JP2008112673A - Ion implanting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the uniformity of an longitudinal direction (Y direction) ion beam current density distribution at an implantation position to a substrate. <P>SOLUTION: This ion implanting device includes an ion source 100 for generating an ion beam 50, an electron beam source Gn for emitting an electron beam 138 scanned in the Y direction to generate plasma 12, a power source 114 for the electron beam source, an ion beam monitor 80 for measuring the Y direction beam current density distribution of the ion beam 50 in the vicinity of the implanting position, and a control device 90. The control device 90 controls the power source 114 based on the measured data from the monitor 80, thereby increasing the scanning speed of the electron beam 138 at a position corresponding to the monitor point at which the beam current density measured by the monitor 80 is large, but decreasing the scanning speed of the electron beam 138 at a position corresponding to the monitor point at which the beam current density measured by the monitor 80 is small, which provides the uniformity of the Y direction beam current density measured by the monitor 80. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、リボン状のイオンビームを基板に入射させることと、基板をイオンビームの主面と交差する方向に移動させることとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入装置に関する。   The present invention relates to an ion implantation apparatus that implants ions into a substrate by using a ribbon-like ion beam incident on the substrate and moving the substrate in a direction intersecting the main surface of the ion beam.

この種のイオン注入装置においては、基板に対するイオン注入の均一性を高めるために、リボン状(これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様)のイオンビームの長手方向(この明細書においてはY方向)のイオンビーム電流密度分布の均一性が良いことが重要である。   In this type of ion implantation apparatus, in order to improve the uniformity of ion implantation with respect to the substrate, the longitudinal direction (in this specification) of the ion beam in the form of a ribbon (which may be referred to as a sheet shape or a band shape). It is important that the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction is good.

リボン状のイオンビームの長手方向のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させる技術として、例えば特許文献1には、1次元で走査される電子ビームをイオン源のプラズマ生成容器内に入射して、この電子ビームによってガスを電離させてプラズマを生成させることによって、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流密度分布を向上させる技術が記載されている。   As a technique for improving the uniformity of the ion beam current density distribution in the longitudinal direction of a ribbon-like ion beam, for example, in Patent Document 1, an electron beam scanned in one dimension is incident on a plasma generation container of an ion source. A technique for improving the beam current density distribution of an ion beam extracted from an ion source by ionizing a gas with this electron beam to generate plasma is described.

特開2005−38689号公報(段落0006−0008、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-38689 (paragraphs 0006-0008, FIG. 1)

特許文献1に記載の技術では、イオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることができたとしても、イオンビームの輸送途中で均一性が悪化する場合があるので、注入位置でのイオンビーム電流密度分布の均一性が良いという保証はない。   In the technique described in Patent Document 1, even if the uniformity of the ion beam extracted from the ion source can be improved, the uniformity may deteriorate during the transport of the ion beam. There is no guarantee that the uniformity of the current density distribution is good.

そこでこの発明は、基板に対する注入位置での長手方向(Y方向)のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させることができるイオン注入装置を提供することを主たる目的としている。   Accordingly, the main object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus capable of improving the uniformity of the ion beam current density distribution in the longitudinal direction (Y direction) at the implantation position with respect to the substrate.

この発明に係る第1のイオン注入装置は、イオンビームの進行方向をZ方向とし、Z方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向とすると、X方向の寸法よりもY方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを輸送してそれを基板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、
(a)ガスが導入されるプラズマ生成容器と、電子ビームを発生させてそれを前記プラズマ生成容器内へ放出して当該電子ビームによって前記ガスを電離させてプラズマを生成するものであって、当該電子ビームを前記プラズマ生成容器内においてY方向に走査する1以上の電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系とを有していて、Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
(b)前記イオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
(c)前記各電子ビーム源に、前記電子ビームの発生量を制御する引出し電圧および前記走査用の走査電圧をそれぞれ供給する1以上の電子ビーム用電源と、
(d)前記注入位置またはその近傍において、Y方向における複数のモニタ点において前記イオンビームのY方向のイオンビーム電流密度分布を測定するイオンビームモニタと、
(e)前記イオンビームモニタからの測定データに基づいて前記電子ビーム用電源を制御することによって、前記各電子ビーム源から発生させる電子ビームの量を実質的に一定に保ちつつ、前記イオンビームモニタで測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの走査速度を相対的に大きくすることと、測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの走査速度を相対的に小さくすることの少なくとも一方を行って、前記イオンビームモニタで測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する機能を有している制御装置とを備えている。
In the first ion implantation apparatus according to the present invention, the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction. An ion implantation apparatus that transports a ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the X direction and irradiates the ribbon-like ion beam to perform ion implantation,
(A) a plasma generation container into which a gas is introduced, and an electron beam generated and emitted into the plasma generation container to ionize the gas by the electron beam to generate plasma, One or more electron beam sources that scan the electron beam in the Y direction in the plasma generation container, and an extraction electrode system that extracts the ion beam from the plasma generated in the plasma generation container, An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
(B) a substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting a main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam is incident on the substrate;
(C) one or more electron beam power supplies for supplying each electron beam source with an extraction voltage for controlling the generation amount of the electron beam and a scanning voltage for scanning,
(D) an ion beam monitor that measures an ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam at a plurality of monitor points in the Y direction at or near the implantation position;
(E) By controlling the electron beam power source based on the measurement data from the ion beam monitor, the amount of the electron beam generated from each electron beam source is kept substantially constant while the ion beam monitor is kept constant. A relatively high scanning speed of the electron beam at a position in the ion source corresponding to a monitor point having a relatively large ion beam current density measured in step 1, and a monitor point having a relatively small ion beam current density measured A function of equalizing the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor by performing at least one of relatively reducing the scanning speed of the electron beam at the position in the ion source corresponding to And a control device.

この第1のイオン注入装置においては、イオンビームモニタによって、注入位置またはその近傍におけるY方向のイオンビーム電流密度分布が測定される。そして、制御装置は、イオンビームモニタからの測定データに基づいて電子ビーム用電源を制御して、イオン源のプラズマ生成容器内における電子ビームの走査速度を制御して、当該電子ビームによって生成するプラズマの密度を制御する。具体的には、各電子ビーム源から発生させる電子ビームの量を実質的に一定に保ちつつ、イオンビームモニタで測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビームの走査速度を相対的に大きくすることと、測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビームの走査速度を相対的に小さくすることの少なくとも一方を行って、イオンビームモニタで測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する制御を行う。これによって、注入位置でのY方向のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させることができる。   In the first ion implantation apparatus, the ion beam current density distribution in the Y direction at or near the implantation position is measured by an ion beam monitor. The control device controls the electron beam power source based on the measurement data from the ion beam monitor, controls the scanning speed of the electron beam in the plasma generation container of the ion source, and generates plasma generated by the electron beam. To control the density. Specifically, the amount of the electron beam generated from each electron beam source is kept substantially constant, while the ion beam current density measured by the ion beam monitor is at a position in the ion source corresponding to the monitor point having a relatively large ion beam current density. At least one of relatively increasing the scanning speed of the electron beam and relatively decreasing the scanning speed of the electron beam at the position in the ion source corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is relatively small. To control the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor to be uniform. Thereby, the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the implantation position can be improved.

(a)前記制御装置を、前記各電子ビーム用電源から前記各電子ビーム源に供給する前記走査電圧の元になる走査信号を前記各電子ビーム用電源に供給する機能と、前記イオンビームモニタで測定したY方向分布のイオンビーム電流密度と所定の設定イオンビーム電流密度との差であるY方向分布の誤差を算出する機能と、前記算出した誤差が所定の許容誤差より大きいモニタ点およびそのモニタ点での誤差の正負を決定する機能と、前記決定したモニタ点に対応する前記電子ビーム源およびその走査電圧を決定する機能と、前記決定した誤差の正負に基づいて、前記測定したイオンビーム電流密度の方が大きいモニタ点に対応する走査電圧時の前記電子ビームの走査速度を前記誤差の大きさに比例して増大させ、かつ、前記測定したイオンビーム電流密度の方が小さいモニタ点に対応する走査電圧時の前記電子ビームの走査速度を前記誤差の大きさに比例して減少させて、イオンビームが入射する実質的に全てのモニタ点で前記誤差が前記許容誤差以下になるように、前記走査信号の波形を整形する機能と、前記整形後の走査信号のデータを保存する機能とを有しているものとし、(b)前記各電子ビーム用電源を、前記制御装置から供給される走査信号を増幅して前記走査電圧を作る増幅器を有しているものとしても良い。   (A) a function of supplying the scanning device to each electron beam power source with a scanning signal that is a source of the scanning voltage supplied from the electron beam power source to each electron beam source; A function for calculating an error in the Y direction distribution, which is a difference between the measured ion beam current density in the Y direction distribution and a predetermined set ion beam current density, a monitor point where the calculated error is greater than a predetermined allowable error, and a monitor thereof A function for determining the sign of error at a point, a function for determining the electron beam source corresponding to the determined monitor point and its scanning voltage, and the measured ion beam current based on the sign of the determined error The scanning speed of the electron beam at a scanning voltage corresponding to a monitor point having a higher density is increased in proportion to the magnitude of the error, and the measured ions The scanning speed of the electron beam at a scanning voltage corresponding to a monitoring point having a smaller beam current density is decreased in proportion to the magnitude of the error so that substantially all the monitoring points where the ion beam is incident are used. It has a function of shaping the waveform of the scanning signal so that the error is equal to or less than the allowable error, and a function of saving data of the shaped scanning signal. The beam power supply may include an amplifier that amplifies a scanning signal supplied from the control device to generate the scanning voltage.

