CN113363128A - 离子注入装置及模型生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明评价离子束的物理量的测定的妥当性。离子注入装置(10)具备：射束生成装置，根据注入配方生成离子束；多个测定装置，测定离子束的至少一个物理量；及控制装置(60)，获取包含通过多个测定装置测定的多个测定值的数据集，使用表示多个测定值的相关关系的模型，评价离子束的至少一个物理量的测定的妥当性。

Description

离子注入装置及模型生成方法
技术领域
本申请主张基于2020年3月4日申请的日本专利申请第2020-036546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模型生成方法。
背景技术
在半导体制造工序中，为了改变半导体的导电性、改变半导体的结晶结构等，常规实施向半导体晶圆注入离子的工序(也称为离子注入工序)。离子注入工序中使用的装置被称为离子注入装置。离子注入装置构成为，通过测定应照射到晶圆的离子束的射束电流或射束角度之类的物理量，根据测定值调整离子束，实现在所期望的注入条件下所要求的离子注入的精确度(例如，参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开平9-82266号公报
为了提高注入精确度，考虑使用高精确度的测定装置。然而，在测定本身存在某些异常的情况下，即使使用高精确度的测定装置也无法进行正确的测定。此时，由于根据不正确的测定值来进行射束调整或注入处理，因此有可能无法实现所要求的注入精确度。
发明内容
本发明所涉及的一种实施方式的示例性目的之一在于提供一种评价物理量的测定的妥当性的技术。
本发明所涉及的一种实施方式的离子注入装置具备：射束生成装置，根据注入配方生成离子束；多个测定装置，测定离子束的至少一个物理量；及控制装置，获取包含通过多个测定装置测定的多个测定值的数据集，使用表示多个测定值的相关关系的模型，评价离子束的至少一个物理量的测定的妥当性。
本发明的另一种实施方式为模型生成方法。该方法包括：从测定根据注入配方生成的离子束的多个测定装置获取包含表示离子束的至少一个物理量的多个测定值的数据集的步骤；及根据在基于注入配方的多个注入工序中获取的多个数据集来构建表示多个测定值的相关关系的模型的步骤。
另外，在方法、装置、系统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或表述的内容，作为本发明的实施方式也同样有效。
发明效果
根据本发明，能够评价离子束的物理量的测定的妥当性。
附图说明
图1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2是表示图1的离子注入装置的概略结构的侧视图。
图3是概略地表示注入处理室内的结构的俯视图。
图4是示意地表示控制装置的功能结构的框图。
图5是示意地表示示出多个测定值矢量的相关关系的函数的图。
图6是示意地表示对模型设定的多个阈值的图。
图7是示意地表示测定值矢量的校正方法的图表。
图8是概略地表示实施方式所涉及的离子注入方法的流程的流程图。
图中：10-离子注入装置，12-离子生成装置，14-射束线装置，16-注入处理室，42-侧杯，44-轮廓杯，47-调节杯，60-控制装置，61-注入控制部，62-注入工序获取部，63-射束调整部，64-剂量控制部，65-测定管理部，66-数据集获取部，67-测定评价部，68-测定校正部，69-模型构建部，70-存储部，B-离子束，W-晶圆。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在附图的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，以下叙述的结构为示例，对本发明的范围不做任何限定。
在详细叙述实施方式之前，对概要进行说明。本实施方式所涉及的离子注入装置根据所期望的注入配方生成离子束，用多个测定装置测定离子束的至少一个物理量。多个测定装置配置于离子注入装置内的各种部位，构成为测定射束电流作为物理量的一例。多个测定装置测定相同离子束。因此，只要各测定装置的测定本身正常，则认为通过多个测定装置测定的多个测定值具有比例关系之类的某种一定的相关关系。假设在基于任一个测定装置的测定中发生了异常的情况下，预想多个测定值的相关关系被破坏。
因此，在本实施方式中，预先构建表示正常时的多个测定值的相关关系的模型，以该模型为基准，评价任意注入时的多个测定值的相关关系。例如，计算注入时的多个测定值的相关关系从作为基准的模型偏离了何种程度，根据该偏离量评价测定的妥当性。由此，能够检测由测定本身异常而引起的测定误差。此外，通过根据模型校正测定值，能够根据校正后的更准确的测定值来执行射束调整或剂量控制等。由此，能够实现近年来要求的非常严格的注入精确度，能够提高离子注入工序的可靠性。
图1是概略地表示实施方式所涉及的离子注入装置10的俯视图，图2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构成为对被处理物W的表面实施离子注入处理。被处理物W例如是基板，例如是半导体晶圆。为了便于说明，在本说明书中有时将被处理物W称为晶圆W，但这并不旨在将注入处理的对象限定为特定的物体。
离子注入装置10构成为使射束在一个方向上往复扫描，使晶圆W在与扫描方向正交的方向上往复运动，由此在晶圆W的整个处理面上照射离子束。在本说明书中，为了便于说明，将沿着设计上的射束线A行进的离子束的行进方向定义为z方向，将与z方向垂直的面定义为xy面。在对被处理物W扫描离子束的情况下，将射束的扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。因此，射束的往复扫描在x方向上进行，晶圆W的往复运动在y方向上进行。
