接受第1间隙146中产生的电场而被加速或减速。同样地，位于第2间隙148的离子134接受第2间隙148中产生的电场而被加速或减速。另一方面，高频电极140、第1电极142及第2电极144的内部实质上为等电位，因此通过第1电极142、高频电极140及第2电极144的内部的离子131、133、135实质上不会被加减速。
图16是示意地表示高频电压VRF的时间波形及通过高频谐振器14a的离子所接受的能量的一例的曲线图。曲线图所示的时刻t＝t1、t2、t3、t4、t5对应于图15所示的离子131～135分别通过第1电极142、第1间隙146、高频电极140、第2间隙148及第2电极144时的时刻。本说明书中，将离子133通过高频电极140时(t＝t3)的高频电压VRF的相位也称为“加速相位”。通过改变高频参数的值来控制加速相位的值。若加速相位发生变化，则由射束通过高频谐振器14a而引起的加减速能量的量发生变化。因此，加速相位在控制射束能量的值的方面是重要的参数之一。
图16是表示加速相位设定为的情况。在该情况下，在通过比高频电极140更上游的第1间隙146的时刻t＝t2，高频电压VRF成为负值(-VA)，在通过比高频电极140更下游的第2间隙148的时刻t＝t4，高频电压VRF成为正值(+VA)。在时刻t＝t2时，由于第1电极142的电位(接地)高于高频电极140的电位(-VA)，因此离子132得到由该电位差VA引起的加速能量。并且，在时刻t＝t4时，由于高频电极140的电位(+VA)高于第2电极144的电位(接地)，因此离子134得到由该电位差VA引起的加速能量。其结果，由于通过第1间隙146和第2间隙148双方，因此得到合计相当于2VA的电压的加速能量。
另外，当加速相位已固定时，通过高频谐振器14a赋予的加速能量的值依赖于高频电压VRF的电压振幅和离子从第1间隙146到达第2间隙148的相位差相位差由高频电极140的电极长度LO、第1间隙146的间隙长度L1、第2间隙148的间隙长度L2、离子的通过速度(平均速度v)、高频电压VRF的频率f确定。若概略地计算相位差则对应于从第1间隙146至第2间隙148的通过时间τ≈(LO+L1/2+L2/2)/v。离子的通过速度(平均速度v)由离子的质量及能量确定。高频线性加速器中，考虑这些各种参数而确定高频谐振器14a的高频参数，以便得到所希望的加速能量。
图17是示意地表示高频电压VRF的时间波形及通过高频谐振器14a的离子所接受的能量的一例的曲线图，表示加速相位设定为的情况。高频电压VRF的振幅及频率、从第1间隙146至第2间隙148的相位差与图16相同。通过相位发生偏离，第1间隙146(t＝t2)中，被赋予由电位差VB1引起的加速能量，第2间隙148(t＝t4)中，被赋予由电位差VB2引起的加速能量，得到合计相当于VB1+VB2的电压的加速能量。该加速能量小于图16的例子所示的相当于2VA的电压的加速能量。
图18是示意地表示高频电压VRF的时间波形及通过高频谐振器14a的离子所接受的能量的一例的曲线图，表示加速相位设定为的情况。高频电压VRF的振幅及频率、从第1间隙146至第2间隙148的相位差与图16相同。通过相位偏离90°，第1间隙146(t＝t2)中，被赋予由电位差VC引起的加速能量，另一方面，第2间隙148(t＝t4)中，被赋予由电位差-VC引起的减速能量。其结果，作为合计而得到的加减速能量成为0。
如此，能够通过调整高频谐振器14a的加速相位来调整高频谐振器14a所赋予的加减速能量的量。
图19是示意地表示加速相位与加减速能量E之间的关系的一例的曲线图。曲线图的细线所示的曲线151、152分别表示第1间隙146的加减速能量E1及第2间隙148中的加减速能量E2，粗线所示的曲线150表示高频谐振器14a中的总加减速能量EO(＝E1+E2)。曲线图中，示有合计的加减速能量EO成为正的加速相位的范围
如图所示，加速相位时所得到的加速能量成为最大，随着加速相位发生偏离而得到的加速能量下降，在加速相位时加速能量成为0。并且，加速相位时所得到的加速能量成为最大值的一半。另外，在未图示的加速相位的范围内，所得到的能量的正负相反，被赋予使离子减速的负的能量。
根据图19所示的曲线图，若假设通过最佳化计算而计算出的加速相位为即为得到最大加速的值，则即使通过加速相位的调整而减小能量的量，也无法增加调整余力。即，为了得到高能量射束而设定最大加速条件，导致削减使能量微增的余力。另一方面，若为偏离最大加速条件的加速相位，则既能够沿增加的方向调整能量，也能够沿减少的方向进行调整。例如，若将加速相位的基准值(也称为基准相位)设定为-90°至-30°的范围(或30°至90°的范围)中的任意一个，则能够使能量以一定程度的比例增减。尤其，若将基准相位设定为-60°(或+60°)，则能够通过加速相位的变更而加大使能量增减的余力，因此优选。
另外，优选对多级高频谐振器中最终级的高频谐振器进行基于高频参数的变更的能量的微调。这是因为，若假设已变更上游侧的高频参数，则有可能会发生位于比经参数调整的高频谐振器更下游的高频谐振器的参数的重新调整。另一方面，若为最终级的高频谐振器，则不存在比其更下游的高频谐振器，因此无需配合上游侧的参数变更而调整下游侧的参数。
例如，高能量多级线性加速单元14的高频谐振器的级数为18级，将最上游的2级用作聚束器，以最下游的1级进行能量调整，而欲以其余15级对离子束进行加速时，各级中的加速能量的量成为最终射束能量的4％～8％左右。此时，若将最下级的高频谐振器的加速相位设定为-60°(或+60°)，则能够赋予各级的加速能量的量的一半左右、即±2％～±4％左右的调整余力。