この発明に係る第2のイオン注入装置は、イオンビームの進行方向をZ方向とし、Z方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向とすると、X方向の寸法よりもY方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを輸送してそれを基板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、
(a)ガスが導入されるプラズマ生成容器と、電子ビームを発生させてそれを前記プラズマ生成容器内へ放出して当該電子ビームによって前記ガスを電離させてプラズマを生成するものであって、当該電子ビームを前記プラズマ生成容器内においてY方向に走査する1以上の電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系とを有していて、Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
(b)前記イオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
(c)前記各電子ビーム源に、前記電子ビームの発生量を制御する引出し電圧および前記走査用の走査電圧をそれぞれ供給する1以上の電子ビーム用電源と、
(d)前記注入位置またはその近傍において、Y方向における複数のモニタ点において前記イオンビームのY方向のイオンビーム電流密度分布を測定するイオンビームモニタと、
(e)前記イオンビームモニタからの測定データに基づいて前記電子ビーム用電源を制御することによって、前記各電子ビーム源から発生させる電子ビームの走査速度を実質的に一定に保ちつつ、前記イオンビームモニタで測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの発生量を相対的に少なくすることと、測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの発生量を相対的に多くすることの少なくとも一方を行って、前記イオンビームモニタで測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する機能を有している制御装置とを備えている。
In the second ion implantation apparatus according to the present invention, if the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and the two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, An ion implantation apparatus that transports a ribbon-like ion beam having a dimension in the Y direction larger than a dimension in the X direction and irradiates the ribbon-like ion beam to perform ion implantation,
(A) a plasma generation container into which a gas is introduced, and an electron beam generated and emitted into the plasma generation container to ionize the gas by the electron beam to generate plasma, One or more electron beam sources that scan the electron beam in the Y direction in the plasma generation container, and an extraction electrode system that extracts the ion beam from the plasma generated in the plasma generation container, An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
(B) a substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting a main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam is incident on the substrate;
(C) one or more electron beam power supplies for supplying each electron beam source with an extraction voltage for controlling the generation amount of the electron beam and a scanning voltage for scanning,
(D) an ion beam monitor that measures an ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam at a plurality of monitor points in the Y direction at or near the implantation position;
(E) controlling the electron beam power source based on measurement data from the ion beam monitor, thereby maintaining the scanning speed of the electron beam generated from each electron beam source substantially constant, A relatively small amount of the electron beam generated at a position in the ion source corresponding to a monitor point having a relatively large ion beam current density measured by the monitor, and a monitor having a relatively small ion beam current density measured. A function of making the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor uniform by performing at least one of relatively increasing the generation amount of the electron beam at the position in the ion source corresponding to the point. And a control device having

この第2のイオン注入装置においては、イオンビームモニタによって、注入位置またはその近傍におけるY方向のイオンビーム電流密度分布が測定される。そして、制御装置は、イオンビームモニタからの測定データに基づいて電子ビーム用電源を制御して、電子ビーム源からの電子ビームの発生量を制御して、当該電子ビームによってプラズマ生成容器内で生成するプラズマの密度を制御する。具体的には、各電子ビーム源から発生させる電子ビームのY方向における走査速度を実質的に一定に保ちつつ、イオンビームモニタで測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビームの発生量を相対的に少なくすることと、測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビームの発生量を相対的に多くすることの少なくとも一方を行って、イオンビームモニタで測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する制御を行う。これによって、注入位置でのY方向のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させることができる。   In the second ion implantation apparatus, the ion beam current density distribution in the Y direction at or near the implantation position is measured by an ion beam monitor. The control device controls the electron beam power source based on the measurement data from the ion beam monitor, controls the generation amount of the electron beam from the electron beam source, and generates the electron beam in the plasma generation container. Control the density of plasma. Specifically, ions corresponding to monitor points having a relatively large ion beam current density measured by an ion beam monitor while keeping the scanning speed of the electron beam generated from each electron beam source in the Y direction substantially constant. Reducing the generation amount of the electron beam at the source position relatively, and increasing the generation amount of the electron beam at the ion source position corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is relatively small. By performing at least one of the above, control is performed to make the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor uniform. Thereby, the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the implantation position can be improved.

(a)前記制御装置を、前記各電子ビーム用電源から前記各電子ビーム源に供給する前記引出し電圧の元になる引出し信号を前記各電子ビーム用電源に供給する機能と、前記イオンビームモニタで測定したY方向分布のイオンビーム電流密度と所定の設定イオンビーム電流密度との差であるY方向分布の誤差を算出する機能と、前記算出した誤差が所定の許容誤差より大きいモニタ点およびそのモニタ点での誤差の正負を決定する機能と、前記決定したモニタ点に対応する前記電子ビーム源およびその走査電圧を決定する機能と、前記決定した誤差の正負に基づいて、前記測定したイオンビーム電流密度の方が大きいモニタ点に対応する走査電圧時の前記引出し電圧を前記誤差の大きさに比例して減少させ、かつ、前記測定したイオンビーム電流密度の方が小さいモニタ点に対応する走査電圧時の前記引出し電圧を前記誤差の大きさに比例して増大させて、イオンビームが入射する実質的に全てのモニタ点で前記誤差が前記許容誤差以下になるように、前記引出し信号の波形を整形する機能と、前記整形後の引出し信号のデータを保存する機能とを有しているものとし、(b)前記各電子ビーム用電源を、前記制御装置から供給される引出し信号を増幅して前記引出し電圧を作る増幅器を有しているものとしても良い。   (A) a function of supplying the control device with an extraction signal that is a source of the extraction voltage supplied from the electron beam power source to the electron beam source to the electron beam power source; A function for calculating an error in the Y direction distribution, which is a difference between the measured ion beam current density in the Y direction distribution and a predetermined set ion beam current density, a monitor point where the calculated error is greater than a predetermined allowable error, and a monitor thereof A function for determining the sign of error at a point, a function for determining the electron beam source corresponding to the determined monitor point and its scanning voltage, and the measured ion beam current based on the sign of the determined error The extraction voltage at the time of the scanning voltage corresponding to a monitor point having a higher density is reduced in proportion to the magnitude of the error, and the measured ion beam The extraction voltage at the scanning voltage corresponding to a monitor point having a smaller flow density is increased in proportion to the magnitude of the error, and the error is allowed at substantially all the monitor points where the ion beam is incident. It has a function of shaping the waveform of the extraction signal so as to be equal to or less than an error, and a function of storing data of the extraction signal after the shaping, and (b) the power source for each electron beam, An amplifier for amplifying an extraction signal supplied from the control device to generate the extraction voltage may be provided.

請求項1〜6に記載の発明によれば、上記のような構成を有しているので、基板に対する注入位置でのY方向のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させることができる。その結果、基板に対するイオン注入の均一性を高めることができる。   According to the first to sixth aspects of the present invention, since the configuration is as described above, it is possible to improve the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the implantation position with respect to the substrate. As a result, the uniformity of ion implantation for the substrate can be improved.

図1は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略側面図である。この明細書および図面においては、イオンビーム50の進行方向を常にZ方向とし、このZ方向に実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向としている。例えば、X方向およびZ方向は水平方向であり、Y方向は垂直方向である。なお、Y方向は一定の方向であるが、X方向は絶対的な方向ではない。イオンビーム輸送系170はXZ平面内で曲がっている場合があり、その場合のX方向はイオンビーム50の経路上の位置によって変化する。またこの明細書において、イオンビーム50を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。   FIG. 1 is a schematic side view showing an embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention. In this specification and the drawings, the traveling direction of the ion beam 50 is always the Z direction, and the two directions substantially orthogonal to each other in the plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction. For example, the X direction and the Z direction are horizontal directions, and the Y direction is a vertical direction. The Y direction is a constant direction, but the X direction is not an absolute direction. The ion beam transport system 170 may be bent in the XZ plane, and the X direction in that case varies depending on the position of the ion beam 50 on the path. Further, in this specification, the case where ions constituting the ion beam 50 are positive ions is described as an example.

このイオン注入装置は、イオン源100からリボン状のイオンビーム50を発生させてそれを基板60まで輸送して基板60に照射して、基板60にイオン注入を施すよう構成されている。イオン源100から基板60までのイオンビーム50の経路は、図示しない真空容器内にあって、真空雰囲気に保たれる。   This ion implantation apparatus is configured to generate a ribbon-like ion beam 50 from the ion source 100, transport it to the substrate 60, irradiate the substrate 60, and perform ion implantation on the substrate 60. The path of the ion beam 50 from the ion source 100 to the substrate 60 is in a vacuum container (not shown) and is maintained in a vacuum atmosphere.

イオン源100から発生させて基板60まで輸送するイオンビーム50は、例えば図2に示すように、X方向の寸法WX よりもY方向の寸法WY が大きいリボン状をしている。即ちWY >WX である。イオンビーム50は、リボン状と言ってもX方向の寸法WX が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム50のX方向の寸法WX は30mm〜80mm程度、Y方向の寸法WY は、基板60の寸法にも依るが、300mm〜500mm程度である。このイオンビーム50の大きい方の面、即ちYZ面に沿う面が主面52である。 The ion beam 50 generated from the ion source 100 and transported to the substrate 60 has, for example, a ribbon shape in which the dimension W Y in the Y direction is larger than the dimension W X in the X direction, as shown in FIG. That is, W Y > W X. Even if the ion beam 50 has a ribbon shape, it does not mean that the dimension W X in the X direction is as thin as paper or cloth. For example, the dimension W X in the X direction of the ion beam 50 is about 30 mm to 80 mm, and the dimension W Y in the Y direction is about 300 mm to 500 mm, although it depends on the dimension of the substrate 60. The larger surface of the ion beam 50, that is, the surface along the YZ plane is the main surface 52.

イオン源100から基板60までのイオンビーム輸送系170は、直線状でも良いし、曲がっていても良い。イオンビーム輸送系170は、例えば、イオンビーム50の運動量分析(例えば質量分析)を行う分析電磁石を有していても良く、その場合のイオンビーム輸送系170はXZ平面内で曲がっている。イオンビーム輸送系170は、分析電磁石以外の要素、例えば分析スリット、イオンビーム50の加減速器等を有していても良い。   The ion beam transport system 170 from the ion source 100 to the substrate 60 may be linear or bent. The ion beam transport system 170 may include, for example, an analysis electromagnet that performs momentum analysis (for example, mass analysis) of the ion beam 50. In this case, the ion beam transport system 170 is bent in the XZ plane. The ion beam transport system 170 may include elements other than the analysis electromagnet, such as an analysis slit, an accelerator / decelerator for the ion beam 50, and the like.

このイオン注入装置は、基板60を保持するホルダ502を有していて、イオンビーム50を基板60に入射させる注入位置で、基板60をイオンビーム50の主面52(図2参照)と交差する方向に移動させる基板駆動装置500を備えている。この移動は、例えば、往復直線移動である。その移動方向の一例を図1中に矢印Cで示す。この移動方向は、X方向に平行な方向に限られるものではなく、X方向から所定の角度(注入角度に相当する角度)を持っていても良い。   This ion implantation apparatus has a holder 502 for holding the substrate 60, and intersects the main surface 52 (see FIG. 2) of the ion beam 50 at an implantation position where the ion beam 50 is incident on the substrate 60. A substrate driving device 500 that moves in the direction is provided. This movement is, for example, a reciprocating linear movement. An example of the moving direction is indicated by an arrow C in FIG. This moving direction is not limited to the direction parallel to the X direction, and may have a predetermined angle (an angle corresponding to the injection angle) from the X direction.

イオン源100は、Y方向の寸法WY が基板60のY方向の寸法TY よりも大きいリボン状のイオンビーム50を発生させる。例えば、寸法TY が300mm〜400mmであれば、寸法WY は400mm〜500mm程度である。このような寸法関係と、基板60を上記のように移動させることとによって、基板60の全面にイオンビーム50を照射してイオン注入を行うことができる。 The ion source 100 generates a ribbon-like ion beam 50 in which the dimension W Y in the Y direction is larger than the dimension T Y in the Y direction of the substrate 60. For example, if the dimension T Y is 300 mm to 400 mm, the dimension W Y is about 400 mm to 500 mm. By such a dimensional relationship and the movement of the substrate 60 as described above, ion implantation can be performed by irradiating the entire surface of the substrate 60 with the ion beam 50.

基板60は、例えば、半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は円形でも良いし四角形でも良い。   The substrate 60 is, for example, a semiconductor substrate, a glass substrate, or another substrate. The planar shape may be a circle or a rectangle.