离子注入装置10具备离子生成装置12、射束线装置14、注入处理室16及晶圆输送装置18。离子生成装置12构成为将离子束提供给射束线装置14。射束线装置14构成为从离子生成装置12向注入处理室16输送离子束。在注入处理室16中容纳有成为注入对象的晶圆W，并进行将从射束线装置14提供的离子束照射到晶圆W上的注入处理。晶圆输送装置18构成为将注入处理前的未处理晶圆搬入注入处理室16，并将注入处理后的已处理晶圆从注入处理室16搬出。离子注入装置10具备用于向离子生成装置12、射束线装置14、注入处理室16及晶圆输送装置18提供所期望的真空环境的真空排气系统(未图示)。
射束线装置14从射束线A的上游侧依次具备质谱分析部20、射束停驻装置24、射束整形部30、射束扫描部32、射束平行化部34及角能量过滤器(AEF；Angular Energy Filter)36。另外，射束线A的上游是指靠近离子生成装置12的一侧，射束线A的下游是指靠近注入处理室16(或射束阻挡器46)的一侧。
质谱分析部20设置于离子生成装置12的下游，且构成为通过质谱分析从自离子生成装置12引出的离子束中选择所需的离子种类。质谱分析部20具有质谱分析磁铁21、质谱分析透镜22及质谱分析狭缝23。
质谱分析磁铁21对从离子生成装置12引出的离子束施加磁场，根据离子的质量电荷比M＝m/q(m为质量，q为电荷)的值，以不同的路径使离子束偏转。质谱分析磁铁21例如对离子束施加y方向(在图1及图2中为-y方向)的磁场，使离子束向x方向偏转。质谱分析磁铁21的磁场强度被调整为具有所期望的质量电荷比M的离子种类通过质谱分析狭缝23。
质谱分析透镜22设置于质谱分析磁铁21的下游，且构成为调整对离子束的收敛/发散力。质谱分析透镜22调整通过质谱分析狭缝23的离子束的射束行进方向(z方向)的收敛位置，并调整质谱分析部20的质量分辨率M/dM。另外，质谱分析透镜22并非是必须的结构，也可以在质谱分析部20中不设置质谱分析透镜22。
质谱分析狭缝23设置于质谱分析透镜22的下游，且设置于与质谱分析透镜22分开的位置。质谱分析狭缝23构成为由质谱分析磁铁21引起的射束偏转方向(x方向)成为狭缝宽度，且具有x方向相对短，y方向相对长的形状的开口23a。
质谱分析狭缝23也可以构成为为了调整质量分辨率而狭缝宽度可变。质谱分析狭缝23也可以由能够在狭缝宽度方向上进行移动的两张屏蔽件构成，且构成为通过改变两张屏蔽件的间隔而能够调整狭缝宽度。质谱分析狭缝23也可以构成为通过切换为狭缝宽度不同的多个狭缝中的一个而狭缝宽度可变。
射束停驻装置24构成为从射束线A暂时退避离子束，屏蔽朝向下游的注入处理室16(或晶圆W)的离子束。射束停驻装置24能够配置于射束线A的中途的任意位置，例如能够配置于质谱分析透镜22与质谱分析狭缝23之间。由于在质谱分析透镜22与质谱分析狭缝23之间需要一定的距离，因此通过在其间配置射束停驻装置24，与配置于其他位置的情况相比，能够缩短射束线A的长度，且能够使离子注入装置10整体小型化。
射束停驻装置24具备一对停驻电极25(25a、25b)、射束收集器26。一对停驻电极25a、25b隔着射束线A对置，在与质谱分析磁铁21的射束偏转方向(x方向)正交的方向(y方向)对置。射束收集器26设置于比停驻电极25a、25b更靠射束线A的下游侧的位置，在停驻电极25a、25b的对置方向上与射束线A分开而设置。
第1停驻电极25a配置于比射束线A更靠重力方向上侧的位置，第2停驻电极25b配置于比射束线A更靠重力方向下侧的位置。射束收集器26设置于比射束线A更向重力方向下侧分开的位置，且配置于质谱分析狭缝23的开口23a的重力方向下侧。射束收集器26例如由质谱分析狭缝23的未形成开口23a的部分构成。射束收集器26也可以与质谱分析狭缝23分体构成。
射束停驻装置24利用施加于一对停驻电极25a、25b之间的电场使离子束偏转，并使离子束从射束线A退避。例如，通过以第1停驻电极25a的电位为基准对第2停驻电极25b施加负电压，使离子束从射束线A向重力方向下方偏转而入射到射束收集器26。在图2中，由虚线表示朝向射束收集器26的离子束的轨迹。并且，射束停驻装置24通过将一对停驻电极25a、25b设为相同电位，使离子束沿着射束线A向下游侧通过。射束停驻装置24构成为能够切换使离子束向下游侧通过的第1模式和使离子束入射到射束收集器26的第2模式而进行动作。
在质谱分析狭缝23的下游设置有注入器法拉第杯28。注入器法拉第杯28构成为能够通过注入器驱动部29的动作而出入射束线A。注入器驱动部29使注入器法拉第杯28在与射束线A的延伸方向正交的方向(例如y方向)上进行移动。如由图2的虚线所示，在注入器法拉第杯28配置于射束线A上的情况下，阻断朝向下游侧的离子束。另一方面，如由图2的实线所示，在注入器法拉第杯28从射束线A上移除的情况下，解除朝向下游侧的离子束的阻断。
注入器法拉第杯28构成为测量由质谱分析部20进行质谱分析的离子束的射束电流。注入器法拉第杯28能够通过一边改变质谱分析磁铁21的磁场强度一边测定射束电流来测量离子束的质谱分析频谱。使用所测量的质谱分析频谱，能够计算质谱分析部20的质量分辨率。
射束整形部30具备收敛/发散四极透镜(Q透镜)等收敛/发散装置，且构成为将通过质谱分析部20的离子束整形为所期望的截面形状。射束整形部30例如由电场式的三段四极透镜(也称为三极Q透镜)构成，具有三个四极透镜30a、30b、30c。射束整形部30通过使用三个透镜装置30a～30c，能够对x方向及y方向分别独立地调整离子束的收敛或发散。射束整形部30可以包含磁场式的透镜装置，也可以包含利用电场和磁场这两者对射束进行整形的透镜装置。
射束扫描部32构成为提供射束的往复扫描，是在x方向上扫描已整形的离子束的射束偏转装置。射束扫描部32具有在射束扫描方向(x方向)上对置的扫描电极对。扫描电极对与可变电压电源(未图示)连接，通过周期性地改变施加到扫描电极对之间的电压，改变在电极之间产生的电场，使离子束偏转为各种角度。其结果，离子束在x方向的整个扫描范围被扫描。在图1中，由箭头X例示射束的扫描方向及扫描范围，由单点划线表示扫描范围中的离子束的多个轨迹。
射束平行化部34构成为使已扫描的离子束的行进方向与设计上的射束线A的轨道平行。射束平行化部34具有在y方向的中央部设置有离子束的通过狭缝的圆弧形状的多个平行化透镜电极。平行化透镜电极与高压电源(未图示)连接，使通过施加电压而产生的电场作用于离子束，使离子束的行进方向平行地一致。另外，射束平行化部34也可以由其他射束平行化装置取代，射束平行化装置也可以构成为利用磁场的磁铁装置。
在射束平行化部34的下游也可以设置有用于使离子束加速或减速的AD(Accel/Decel)柱(未图示)。
角能量过滤器(AEF)36构成为分析离子束的能量并使所需的能量的离子向下方偏转并引导至注入处理室16。角能量过滤器36具有电场偏转用AEF电极对。AEF电极对与高压电源(未图示)连接。在图2中，通过对上侧的AEF电极施加正电压，对下侧的AEF电极施加负电压，使离子束向下方偏转。另外，角能量过滤器36可以由磁场偏转用磁铁装置构成，也可以由电场偏转用AEF电极对和磁铁装置的组合构成。
如此，射束线装置14将应照射到晶圆W的离子束供给至注入处理室16。在本实施方式中，也将离子生成装置12及射束线装置14称为射束生成装置。射束生成装置构成为，通过调整构成射束生成装置的各种设备的动作参数，生成用于实现所期望的注入条件的离子束。
注入处理室16从射束线A的上游侧依次具备能量狭缝38、等离子体喷淋装置40、侧杯42(42L、42R)、轮廓杯44及射束阻挡器46。如图2所示，注入处理室16具备保持一张或多张晶圆W的平台驱动装置50。
能量狭缝38设置于角能量过滤器36的下游侧，与角能量过滤器36一起进行入射到晶圆W的离子束的能量分析。能量狭缝38是由在射束扫描方向(x方向)上横向长的狭缝构成的能量限制狭缝(EDS；Energy Defining Slit)。能量狭缝38使所期望的能量值或能量范围的离子束朝向晶圆W通过，并屏蔽除此以外的离子束。
等离子体喷淋装置40位于能量狭缝38的下游侧。等离子体喷淋装置40根据离子束的射束电流量向离子束及晶圆W的表面(晶圆处理面)供给低能量电子，并抑制由离子注入产生的晶圆处理面中的正电荷的充电。等离子体喷淋装置40例如包含离子束通过的喷淋管和向喷淋管内供给电子的等离子体发生装置。
侧杯42(42R、42L)构成为在向晶圆W的离子注入处理时测定离子束的射束电流。如图2所示，侧杯42R、42L相对于配置在射束线A上的晶圆W向左右(x方向)错开而配置，并配置于在离子注入时不屏蔽朝向晶圆W的离子束的位置。由于离子束超过晶圆W所在的范围地在x方向上扫描，因此即使在离子注入时，被扫描的射束的一部分也入射到侧杯42R、42L。由此，通过侧杯42R、42L测量离子注入处理时的射束电流量。
轮廓杯44构成为测定晶圆处理面上的射束电流。轮廓杯44构成为通过轮廓驱动装置45的动作而可动，在离子注入时从晶圆W所在的注入位置退避，在晶圆W不在注入位置时插入注入位置。轮廓杯44通过一边在x方向上进行移动一边测定射束电流，能够在x方向的整个射束扫描范围测定射束电流。轮廓杯44也可以将多个法拉第杯在x方向上排列而形成为阵列状，以使能够同时测量射束扫描方向(x方向)的多个位置上的射束电流。
侧杯42及轮廓杯44中的至少一者可以具备用于测定射束电流量的单一的法拉第杯，也可以具备用于测定射束的角度信息的角度测量仪。角度测量仪例如具备狭缝和在射束行进方向(z方向)上与狭缝分开地设置的多个电流检测部。角度测量仪例如通过利用在狭缝宽度方向上排列的多个电流检测部测量通过狭缝的射束，能够测定狭缝宽度方向的射束的角度成分。侧杯42及轮廓杯44中的至少一者也可以具备能够测定x方向的角度信息的第1角度测定器和能够测定y方向的角度信息的第2角度测定器。
平台驱动装置50包含晶圆保持装置52、往复运动机构54、扭转角调整机构56及倾斜角调整机构58。晶圆保持装置52包含用于保持晶圆W的静电卡盘等。往复运动机构54通过使晶圆保持装置52在与射束扫描方向(x方向)正交的往复运动方向(y方向)上往复运动，使被晶圆保持装置52保持的晶圆在y方向上往复运动。在图2中，由箭头Y例示晶圆W的往复运动。
扭转角调整机构56是调整晶圆W的旋转角的机构，通过以晶圆处理面的法线为轴使晶圆W旋转，调整设置于晶圆的外周部的对准标记与基准位置之间的扭转角。在此，晶圆的对准标记是指，设置于晶圆的外周部的缺口或定向平面，是指成为晶圆的晶体轴方向或晶圆的周向的角度位置的基准的标记。扭转角调整机构56设置于晶圆保持装置52与往复运动机构54之间，与晶圆保持装置52一起进行往复运动。
倾斜角调整机构58是调整晶圆W的倾斜的机构，调整朝向晶圆处理面的离子束的行进方向与晶圆处理面的法线之间的倾斜角。在本实施方式中，将晶圆W的倾斜角中的以x方向的轴为旋转的中心轴的角度调整为倾斜角。倾斜角调整机构58设置于往复运动机构54与注入处理室16的内壁之间，且构成为通过使包含往复运动机构54的平台驱动装置50整体向R方向旋转来调整晶圆W的倾斜角。
平台驱动装置50保持晶圆W，以使晶圆W能够在离子束照射到晶圆W的注入位置和在平台驱动装置50与晶圆输送装置18之间搬入或搬出晶圆W的输送位置之间进行移动。图2表示晶圆W位于注入位置的状态，平台驱动装置50以射束线A与晶圆W交叉的方式保持晶圆W。晶圆W的输送位置对应于由设置于晶圆输送装置18的输送机构或输送机械手通过输送口48搬入或搬出晶圆W时的晶圆保持装置52的位置。
射束阻挡器46设置于射束线A的最下游，例如安装于注入处理室16的内壁。在晶圆W不存在于射束线A上的情况下，离子束入射到射束阻挡器46。射束阻挡器46位于连接注入处理室16与晶圆输送装置18之间的输送口48的附近，设置于比输送口48更靠铅垂下方的位置。
在射束阻挡器46中设置有多个调节杯47(47a、47b、47c、47d)。多个调节杯47是构成为测定入射到射束阻挡器46的离子束的射束电流的法拉第杯。多个调节杯47在x方向上隔着间隔配置。多个调节杯47例如用于不使用轮廓杯44而简单地测定注入位置上的射束电流。
侧杯42(42L、42R)、轮廓杯44及调节杯47(47a～47d)是用于测定射束电流作为离子束的物理量的多个测定装置。侧杯42(42L、42R)、轮廓杯44及调节杯47(47a～47d)也可以是用于测定射束角度作为离子束的物理量的多个测定装置。
离子注入装置10还具备控制装置60。控制装置60控制离子注入装置10的整体动作。控制装置60在硬件上由以计算机的CPU或存储器为代表的元件或机械装置来实现，在软件上由计算机程序等来实现。由控制装置60提供的各种功能能够通过硬件及软件的协作来实现。
图3为概略地表示注入处理室16内的结构的俯视图，示出配置于注入处理室16的多个测定装置测定扫描束SB的情况。离子束B如由箭头X所示那样在x方向上往复扫描，并作为在x方向上往复扫描的扫描束SB入射到晶圆W。
离子束B在包含晶圆W所在的注入范围C1和位于比注入范围C1更靠外侧的监测范围C2L、C2R的照射范围C3内进行往复扫描。在左右的监测范围C2L、C2R分别配置有左右的侧杯42L、42R。左右的侧杯42L、42R能够测定在注入工序中被过扫描到监测范围C2L、C2R的离子束B。
轮廓杯44在注入工序中退避到比照射范围C3更靠外侧的非照射范围C4R。在图示的结构中，轮廓驱动装置45配置于右侧，在注入工序中，轮廓杯44退避到右侧的非照射范围C4R。另外，在轮廓驱动装置45配置于左侧的结构中，在注入工序中，轮廓杯44也可以退避到左侧的非照射范围C4L。
轮廓杯44在注入工序之前执行的准备工序中配置于注入范围C1中，并测定注入范围C1中的离子束B的射束电流。轮廓杯44在注入范围C1中一边在x方向上移动一边测定射束电流，并且测定扫描束SB在x方向上的射束电流密度分布。轮廓杯44沿着与注入工序中的晶圆处理面一致的平面(测定面MS)在x方向上移动，由此测定晶圆处理面的位置上的射束电流。
多个调节杯47配置于注入范围C1中，测定注入范围C1中的离子束B的射束电流。多个调节杯47配置于比晶圆W更远离下游侧的位置。调节杯47不需要如轮廓杯44那样在注入范围C1与非照射范围C4R之间移动，因此与轮廓杯44相比，能够简单地测定注入范围C1中的射束电流。
在准备工序中，利用设置于注入处理室16内的各种法拉第杯测定射束电流测定值。具体而言，使用侧杯42L、42R、轮廓杯44及多个调节杯47来测定多个射束电流测定值。控制装置60存储所获取的射束电流测定值之间的比率，能够根据在注入工序中通过侧杯42L、42R测定的射束电流测定值计算晶圆处理面中的射束电流值。通常，由各种法拉第杯测定的射束电流测定值之间的比率依赖于射束线装置14的射束光学系统的设定，即使从离子生成装置12引出的离子束B的射束电流有些变动，射束电流测定值的比率也大致恒定。即，若在准备工序中确定了射束光学系统的设定，则之后的注入工序中的射束电流测定值之间的比率也不变。因此，若在准备工序中存储射束电流测定值之间的比率，则根据其比率和通过侧杯42L、42R测定的射束电流测定值，能够在注入工序中计算在离子注入到晶圆W的注入位置(即，晶圆处理面)上的射束电流值。
在注入工序中，能够使用侧杯42L、42R始终测定射束电流。在注入工序中，无法使用轮廓杯44或调节杯47始终测定射束电流，只能进行间歇测定。因此，在注入工序中，根据通过侧杯42L、42R测定的射束电流测定值，控制向晶圆处理面注入的离子的剂量。在注入工序的中途通过侧杯42L、42R测定的射束电流测定值发生变化的情况下，通过改变晶圆W的y方向的往复运动的速度，调整晶圆处理面的剂量分布。例如，在欲在晶圆处理面的面内实现均匀的剂量分布的情况下，以与由侧杯42L、42R监测的射束电流值成比例的速度使晶圆W往复运动。具体而言，在所监测的射束电流测定值增加的情况下加快晶圆W的往复运动，在所监测的射束电流值降低的情况下减慢晶圆W的往复运动。由此，能够防止由扫描束SB的射束电流的变动引起的晶圆处理面内的剂量分布的偏差。
图4为示意地表示控制装置60的功能结构的框图。控制装置60具备注入控制部61、测定管理部65、模型构建部69及存储部70。
注入控制部61根据注入配方控制离子注入装置10的动作。测定管理部65根据利用多个测定装置测定的多个测定值来评价测定的妥当性，根据需要校正测定值。测定管理部65使用表示多个测定值的相关关系的模型，进行测定的妥当性的评价及测定值的校正。模型构建部69构建在测定管理部65中使用的模型。存储部70存储注入配方或用于实现注入配方的动作参数、通过多个测定装置测定的测定值及表示多个测定值的相关关系的模型等。
注入控制部61具备注入配方获取部62、射束调整部63及剂量控制部64。
注入配方获取部62获取确定了离子种类、射束能量、射束电流、射束尺寸、晶圆倾斜角、晶圆扭转角、平均剂量之类的注入参数的注入配方。在注入配方中，也可以确定用于实施不均匀注入的注入参数。在注入配方中，可以确定用于不均匀注入的二维剂量分布，也可以确定用于对射束扫描速度或晶圆移动速度进行可变控制的校正文件。
射束调整部63根据所获取的注入配方来生成离子束。射束调整部63通过调整构成离子注入装置10的各种设备的动作参数，实现在所期望的注入配方中确定的注入参数。射束调整部63通过调整离子生成装置12的气体种类或引出电压、质谱分析部20的磁场强度等来控制离子束的离子种类。射束调整部63通过调整离子生成装置12的引出电压、射束平行化部34的施加电压、AD柱的施加电压、角能量过滤器36的施加电压等来控制离子束的射束能量。射束调整部63通过调整离子生成装置12的气体量、电弧电流、电弧电压、源磁铁电流之类的各种参数或质谱分析狭缝23的开口宽度等来控制离子束的射束电流。射束调整部63通过调整射束整形部30中包含的收敛/发散装置的动作参数等来控制入射到晶圆处理面WS的离子束的射束尺寸。
射束调整部63根据在准备工序中获取的离子束的物理量的测定值来调整射束。射束调整部63也可以根据通过测定管理部65校正后的测定值来调整射束。
剂量控制部64控制在注入工序中注入到晶圆W中的剂量或剂量分布。在实施不均匀注入的情况下，剂量控制部64根据所获取的注入配方，对射束扫描速度及晶圆移动速度进行可变控制。剂量控制部64通过控制对射束扫描部32指令的扫描电压参数来对射束扫描速度进行可变控制，通过控制对往复运动机构54指令的速度参数来对晶圆移动速度进行可变控制。
剂量控制部64减小扫描电压的时间变化率dV/dt，以使在相对高剂量的部位，射束扫描速度变慢，并且增大扫描电压的时间变化率dV/dt，以使在相对低剂量的部位，射束扫描速度变快。剂量控制部64对于相对高剂量的部位，使晶圆移动速度变慢，对于相对低剂量的部位，使晶圆移动速度变快。
剂量控制部64根据在准备工序中获取的离子束的物理量的测定值来调整射束扫描速度。剂量控制部64例如根据通过轮廓杯44测定的x方向的射束电流密度分布的测定值来调整射束扫描速度。剂量控制部64根据在注入工序中获取的离子束的物理量的测定值来调整晶圆移动速度。剂量控制部64例如根据利用侧杯42L、42R测定的射束电流测定值来调整晶圆移动速度，以降低注入工序中的射束电流的变动的影响。剂量控制部64也可以根据通过测定管理部65校正后的测定值来调整射束扫描速度及晶圆移动速度中的至少一者。
测定管理部65包括数据集获取部66、测定评价部67及测定校正部68。数据集获取部66获取包含测定的评价及校正所需的各种数据的数据集。数据集包含通过多个测定装置测定的多个测定值。数据集包含例如通过侧杯42L、42R、轮廓杯44及调节杯47测定的多个射束电流测定值。数据集也可以包含与成为测定对象的射束相关的各种参数。数据集也可以包含在注入配方中确定的注入参数中的至少一个。数据集也可以包含用于实现至少一个注入参数的各种设备的动作参数中的至少一个。数据集获取部66也可以将在多个注入工序中获取的多个数据集存储于存储部70中。存储于存储部70中的多个数据集能够用作模型构建的输入数据。
测定评价部67根据所获取的数据集来评价数据集中包含的多个测定值是否妥当。测定评价部67参考表示进行了正常的测定时的多个测定值的相关关系的模型，在数据集中包含的多个测定值的相关关系与模型对应的情况下，判定为多个测定值妥当。换言之，判定为与多个测定值相关的测定为正常。另一方面，在数据集中包含的多个测定值的相关关系与模型不对应的情况下，判定为多个测定值不妥当。换言之，判定为与多个测定值相关的测定中存在异常。作为表示测定的妥当性的指标，例如能够使用表示数据集中包含的多个测定值从作为基准的模型偏离了何种程度的值(例如距离或偏差)。表示多个测定值的相关关系的模型的详细内容在后面另行叙述。
测定校正部68使用表示进行了正常的测定时的多个测定值的相关关系的模型，校正数据集中包含的多个测定值中的至少一个。测定校正部68在多个测定值的相关关系偏离了模型的情况下，校正多个测定值中的至少一个，以使校正后的多个测定值的相关关系与模型对应。测定校正部68例如在判定为与多个测定值相关的测定为异常的情况下，通过校正多个测定值中的至少一个，将多个测定值中的至少一个异常值校正为推定为正常值的值。测定校正部68即使在判定为与多个测定值相关的测定为正常的情况下，也可以校正多个测定值中的至少一个。根据模型校正测定值，由此在测定值因测定误差等而偏离了模型的情况下，能够将正常的测定值校正为更准确的值。校正后的测定值能够用于射束调整或剂量控制。
模型构建部69构建测定评价部67或测定校正部68使用的模型。模型构建部69将包含进行了正常的测定时的多个测定值的数据集作为输入，构建表示多个测定值的相关关系的模型。模型构建部69获取进行了正常的测定时的多个数据集，分析多个数据集中分别包含的多个测定值的相关关系，由此构建模型。模型构建所需的数据集的数量并没有特别限制，例如为50～200。
模型构建中使用的多个数据集可以包含为了实现相同注入工序而测定在不同的时刻生成的离子束的测定值，也可以包含为了实现注入参数或动作参数中的至少一个不同的注入配方而生成的离子束的测定值。多个数据集的每一个也可以仅包含注入参数或动作参数中的至少一个满足特定的条件的离子束的测定值。模型构建部69也可以仅使用照射了测定对象的离子束的晶圆的特性满足规定条件的数据集来构建模型。例如，可以仅使用在离子注入的晶圆上制造的器件正常动作时的数据集来构建模型。
接着，对本实施方式所涉及的模型的构建进行详细说明。以下，以表示利用左右的侧杯42L、42R、轮廓杯44及4个调节杯47a～47d的共计7个测定装置测定的7个射束电流测定值的相关关系的模型为例进行说明。另外，成为模型的构建对象的物理量可以是射束电流测定值，也可以是与利用上述杯测定的射束角度有关的测定值。并且，用于构建模型的测定装置的数量并不限于7个，可以小于6个，也可以为8个以上。但是，测定装置的数量优选为3个以上或4个以上。通过增加测定装置的数量，能够提高测定的妥当性的评价精确度或测定值的校正精确度。
模型构建部69获取包含利用多个杯测定的多个射束电流测定值的数据集。多个射束电流测定值能够表示为具有多个杯的个数n(例如7个)维(例如7维)的排列数据或测定值矢量x(x1，x2，……，xi，……，xn)。模型构建部69获取多个测定值矢量x，确定表示所获取的多个测定值矢量x的相关关系的函数f(x)。模型构建部69通过例如主成分分析(PrincipalComponent Analysis；PCA)确定表示多个测定值矢量x的相关关系的直线。通过主成分分析确定的直线在将多个测定值矢量x绘制在n维(7维)的空间上的情况下，能够表示为在主成分方向上延伸的直线。另外，表示多个测定值矢量x的相关关系的函数f(x)并不限于直线，也可以是任意非线性函数。
图5为示意地表示示出多个测定值矢量的相关关系的函数的图。在图5的图表中，由于说明的限制，仅示出了第1杯的测定值x1和第2杯的测定值x2的二维，但实际上是n维(例如7维)。图表上的绘制72配置于测定值矢量x所示的位置坐标上。图表上的直线74是多个绘制72的近似直线，是表示多个测定值矢量x的相关关系的函数f(x)。直线74被定义为通过多个绘制72的分布的中心，在第1主成分方向上延伸的直线。例如，若将多个绘制72的分布的中心坐标设为x0，将第1主成分方向的单位矢量设为v，则能够使用媒介变数t，用式x0+tv来表示直线74。
模型构建部69根据多个测定值矢量x的分布，确定用于评价测定的妥当性的阈值。用于评价测定的妥当性的阈值例如被定义为图5的图表所示的基准区域76。若成为评价对象的测定值矢量x位于基准区域76的内侧，则判定为其测定值矢量x为正常。另一方面，若成为评价对象的测定值矢量x位于基准区域76的外侧，则判定为其测定值矢量x为异常。基准区域76能够由沿着直线74的第1主成分方向的第1范围76a和与直线74正交的第2主成分方向的第2范围76b来定义。第1范围76a能够根据表示第1主成分方向的分布的偏差的T2统计量来定义。T2统计量能够使用测定值矢量x的第1主成分方向的成分t和分布的第1主成分方向的标准偏差σt，表示为T2＝Σ(t/σt)2。第2范围76b能够使用表示与第1主成分方向正交的方向的分布的偏差的Q统计量来定义。Q统计量能够使用从第1主成分轴(例如，直线74)到测定值矢量x的距离q，表示为Q＝Σq2。距离q能够使用将测定值矢量x投影到第1主成分轴上时的位置坐标xt＝x0+tv，表示为q＝x-xt。成为阈值的具体的范围能够定义为T2统计量或Q统计量成为规定值的范围，例如能够以多个测定值矢量x的分布的99.5％包含在基准区域76的内侧中的方式定义阈值。另外，用于定义基准区域76的阈值可以不是固定值，也可以根据所需的注入精确度设为可变值。
模型构建部69可以对一个模型确定多个阈值。图6为示意地表示对模型设定的多个阈值的图。在图6中，第1基准区域77及第2基准区域78被设定为对一个模型的多个阈值。第1基准区域77是成为评价对象的测定值矢量x为正常的范围。第1基准区域77中包含的测定值矢量x可以被校正，也可以不被校正。第2基准区域78是成为评价对象的测定值矢量x为异常的范围，是能够进行测定值矢量的校正的范围。与第1基准区域77及第2基准区域78均不对应的范围是成为评价对象的测定值矢量x为异常的范围，是无法进行测定值矢量的校正的范围。
模型构建部69可以构建能够适用于各种注入工序的通用模型，也可以构建仅能够适用于特定的注入配方的个别模型。例如，能够通过仅使用满足特定的条件的测定值矢量x作为输入来构建个别模型。例如，能够通过仅使用在特定的注入参数或特定的动作参数满足规定条件的状况下测定的测定值矢量x作为模型构建的输入来构建个别模型。模型构建部69可以通过将注入参数或动作参数的值输入到模型来构建通用模型。此时，能够通过限制组装到通用模型中的注入参数或动作参数的值以满足规定条件，从而构建个别模型。在此，特定的注入参数及动作参数也可以是与测定值不直接相关的参数。例如，在用于射束电流测定值的模型的情况下，也可以将离子种类、射束能量或射束角度之类的与射束电流不同的注入参数或用于控制与射束电流不同的注入参数的动作参数等作为对象。这样的模型能够称为表示多个测定值与至少一个注入参数或动作参数的相关关系的模型。
模型构建部69也可以对用作模型构建的输入的测定值矢量x实施预处理。例如，也可以使用由特定的测定装置i测定的射束电流测定值xi的分布的平均值μi和标准偏差σi，使射束电流测定值xi标准化。标准化的射束电流测定值xi’能够表示为xi’＝(xi-μi)/σi。通过针对每个测定装置使射束电流测定值xi标准化，能够使每个杯的测定的偏差等均衡化，从而能够使各测定装置对模型的贡献均匀化。
模型构建部69也可以使各测定装置对模型的贡献按每个测定装置而不同。例如，也可以针对每个测定装置设定表示各测定装置的贡献的调整系数αi，将射束电流测定值xi乘以调整系数αi的调整后的射束电流测定值αixi作为输入来构建模型。调整系数αi可以与标准化的射束电流测定值xi’相乘，也可以将被标准化，且调整后的射束电流测定值αixi’作为输入来构建模型。调整系数αi的值也可以根据各测定装置中的测定的可靠性来确定。例如，也可以相对增大不易产生测定误差且可靠性高的测定装置的调整系数αi，另一方面，相对减小容易产生测定误差且可靠性低的测定装置的调整系数αi。
模型构建部69可以针对每个模型使调整系数αi的值可变。例如，对于适用于特定的注入配方的个别模型，可以将特定的测定装置的调整系数αi设为与通用模型或其他个别模型不同的值。例如，在需要高射束电流的注入配方中，射束在射束线A的下游侧容易扩展，成为射束直径的整体难以入射到配置于射束线A的最下游的调节杯47的状况。这样，与理想的射束电流测定值相比，调节杯47的测定值变小，测定误差变大。因此，在适用于射束容易扩展的注入配方的个别模型中，也可以将适用于调节杯47的调整系数αi设为较小的值，使调节杯47中的测定误差不易反映到模型中。并且，侧杯42的测定值能够根据射束的扫描条件而变化。因此，在适用于不均匀注入用注入配方的个别模型中，也可以根据射束扫描的速度分布或扫描范围，使适用于侧杯42的调整系数αi可变。特定的测定装置的调整系数αi也可以根据在注入工序中确定的注入参数或用于实现注入工序的动作参数来分别单独设定。
接着，对使用构建的模型的测定值的评价及校正进行详细说明。
测定评价部67获取包含作为评价对象的多个测定值的数据集。测定评价部67根据所获取的数据集中包含的注入参数或动作参数来选择用于评价的模型。若构建了与所获取的数据集中的注入参数或动作参数对应的个别模型，则测定评价部67将与所获取的数据集对应的个别模型用于评价。若未构建与所获取的数据集中的注入参数或动作参数对应的个别模型，则测定评价部67可以将通用模型用于评价。
测定评价部67参考所选择的模型来评价所获取的数据集中包含的多个测定值的妥当性。测定评价部67例如将与所获取的多个测定值对应的测定值矢量绘制在图5的图表中，判定所绘制的测定值矢量是否包含在基准区域76的范围内。在测定值矢量包含在基准区域76的范围内的情况下，测定评价部67判定为与所获取的数据集相关的测定为正常。另一方面，在测定值矢量在基准区域76的范围外的情况下，判定为与所获取的数据集相关的测定为异常。在所选择的模型中进行了测定值矢量的标准化或基于调整系数αi的加权的情况下，测定评价部67对所获取的多个测定值适用标准化或加权调整之后，评价测定的妥当性。
测定评价部67也可以参考所选择的模型，计算表示多个测定值的妥当性的指标。测定评价部67也可以计算表示与多个测定值对应的测定值矢量82从模型偏离了何种程度的值(偏离量)作为测定值的妥当性的指标。例如，也可以计算从模型所示的直线74到测定值矢量82的距离，即与第1主成分方向正交的方向的距离作为第1指标。也可以根据上述Q统计量计算第1指标。并且，也可以计算从模型的中心坐标x0到测定值矢量82的沿着第1主成分方向的方向的距离作为第2指标。也可以根据上述T2统计量计算第2指标。第1指标及第2指标可以是根据分布的标准偏差σ等进行了标准化或正规化的值。测定评价部67也可以根据所计算的第1指标及第2指标中的至少一者来评价多个测定值的妥当性。测定评价部67也可以通过比较所计算的指标和与上述基准区域76、77、78对应的阈值来评价测定是正常还是异常等。
测定校正部68根据模型来校正通过测定评价部67评价的多个测定值。图7为示意地表示测定值矢量的校正方法的图表。测定校正部68例如将与所获取的多个测定值对应的测定值矢量82绘制在图7的图表中，计算在模型所示的直线74上最接近测定值矢量82的矢量作为校正后的测定值矢量84。从箭头80所示的校正前的测定值矢量82向校正后的测定值矢量84的校正方向是与模型所示的直线74正交的方向。
测定校正部68使用测定评价部67在评价中使用的模型来校正多个校正值。测定校正部68在模型中进行了测定值矢量的标准化或基于调整系数αi的加权的情况下，在进行了标准化及加权调整的状态下校正测定值矢量。测定校正部68也可以通过对校正后的测定值矢量84进行用于解除标准化及加权调整的逆运算来计算校正后的测定值。具体而言，若将校正后的测定值矢量84设为y(y1，y2，……，yi，……，yn)，则校正后的射束电流测定值yi’能够表示为yi’＝(σi·yi/αi)+μi。在此，αi是特定的测定装置i中的调整系数，σi是特定的测定装置i中的标准偏差，μi是特定的测定装置i中的平均值。
射束调整部63也可以在通过测定评价部67判定为测定为异常的情况下，输出警报并中止射束调整。射束调整部63也可以在通过测定评价部67判定为测定为异常的情况下，调整射束生成装置的动作参数，重新调整射束以使测定变得正常。射束调整部63也可以在射束的重新调整后也通过测定评价部67判定为测定为异常的情况下，中止射束调整并输出警报。
射束调整部63也可以根据通过测定校正部68计算的校正后的射束电流测定值yi’来进行射束调整。射束调整部63也可以进行射束调整，以使校正后的射束电流测定值yi’成为由注入工序指定的射束电流。射束调整部63可以根据与特定的测定装置i对应的校正后的射束电流测定值yi’来进行射束调整，也可以例如以轮廓杯44中的校正后的射束电流测定值yi’为基准进行射束调整。
剂量控制部64也可以根据通过测定校正部68计算的校正后的射束电流测定值yi’来进行剂量控制。剂量控制部64可以根据与特定的测定装置i对应的校正后的射束电流测定值yi’来进行剂量控制，也可以例如以轮廓杯44中的校正后的射束电流测定值yi’为基准调整离子束的扫描速度分布。剂量控制部64也可以以侧杯42L、42R与轮廓杯44中的校正后的射束电流测定值yi’的比率为基准，调整晶圆移动速度，以降低离子注入中的射束电流的变动的影响。
图8为概略地表示实施方式所涉及的离子注入方法的流程的流程图。控制装置60获取包含多个测定值的数据集(S10)，使用模型评价多个测定值的测定的妥当性(S12)。若测定为正常(S14的“是”)，则根据所获取的测定值来执行离子注入处理(S16)。若测定为异常(S14的“否”)，且能够进行测定值的校正(S18的“是”)，则使用模型校正测定值(S20)，根据校正值来执行离子注入处理(S22)。若不能进行测定值的校正(S18的“否”)，且不能进行射束调整(S24的“是”)，则中止注入处理(S26)。若不能进行测定值的校正(S18的“否”)，且能够进行射束调整(S24的“否”)，则重新调整射束(S28)，返回到流程的最初，执行S10以后的处理。
根据本实施方式，通过使用模型来评价与多个测定值相关的测定的妥当性，能够更高精确度地检测有无测定的异常。根据本实施方式，通过参考表示多个测定值的正常时的相关关系的模型，能够容易地确定多个测定值中的至少一个进行了偏离正常时的测定。尤其，通过增加适用于模型的测定装置的数量，即使在任一个测定装置中产生些许的测定误差的情况下，也能够高精确度地检测其测定误差。由此，能够根据高精确度地评价为正常的测定值来执行离子注入处理，从而能够提高注入精确度。
根据本实施方式，能够使用表示多个测定值的正常时的相关关系的模型来校正测定值，并根据校正值来执行离子注入工序。由此，在判定为由些许的测定误差引起而在测定中发生异常的情况下，能够避免离子注入装置的停止，从而能够防止基于装置的停止的生产率的降低。并且，通过校正被认为是由测定误差引起的与模型的偏差，能够降低由测定误差引起的测定值的偏差，从而能够根据更准确的值的物理量来执行离子注入处理。由此，与不校正测定值的情况相比，能够提高注入精确度。
以上，参考上述各实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式，适当组合或替换各实施方式的结构的方式也属于本发明。并且，根据本领域技术人员的知识，也能够对各实施方式中的组合或处理的顺序适当进行重新排列或对实施方式增加各种设计变更等变形，增加这样的变形的实施方式也属于本发明的范围。
在上述实施方式中，模型构建部69也可以每次更新构建的模型。例如，通过继续使用离子注入装置10，在基于多种注入配方的多数注入工序中获取数据集并存储于存储部70中。模型构建部69能够根据存储于存储部70中的数据集，通过增加反映到模型中的测定值矢量的绘制数来更新模型。例如，通过根据所存储的数据集来构建模型，能够增加仅能够适用于特定的注入配方的个别模型的种类数。在离子注入装置10的使用期间短的情况下，由于仅存储与限定的注入配方对应的数据集，因此仅能够构建与限定的注入配方对应的个别模型。另一方面，若通过离子注入装置10的长期使用而存储了与多种注入配方对应的数据集，则能够构建与多种注入配方分别对应的各种个别模型。通过针对每个注入配方构建多种个别模型，能够提高特定的注入配方中的测定的妥当性的评价精确度及测定值的校正精确度。
测定评价部67也可以在未由模型构建部69构建个别模型的时刻使用通用模型来评价测定，在由模型构建部69构建了个别模型的时刻以后使用个别模型来评价测定。即，也可以根据基于模型构建部69的模型构建的进度动态地切换用于评价的模型。对于测定校正部68用于校正的模型也可以相同。
模型构建部69可以根据基于校正后的测定值执行的离子注入处理的结果来更新模型。例如，模型构建部69也可以根据校正后的测定值获取与在离子注入的晶圆上制造的器件的特性或产率有关的信息，评价测定值的校正的影响。模型构建部69也可以更新或重新构建模型，以降低测定值的校正对器件的不利影响。
模型构建部69构建的模型也可以在其他离子注入装置中利用。例如，可以将根据由第1离子注入装置获取的数据集构建的第1模型用于第2离子注入装置中的测定的妥当性评价及测定值的校正。此时，可以在第2离子注入装置中使用对第1模型实施转换处理的第2模型，而不是在第2离子注入装置中直接使用第1模型。第2模型可以是将规定转换系数β适用于第1模型的模型。转换系数β与上述调整系数α同样地，可以是针对每个测定装置设定的系数，例如，也可以设定为分别与多个射束电流测定值xi相乘的转换系数βi。转换系数βi的具体值也可以根据由第2离子注入装置获取的多个测定值来确定。
也可以使用上述转换系数βi，构建在第2离子注入装置中使用的个别模型。例如，考虑在第1离子注入装置中构建了通用模型(也称为第1通用模型)及个别模型(也称为第1个别模型)，在第2离子注入装置中仅构建了通用模型(也称为第2通用模型)的情况。在第1通用模型与第2通用模型之间求出了转换系数βi的情况下，也可以通过对第1个别模型适用相同的转换系数βi来构建在第2离子注入装置中使用的个别模型(第2个别模型)。
在上述实施方式中，示出了使用模型来实施多个测定值的妥当性的评价及校正这两者的情况。在另一实施方式中，也可以使用模型仅执行多个测定值的妥当性的评价。在另一实施方式中，也可以不评价测定的妥当性，而使用模型仅执行多个测定值的校正。

Claims (11)

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
射束生成装置，根据注入配方生成离子束；
多个测定装置，测定所述离子束的至少一个物理量；及
控制装置，获取包含通过所述多个测定装置测定的多个测定值的数据集，使用表示所述多个测定值的相关关系的模型，评价所述离子束的所述至少一个物理量的测定的妥当性。
2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制装置获取所述注入配方中确定的至少一个注入参数作为所述数据集中包含的参数，
所述模型表示所述多个测定值与所述至少一个注入参数的相关关系。
3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制装置获取用于生成基于所述注入配方的所述离子束的所述射束生成装置的至少一个动作参数作为所述数据集中包含的参数，
所述模型表示所述多个测定值与所述至少一个动作参数的相关关系。
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，
所述控制装置根据所述离子束的所述至少一个物理量的测定的妥当性的评价结果，调整所述射束生成装置的动作参数。
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，
所述控制装置使用所述模型来校正所述离子束的所述至少一个物理量的值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述多个测定装置包括：第1测定装置，在所述离子束入射到晶圆的注入位置测定所述离子束；及第2测定装置，在与所述注入位置不同的位置测定所述离子束，
所述控制装置使用所述模型来校正所述第1测定装置的测定值。
7.根据权利要求5或6所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制装置根据所述离子束的所述至少一个物理量的校正值，控制向晶圆照射所述离子束的注入工序的剂量。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制装置存储在基于不同的注入配方的多个注入工序中获取的多个数据集，根据所存储的多个数据集来构建所述模型。
9.根据权利要求8所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制装置根据在基于满足规定条件的注入配方的所述多个注入工序中获取的所述多个数据集来构建所述模型。
10.根据权利要求8所述的离子注入装置，其特征在于，
所述控制装置获取与使用照射所述离子束的注入工序而制造的半导体器件的评价结果有关的信息，将在所述评价结果满足规定条件的半导体器件的制造中使用的注入工序中获取的数据集作为输入来构建所述模型。
11.一种模型生成方法，其特征在于，包括：
从测定根据注入配方生成的离子束的多个测定装置获取包含表示所述离子束的至少一个物理量的多个测定值的数据集的步骤；及
将在基于所述注入配方的多个注入工序中获取的多个数据集作为输入来构建表示所述多个测定值的相关关系的模型的步骤。
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