另外，认为1级量的调整余力不充分时，也可以使用包括最终级的两级以上的高频谐振器进行能量调整。在该情况下，也可以通过对于两级以上的高频谐振器，将加速相位设定为偏离最大加速条件的基准值，在测定射束能量之后，调整两级以上的高频谐振器的加速相位来调整最终射束能量。对两级以上的高频谐振器的参数调整可以同时执行，也可以分别执行。例如，可以在进行对最终级仅跟前(例如第17级)的调整之后，再次测定射束能量，然后进行对最终级(例如第18级)的调整来确定射束能量。
当使用本实施方式所涉及的能量调整方法时，必须限制最终级的加速能量，因此无法得到设计上的最大加速。因此，在比能量精确度更优先射束能量的绝对量的情况下，可以在将最终级的加速相位作为最大加速条件的制约条件下执行最佳化计算。在该情况下，在最终级中，难以沿增加能量的方向进行微调，但能够尽量输出高能量的射束。可以预先准备能够进行能量的微调的第1模式、及难以进行能量的微调但能够进行高能量的输出的第2模式，使得用户能够选择在任意一种模式下设定高频参数。
在高频参数之中，不仅可以通过改变加速相位来实现能量的微调，还可以通过改变高频电压VRF的电压振幅来实现能量的微调。例如，可以通过将最终级的高频谐振器的电压振幅设定为比设计上的最大值低的值，在测定射束能量之后，改变电压振幅来调整能量。例如，可以通过在将最终级的电压振幅设为设计上的最大值的一半的制约条件下进行最佳化计算，来使其具备由电压振幅的变更产生的调整余力。在该情况下，可以变更加速相位和电压振幅双方来调整射束能量，也可以仅变更电压振幅来调整射束能量。
为了支援高频参数的调整，可以计算出使最终级的高频参数由基准值逐步变化时的射束能量的变化量。例如，计算出相对于作为基准值的-60°的加速相位使相位值以10°刻度在-90°～0°的范围内变化时可得到的多个射束能量值。此时，多个射束能量可以在进行最佳化计算的同时使用模拟模型来计算出，也可以通过对射束能量的实测值应用如图19所示的加速相位与加速能量之间的相关关系来计算出。并且，也可以在射束能量的变化量相对于相位变化相对大的-90°～-60°的范围内，增加步数(例如以5°刻度)执行计算，另一方面，在变化量相对小的-60°～0°的范围内，则减少步数(例如以10°刻度)执行计算。此外，也可以以能量的变化量变均等的方式设定加速相位的刻度幅度。
控制运算装置54可以通过选择计算出的多个射束能量值中接近目标值的值，并变更为与所选择的射束能量值相对应的加速相位的值来进行参数调整。控制运算装置54也可以将计算出的多个射束能量值显示于显示装置68，使得用户能够进行选择操作。控制运算装置54也可以通过输入装置52从用户接收选择作为选择项而提示的多个射束能量中的任意一个的操作，并采用与所接收的射束能量的值相对应的参数作为调整后的参数。
本实施方式所涉及的能量调整方法中，为了以高精确度调整射束能量，需以高精确度测定射束能量。射束能量的测定方法并没有特别限定，能够通过基于上述射束平行度的测量来以高精确度特定射束能量。此外，可以基于从高能量多级线性加速单元14输出的离子束的飞行时间(TOF：Time-of-Flight)的测量来特定射束能量，也可以测量被照射了射束的晶片等对象物的特性X射线的能量来特定射束能量。并且，也可以基于照射对象物的二次离子质量分析(SIMS)轮廓(profile)的测量来特定射束能量。
当已完成射束能量的调整时，与调整前相比，射束能量的量发生变化，因此有时位于比高能量多级线性加速单元14更下游的机器的动作参数未被最佳化。例如，能量分析电磁铁24、偏转电磁铁30的磁场参数需按照所通过的射束能量来进行调整。同样地，射束平行化器36、最终能量过滤器38的电压参数也有可能需要调整。因此，可以按照射束能量的调整量来调整位于比高能量多级线性加速单元14更下游的机器的参数，使得射束输送变得更为最佳化。
接着，对本实施方式所涉及的离子注入方法进行说明。图20是例示实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。控制运算装置54将目标射束能量作为输入并在对多级高频谐振器中至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设为与赋予最大加速的高频参数不同的值的制约条件下，运算各级的暂定的高频参数(S40)。控制运算装置54例如在将最终级的高频谐振器的加速相位设为规定的基准值(例如-60°或60°)的制约条件下运算高频参数，以便得到目标射束能量。
接着，根据运算出的暂定的高频参数，使高能量多级线性加速单元14进行动作而输出射束(S42)，并以使射束电流量最大化的方式调整高能量多级线性加速单元14的动作参数(S43)。射束电流量的调整在将至少包括最终级的一部分级的高频参数的值固定于与赋予最大加速的高频参数的值不同的值的条件下进行。例如，调整成为聚束器的最上游的高频参数、Q透镜参数，另一方面，不让最终级的高频谐振器的加速相位由基准值发生变更。由此，在维持剩有微调射束能量的余力的状态的情况下，使所得到的射束电流量最大化。
接着，测定从高能量多级线性加速单元14输出的离子束的射束能量(S44)。当比较了射束能量的测定值和目标值时的差偏离容许范围而需要进行能量调整时(S46的是)，调整最终级的高频参数，以便得到目标射束能量(S48)。例如，若射束能量不足，则将加速相位变更为接近0°，若射束能量过剩，则将加速相位变更为接近-90°或90°。此时，按照射束能量的调整量，还适当调整比高能量多级线性加速单元14更下游的机器的设定值。在完成能量调整之后，根据经调整的高频参数输出离子束，并执行离子注入处理(S50)。另外，当射束能量的测定值与目标值的差在容许范围内而无需进行能量调整时(S46的否)，跳过S48的处理并根据运算出的高频参数，通过输出的离子束执行离子注入处理(S50)。