イオン源100は、プラズマ124を生成するためのプラズマ生成容器118と、プラズマ生成容器118内へY方向に走査される電子ビーム138を放出する1以上(この実施形態では三つ)の電子ビーム源Gnと、プラズマ生成容器118内で生成されたプラズマ124からイオンビーム50を引き出す引出し電極系126とを有している。   The ion source 100 includes a plasma generation container 118 for generating a plasma 124 and one or more (three in this embodiment) electron beam sources that emit an electron beam 138 scanned in the Y direction into the plasma generation container 118. Gn and an extraction electrode system 126 for extracting the ion beam 50 from the plasma 124 generated in the plasma generation container 118 are provided.

プラズマ生成容器118は、ガス導入口119から所望のガス(蒸気の場合を含む)120が導入され、それを電子ビーム138による衝撃によって電離させてプラズマ124を生成するための容器である。ガス120は、所望の元素(例えば、B、P、As 等のドーパント)を含むガスである。より具体例を挙げれば、BF3 、PH3 、AsH3 、B26 等の原料ガスを含むガスである。 The plasma generation container 118 is a container for generating a plasma 124 by introducing a desired gas (including the case of vapor) 120 from a gas introduction port 119 and ionizing it by impact with an electron beam 138. The gas 120 is a gas containing a desired element (for example, a dopant such as B, P, or As). More specific examples include gases containing source gases such as BF 3 , PH 3 , AsH 3 , and B 2 H 6 .

ガス導入口119は、必要に応じて、Y方向に複数個設けても良い。そのようにすれば、プラズマ生成容器118内におけるガス濃度分布を均一化して、プラズマ密度分布を均一化することが容易になる。   A plurality of gas inlets 119 may be provided in the Y direction as necessary. By doing so, it becomes easy to make the plasma density distribution uniform by making the gas concentration distribution in the plasma generation vessel 118 uniform.

プラズマ生成容器118は、その前面部に、図3にも示すように、Y方向に伸びたスリット状のイオン引出し孔122を有している。但し、イオン引出し孔122を小孔として、それをY方向に複数(多数)個配列しても良い。このイオン引出し孔122の形状、配列等は、引き出すイオンビーム50の断面形状等に応じたものにすれば良い。後述する引出し電極系126のイオン引出し孔128も同様である。   As shown in FIG. 3, the plasma generation container 118 has slit-like ion extraction holes 122 extending in the Y direction on the front surface thereof. However, the ion extraction holes 122 may be small holes, and a plurality (many) of them may be arranged in the Y direction. The shape, arrangement, and the like of the ion extraction holes 122 may be set in accordance with the cross-sectional shape of the ion beam 50 to be extracted. The same applies to ion extraction holes 128 of an extraction electrode system 126 described later.

引出し電極系126は、上記イオン引出し孔122の下流側近傍に設けられていて、1枚以上(図示例では2枚)の電極を有している。各電極は、上記イオン引出し孔122に対応した形状、配置のイオン引出し孔128をそれぞれ有している。この引出し電極系126を構成する電極の枚数は図示例のものに限られるものではなく、1枚以上で任意である。   The extraction electrode system 126 is provided in the vicinity of the downstream side of the ion extraction hole 122 and has one or more (two in the illustrated example) electrodes. Each electrode has an ion extraction hole 128 having a shape and arrangement corresponding to the ion extraction hole 122. The number of electrodes constituting the extraction electrode system 126 is not limited to the example shown in the drawing, and may be one or more.

プラズマ生成容器118は、この例では、イオン引出し孔122と反対側の面に、各電子ビーム源Gnから放出された電子ビーム138をプラズマ生成容器118内へそれぞれ入射させる電子ビーム入射口121を有している。電子ビーム入射口121の数は、電子ビーム源Gnの数と同数にすれば良い。   In this example, the plasma generation container 118 has an electron beam incident port 121 through which the electron beam 138 emitted from each electron beam source Gn enters the plasma generation container 118 on the surface opposite to the ion extraction hole 122. is doing. The number of electron beam entrances 121 may be the same as the number of electron beam sources Gn.

各電子ビーム源Gnは、電子ビーム138を発生させてそれをプラズマ生成容器118内へ放出して、当該電子ビーム138による衝撃によってガス120を電離させてプラズマ124を生成するものであり、しかも、電子ビーム138をプラズマ生成容器118内においてY方向に1次元で走査するものである。   Each electron beam source Gn generates an electron beam 138, emits it into the plasma generation container 118, ionizes the gas 120 by impact by the electron beam 138, and generates a plasma 124. The electron beam 138 is scanned one-dimensionally in the Y direction in the plasma generation container 118.

各電子ビーム源Gnは、その一部または全部がプラズマ生成容器118内に位置していても良いけれども、この実施形態のように、プラズマ生成容器118の外側近傍に配置しておく方が、各電子ビーム源Gnとプラズマ124との相互干渉を避ける観点から好ましい。更にこの実施形態のように、各電子ビーム源Gnを、矢印Qに示すように、プラズマ生成容器118内とは別に真空排気される差動真空排気室130内に配置しておくのが好ましい。そのようにすると、各電子ビーム源Gn内の真空度を良くすることができるので、プラズマ生成容器118内に導入された上記ガス120によって各電子ビーム源Gnの機能が低下するのを防止することができる。   Each electron beam source Gn may be partly or wholly located in the plasma generation container 118. However, as in this embodiment, each electron beam source Gn should be arranged near the outside of the plasma generation container 118. This is preferable from the viewpoint of avoiding mutual interference between the electron beam source Gn and the plasma 124. Further, as in this embodiment, each electron beam source Gn is preferably disposed in a differential evacuation chamber 130 that is evacuated separately from the plasma generation vessel 118 as indicated by an arrow Q. By doing so, the degree of vacuum in each electron beam source Gn can be improved, so that the function of each electron beam source Gn is prevented from being deteriorated by the gas 120 introduced into the plasma generation container 118. Can do.

各電子ビーム源Gnには、それに対応する電子ビーム用電源114から、電子ビーム138の発生量を制御する引出し電圧およびY方向走査用の走査電圧がそれぞれ供給される。電子ビーム源Gnおよびそれ用の電子ビーム用電源114の数は、この実施形態ではそれぞれ三つであるが、それに限られるものではなく、それぞれ一つでも良いし、三つ以外の複数でも良い。即ちどちらの数も1以上で任意であり、必要とするイオンビーム50のY方向の寸法WY 等に応じて適宜選定すれば良い。 Each electron beam source Gn is supplied with an extraction voltage for controlling the generation amount of the electron beam 138 and a scanning voltage for Y-direction scanning from the corresponding electron beam power supply 114. The number of the electron beam source Gn and the number of electron beam power sources 114 for the electron beam source Gn is three in this embodiment. However, the number of electron beam sources Gn is not limited to three. That is, the number of both is arbitrary with 1 or more, and may be appropriately selected according to the required dimension W Y of the ion beam 50 in the Y direction.

プラズマ生成容器118の周りに、プラズマ124の生成・維持のための多極磁場(マルチカスプ磁場)形成用の磁石を配置しておいても良い。そのような構造のイオン源は、バケット型イオン源(または多極磁場型イオン源)とも呼ばれる。   A magnet for forming a multipolar magnetic field (multicusp magnetic field) for generating and maintaining the plasma 124 may be disposed around the plasma generation container 118. The ion source having such a structure is also called a bucket type ion source (or a multipole magnetic field type ion source).

各電子ビーム源Gnおよび各電子ビーム用電源114の構成の一例を図5に示す。   An example of the configuration of each electron beam source Gn and each electron beam power supply 114 is shown in FIG.

各電子ビーム源Gnは、この実施形態では、電子(熱電子)を放出するフィラメント140と、当該電子を電子ビーム138として引き出す陽極144と、両者140、144間に配置されていて電子ビーム138のエネルギーを変えずに電子ビーム発生量を制御する引出し電極142と、外部に取り出す電子ビーム138をY方向に走査する一対の走査電極146とを有している。これらは金属製で筒状のケース148内に収納されている。このケース148および陽極144は、それらの電位を固定するために、この実施形態では、端子168を経由して、プラズマ生成容器118に電気的に接続されている。   In this embodiment, each electron beam source Gn is disposed between a filament 140 that emits electrons (thermoelectrons), an anode 144 that extracts the electrons as an electron beam 138, and both 140 and 144. It has an extraction electrode 142 that controls the amount of electron beam generation without changing energy, and a pair of scanning electrodes 146 that scan an electron beam 138 taken out in the Y direction. These are housed in a cylindrical case 148 made of metal. In this embodiment, the case 148 and the anode 144 are electrically connected to the plasma generation vessel 118 via a terminal 168 in order to fix their potentials.

このような構成によって、各電子ビーム源Gnは、電子ビーム138を発生させてそれをイオン源100のプラズマ生成容器118内へ放出して、当該電子ビーム138によってガス120を電離させてプラズマ124を生成することができる。かつ、当該電子ビーム138をプラズマ生成容器118内においてY方向に1次元で走査することができる。   With such a configuration, each electron beam source Gn generates an electron beam 138 and emits it into the plasma generation container 118 of the ion source 100, and the electron beam 138 ionizes the gas 120 to generate the plasma 124. Can be generated. In addition, the electron beam 138 can be scanned one-dimensionally in the Y direction in the plasma generation container 118.

また、この例のように電子ビーム源Gnの構成要素(フィラメント140、引出し電極142、陽極144、走査電極146)をケース148内に収納して一体化しておくと、電子ビーム源Gnの数を増減することや、電子ビーム源Gnの交換等が容易になる。   Further, if the components (filament 140, extraction electrode 142, anode 144, scanning electrode 146) of the electron beam source Gn are housed and integrated in the case 148 as in this example, the number of electron beam sources Gn is reduced. Increase / decrease, exchange of the electron beam source Gn, etc. are facilitated.

各電子ビーム用電源114は、フィラメント140を加熱するフィラメント電源150と、フィラメント140と引出し電極142との間に電子ビーム138の発生量を制御する直流の引出し電圧Veを印加する引出し電源152と、フィラメント140と陽極144との間に直流の陽極電圧Vaを印加するエネルギー制御電源154と、一対の走査電極146間にY方向走査用の走査電圧Vyを印加する増幅器156とを有している。フィラメント電源150は、この実施形態では直流電源であるが、交流電源でも良い。   Each electron beam power source 114 includes a filament power source 150 for heating the filament 140, an extraction power source 152 for applying a DC extraction voltage Ve for controlling the generation amount of the electron beam 138 between the filament 140 and the extraction electrode 142, and An energy control power source 154 that applies a DC anode voltage Va between the filament 140 and the anode 144 and an amplifier 156 that applies a scanning voltage Vy for Y-direction scanning between the pair of scanning electrodes 146 are provided. The filament power supply 150 is a DC power supply in this embodiment, but may be an AC power supply.

増幅器156は、後述する制御装置90から供給される走査信号Syを増幅(電圧増幅)して、上記走査電圧Vyを作る(出力する)。走査電圧Vyは、この例では、陽極144の電位を基準にして、±方向に振られる。このような構成によって、各電子ビーム用電源114は、それに対応する各電子ビーム源Gnに、電子ビーム138の発生量を制御する引出し電圧Ve、Y方向走査用の走査電圧Vy等をそれぞれ供給することができる。   The amplifier 156 amplifies (voltage amplifies) a scanning signal Sy supplied from the control device 90 described later to generate (output) the scanning voltage Vy. In this example, the scanning voltage Vy is swung in the ± direction with reference to the potential of the anode 144. With such a configuration, each electron beam power supply 114 supplies, to each electron beam source Gn corresponding thereto, an extraction voltage Ve for controlling the generation amount of the electron beam 138, a scanning voltage Vy for Y-direction scanning, and the like. be able to.

電子ビーム源Gnから取り出される電子ビーム138のエネルギーは、簡単に言えば、上記陽極電圧Vaの大きさによって決まり、当該エネルギーはVa[eV]となる。この電子ビーム138のエネルギーは、プラズマ生成容器118内において電子衝撃によって前記ガス120を電離させることができる大きさにしておく。例えば、ガス120が前述したような種類のガスである場合、500eV〜3keV程度に、より具体的には1keV程度にすれば良い。   Simply speaking, the energy of the electron beam 138 taken out from the electron beam source Gn is determined by the magnitude of the anode voltage Va, and the energy is Va [eV]. The energy of the electron beam 138 is set such that the gas 120 can be ionized by electron impact in the plasma generation container 118. For example, when the gas 120 is the kind of gas as described above, it may be set to about 500 eV to 3 keV, more specifically about 1 keV.

再び図1を参照して、このイオン注入装置は、イオンビーム50を基板60に入射させる注入位置またはその近傍において、かつY方向における複数のモニタ点において、イオンビーム50のY方向のビーム電流密度分布を測定して当該ビーム電流密度分布を表す測定データD1 を出力するイオンビームモニタ80と、このイオンビームモニタ80から与えられる測定データD1 に基づいて各電子ビーム用電源114を制御する制御装置90とを備えている。制御装置90は、この例では、走査電圧Vyの元になる上記走査信号Syを供給する機能を有している。 Referring to FIG. 1 again, this ion implantation apparatus has a beam current density in the Y direction of the ion beam 50 at or near the implantation position where the ion beam 50 is incident on the substrate 60 and at a plurality of monitoring points in the Y direction. An ion beam monitor 80 that measures the distribution and outputs measurement data D 1 representing the beam current density distribution, and a control that controls each electron beam power supply 114 based on the measurement data D 1 provided from the ion beam monitor 80. Device 90. In this example, the control device 90 has a function of supplying the scanning signal Sy that is the source of the scanning voltage Vy.

イオンビームモニタ80は、例えば図1に示す例のように、注入位置の後方(換言すれば下流側)近傍に設けても良いし、注入位置の前方(換言すれば上流側)近傍に設けても良いし、注入位置へ移動させるようにしても良い。このイオンビームモニタ80と基板60およびホルダ502とは、相互に邪魔にならないようにすれば良い。例えば、イオンビームモニタ80を注入位置の後方近傍に設ける場合は、測定時には基板60およびホルダ502を測定の邪魔にならない位置に移動させれば良い。イオンビームモニタ80を注入位置の前方近傍に設ける場合は、注入時にはイオンビームモニタ80を注入の邪魔にならない位置に移動させれば良い。   The ion beam monitor 80 may be provided near the rear of the implantation position (in other words, downstream) as in the example shown in FIG. 1, for example, or near the front of the implantation position (in other words, upstream). Alternatively, it may be moved to the injection position. The ion beam monitor 80, the substrate 60, and the holder 502 may be configured not to interfere with each other. For example, when the ion beam monitor 80 is provided near the rear of the implantation position, the substrate 60 and the holder 502 may be moved to a position that does not interfere with the measurement during measurement. When the ion beam monitor 80 is provided near the front of the implantation position, the ion beam monitor 80 may be moved to a position that does not interfere with the implantation at the time of implantation.

イオンビームモニタ80は、Y方向における複数のモニタ点においてイオンビーム50のY方向のイオンビーム電流密度分布を測定するものである。このイオンビームモニタ80は、例えば図4に示す例のように、Y方向に配列された複数(多数)のビーム電流測定器(例えばファラデーカップ)82を有している。この複数のビーム電流測定器82は、この例のように、Y方向に、イオンビーム50のY方向の寸法WY よりも幾分長く配列しておいても良い。そのようにすれば、イオンビーム50のY方向の全体を測定することができる。各ビーム電流測定器82が各モニタ点に相当する。 The ion beam monitor 80 measures the ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam 50 at a plurality of monitor points in the Y direction. The ion beam monitor 80 has a plurality (a large number) of beam current measuring devices (for example, Faraday cups) 82 arranged in the Y direction, for example, as in the example shown in FIG. The plurality of beam current measuring devices 82 may be arranged in the Y direction somewhat longer than the dimension W Y in the Y direction of the ion beam 50 as in this example. By doing so, the entire Y direction of the ion beam 50 can be measured. Each beam current measuring device 82 corresponds to each monitor point.

各ビーム電流測定器82は、この例では、X方向に伸びた短冊状の形状をしている。その場合、各ビーム電流測定器82は、この例のように、そのX方向の寸法を、それに入射するイオンビーム50のX方向の寸法WX よりも大きくしておいて、X方向においてはイオンビーム50の全体を受けることができるようにしておいても良い。そのようにすれば、イオンビーム50のX方向におけるイオンビーム電流密度分布の影響を排除することができる。換言すれば、X方向においては平均のイオンビーム電流密度を測定することができる。前述したように基板60はX方向に沿って(X方向に平行とは限らない)移動させられるので、各ビーム電流測定器82を上記のようにしておくと、基板60に対する実際のイオン注入により近い状態で、イオンビーム50のイオンビーム電流密度分布を測定することができる。 Each beam current measuring device 82 has a strip shape extending in the X direction in this example. In this case, each beam current measuring device 82 is set such that the dimension in the X direction is larger than the dimension W X in the X direction of the ion beam 50 incident thereon, as in this example. It may be possible to receive the entire beam 50. By doing so, the influence of the ion beam current density distribution in the X direction of the ion beam 50 can be eliminated. In other words, the average ion beam current density can be measured in the X direction. As described above, the substrate 60 is moved along the X direction (not necessarily parallel to the X direction). Therefore, if each beam current measuring device 82 is set as described above, actual ion implantation into the substrate 60 is performed. In a close state, the ion beam current density distribution of the ion beam 50 can be measured.

但し、ビーム電流測定器82の個数、形状、配列等は、図4に示すものに限られない。例えば、円形のビーム電流測定器82を複数個、Y方向に配列しても良い。   However, the number, shape, arrangement, etc. of the beam current measuring devices 82 are not limited to those shown in FIG. For example, a plurality of circular beam current measuring devices 82 may be arranged in the Y direction.

また、イオンビームモニタ80は、一つのビーム電流測定器82を移動機構によってY方向に移動させる構造のものでも良い。   The ion beam monitor 80 may have a structure in which one beam current measuring device 82 is moved in the Y direction by a moving mechanism.

なお、モニタ点は、この明細書においては、数学上の面積を有しない点のことではなく、イオンビーム50のY方向の寸法WY に比べてY方向の寸法が十分に小さい、所定の面積を有する小さな測定箇所のことである。 In this specification, the monitor point is not a point having no mathematical area, but a predetermined area whose dimension in the Y direction is sufficiently smaller than the dimension W Y in the Y direction of the ion beam 50. It is a small measurement point having

各モニタ点の面積は予め分かっているから、各モニタ点でイオンビーム50のビーム電流をそれぞれ測定することと、各モニタ点でビーム電流密度を測定することとは、実質的に同じである。これは、各モニタ点で測定したビーム電流を上記面積で割ることによって、各モニタ点におけるビーム電流密度を得ることができるからである。   Since the area of each monitoring point is known in advance, measuring the beam current of the ion beam 50 at each monitoring point is substantially the same as measuring the beam current density at each monitoring point. This is because the beam current density at each monitor point can be obtained by dividing the beam current measured at each monitor point by the area.

制御装置90は、この実施形態では、CPU、記憶装置、入力用のAD変換器、出力用のDA変換器等を有するコンピュータから成る。この制御装置90は、次の(A)または(B)の制御を行う機能を有している。(A)、(B)両方の制御を同時に行うことはない。   In this embodiment, the control device 90 includes a computer having a CPU, a storage device, an input AD converter, an output DA converter, and the like. The control device 90 has a function of performing the following control (A) or (B). The controls (A) and (B) are not performed simultaneously.

(A)電子ビームの走査速度制御
この場合の制御装置90は、イオンビームモニタ80からの測定データD1 に基づいて各電子ビーム用電源114を制御することによって、各電子ビーム源Gnから発生させる電子ビーム138の量を実質的に一定に保ちつつ、(a)イオンビームモニタ80で測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内(より具体的にはそのプラズマ生成容器118内。以下同様)位置での電子ビーム138の走査速度を相対的に大きくすることと、(b)測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビーム138の走査速度を相対的に小さくすることの両方を行って、イオンビームモニタ80で測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する機能を有している。
(A) Scanning speed control of electron beam In this case, the control device 90 generates each electron beam source Gn by controlling each electron beam power source 114 based on the measurement data D 1 from the ion beam monitor 80. While maintaining the amount of the electron beam 138 substantially constant, (a) in the ion source corresponding to a monitor point having a relatively large ion beam current density measured by the ion beam monitor 80 (more specifically, the plasma generation container). 118. Similarly, the scanning speed of the electron beam 138 at the position is relatively increased, and (b) the electron beam at the position in the ion source corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is relatively small. The ion beam current density in the Y direction measured by the ion beam monitor 80 is obtained by both reducing the scanning speed of 138 relatively. It has the function to homogenize the distribution.

(B)電子ビーム量の制御
この場合の制御装置90は、イオンビームモニタ80からの測定データD1 に基づいて各電子ビーム用電源114を制御することによって、各電子ビーム源Gnから発生させる電子ビーム138のY方向における走査速度を実質的に一定に保ちつつ、(a)イオンビームモニタ80で測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビーム138の発生量を相対的に少なくすることと、(b)測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での電子ビーム138の発生量を相対的に多くすることの両方を行って、イオンビームモニタ80で測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する機能を有している。
(B) Control of Electron Beam Amount In this case, the controller 90 controls the electron beam power source 114 based on the measurement data D 1 from the ion beam monitor 80, thereby generating electrons generated from each electron beam source Gn. While keeping the scanning speed of the beam 138 in the Y direction substantially constant, (a) the position of the electron beam 138 at the position in the ion source corresponding to the monitor point where the ion beam current density measured by the ion beam monitor 80 is relatively large. Both the generation amount is relatively reduced, and (b) the generation amount of the electron beam 138 is relatively increased at the position in the ion source corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is relatively small. And the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor 80 is made uniform.

上記(A)、(B)いずれの場合も、制御装置90は、上記(a)、(b)の制御の内の少なくとも一方を行うものでも良いけれども、両方を行う方が、イオンビーム電流密度分布を均一化する制御は速くなるので好ましい。なお、上記「機能」は「手段」と言い換えることもできる。後述する他の機能についても同様である。   In both cases (A) and (B), the control device 90 may perform at least one of the controls (a) and (b). However, the ion beam current density is better when both are performed. Since the control to make the distribution uniform is faster, it is preferable. The “function” can be rephrased as “means”. The same applies to other functions to be described later.

上記(A)、(B)の制御のより具体例を以下に説明する。   A more specific example of the controls (A) and (B) will be described below.

(A)電子ビームの走査速度制御
この場合は、電子ビーム用電源114には図5に示したものを用いる。そしてこの例では、引出し電源152から出力する引出し電圧Veを一定にしておいて、電子ビーム源Gnから発生させる電子ビーム量は一定にしておく。エネルギー制御電源154から出力する陽極電圧Vaも一定にしておいて、電子ビーム138のエネルギーも一定にしておくのが好ましいので、この実施形態ではそれらを一定にしておく。この場合に、制御装置90を用いて行う制御のフローチャートを図6、図7に示す。
(A) Electron Beam Scanning Speed Control In this case, the electron beam power supply 114 shown in FIG. 5 is used. In this example, the extraction voltage Ve output from the extraction power supply 152 is kept constant, and the amount of electron beam generated from the electron beam source Gn is kept constant. Since it is preferable that the anode voltage Va output from the energy control power supply 154 is also constant and the energy of the electron beam 138 is also constant, in this embodiment, they are constant. In this case, flowcharts of control performed using the control device 90 are shown in FIGS.

制御に先立ち、イオンビームモニタ80上のモニタ点Pyと、そのモニタ点Pyのイオンビーム電流密度を増減させるのを分担する電子ビーム源Gnおよびその電子ビーム源Gnに供給する走査電圧Vyとの対応関係を予め調べてそれを制御装置90内に保存しておく。但し、電子ビーム源Gnが1個の場合は、電子ビーム源Gnは一義的に決まっているので、分担する電子ビーム源Gnを調べて保存しておく必要はない。下記の対応関係に電子ビーム源Gnを含める必要もない。   Prior to control, the correspondence between the monitor point Py on the ion beam monitor 80, the electron beam source Gn sharing the increase / decrease of the ion beam current density at the monitor point Py, and the scanning voltage Vy supplied to the electron beam source Gn. The relationship is examined in advance and stored in the control device 90. However, when there is one electron beam source Gn, since the electron beam source Gn is uniquely determined, it is not necessary to investigate and store the electron beam source Gn to be shared. It is not necessary to include the electron beam source Gn in the following correspondence relationship.

この対応関係は、イオンビームモニタ80上の任意のモニタ点Pyに着目すれば、そのモニタ点Pyのイオンビーム電流密度を増減させる電子ビーム源Gnはどれか、かつその電子ビーム源Gnに供給する走査電圧Vyはどんな値か、という関係であり、次の数1で表すことができる。添字のi,j,kは、より具体的な位置を表しており、それぞれ整数である。この対応関係は、例えば、どの電子ビーム源Gnのどんな走査電圧Vyのときに、どのモニタ点Pyのイオンビーム電流密度が増減するかを調べることによって決定することができる。この対応関係は、装置構成によって一義的に決まるので、装置構成に変更がない限り、一度決めれば良い。そして、この対応関係を表すデータを制御装置90(より具体的にはその記憶装置)内に格納しておけば良い。   In terms of this correspondence, if attention is paid to an arbitrary monitoring point Py on the ion beam monitor 80, which electron beam source Gn increases or decreases the ion beam current density at the monitoring point Py, and supplies the electron beam source Gn to the electron beam source Gn. The relationship is what value the scanning voltage Vy is, and can be expressed by the following equation (1). The subscripts i, j, and k represent more specific positions and are integers. This correspondence can be determined, for example, by examining at which scanning voltage Vy of which electron beam source Gn the ion beam current density at which monitor point Py increases or decreases. Since this correspondence is uniquely determined by the device configuration, it may be determined once unless the device configuration is changed. Data corresponding to this correspondence relationship may be stored in the control device 90 (more specifically, the storage device).

[数1]
Pyi ←→(Gnj ,Vyk
[Equation 1]
Py i ← → (Gn j , Vy k )

それ以降を図6等を参照して説明する。基板60に照射するイオンビーム50の所望のイオンビーム電流密度Isetおよびその許容誤差εを制御装置90に設定する(ステップ600)。この設定したイオンビーム電流密度Isetを設定イオンビーム電流密度と呼ぶ。許容誤差εは、設定イオンビーム電流密度Isetに対して、実際のイオンビーム電流密度、具体的にはイオンビームモニタ80で測定するイオンビーム電流密度Imonがどの程度までずれるのを許容するかというものである。   The subsequent steps will be described with reference to FIG. A desired ion beam current density Iset of the ion beam 50 irradiated to the substrate 60 and its allowable error ε are set in the control device 90 (step 600). This set ion beam current density Iset is called a set ion beam current density. The allowable error ε is the degree to which the actual ion beam current density, specifically, the ion beam current density Imon measured by the ion beam monitor 80 is allowed to deviate from the set ion beam current density Iset. It is.

次に、制御装置90から各電子ビーム用電源114(より具体的にはその増幅器156)に、初期波形の走査信号Syを供給して、同波形の走査電圧Vyを出力させる(ステップ601)。この初期波形は、例えば、三角波である。周波数は、例えば10kHzであるが、これに限られるものではない。   Next, a scanning signal Sy having an initial waveform is supplied from the control device 90 to each electron beam power supply 114 (more specifically, the amplifier 156), and a scanning voltage Vy having the same waveform is output (step 601). This initial waveform is, for example, a triangular wave. The frequency is, for example, 10 kHz, but is not limited to this.

各電子ビーム源Gnは、上記初期波形でY方向に走査される電子ビーム138を発生させる。この電子ビーム138でガス120を電離させて、イオン源100内でプラズマ124を生成させて、イオンビーム50を引き出す(ステップ602)。そして、このイオンビーム50をイオンビームモニタ80で受けて、イオンビーム電流密度Imonを測定する(ステップ603)。この測定結果の概略例を図8Aに示す。大まかに言えば、AG1 〜AG3 は、それぞれ、第1〜第3の電子ビーム源Gn1 〜Gn3 の寄与領域である。但し、この図はあくまでも概略図である。 Each electron beam source Gn generates an electron beam 138 scanned in the Y direction with the initial waveform. The gas 120 is ionized by the electron beam 138, the plasma 124 is generated in the ion source 100, and the ion beam 50 is extracted (step 602). The ion beam 50 is received by the ion beam monitor 80, and the ion beam current density Imon is measured (step 603). A schematic example of the measurement result is shown in FIG. 8A. Broadly speaking, AG 1 ~AG 3 are respectively the first to third contribution region of the electron beam source Gn 1 ~Gn 3 of. However, this figure is only a schematic diagram.

次に、上記Y方向分布の測定イオンビーム電流密度Imonと設定イオンビーム電流密度Isetの差であるY方向分布の誤差Ierrを、例えば次式に従って算出する(ステップ604)。   Next, an error Ierr in the Y direction distribution, which is the difference between the measured ion beam current density Imon in the Y direction distribution and the set ion beam current density Iset, is calculated according to the following equation, for example (step 604).

[数2]
Ierr=Imon−Iset
[Equation 2]
Ierr = Imon-Iset

次に、イオンビーム50が入射する全てのモニタ点Pyで、上記誤差の大きさ(絶対値)|Ierr|が上記許容誤差ε以下であるか否かを判定し(ステップ605)、以下でない点が一つでもあればステップ606に進み、そうでなければステップ607に進む。   Next, it is determined whether or not the error magnitude (absolute value) | Ierr | is equal to or smaller than the allowable error ε at all monitor points Py on which the ion beam 50 is incident (step 605). If there is at least one, go to Step 606, otherwise go to Step 607.

但し、この実施形態のようにイオンビーム50が入射する全てのモニタ点Pyについて判定するのが好ましいけれども、重要でない幾つかのモニタ点Pyについての判定を除外しても構わない。また、イオンビーム50が入射しないモニタ点Pyについて判定する必要はない。即ち、イオンビーム50が入射する実質的に全てのモニタ点について判定すれば良い。   However, although it is preferable to determine all the monitor points Py on which the ion beam 50 is incident as in this embodiment, the determination on some unimportant monitor points Py may be excluded. Further, it is not necessary to determine the monitoring point Py where the ion beam 50 is not incident. That is, it may be determined for substantially all monitor points on which the ion beam 50 is incident.

ステップ606は、電子ビーム走査速度制御サブルーチンであり、その中身を図7に示す。ここでは、まず、上記誤差の大きさ|Ierr|が許容誤差εより大きいモニタ点Pyの決定(換言すれば、特定。以下同様)と、その大きいモニタ点Pyでの誤差Ierrの正負とを決定する(ステップ620)。上記数2から分かるように、この例では、測定イオンビーム電流密度Imonが設定イオンビーム電流密度Isetより大の場合が正であり、小の場合が負である。図8Aも参照。上記のようにして決定されるモニタ点Pyの数は、制御の初期では通常は多く、制御が進むにつれて少なくなる。   Step 606 is an electron beam scanning speed control subroutine, the contents of which are shown in FIG. Here, first, determination of the monitor point Py having the above error magnitude | Ierr | larger than the allowable error ε (in other words, specific, the same applies hereinafter) and the sign of the error Ierr at the large monitor point Py are determined. (Step 620). As can be seen from the above formula 2, in this example, the measured ion beam current density Imon is positive when it is larger than the set ion beam current density Iset, and negative when it is small. See also FIG. 8A. The number of monitoring points Py determined as described above is usually large at the beginning of the control, and decreases as the control proceeds.

次に、上記決定した各モニタ点Pyに対応する電子ビーム源Gnおよびその走査電圧Vyを決定する(ステップ621)。これは、前述した対応関係(数1およびその説明参照)を用いて行うことができる。但し、電子ビーム源Gnが1個の場合は、電子ビーム源Gnは一義的に決まっているので、電子ビーム源Gnを決定する必要はない。   Next, the electron beam source Gn corresponding to each of the determined monitor points Py and its scanning voltage Vy are determined (step 621). This can be done using the correspondence relationship described above (see Equation 1 and its description). However, when the number of electron beam sources Gn is one, the electron beam source Gn is uniquely determined, and therefore it is not necessary to determine the electron beam source Gn.

次に、誤差Ierrが正の各モニタ点Pyに対応する走査電圧Vyのときの電子ビーム138の走査速度を誤差の大きさ|Ierr|に比例して増大させ、かつ、誤差Ierrが負の各モニタ点Pyに対応する走査電圧Vyのときの電子ビーム138の走査速度を誤差の大きさ|Ierr|に比例して減少させるように、上記走査信号Syの波形を整形する(ステップ622)。これによって、走査信号Syの波形は、初期の三角波から幾らか変形したものとなる。簡単に言えば、走査速度を増減させる位置での傾きが、初期波形の三角波から増減したような波形となる。   Next, the scanning speed of the electron beam 138 when the error Ierr is the scanning voltage Vy corresponding to each positive monitoring point Py is increased in proportion to the error magnitude | Ierr |, and the error Ierr is negative. The waveform of the scanning signal Sy is shaped so that the scanning speed of the electron beam 138 at the scanning voltage Vy corresponding to the monitor point Py is decreased in proportion to the error magnitude | Ierr | (step 622). As a result, the waveform of the scanning signal Sy is somewhat modified from the initial triangular wave. Simply put, the slope at the position where the scanning speed is increased or decreased is a waveform that is increased or decreased from the initial triangular wave.