根据本实施方式，能够以预先编入调整余力的方式运算暂定的高频参数。其结果，即使在射束能量的测定值与目标值之间产生超过容许范围的误差，也能够使用预先准备的调整余力高精确度地进行能量值的调整。因此，无需为了对准射束能量而执行多次花费时间的最佳化计算，能够减少调整所花费的时间或工夫。由此，能够高精确度且简便地调整从多级式的线性加速器输出的射束能量的值。
以上，基于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，能够实施各种设计变更，本领域技术人员可理解能够实施各种各样的变形例，并且这样的变形例也在本发明的范围内。
上述实施方式中，示出了通过基于控制运算装置54的最佳化计算来确定调整能量前的暂定的高频参数的情况。在变形例中，可以从外部输入规定的参数集作为调整能量前的高频参数，而不是每次都执行最佳化计算。该参数集可以在离子注入装置100的外部预先计算，也可以由离子注入装置100通过过去执行的最佳化计算而求出。通过对至少包括最终级的一部分级使用与最大加速条件不同的值的参数集作为调整前的参数，能够进行与上述实施方式相同的能量调整。
上述实施方式中，示出了在注入处理中将离子注入中所使用的射束能量的值调整为一定目标值的方法。在变形例中，可以在对1片晶片进行的注入处理中，为了使射束能量的值可变而调整最终级的高频参数。例如，可以按照晶片表面的注入位置而使最终级的高频谐振器的加速相位的值发生变化，并按照注入位置照射不同能量的射束。
在该情况下，控制装置可以确定按照晶片表面的注入位置而使加速相位的值发生变化的可变参数。可变参数中确定有加速相位随着时间经过而变化的规定的模式(pattern)。当在晶片的机械扫描方向(y方向)上按照不同位置而使射束能量值发生变化时，可以配合晶片的机械扫描的周期来确定可变参数。另一方面，当在射束扫描的方向(x方向)上按照不同位置而使射束能量值发生变化时，可以配合射束扫描的周期来确定可变参数。通过根据所确定的可变参数使射束能量发生变化，能够在1次离子注入处理中按每个注入区域进行能量的分配。

Claims (17)

1.一种离子注入方法，其使用具备高能量多级线性加速单元的离子注入装置，所述离子注入方法的特征在于，所述高能量多级线性加速单元具有多级高频谐振器，且构成为根据确定各级的高频谐振器的电压振幅、频率及相位的高频参数进行动作，
所述离子注入方法具备以下步骤：
测定从根据暂定的高频参数进行动作的所述高能量多级线性加速单元输出的离子束的射束能量的步骤；
基于测定出的射束能量，调整高频参数的值，以便得到目标射束能量的步骤；及
使用从根据经调整的高频参数进行动作的所述高能量多级线性加速单元输出的离子束进行离子注入的步骤，
所述暂定的高频参数被确定为对所述多级高频谐振器中至少包括最终级的一部分级的高频谐振器赋予与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的值，
所述调整步骤包括变更对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方的步骤。
2.根据权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于，
所述离子注入方法还具备将目标射束能量作为输入而使用规定的算法运算所述暂定的高频参数的步骤，
所述运算步骤在将对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方设为与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的规定的基准值的制约条件下执行。
3.根据权利要求1所述的离子注入方法，其特征在于，
所述离子注入方法还具备将目标射束能量作为输入，在第1模式或第2模式下运算所述高频参数的步骤，
当所述第1模式被指定时，在将对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方设为与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的规定的基准值的制约条件下，运算所述暂定的高频参数，基于运算出的所述暂定的高频参数调整高频参数的值，并使用从根据所述经调整的高频参数进行动作的所述高能量多级线性加速单元输出的离子束进行离子注入，
当所述第2模式被指定时，在将对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位设为赋予设计上的最大加速的高频参数的制约条件下运算高频参数，并使用从根据运算出的所述高频参数进行动作的所述高能量多级线性加速单元输出的离子束进行离子注入。
4.根据权利要求2或3所述的离子注入方法，其特征在于，
所述调整步骤包括以下步骤：
基于所述测定出的射束能量来计算与使所述至少包括最终级的一部分高频谐振器的高频参数变化为与所述基准值不同的多个值时的所述多个值的每一个相对应的多个射束能量的值的步骤；及
通过与目标射束能量的值的比较来选择所述多个射束能量的值中的任意一个，并将与所选择的射束能量的值相对应的参数的值确定为所述经调整的高频参数的步骤。
5.根据权利要求4所述的离子注入方法，其特征在于，
所述调整步骤还包括将计算出的所述多个射束能量的值作为选择项提示给用户，并从用户接受选择所述多个射束能量中的任意一个的操作的步骤，将与用户所选择的射束能量的值相对应的参数的值确定为所述经调整的高频参数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述暂定的高频参数对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器赋予与赋予设计上的最大加速的相位不同的值的基准相位。
7.根据权利要求6所述的离子注入方法，其特征在于，