より精密な制御を行うためには、走査速度が異なる2点間の走査速度は、両点の走査速度を補間した走査速度にするのが好ましい。   In order to perform more precise control, the scanning speed between two points having different scanning speeds is preferably set to a scanning speed obtained by interpolating the scanning speeds of both points.

電子ビーム138の走査速度を増大させると、増大させた位置での電子ビーム138によるプラズマ124の生成は少なく(薄く)なり、そこから引き出されるイオンビーム50のビーム電流密度は小さくなる。電子ビーム138の走査速度を減少させると、減少させた位置での電子ビーム138によるプラズマ124の生成は多く(濃く)なり、そこから引き出されるイオンビーム50のビーム電流密度は大きくなる。   When the scanning speed of the electron beam 138 is increased, the generation of the plasma 124 by the electron beam 138 at the increased position is reduced (thin), and the beam current density of the ion beam 50 drawn therefrom is reduced. When the scanning speed of the electron beam 138 is reduced, the generation of the plasma 124 by the electron beam 138 at the reduced position is increased (intensified), and the beam current density of the ion beam 50 extracted therefrom is increased.

なお、電子ビーム138の走査速度を増大させるということは、走査信号Syの時間変化率dSy/dtひいては走査電圧Vyの時間変化率dVy/dtを増大させ、走査速度を減少させるということは、同時間変化率dSy/dtひいてはdVy/dtを減少させるということである。   Increasing the scanning speed of the electron beam 138 means increasing the time change rate dSy / dt of the scanning signal Sy, and thus increasing the time change rate dVy / dt of the scanning voltage Vy, and decreasing the scanning speed. This means that the rate of time change dSy / dt and hence dVy / dt is decreased.

電子ビーム138の走査速度を誤差の大きさ|Ierr|に比例して増減させるときの比例定数は、適宜決めれば良い。この比例定数を大きくすれば、制御は速くなるが収束しない恐れが高くなり、逆に小さくすれば制御は遅くなるが上記恐れはなくなるので、両者の兼ね合いで決めれば良い。   A proportional constant for increasing or decreasing the scanning speed of the electron beam 138 in proportion to the magnitude of error | Ierr | may be determined as appropriate. Increasing this proportionality constant increases the speed of control, but there is a high risk of not converging. Conversely, if it is decreased, the control will be slowed but the above-mentioned fear disappears.

そして、上記のようにして波形整形した後の走査信号Syを用いて、各電子ビーム源Gnから発生させる電子ビーム138を走査する(ステップ623)。即ち、波形整形後の走査信号Syを増幅器156で増幅して得られる走査信号Vyを用いて電子ビーム138を走査する。これによって、上記誤差Ierrは小さくなり、それが許容誤差εよりも大きいモニタ点Pyの数も減る。   Then, the electron beam 138 generated from each electron beam source Gn is scanned using the scanning signal Sy after waveform shaping as described above (step 623). That is, the electron beam 138 is scanned using the scanning signal Vy obtained by amplifying the waveform-shaped scanning signal Sy by the amplifier 156. As a result, the error Ierr is reduced, and the number of monitor points Py that are larger than the allowable error ε is also reduced.

ステップ606の電子ビーム走査速度制御サブルーチン後は、ステップ605に戻っても良いけれども、上記波形整形の影響を受けてY方向分布の誤差Ierrが変化する場合があることを考慮するならば、より正確な制御を期するために、この例のように、ステップ604に戻るのが好ましい。そして、ステップ605でYESと判定されるまで上記制御を繰り返す。これによって、イオンビーム50が入射する全ての(または実質的に全ての)モニタ点Pyで誤差の大きさ|Ierr|が許容誤差ε以下となる。その状態の概略例を図8Bに示す。   After the electron beam scanning speed control subroutine in step 606, the process may return to step 605. However, if the fact that the error Ierr in the Y-direction distribution may change due to the influence of the waveform shaping described above is more accurate. In order to ensure proper control, it is preferable to return to step 604 as in this example. The above control is repeated until YES is determined in step 605. As a result, the error magnitude | Ierr | becomes equal to or smaller than the allowable error ε at all (or substantially all) monitor points Py on which the ion beam 50 is incident. A schematic example of this state is shown in FIG. 8B.

ステップ605でYESと判定されれば、上記波形整形後の走査信号Syのデータを、更に必要に応じてその他のデータを、制御装置90(より具体的にはその記憶装置)内に保存する(ステップ607)。これによって、制御装置90を用いてY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する制御は終了する。   If “YES” is determined in step 605, the data of the scanning signal Sy after the waveform shaping, and other data as necessary are stored in the control device 90 (more specifically, the storage device) ( Step 607). Thus, the control for uniformizing the ion beam current density distribution in the Y direction using the control device 90 is completed.

上記均一化制御の終了後は、必要に応じて、上記保存データを用いてイオン源100からイオンビーム50を引き出して、基板60に対するイオン注入を行えば良い。   After completion of the homogenization control, the ion beam 50 may be extracted from the ion source 100 using the stored data as necessary, and ion implantation into the substrate 60 may be performed.

以上のようにこのイオン注入装置によれば、基板60に対する注入位置でのY方向のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させることができる。その結果、基板60に対すにイオン注入の均一性を高めることができる。   As described above, according to this ion implantation apparatus, the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the implantation position with respect to the substrate 60 can be improved. As a result, the uniformity of ion implantation for the substrate 60 can be improved.

(B)電子ビーム量の制御
この場合の例を、主として図9〜図11を参照して説明する。これらの図において、上記(A)の制御と同一または相当する部分には同一符号を付しており、以下においては上記(A)の制御との相違点を主体に説明する。
(B) Control of electron beam amount An example of this case will be described mainly with reference to FIGS. In these drawings, the same or corresponding parts as those in the control (A) are denoted by the same reference numerals, and the difference from the control (A) will be mainly described below.

この場合は、電子ビーム用電源114には図9に示すものを用いる。この電子ビーム用電源114は、前記直流の引出し電源152の代わりに、フィラメント140と引出し電極142との間に電子ビーム138の発生量を制御する引出し電圧Veを印加する増幅器162を有している。制御装置90は、この例の場合は、引出し電圧Veの元になる引出し信号Seを供給する機能を有しており、増幅器162は、制御装置90から供給される引出し信号Seを増幅(電圧増幅)して引出し電圧Veを作る(出力する)。また、前記増幅器156の代わりに、単純に三角波の走査電圧Vyを出力する走査電源166を有している。   In this case, the electron beam power supply 114 shown in FIG. 9 is used. The electron beam power supply 114 has an amplifier 162 for applying an extraction voltage Ve for controlling the generation amount of the electron beam 138 between the filament 140 and the extraction electrode 142 instead of the DC extraction power supply 152. . In this example, the control device 90 has a function of supplying an extraction signal Se that is a source of the extraction voltage Ve, and the amplifier 162 amplifies the extraction signal Se supplied from the control device 90 (voltage amplification). ) To produce (output) the extraction voltage Ve. Further, instead of the amplifier 156, a scanning power source 166 that simply outputs a triangular scanning voltage Vy is provided.

つまり、この例では、走査電圧Vyの波形および大きさを一定にしておいて、電子ビーム源Gnから発生させる電子ビーム138の走査速度を一定にしておく。エネルギー制御電源154から出力する陽極電圧Vaも一定にしておいて、電子ビーム138のエネルギーも一定にしておくのが好ましいので、この実施形態ではそれらを一定にしておく。走査電圧Vyの周波数は、例えば10kHzであるが、これに限られるものではない。   That is, in this example, the scanning voltage Vy has a constant waveform and magnitude, and the scanning speed of the electron beam 138 generated from the electron beam source Gn is constant. Since it is preferable that the anode voltage Va output from the energy control power supply 154 is also constant and the energy of the electron beam 138 is also constant, in this embodiment, they are constant. The frequency of the scanning voltage Vy is, for example, 10 kHz, but is not limited to this.

この場合に制御装置90を用いて行う制御のフローチャートを図10、図11に示す。図10では、図6に示したステップ601をステップ608で置き換えており、ステップ606をステップ609で置き換えている。   Flow charts of control performed using the control device 90 in this case are shown in FIGS. In FIG. 10, step 601 shown in FIG. 6 is replaced with step 608, and step 606 is replaced with step 609.

ステップ608では、制御装置90から各電子ビーム用電源114(より具体的にはその増幅器162)に、初期波形の引出し信号Seを供給して、同波形の引出し電圧Veを出力させる。この初期波形は、例えば、電圧値一定の直流電圧である。   In step 608, the extraction signal Se having an initial waveform is supplied from the control device 90 to each electron beam power source 114 (more specifically, the amplifier 162), and an extraction voltage Ve having the same waveform is output. This initial waveform is a DC voltage having a constant voltage value, for example.

ステップ609は、電子ビーム量制御サブルーチンであり、その中身を図11に示す。ステップ620、621は図7のものと同じであるので重複説明を省略する。   Step 609 is an electron beam amount control subroutine, the contents of which are shown in FIG. Steps 620 and 621 are the same as those in FIG.

ステップ621に続くステップ624では、上記誤差Ierrが正の各モニタ点Pyに対応する走査電圧Vyのときの引出し電圧Veを、上記誤差の大きさ|Ierr|に比例して減少させ、かつ、誤差Ierrが負の各モニタ点Pyに対応する走査電圧Vyのときの引出し電圧Veを、上記誤差の大きさ|Ierr|に比例して増大させるように、上記引出し信号Seの波形を整形する。これによって、引出し信号Seの波形は、初期の一定値から幾らか変形したものとなる。簡単に言えば、電子ビーム量を増減させる位置での電圧値が、初期波形の一定値から増減したような波形となる。   In step 624 following step 621, the extraction voltage Ve when the error Ierr is the scanning voltage Vy corresponding to each positive monitoring point Py is decreased in proportion to the magnitude of the error | Ierr | The waveform of the extraction signal Se is shaped so that the extraction voltage Ve when the scanning voltage Vy corresponding to each monitor point Py having a negative Ierr is increased in proportion to the magnitude of the error | Ierr |. As a result, the waveform of the extraction signal Se is somewhat modified from the initial constant value. In short, the voltage value at the position where the amount of electron beam is increased or decreased becomes a waveform that increases or decreases from a constant value of the initial waveform.

引出し信号Seひいては引出し電圧Veを増大させると、増大させた位置での電子ビーム量が増大し、その位置での電子ビーム138によるプラズマ124の生成は多く(濃く)なり、そこから引き出されるイオンビーム50のビーム電流密度は大きくなる。引出し信号Seひいては引出し電圧Veを減少させると、減少させた位置での電子ビーム量が減少し、その位置での電子ビーム138によるプラズマ124の生成は少なく(薄く)なり、そこから引き出されるイオンビーム50のビーム電流密度は小さくなる。   When the extraction signal Se and hence the extraction voltage Ve are increased, the amount of the electron beam at the increased position increases, and the generation of the plasma 124 by the electron beam 138 at that position increases (intensifies), and the ion beam extracted therefrom The beam current density of 50 increases. When the extraction signal Se and hence the extraction voltage Ve are decreased, the amount of the electron beam at the decreased position is reduced, and the generation of the plasma 124 by the electron beam 138 at that position is reduced (thinned), and the ion beam extracted therefrom. The beam current density of 50 is reduced.

引出し電圧Veを誤差の大きさ|Ierr|に比例して増減させるときの比例定数は、適宜決めれば良い。この比例定数を大きくすれば、制御は速くなるが収束しない恐れが高くなり、逆に小さくすれば制御は遅くなるが上記恐れはなくなるので、両者の兼ね合いで決めれば良い。   A proportional constant for increasing or decreasing the extraction voltage Ve in proportion to the magnitude of the error | Ierr | may be determined as appropriate. Increasing this proportionality constant increases the speed of control, but there is a high risk of not converging. Conversely, if it is decreased, the control will be slowed but the above-mentioned fear disappears.

そして、上記のようにして波形整形した後の引出し信号Seを用いて、各電子ビーム源Gnから電子ビーム138を発生させる(ステップ625)。これによって、上記誤差Ierrは小さくなり、それが許容誤差εよりも大きいモニタ点Pyの数も減る。   Then, the electron beam 138 is generated from each electron beam source Gn using the extraction signal Se after waveform shaping as described above (step 625). As a result, the error Ierr is reduced, and the number of monitor points Py that are larger than the allowable error ε is also reduced.

ステップ609の電子ビーム量制御サブルーチン後は、ステップ605に戻っても良いけれども、上記波形整形の影響を受けてY方向分布の誤差Ierrが変化する場合があることを考慮するならば、より正確な制御を期するために、この例のように、ステップ604に戻るのが好ましい。そして、ステップ605でYESと判定されるまで上記制御を繰り返す。これによって、イオンビーム50が入射する全ての(または実質的に全ての)モニタ点Pyで誤差の大きさ|Ierr|が許容誤差ε以下となる。その状態の概略例は、図8Bに示したのと同様である。   After the electron beam amount control subroutine in step 609, the process may return to step 605. However, if the fact that the error Ierr of the Y-direction distribution may change due to the influence of the waveform shaping described above can be more accurate. For control purposes, it is preferable to return to step 604 as in this example. The above control is repeated until YES is determined in step 605. As a result, the error magnitude | Ierr | becomes equal to or smaller than the allowable error ε at all (or substantially all) monitor points Py on which the ion beam 50 is incident. A schematic example of this state is the same as that shown in FIG. 8B.

ステップ605でYESと判定されれば、上記波形整形後の引出し信号Seのデータを、更に必要に応じてその他のデータを、制御装置90(より具体的にはその記憶装置)内に保存する(ステップ607)。これによって、制御装置90を用いてY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する制御は終了する。   If YES is determined in step 605, the data of the extracted signal Se after waveform shaping and, if necessary, other data are stored in the control device 90 (more specifically, the storage device) ( Step 607). Thus, the control for uniformizing the ion beam current density distribution in the Y direction using the control device 90 is completed.

この実施形態によっても、基板60に対する注入位置でのY方向のイオンビーム電流密度分布の均一性を向上させることができる。その結果、基板60に対するイオン注入の均一性を高めることができる。   Also according to this embodiment, the uniformity of the ion beam current density distribution in the Y direction at the implantation position with respect to the substrate 60 can be improved. As a result, the uniformity of ion implantation for the substrate 60 can be improved.

この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す概略側面図である。1 is a schematic side view showing an embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention. リボン状のイオンビームの一例を部分的に示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of a ribbon-shaped ion beam partially. プラズマ生成容器のイオン引出し孔の一例を、イオンビーム引出し方向に見て示す正面図である。It is a front view which shows an example of the ion extraction hole of a plasma production container seeing in an ion beam extraction direction. 図1に示したイオンビームモニタの構成の一例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows an example of a structure of the ion beam monitor shown in FIG. 図1に示した電子ビーム源および電子ビーム用電源の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the electron beam source shown in FIG. 1, and the power supply for electron beams. 図1に示した制御装置を用いてY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する制御内容のより具体例を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a more specific example of control contents for making the ion beam current density distribution in the Y direction uniform using the control device shown in FIG. 1. 図6に示した電子ビーム走査速度制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the electron beam scanning speed control subroutine shown in FIG. 図6に示した電子ビーム走査速度制御を経ることによって、Y方向におけるイオンビーム電流密度分布が均一化される過程を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a process in which the ion beam current density distribution in the Y direction is made uniform by performing the electron beam scanning speed control shown in FIG. 6. 図1に示した電子ビーム源および電子ビーム用電源の構成の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a structure of the electron beam source shown in FIG. 1, and the power supply for electron beams. 図1に示した制御装置を用いてY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する制御内容の他の具体例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing another specific example of the control content for making the ion beam current density distribution in the Y direction uniform using the control device shown in FIG. 1. 図10に示した電子ビーム量制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the electron beam amount control subroutine shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

50 イオンビーム
60 基板
80 イオンビームモニタ
90 制御装置
100 イオン源
114 電子ビーム用電源
118 プラズマ生成容器
120 ガス
124 プラズマ
126 引出し電極系
Gn 電子ビーム源
138 電子ビーム
156、162 増幅器
500 基板駆動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Ion beam 60 Substrate 80 Ion beam monitor 90 Control device 100 Ion source 114 Electron beam power supply 118 Plasma generation container 120 Gas 124 Plasma 126 Extraction electrode system Gn Electron beam source 138 Electron beam 156, 162 Amplifier 500 Substrate driving device

Claims (6)

イオンビームの進行方向をZ方向とし、Z方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向とすると、X方向の寸法よりもY方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを輸送してそれを基板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、
(a)ガスが導入されるプラズマ生成容器と、電子ビームを発生させてそれを前記プラズマ生成容器内へ放出して当該電子ビームによって前記ガスを電離させてプラズマを生成するものであって、当該電子ビームを前記プラズマ生成容器内においてY方向に走査する1以上の電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系とを有していて、Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
(b)前記イオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
(c)前記各電子ビーム源に、前記電子ビームの発生量を制御する引出し電圧および前記走査用の走査電圧をそれぞれ供給する1以上の電子ビーム用電源と、
(d)前記注入位置またはその近傍において、Y方向における複数のモニタ点において前記イオンビームのY方向のイオンビーム電流密度分布を測定するイオンビームモニタと、
(e)前記イオンビームモニタからの測定データに基づいて前記電子ビーム用電源を制御することによって、前記各電子ビーム源から発生させる電子ビームの量を実質的に一定に保ちつつ、前記イオンビームモニタで測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの走査速度を相対的に大きくすることと、測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの走査速度を相対的に小さくすることの少なくとも一方を行って、前記イオンビームモニタで測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する機能を有している制御装置とを備えているイオン注入装置。
If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in the plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, the dimension in the Y direction is larger than the dimension in the X direction. An ion implantation apparatus that transports a ribbon-like ion beam and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
(A) a plasma generation container into which a gas is introduced, and an electron beam generated and emitted into the plasma generation container to ionize the gas by the electron beam to generate plasma, One or more electron beam sources that scan the electron beam in the Y direction in the plasma generation container, and an extraction electrode system that extracts the ion beam from the plasma generated in the plasma generation container, An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
(B) a substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting a main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam is incident on the substrate;
(C) one or more electron beam power supplies for supplying each electron beam source with an extraction voltage for controlling the generation amount of the electron beam and a scanning voltage for scanning,
(D) an ion beam monitor that measures an ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam at a plurality of monitor points in the Y direction at or near the implantation position;
(E) By controlling the electron beam power source based on the measurement data from the ion beam monitor, the amount of the electron beam generated from each electron beam source is kept substantially constant while the ion beam monitor is kept constant. A relatively high scanning speed of the electron beam at a position in the ion source corresponding to a monitor point having a relatively large ion beam current density measured in step 1, and a monitor point having a relatively small ion beam current density measured A function of equalizing the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor by performing at least one of relatively reducing the scanning speed of the electron beam at the position in the ion source corresponding to And an ion implantation apparatus including the control device.
(a)前記電子ビーム源および前記電子ビーム用電源の数は共に一つであり、
(b)前記制御装置は、
前記電子ビーム用電源から前記電子ビーム源に供給する前記走査電圧の元になる走査信号を前記電子ビーム用電源に供給する機能と、
前記イオンビームモニタで測定したY方向分布のイオンビーム電流密度と所定の設定イオンビーム電流密度との差であるY方向分布の誤差を算出する機能と、
前記算出した誤差が所定の許容誤差より大きいモニタ点およびそのモニタ点での誤差の正負を決定する機能と、
前記決定したモニタ点に対応する走査電圧を決定する機能と、
前記決定した誤差の正負に基づいて、前記測定したイオンビーム電流密度の方が大きいモニタ点に対応する走査電圧時の前記電子ビームの走査速度を前記誤差の大きさに比例して増大させ、かつ、前記測定したイオンビーム電流密度の方が小さいモニタ点に対応する走査電圧時の前記電子ビームの走査速度を前記誤差の大きさに比例して減少させて、イオンビームが入射する実質的に全てのモニタ点で前記誤差が前記許容誤差以下になるように、前記走査信号の波形を整形する機能と、
前記整形後の走査信号のデータを保存する機能とを有しており、
(c)前記電子ビーム用電源は、前記制御装置から供給される走査信号を増幅して前記走査電圧を作る増幅器を有している、請求項1記載のイオン注入装置。
(A) The number of the electron beam source and the power source for the electron beam is one,
(B) The control device includes:
A function of supplying, to the electron beam power source, a scanning signal that is a source of the scanning voltage supplied from the electron beam power source to the electron beam source;
A function of calculating an error in the Y direction distribution, which is a difference between the ion beam current density in the Y direction distribution measured by the ion beam monitor and a predetermined set ion beam current density;
A function for determining the monitoring point where the calculated error is greater than a predetermined allowable error and the sign of the error at the monitoring point;
A function of determining a scanning voltage corresponding to the determined monitor point;
Based on the sign of the determined error, increase the scanning speed of the electron beam at the scanning voltage corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is larger, in proportion to the magnitude of the error, and The scanning speed of the electron beam at the scanning voltage corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is smaller is decreased in proportion to the magnitude of the error so that substantially all of the ion beam is incident. A function of shaping the waveform of the scanning signal so that the error is less than or equal to the allowable error at the monitor point;
Having the function of storing the data of the scanned signal after the shaping,
(C) The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the electron beam power supply includes an amplifier for amplifying a scanning signal supplied from the control device to generate the scanning voltage.
(a)前記電子ビーム源および前記電子ビーム用電源の数は共に複数であり、
(b)前記制御装置は、
前記各電子ビーム用電源から前記各電子ビーム源に供給する前記走査電圧の元になる走査信号を前記各電子ビーム用電源に供給する機能と、
前記イオンビームモニタで測定したY方向分布のイオンビーム電流密度と所定の設定イオンビーム電流密度との差であるY方向分布の誤差を算出する機能と、
前記算出した誤差が所定の許容誤差より大きいモニタ点およびそのモニタ点での誤差の正負を決定する機能と、
前記決定したモニタ点に対応する前記電子ビーム源およびその走査電圧を決定する機能と、
前記決定した誤差の正負に基づいて、前記測定したイオンビーム電流密度の方が大きいモニタ点に対応する走査電圧時の前記電子ビームの走査速度を前記誤差の大きさに比例して増大させ、かつ、前記測定したイオンビーム電流密度の方が小さいモニタ点に対応する走査電圧時の前記電子ビームの走査速度を前記誤差の大きさに比例して減少させて、イオンビームが入射する実質的に全てのモニタ点で前記誤差が前記許容誤差以下になるように、前記走査信号の波形を整形する機能と、
前記整形後の走査信号のデータを保存する機能とを有しており、
(c)前記各電子ビーム用電源は、前記制御装置から供給される走査信号を増幅して前記走査電圧を作る増幅器を有している、請求項1記載のイオン注入装置。
(A) The number of the electron beam source and the electron beam power source is both plural.
(B) The control device includes:
A function of supplying a scanning signal, which is a source of the scanning voltage supplied from each electron beam power source to each electron beam source, to each electron beam power source;
A function of calculating an error in the Y direction distribution, which is a difference between the ion beam current density in the Y direction distribution measured by the ion beam monitor and a predetermined set ion beam current density;
A function for determining the monitoring point where the calculated error is greater than a predetermined allowable error and the sign of the error at the monitoring point;
A function of determining the electron beam source corresponding to the determined monitor point and its scanning voltage;
Based on the sign of the determined error, increase the scanning speed of the electron beam at the scanning voltage corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is larger, in proportion to the magnitude of the error, and The scanning speed of the electron beam at the scanning voltage corresponding to the monitor point where the measured ion beam current density is smaller is decreased in proportion to the magnitude of the error so that substantially all of the ion beam is incident. A function of shaping the waveform of the scanning signal so that the error is less than or equal to the allowable error at the monitor point;
Having the function of storing the data of the scanned signal after the shaping,
(C) The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein each of the electron beam power supplies includes an amplifier that amplifies a scanning signal supplied from the control device to generate the scanning voltage.
イオンビームの進行方向をZ方向とし、Z方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する2方向をX方向およびY方向とすると、X方向の寸法よりもY方向の寸法が大きいリボン状のイオンビームを輸送してそれを基板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置であって、
(a)ガスが導入されるプラズマ生成容器と、電子ビームを発生させてそれを前記プラズマ生成容器内へ放出して当該電子ビームによって前記ガスを電離させてプラズマを生成するものであって、当該電子ビームを前記プラズマ生成容器内においてY方向に走査する1以上の電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系とを有していて、Y方向の寸法が前記基板のY方向の寸法よりも大きい前記リボン状のイオンビームを発生させるイオン源と、
(b)前記イオンビームを前記基板に入射させる注入位置で、前記基板を前記イオンビームの主面と交差する方向に移動させる基板駆動装置と、
(c)前記各電子ビーム源に、前記電子ビームの発生量を制御する引出し電圧および前記走査用の走査電圧をそれぞれ供給する1以上の電子ビーム用電源と、
(d)前記注入位置またはその近傍において、Y方向における複数のモニタ点において前記イオンビームのY方向のイオンビーム電流密度分布を測定するイオンビームモニタと、
(e)前記イオンビームモニタからの測定データに基づいて前記電子ビーム用電源を制御することによって、前記各電子ビーム源から発生させる電子ビームの走査速度を実質的に一定に保ちつつ、前記イオンビームモニタで測定したイオンビーム電流密度が相対的に大きいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの発生量を相対的に少なくすることと、測定したイオンビーム電流密度が相対的に小さいモニタ点に対応するイオン源内位置での前記電子ビームの発生量を相対的に多くすることの少なくとも一方を行って、前記イオンビームモニタで測定されるY方向のイオンビーム電流密度分布を均一化する機能を有している制御装置とを備えているイオン注入装置。
If the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in the plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction, the dimension in the Y direction is larger than the dimension in the X direction. An ion implantation apparatus that transports a ribbon-like ion beam and irradiates it with a substrate to perform ion implantation,
(A) a plasma generation container into which a gas is introduced, and an electron beam generated and emitted into the plasma generation container to ionize the gas by the electron beam to generate plasma, One or more electron beam sources that scan the electron beam in the Y direction in the plasma generation container, and an extraction electrode system that extracts the ion beam from the plasma generated in the plasma generation container, An ion source for generating the ribbon-like ion beam having a dimension larger than a dimension in the Y direction of the substrate;
(B) a substrate driving device that moves the substrate in a direction intersecting a main surface of the ion beam at an implantation position where the ion beam is incident on the substrate;
(C) one or more electron beam power supplies for supplying each electron beam source with an extraction voltage for controlling the generation amount of the electron beam and a scanning voltage for scanning,
(D) an ion beam monitor that measures an ion beam current density distribution in the Y direction of the ion beam at a plurality of monitor points in the Y direction at or near the implantation position;
(E) controlling the electron beam power source based on measurement data from the ion beam monitor, thereby maintaining the scanning speed of the electron beam generated from each electron beam source substantially constant, A relatively small amount of the electron beam generated at a position in the ion source corresponding to a monitor point having a relatively large ion beam current density measured by the monitor, and a monitor having a relatively small ion beam current density measured. A function of making the ion beam current density distribution in the Y direction measured by the ion beam monitor uniform by performing at least one of relatively increasing the generation amount of the electron beam at the position in the ion source corresponding to the point. An ion implantation apparatus comprising: a control device having:
(a)前記電子ビーム源および前記電子ビーム用電源の数は共に一つであり、
(b)前記制御装置は、
前記電子ビーム用電源から前記電子ビーム源に供給する前記引出し電圧の元になる引出し信号を前記電子ビーム用電源に供給する機能と、
前記イオンビームモニタで測定したY方向分布のイオンビーム電流密度と所定の設定イオンビーム電流密度との差であるY方向分布の誤差を算出する機能と、
前記算出した誤差が所定の許容誤差より大きいモニタ点およびそのモニタ点での誤差の正負を決定する機能と、
前記決定したモニタ点に対応する走査電圧を決定する機能と、
前記決定した誤差の正負に基づいて、前記測定したイオンビーム電流密度の方が大きいモニタ点に対応する走査電圧時の前記引出し電圧を前記誤差の大きさに比例して減少させ、かつ、前記測定したイオンビーム電流密度の方が小さいモニタ点に対応する走査電圧時の前記引出し電圧を前記誤差の大きさに比例して増大させて、イオンビームが入射する実質的に全てのモニタ点で前記誤差が前記許容誤差以下になるように、前記引出し信号の波形を整形する機能と、
前記整形後の引出し信号のデータを保存する機能とを有しており、
(c)前記電子ビーム用電源は、前記制御装置から供給される引出し信号を増幅して前記引出し電圧を作る増幅器を有している、請求項4記載のイオン注入装置。
(A) The number of the electron beam source and the power source for the electron beam is one,
(B) The control device includes:
A function of supplying, to the electron beam power source, an extraction signal that is a source of the extraction voltage supplied from the electron beam power source to the electron beam source;
A function of calculating an error in the Y direction distribution, which is a difference between the ion beam current density in the Y direction distribution measured by the ion beam monitor and a predetermined set ion beam current density;
A function for determining the monitoring point where the calculated error is greater than a predetermined allowable error and the sign of the error at the monitoring point;
A function of determining a scanning voltage corresponding to the determined monitor point;
Based on the sign of the determined error, the extraction voltage at the scanning voltage corresponding to a monitor point having a larger measured ion beam current density is decreased in proportion to the magnitude of the error, and the measurement is performed. The extraction voltage at the scanning voltage corresponding to a monitor point having a smaller ion beam current density is increased in proportion to the magnitude of the error, and the error is detected at substantially all monitor points where the ion beam is incident. A function of shaping the waveform of the extraction signal so that is equal to or less than the tolerance,
And having a function of storing the data of the extraction signal after the shaping,
(C) The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein the electron beam power supply includes an amplifier for amplifying an extraction signal supplied from the control device to generate the extraction voltage.
(a)前記電子ビーム源および前記電子ビーム用電源の数は共に複数であり、
(b)前記制御装置は、
前記各電子ビーム用電源から前記各電子ビーム源に供給する前記引出し電圧の元になる引出し信号を前記各電子ビーム用電源に供給する機能と、
前記イオンビームモニタで測定したY方向分布のイオンビーム電流密度と所定の設定イオンビーム電流密度との差であるY方向分布の誤差を算出する機能と、
前記算出した誤差が所定の許容誤差より大きいモニタ点およびそのモニタ点での誤差の正負を決定する機能と、
前記決定したモニタ点に対応する前記電子ビーム源およびその走査電圧を決定する機能と、
前記決定した誤差の正負に基づいて、前記測定したイオンビーム電流密度の方が大きいモニタ点に対応する走査電圧時の前記引出し電圧を前記誤差の大きさに比例して減少させ、かつ、前記測定したイオンビーム電流密度の方が小さいモニタ点に対応する走査電圧時の前記引出し電圧を前記誤差の大きさに比例して増大させて、イオンビームが入射する実質的に全てのモニタ点で前記誤差が前記許容誤差以下になるように、前記引出し信号の波形を整形する機能と、
前記整形後の引出し信号のデータを保存する機能とを有しており、
(c)前記各電子ビーム用電源は、前記制御装置から供給される引出し信号を増幅して前記引出し電圧を作る増幅器を有している、請求項4記載のイオン注入装置。
(A) The number of the electron beam source and the electron beam power source is both plural.
(B) The control device includes:
A function of supplying an extraction signal, which is a source of the extraction voltage supplied from the power source for each electron beam to the electron beam source, to the power source for each electron beam;
A function of calculating an error in the Y direction distribution, which is a difference between the ion beam current density in the Y direction distribution measured by the ion beam monitor and a predetermined set ion beam current density;
A function for determining the monitoring point where the calculated error is greater than a predetermined allowable error and the sign of the error at the monitoring point;
A function of determining the electron beam source corresponding to the determined monitor point and its scanning voltage;
Based on the sign of the determined error, the extraction voltage at the scanning voltage corresponding to a monitor point having a larger measured ion beam current density is decreased in proportion to the magnitude of the error, and the measurement is performed. The extraction voltage at the scanning voltage corresponding to a monitor point having a smaller ion beam current density is increased in proportion to the magnitude of the error, and the error is detected at substantially all monitor points where the ion beam is incident. A function of shaping the waveform of the extraction signal so that is equal to or less than the tolerance,
And having a function of storing the data of the extraction signal after the shaping,
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