所述基准相位是从赋予设计上的最大加速的相位偏离30度以上且90度以下的值。
8.根据权利要求7所述的离子注入方法，其特征在于，
所述基准相位是从赋予设计上的最大加速的相位偏离60度的值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述暂定的高频参数对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器赋予比电压振幅的设计上的最大值低的值的电压振幅。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述离子注入装置还具备射束偏转单元，所述射束偏转单元包括设置于所述高能量多级线性加速单元的下游的能量分析用电磁铁，
所述调整步骤还包括按照对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器的高频参数的调整量调整所述能量分析用电磁铁的磁场参数的步骤。
11.根据权利要求10所述的离子注入方法，其特征在于，
所述射束偏转单元还包括：能量分析狭缝，设置于所述能量分析用电磁铁的下游；及偏转电磁铁，设置于所述能量分析狭缝的下游，且具有注入角度修正功能，
所述调整步骤还包括按照所述能量分析用电磁铁的磁场参数的调整量调整所述偏转电磁铁的磁场参数的步骤。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述离子注入装置还具备：射束扫描器，设置于所述高能量多级线性加速单元的下游；及射束平行化器，设置于所述射束扫描器的下游，
所述射束扫描器在设计上的射束基准轨道上具有扫描原点，且构成为在包括所述射束基准轨道的平面内，沿与所述射束基准轨道垂直的方向往返扫描离子束，
所述射束平行化器具有与所述扫描原点一致的焦点，且构成为使多个射束轨道分别按照入射角度以不同的偏转角度偏转，以便在所述平面内，使从所述焦点向所述射束平行化器分别以不同的入射角度定向的所述多个射束轨道在目标射束能量下与所述射束基准轨道平行，
所述测定步骤包括：测量表示与所述平面内的所述射束基准轨道垂直的方向的射束角度的误差的射束平行度的步骤；及基于测量出的射束平行度计算射束能量的步骤。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述测定步骤包括：测量从所述高能量多级线性加速单元输出的离子束的飞行时间的步骤；及基于测量出的飞行时间计算射束能量的步骤。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述测定步骤包括：测量被照射了从所述高能量多级线性加速单元输出的离子束的对象物的二次离子质量分析即SIMS轮廓的步骤；及根据测量出的SIMS轮廓计算射束能量的步骤。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述调整步骤包括确定按照晶片的注入位置使对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方变化的可变参数的步骤，
使用从根据所述确定的可变参数进行动作的所述高能量多级线性加速单元输出的离子束，以射束能量按照晶片的注入位置而不同的方式进行离子注入。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的离子注入方法，其特征在于，
所述离子注入方法还包括在所述射束能量的测定前，在将对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方固定为与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的值的条件下，以使所得到的射束电流量最大化的方式调整所述高能量多级线性加速单元的动作参数的步骤，
基于对以使射束电流量最大化的方式调整的离子束测定出的射束能量，变更对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方，以便得到目标射束能量。
17.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
高能量多级线性加速单元，具有多级高频谐振器；及
控制装置，控制确定所述高能量多级线性加速单元的各级的高频谐振器的电压振幅、频率及相位的高频参数，
所述控制装置构成为测定从根据暂定的高频参数进行动作的所述高能量多级线性加速单元输出的离子束的射束能量，并基于测定出的射束能量调整高频参数的值，以便得到目标射束能量，
所述暂定的高频参数被确定为对所述多级高频谐振器中至少包括最终级的一部分级的高频谐振器赋予与赋予设计上的最大加速的高频参数的值不同的值，
所述控制装置通过变更对所述至少包括最终级的一部分级的高频谐振器设定的电压振幅及相位中的至少一方来调整高频参数的值，以便得到目标射束能量。
CN201710945609.XA 2016-11-21 2017-10-12 离子注入方法及离子注入装置 Active CN108091534B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-225935 2016-11-21
JP2016225935A JP6662549B2 (ja) 2016-11-21 2016-11-21 イオン注入方法およびイオン注入装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108091534A true CN108091534A (zh) 2018-05-29
CN108091534B CN108091534B (zh) 2020-07-24

Family

ID=62147231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710945609.XA Active CN108091534B (zh) 2016-11-21 2017-10-12 离子注入方法及离子注入装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10283422B2 (zh)
JP (1) JP6662549B2 (zh)
KR (1) KR102307017B1 (zh)
CN (1) CN108091534B (zh)
TW (1) TWI739915B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6982531B2 (ja) * 2018-03-26 2021-12-17 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置および測定装置
US11164722B2 (en) * 2018-07-31 2021-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Ion implantation method
US10818473B2 (en) * 2018-08-14 2020-10-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Implanter calibration
US11646175B2 (en) * 2019-02-15 2023-05-09 Axcelis Technologies, Inc. Method of mixing upstream and downstream current measurements for inference of the beam current at the bend of an optical element for realtime dose control
US11476084B2 (en) 2019-09-10 2022-10-18 Applied Materials, Inc. Apparatus and techniques for ion energy measurement in pulsed ion beams
US10943767B1 (en) * 2020-01-09 2021-03-09 Applied Materials, Inc. Digital sampling to control resonator frequency and phase in a LINAC
US11576252B2 (en) * 2020-03-24 2023-02-07 Applied Materials, Inc. Controller and control techniques for linear accelerator and ion implanter having linear accelerator
JP2022114966A (ja) 2021-01-27 2022-08-08 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入方法およびイオン注入装置
JP2022134898A (ja) 2021-03-04 2022-09-15 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置およびイオン注入方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104183448A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 斯伊恩股份有限公司 高能量精度的高频加速式离子加速/传输装置
CN104916518A (zh) * 2014-03-14 2015-09-16 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置、射束能量测定装置以及射束能量测定方法
CN105023821A (zh) * 2014-04-23 2015-11-04 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置及离子注入方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4667111C1 (en) 1985-05-17 2001-04-10 Eaton Corp Cleveland Accelerator for ion implantation
JPH0823067B2 (ja) 1987-07-15 1996-03-06 日新電機株式会社 イオン注入装置
JP2569812B2 (ja) 1989-06-30 1997-01-08 株式会社島津製作所 高エネルギイオン注入装置
JPH05217697A (ja) * 1992-02-05 1993-08-27 Hitachi Ltd 電子蓄積リングとその運転方法
JPH0757898A (ja) 1993-08-10 1995-03-03 Nissin Electric Co Ltd 高周波型荷電粒子加速装置
JP3093553B2 (ja) 1994-01-20 2000-10-03 三菱電機株式会社 エネルギー可変型高周波四重極ライナック
JP3365226B2 (ja) 1996-10-21 2003-01-08 日新電機株式会社 イオン注入装置
JP3448731B2 (ja) * 1998-06-19 2003-09-22 住友イートンノバ株式会社 イオン注入装置
US6326746B1 (en) * 1999-06-23 2001-12-04 Advanced Ion Beam Technology, Inc. High efficiency resonator for linear accelerator
US6831280B2 (en) * 2002-09-23 2004-12-14 Axcelis Technologies, Inc. Methods and apparatus for precise measurement of time delay between two signals
US7402821B2 (en) * 2006-01-18 2008-07-22 Axcelis Technologies, Inc. Application of digital frequency and phase synthesis for control of electrode voltage phase in a high-energy ion implantation machine, and a means for accurate calibration of electrode voltage phase
JP5963662B2 (ja) 2012-12-04 2016-08-03 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置
JP6076834B2 (ja) * 2013-05-28 2017-02-08 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 高エネルギーイオン注入装置
JP6242314B2 (ja) * 2014-09-11 2017-12-06 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置及びイオンビームの調整方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104183448A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 斯伊恩股份有限公司 高能量精度的高频加速式离子加速/传输装置
CN104183446A (zh) * 2013-05-27 2014-12-03 斯伊恩股份有限公司 高能量离子注入装置
CN104916518A (zh) * 2014-03-14 2015-09-16 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置、射束能量测定装置以及射束能量测定方法
CN105023821A (zh) * 2014-04-23 2015-11-04 斯伊恩股份有限公司 离子注入装置及离子注入方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI739915B (zh) 2021-09-21
KR20180057506A (ko) 2018-05-30
CN108091534B (zh) 2020-07-24
KR102307017B1 (ko) 2021-10-01
JP6662549B2 (ja) 2020-03-11
TW201820421A (zh) 2018-06-01
US10283422B2 (en) 2019-05-07
JP2018085179A (ja) 2018-05-31
US20180145000A1 (en) 2018-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108091534A (zh) 离子注入方法及离子注入装置
CN104916518B (zh) 离子注入装置、射束能量测定装置以及射束能量测定方法
TWI654646B (zh) High energy ion implantation device, beam current adjustment device and beam current adjustment method
US9502210B2 (en) Ion implanter, ion implantation method, and beam measurement apparatus
TWI606496B (zh) High-energy ion implanter
CN102782797B (zh) 分级静电透镜中控制离子束的偏移的系统与方法
US9466467B2 (en) Ion implantation apparatus
TWI621149B (zh) High energy ion implantation device
CN105321791B (zh) 离子注入装置及离子注入装置的控制方法
JP6076834B2 (ja) 高エネルギーイオン注入装置
TWI613696B (zh) 高能量離子植入裝置
TWI744491B (zh) 離子植入裝置
CN105023821A (zh) 离子注入装置及离子注入方法
JP2019139909A (ja) イオン注入装置およびイオン注入方法
JP2019139908A (ja) イオン注入装置および測定装置
CN110364407B (zh) 离子注入装置及测量装置
JP2022134898A (ja) イオン注入装置およびイオン注入方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant