JP5103968B2 - Ion beam traveling angle correction method and ion implantation apparatus - Google Patents

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この発明は、x方向の走査を経て、またはx方向の走査を経ることなく、x方向の寸法が当該x方向と実質的に直交するy方向の寸法よりも大きいリボン状(これは、シート状または帯状と呼ぶこともできる)のイオンビームをターゲットに照射する構成のイオン注入装置において、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を修正する進行角修正方法および当該修正方法を実施することができるイオン注入装置に関する。   The present invention is a ribbon-like shape in which the dimension in the x-direction is larger than the dimension in the y-direction substantially perpendicular to the x-direction, without passing through the scanning in the x-direction or without going through the scanning in the x-direction. In an ion implantation apparatus configured to irradiate a target with an ion beam (which may also be referred to as a band shape), a traveling angle correction method for correcting a traveling angle in the y direction of the ion beam near the target and the correction method are performed. The present invention relates to an ion implantation apparatus capable of

例えば半導体デバイスの高性能化、高微細化等に伴い、より具体例を挙げれば急峻な注入境界を持つイオン注入等を実現することができるように、イオン注入技術には、より高精度の注入角制御を可能にすることが求められる傾向にある。例えば、上記のようなリボン状のイオンビームを用いてターゲットにイオン注入を行う場合、従来は殆ど問題にされていなかった、y方向におけるイオンビームの注入角(換言すれば、ターゲットへのイオンビームの入射角)をも精度良く制御することが重要になってきている。   For example, with higher performance and higher miniaturization of semiconductor devices, ion implantation technology has more precise implantation so that more specific examples can realize ion implantation with steep implantation boundaries. There is a tendency to enable angle control. For example, when ion implantation is performed on a target using the ribbon-shaped ion beam as described above, an ion beam implantation angle in the y direction (in other words, an ion beam to the target), which has not been a problem in the past. It is becoming important to control the angle of incidence of the light with high accuracy.

このy方向における注入角と、イオンビームのy方向における進行角とは大いに関係している。ターゲットのy方向における傾きに、上記進行角を加味したものが、注入角となるからである。従って、高精度の注入角制御を行うためには、イオンビームのy方向における進行角も重要である。   The implantation angle in the y direction and the traveling angle in the y direction of the ion beam are greatly related. This is because the injection angle is obtained by adding the above-mentioned advance angle to the inclination of the target in the y direction. Therefore, in order to perform highly precise implantation angle control, the traveling angle of the ion beam in the y direction is also important.

このy方向における進行角については、ターゲットの上流側および下流側にそれぞれ設けられていて、イオンビームのビーム電流を測定する複数の検出器がx方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを用いて、リボン状のイオンビームのy方向における進行角を測定する測定方法およびイオン注入装置が、特許文献1および2に記載されている。この進行角は、両特許文献では、y方向における角度偏差と呼ばれているが、両者は実質的に同じものである。   The advance angle in the y direction is provided on the upstream side and the downstream side of the target, respectively, and a front-stage multipoint Faraday in which a plurality of detectors for measuring the beam current of the ion beam are arranged in parallel in the x direction, and Patent Documents 1 and 2 describe a measurement method and an ion implantation apparatus for measuring the advancing angle in the y direction of a ribbon-like ion beam using a subsequent multipoint Faraday. This advancing angle is called an angular deviation in the y direction in both patent documents, but both are substantially the same.

特開2007−5779号公報(段落0031−0033、0042、図7)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-5779 (paragraphs 0031-0033, 0042, FIG. 7) 特開2005−195417号公報(段落0028−0030、図7)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-195417 (paragraphs 0028-0030, FIG. 7)

上記特許文献1、2に記載の技術は、イオンビームのy方向における進行角を測定するまでのものである。しかし、実際のイオン注入装置においては、測定から更に進んで、当該進行角を所定のものに修正することが重要であるけれども、その修正の具体的な手段については、上記特許文献1、2には記載されていない。   The techniques described in Patent Documents 1 and 2 are to measure the traveling angle of the ion beam in the y direction. However, in an actual ion implantation apparatus, it is important to proceed further from the measurement and to correct the advance angle to a predetermined one. For specific means for the correction, see Patent Documents 1 and 2 above. Is not listed.

そこでこの発明は、イオンビームのy方向における進行角を修正することができる進行角修正方法および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 a method of correcting a traveling angle and an ion implantation apparatus capable of correcting the traveling angle of the ion beam in the y direction.

この発明に係るイオンビームの進行角修正方法の一つは、イオンビームの設計上の進行方向をz方向とし、z方向と実質的に直交する平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、引出し電極系を有するイオン源から引き出したイオンビームであって、x方向の走査を経て、またはx方向の走査を経ることなく、x方向の寸法がy方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームをターゲットに照射する構成の装置であって、ターゲットに照射される際の前記イオンビームはx方向において実質的に平行ビームであり、かつターゲット付近におけるイオンビーム進行方向の相対的に上流側および下流側に設けられていて、イオンビームのビーム電流を測定する複数の検出器がx方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを有しているイオン注入装置において、前記前段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続し、かつ後段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続した状態で、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定する進行角測定工程と、当該進行角測定工程で測定した進行角を小さくする方向に、前記イオン源の引出し電極系のy方向における傾き角度を変化させて、前記イオン源から引き出すイオンビームのy方向における角度を変化させる進行角修正工程とを、前記進行角測定工程で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで1回ずつ以上行い、かつ、予め調べておいた当該イオン注入装置における前記引出し電極系の傾き角度と前記イオンビームの進行角との関係を表す特性を、前記進行角修正工程において用いることを特徴としている。 One of the methods of correcting the traveling angle of an ion beam according to the present invention is such that the traveling direction in the design 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 x. Direction and y direction, which is an ion beam extracted from an ion source having an extraction electrode system, the x-direction dimension is greater than the y-direction dimension through the x-direction scan or without the x-direction scan. The apparatus is configured to irradiate a target with a large ribbon-shaped ion beam, and the ion beam when irradiated to the target is a substantially parallel beam in the x-direction and in the ion beam traveling direction in the vicinity of the target. A plurality of detectors that are provided relatively upstream and downstream and measure the beam current of the ion beam are arranged in parallel in the x direction. In an ion implantation apparatus having a multistage Faraday stage and a multipoint Faraday stage, a plurality of detectors of the front stage multipoint Faraday are electrically connected in parallel to each other, and a plurality of detectors of the backstage multipoint Faraday are connected to each other. In an electrically connected state, the ion beam is gradually incident on each multipoint Faraday in the y direction, and the center position of the ion beam in the y direction is set at two locations on the upstream side and the downstream side in the ion beam traveling direction. And a traveling angle measurement step of measuring the traveling angle in the y direction of the ion beam near the target using the distance in the y direction between the center positions and the distance in the z direction between the two locations, and the traveling The inclination angle in the y direction of the extraction electrode system of the ion source is changed in the direction of decreasing the advancing angle measured in the angle measurement step, and the The movement angle correcting step of changing the angle in the y direction of the ion beam to draw from on source, have rows least once to the traveling angle measured by the movement angle measuring step falls within a first tolerance range, and, The characteristic indicating the relationship between the inclination angle of the extraction electrode system and the advance angle of the ion beam in the ion implantation apparatus that has been examined in advance is used in the advance angle correction step .

この進行角測定方法によれば、進行角測定工程で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで、イオンビームのy方向における進行角を修正することができる。   According to this advancing angle measurement method, the advancing angle in the y direction of the ion beam can be corrected until the advancing angle measured in the advancing angle measuring step falls within the first allowable range.

前記進行角測定工程で測定した進行角が第1の許容範囲内に入った後に、前記前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを用いて、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定し、しかもこのような測定をx方向の複数位置において行う進行角分布測定工程と、当該進行角分布測定工程で測定した複数位置の進行角の内に、その大きさが第2の許容範囲内から外れている進行角があるか否かを判定する進行角分布判定工程とを更に行っても良い。   After the advance angle measured in the advance angle measurement step falls within the first allowable range, an ion beam is gradually incident on each multipoint Faraday in the y direction using the preceding multipoint Faraday and the subsequent multipoint Faraday. Thus, the center position in the y direction of the ion beam is obtained at two positions upstream and downstream in the ion beam traveling direction, and the distance in the y direction between the center positions and the distance in the z direction between the two positions are determined. Is used to measure the advancing angle in the y direction of the ion beam near the target, and the advancing angle distribution measuring step in which such measurement is performed at a plurality of positions in the x direction, and the advancing angle distribution measuring step A travel angle distribution determining step for determining whether or not there is a travel angle whose magnitude is out of the second allowable range among the travel angles of the position. There.

この発明に係るイオン注入装置の一つは、前記イオン源の引出し電極系の少なくともy方向における傾き角度を変化させる機能を有する電極駆動装置を備えており、更に、(a)前記前段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続し、かつ後段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続した状態で、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定する進行角測定制御と、(b)当該進行角測定制御で測定した進行角に基づいて前記電極駆動装置を制御して、当該進行角を小さくする方向に、前記イオン源の引出し電極系のy方向における傾き角度を変化させて、前記イオン源から引き出すイオンビームのy方向における角度を変化させる進行角修正制御とを、前記進行角測定制御で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで1回ずつ以上行う機能を有している制御装置を備えており、かつ前記制御装置は、予め調べておいた当該イオン注入装置における前記引出し電極系の傾き角度と前記イオンビームの進行角との関係を表す特性を、前記進行角修正制御において用いるものである。 One of the ion implantation apparatuses according to the present invention includes an electrode driving device having a function of changing an inclination angle of at least the y-direction of the extraction electrode system of the ion source, and (a) the front-stage multipoint Faraday. In the state where the plurality of detectors are electrically connected in parallel with each other and the plurality of post-stage multipoint Faraday detectors are electrically connected in parallel with each other, an ion beam gradually enters each multipoint Faraday in the y direction. Thus, the center position in the y direction of the ion beam is obtained at two locations upstream and downstream in the ion beam traveling direction, and the distance in the y direction between the center positions and the distance in the z direction between the two locations are determined. Advancing angle measurement control for measuring the advancing angle in the y direction of the ion beam near the target, and (b) the advancing angle measured by the advancing angle measurement control. The angle of the ion beam extracted from the ion source in the y direction by changing the tilt angle in the y direction of the extraction electrode system of the ion source in a direction to reduce the traveling angle by controlling the electrode driving device based on A control device having a function of performing the advance angle correction control for changing the advance angle once or more until the advance angle measured by the advance angle measurement control falls within the first allowable range , and The control device uses, in the advance angle correction control, a characteristic representing the relationship between the inclination angle of the extraction electrode system and the advance angle of the ion beam in the ion implanter previously examined.

前記制御装置は、前記進行角測定制御で測定した進行角が第1の許容範囲内に入った後に、(a)前記前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを用いて、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定し、しかもこのような測定をx方向の複数位置において行う進行角分布測定制御と、(b)当該進行角分布測定制御で測定した複数位置の進行角の内に、その大きさが第2の許容範囲内から外れている進行角があるか否かを判定してその結果を表す信号を出力する進行角分布判定制御とを行う機能を更に有していても良い。   After the advance angle measured by the advance angle measurement control falls within the first allowable range, the control device uses (a) the multi-stage Faraday and the multi-stage Faraday of the preceding stage to generate y for each multi-point Faraday. The center position in the y direction of the ion beam is obtained at two locations on the upstream side and the downstream side in the ion beam traveling direction so that the ion beam gradually enters in the direction, and the distance in the y direction between the center positions Advancing angle distribution measurement control in which the advancing angle in the y direction of the ion beam near the target is measured using the distance in the z direction between the two locations, and such a measurement is performed at a plurality of positions in the x direction; ) It is determined whether or not there is a traveling angle whose magnitude is out of the second allowable range among the traveling angles measured by the traveling angle distribution measurement control. It may further have a function of performing a movement angle distribution determination control for outputting a signal representative of.

請求項1に記載の発明によれば、進行角測定工程で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで、イオンビームのy方向における進行角を修正することができる。その結果、ターゲットに対するイオン注入において、より高精度の注入角制御が可能になる。ひいては、ターゲットの表層部に形成する半導体デバイスの高微細化への対応が可能になる。また、輸送途中のイオンビームが構造物に衝突する可能性を小さくして、イオンビームの輸送効率を向上させることもできる。
更に、予め調べておいた当該イオン注入装置における引出し電極系の傾き角度とイオンビームの進行角との関係を表す特性を進行角修正工程において用いるので、イオンビームのy方向における進行角の修正をより速やかに行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, the traveling angle of the ion beam in the y direction can be corrected until the traveling angle measured in the traveling angle measurement step falls within the first allowable range. As a result, more accurate implantation angle control can be performed in ion implantation with respect to the target. As a result, it becomes possible to cope with high miniaturization of the semiconductor device formed in the surface layer portion of the target. Further, it is possible to improve the ion beam transport efficiency by reducing the possibility that the ion beam in the middle of transportation collides with the structure.
Further , since the characteristic indicating the relationship between the inclination angle of the extraction electrode system and the advance angle of the ion beam in the ion implantation apparatus previously examined is used in the advance angle correction step, the advance angle of the ion beam in the y direction can be corrected. It can be done more quickly.

請求項に記載の発明によれば、次のような更なる効果を奏する。即ち、進行角が第1の許容範囲内に入った後に、更に、進行角分布測定工程で測定した複数位置の進行角の内にその大きさが第2の許容範囲内から外れている進行角があるか否かを判定するので、進行角分布の悪いイオンビームによるターゲットへのイオン注入を防止することができる。 According to invention of Claim 2, there exist the following further effects. That is, after the advancing angle enters the first allowable range, the advancing angle whose magnitude deviates from the second allowable range among the advancing angles at a plurality of positions measured in the advancing angle distribution measuring step. Therefore, it is possible to prevent ion implantation into the target by an ion beam having a poor traveling angle distribution.

請求項に記載の発明によれば、進行角測定制御で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで、イオンビームのy方向における進行角を修正することができる。その結果、ターゲットに対するイオン注入において、より高精度の注入角制御が可能になる。ひいては、ターゲットの表層部に形成する半導体デバイスの高微細化への対応が可能になる。また、輸送途中のイオンビームが構造物に衝突する可能性を小さくして、イオンビームの輸送効率を向上させることもできる。しかも上記測定および制御を、制御装置および電極駆動装置を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。
更に、制御装置は、予め調べておいた当該イオン注入装置における引出し電極系の傾き角度とイオンビームの進行角との関係を表す特性を進行角修正制御において用いるものであるので、イオンビームのy方向における進行角の修正をより速やかに行うことができる。
According to the third aspect of the present invention, the traveling angle of the ion beam in the y direction can be corrected until the traveling angle measured by the traveling angle measurement control falls within the first allowable range. As a result, more accurate implantation angle control can be performed in ion implantation with respect to the target. As a result, it becomes possible to cope with high miniaturization of the semiconductor device formed in the surface layer portion of the target. Further, it is possible to improve the ion beam transport efficiency by reducing the possibility that the ion beam in the middle of transportation collides with the structure. Moreover, since the measurement and control can be performed using the control device and the electrode driving device, labor saving can be achieved.
Further , since the control device uses the characteristic representing the relationship between the inclination angle of the extraction electrode system and the traveling angle of the ion beam in the ion implantation device, which has been examined in advance, in the traveling angle correction control, The advance angle in the direction can be corrected more quickly.

請求項に記載の発明によれば、次のような更なる効果を奏する。即ち、進行角が第1の許容範囲内に入った後に、更に、進行角分布測定制御で測定した複数位置の進行角の内にその大きさが第2の許容範囲内から外れている進行角があるか否かを判定してその結果を表す信号を出力するので、進行角分布の悪いイオンビームによるターゲットへのイオン注入を防止することができる。しかも上記測定および制御を、制御装置を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。
According to invention of Claim 4, there exist the following further effects. That is, after the advancing angle enters the first allowable range, the advancing angle whose magnitude is out of the second allowable range among the advancing angles at a plurality of positions measured by the advancing angle distribution measurement control. Since a signal representing the result is output and a signal representing the result is output, ion implantation to the target by an ion beam having a poor traveling angle distribution can be prevented. In addition, since the measurement and control can be performed using a control device, labor saving can be achieved.

(1)イオン注入装置の構成について
図1は、イオン注入装置の一例を示す概略平面図である。この明細書および図面においては、イオンビーム4の設計上の進行方向を常にz方向とし、この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。「設計上の進行方向」というのは、換言すれば、所定の進行方向、即ち本来進むべき進行方向のことである。
(1) Configuration of Ion Implantation Device FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of an ion implantation device. In this specification and the drawings, the design traveling direction of the ion beam 4 is always the z direction, and two directions that are substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the z direction are the x direction and the y direction. Yes. For example, the x direction and the z direction are horizontal directions, and the y direction is a vertical direction. In other words, the “designed traveling direction” refers to a predetermined traveling direction, that is, a traveling direction that should originally proceed.

このイオン注入装置は、リボン状イオンビームの元になる小さな断面形状のイオンビーム4を射出する(引き出す)イオン源2と、このイオン源2からのイオンビームが入射され当該イオンビーム4から所望質量のイオンビーム4を分離して取り出す質量分離器6と、この質量分離器6からのイオンビーム4が入射され当該イオンビーム4を加速または減速する加減速器8と、この加減速器8からのイオンビーム4が入射され当該イオンビーム4から所望エネルギーのイオンビーム4を分離して取り出すエネルギー分離器10と、このエネルギー分離器10からのイオンビーム4が入射され当該イオンビーム4をx方向に走査するビーム走査器12と、このビーム走査器12からのイオンビーム4が入射され当該イオンビーム4を曲げてビーム走査器12と協働してイオンビーム4を平行ビーム化するビーム平行化器14と、このビーム平行化器14からのイオンビーム4の照射領域内でターゲット(例えば半導体基板)16を、イオンビーム4の主面4b(図3参照)と交差する方向に、例えばy方向に機械的に往復走査(往復駆動)する(図6中の矢印22参照)ターゲット駆動装置20とを備えている。   This ion implantation apparatus emits (extracts) an ion beam 4 having a small cross-sectional shape, which is a source of a ribbon-like ion beam, and an ion beam from the ion source 2 is incident and a desired mass is obtained from the ion beam 4. A mass separator 6 that separates and extracts the ion beam 4, an accelerator / decelerator 8 that is irradiated with the ion beam 4 from the mass separator 6 and accelerates or decelerates the ion beam 4, and from the accelerator / decelerator 8. An energy separator 10 that receives an ion beam 4 and separates and extracts the ion beam 4 having a desired energy from the ion beam 4, and an ion beam 4 from the energy separator 10 that is incident and scans the ion beam 4 in the x direction. And the ion beam 4 from the beam scanner 12 is incident and the ion beam 4 is bent to A beam collimator 14 that collimates the ion beam 4 in cooperation with the scanner 12, and a target (for example, a semiconductor substrate) 16 within the irradiation region of the ion beam 4 from the beam collimator 14 4, a target drive device 20 that mechanically reciprocates (reciprocates) in the y direction, for example, in the direction intersecting the main surface 4b (see FIG. 3) (see arrow 22 in FIG. 6).

このイオン注入装置は、更に、図6に示す前段多点ファラデー24、後段多点ファラデー28、制御装置50等の測定装置および制御装置を備えている。この図6は後で詳述するが、ターゲット16は、図6に示すように、ターゲット駆動装置20のホルダ18に保持される。   This ion implantation apparatus further includes measurement devices and control devices such as the front multipoint Faraday 24, the rear multipoint Faraday 28, and the control device 50 shown in FIG. Although FIG. 6 will be described in detail later, the target 16 is held by the holder 18 of the target driving device 20 as shown in FIG.

イオン源2は、図2に示す例のように、プラズマ72を生成するプラズマ生成部70と、このプラズマ生成部70内のプラズマ72から電界の作用でイオンビーム4を引き出す引出し電極系74と、この引出し電極系74を矢印Bで示すようにy方向から左右に傾けて、引出し電極系74の少なくともy方向における傾き角度(より厳密に言えば、y−z平面内におけるy方向からの傾き角度)βy を変化させる機能を有する電極駆動装置76とを備えている。 As in the example shown in FIG. 2, the ion source 2 includes a plasma generation unit 70 that generates plasma 72, an extraction electrode system 74 that extracts the ion beam 4 from the plasma 72 in the plasma generation unit 70 by the action of an electric field, The lead electrode system 74 is tilted left and right from the y direction as indicated by an arrow B, and the tilt angle of the lead electrode system 74 at least in the y direction (more strictly speaking, the tilt angle from the y direction in the yz plane). ) An electrode driving device 76 having a function of changing β y is provided.

引出し電極系74は、図2に示す例では、図示の簡略化等のために1枚の電極で示しているが、それに限られるものではなく、引出し電極系74を構成する電極の数は1枚以上で任意である。   In the example shown in FIG. 2, the extraction electrode system 74 is shown as a single electrode for simplification of illustration. However, the extraction electrode system 74 is not limited to this, and the number of electrodes constituting the extraction electrode system 74 is one. Any number of sheets is optional.

傾き角度βy は、チルト角とも呼ばれる。この傾き角度βy の正負の取り方は任意であるが、ここでは、図2中に二点鎖線で示す例のように、引出し電極系74がy方向の下向きに傾いている場合を負(マイナス)とする。 The tilt angle β y is also called a tilt angle. The inclination angle β y can be set to be positive or negative. Here, as in the example indicated by the two-dot chain line in FIG. 2, the case where the extraction electrode system 74 is inclined downward in the y direction is negative ( Minus).

図1に示すビーム平行化器14から導出されてターゲット16に照射されるイオンビーム4は、上記例では、x方向の高速の(例えば数十kHz程度の)走査(より具体的には平行走査)を経て、図3に示す例のように、x方向の寸法Wx がy方向の寸法Wy よりも大きい(より詳しく言えば、十分に大きい)形状をしている。このようなイオンビーム4も、この明細書ではリボン状のイオンビームと呼んでいる。走査前のイオンビーム4の断面形状は、例えば、図3中に符号4aで示すような小さな長方形をしている。 In the above example, the ion beam 4 derived from the beam collimator 14 shown in FIG. 1 and applied to the target 16 is scanned in the x direction at a high speed (for example, about several tens of kHz) (more specifically, parallel scanning). ), The dimension W x in the x direction is larger than the dimension W y in the y direction (more specifically, sufficiently large), as in the example shown in FIG. Such an ion beam 4 is also called a ribbon-like ion beam in this specification. The cross-sectional shape of the ion beam 4 before scanning is, for example, a small rectangle as indicated by reference numeral 4a in FIG.

このようなリボン状のイオンビーム4を用いると共に、ターゲット16を上記のように機械的に走査することによって、ターゲット16の全面にイオンビーム4を照射して均一性の良いイオン注入を行うことができる。   By using such a ribbon-like ion beam 4 and mechanically scanning the target 16 as described above, the ion beam 4 is irradiated on the entire surface of the target 16 to perform ion implantation with good uniformity. it can.

但し、上記のようにx方向の走査を経たリボン状のイオンビーム4の代わりに、図4に示す例のように、x方向の走査を経ることなく(例えばイオン源2から引き出したイオンビーム4自体が)、x方向の寸法Wx がy方向の寸法Wy よりも大きくて(より詳しく言えば、十分に大きくて)リボン状をしているイオンビーム4をターゲット16に照射するようにしても良い。以下に説明する進行角θy の測定、制御等においては、断わりがない限り、図3のイオンビーム4と図4のイオンビーム4とを区別する必要はない。その測定、制御等の技術を、どちらのイオンビーム4にも適用することができるからである。 However, instead of the ribbon-like ion beam 4 that has been scanned in the x direction as described above, the scanning is not performed in the x direction (for example, the ion beam 4 extracted from the ion source 2 as shown in FIG. 4). The target 16 is irradiated with the ion beam 4 having a ribbon shape in which the dimension W x in the x direction is larger than the dimension W y in the y direction (more specifically, sufficiently large). Also good. In the measurement and control of the advance angle θ y described below, it is not necessary to distinguish between the ion beam 4 in FIG. 3 and the ion beam 4 in FIG. 4 unless otherwise noted. This is because techniques such as measurement and control can be applied to either ion beam 4.

イオンビーム4のy方向における進行角θy は、要約して言えば、図5に示す例のように、イオンビーム4の設計上の進行方向zに対する、現実のイオンビーム4のy方向における角度(より厳密に言えば、イオンビーム4の中心軌道の、y−z平面内におけるz方向からの角度)のことである。従って、イオンビーム4がz方向に完全に平行な軌道を辿る理想的な場合はθy =0°である。この進行角θy の正負の取り方は任意であるが、ここでは、図5に示す例のように、イオンビーム4がy方向の上向きに傾いている場合を正(プラス)とする。この進行角θy のより詳しい定義は後述する。 In summary, the traveling angle θ y of the ion beam 4 in the y direction is an angle of the actual ion beam 4 in the y direction with respect to the designed traveling direction z of the ion beam 4 as in the example shown in FIG. (Strictly speaking, it is the angle of the central trajectory of the ion beam 4 from the z direction in the yz plane). Therefore, in the ideal case where the ion beam 4 follows a trajectory completely parallel to the z direction, θ y = 0 °. Although how to take the positive and negative of the movement angle theta y are arbitrary, here, as in the example shown in FIG. 5, the case where the ion beam 4 is tilted upward in the y direction as positive (plus). More detailed definition of this progression angle θ y will be described later.

図6を参照して、このイオン注入装置は、ターゲット16付近におけるイオンビーム4の進行方向zの相対的に上流側および下流側に、前段多点ファラデー24および後段多点ファラデー28を有している。より具体的にはこの実施形態では、イオンビーム4の進行方向z上の位置に関して、ターゲット16の上流側の位置zffに前段多点ファラデー24を有しており、ターゲット16の下流側の位置zfbに後段多点ファラデー28を有している。ターゲット16のz方向上の位置をzt とする。ターゲット16が図6に示す例のように傾いている場合は、ターゲット16の中心のz方向上の位置をzt とする。 Referring to FIG. 6, the ion implantation apparatus includes a front multipoint Faraday 24 and a rear multipoint Faraday 28 on the upstream side and the downstream side in the traveling direction z of the ion beam 4 near the target 16. Yes. More specifically, in this embodiment, with respect to the position in the traveling direction z of the ion beam 4, the front stage multipoint Faraday 24 is provided at the position z ff on the upstream side of the target 16, and the position on the downstream side of the target 16. z fb has a multi-point Faraday 28 in the subsequent stage. A position in the z direction of the target 16 is set to z t . When the target 16 is tilted as in the example shown in FIG. 6, the position of the center of the target 16 in the z direction is set to z t .

両多点ファラデー24、28は、それぞれ、イオンビーム4のビーム電流を測定するものであってx方向に並設された複数の検出器(図に表れていない)を有している。両多点ファラデー24、28を構成する複数の検出器の数を、それぞれm個、n個(m、nはそれぞれ2以上の整数)とする。m、nは、例えば、10〜20である。各検出器の前方には、スリット状の入口26、30がそれぞれ設けられている。各検出器は、例えばファラデーカップである。   Both of the multipoint Faradays 24 and 28 each measure the beam current of the ion beam 4 and have a plurality of detectors (not shown) arranged in parallel in the x direction. The number of the plurality of detectors constituting both the multipoint Faraday 24 and 28 is m and n (m and n are integers of 2 or more, respectively). m and n are 10-20, for example. In front of each detector, slit-shaped inlets 26 and 30 are provided, respectively. Each detector is, for example, a Faraday cup.

なお、両多点ファラデー24、28は、この実施形態のように、ターゲット16を挟んで上流側および下流側にそれぞれ設けておくのが、ターゲット16付近における進行角θy の測定をより高精度で行うことができるので好ましいけれども、それに限られるものではなく、両多点ファラデー24、28を、ターゲット16付近の上流側に、または下流側に設けても良い。 Note that both the multipoint Faraday 24 and 28 are provided on the upstream side and the downstream side of the target 16 as in this embodiment, so that the advance angle θ y in the vicinity of the target 16 can be measured with higher accuracy. However, the present invention is not limited to this, and both multi-point Faraday 24 and 28 may be provided on the upstream side or the downstream side in the vicinity of the target 16.

(2)イオンビームの進行角θy の測定について
上記前段多点ファラデー24および後段多点ファラデー28を用いて、各多点ファラデー24、28にy方向においてイオンビーム4が徐々に入射するようにして、イオンビーム4のy方向における中心位置をイオンビーム進行方向zの上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット16付近でのイオンビーム4のy方向における進行角θy を測定する。この測定方法を以下に詳述する。
(2) Measurement of ion beam advance angle θ y Using the preceding multi-point Faraday 24 and the subsequent multi-point Faraday 28, the ion beam 4 is gradually incident on each multi-point Faraday 24, 28 in the y direction. Thus, the center position of the ion beam 4 in the y direction is obtained at two locations upstream and downstream of the ion beam traveling direction z, and the distance between the center positions in the y direction and the distance between the two locations in the z direction are determined. The traveling angle θ y in the y direction of the ion beam 4 near the target 16 is measured. This measuring method will be described in detail below.

図6を参照して、前段多点ファラデー24の上流側近傍の位置zf に、x方向に幅の広いイオンビーム4を遮ることができる前段ビーム制限シャッター32が設けられている。この前段ビーム制限シャッター32は、x方向に実質的に平行な一辺34を有している。この一辺34は、x方向とできるだけ精密に平行に保つのが好ましい。前段ビーム制限シャッター32は、この例ではx方向に長い長方形をしているが、それに限らない。また、前記一辺34は、この例では前段ビーム制限シャッター32の下辺であるが、上辺でも良い。 Referring to FIG. 6, a front beam limiting shutter 32 that can block the ion beam 4 that is wide in the x direction is provided at a position z f in the vicinity of the upstream side of the front multipoint Faraday 24. The front beam limiting shutter 32 has a side 34 substantially parallel to the x direction. This side 34 is preferably kept parallel to the x direction as precisely as possible. The front beam limiting shutter 32 has a rectangular shape that is long in the x direction in this example, but is not limited thereto. Further, in this example, the one side 34 is the lower side of the preceding beam limiting shutter 32, but it may be the upper side.

前段ビーム制限シャッター32を保持してそれを、矢印38に示すように、y方向に往復駆動する前段シャッター駆動装置36が設けられている。この前段シャッター駆動装置36は、この例では、前段ビーム制限シャッター32のy方向の位置を精密に制御する制御回路および前記一辺34のy方向の位置y1 を精密に測定して出力する位置センサー(いずれも図示省略)を有している。 A pre-stage shutter driving device 36 is provided that holds the pre-stage beam limiting shutter 32 and drives it back and forth in the y direction as indicated by an arrow 38. In this example, the front shutter driving device 36 is a control circuit that precisely controls the position of the front beam limiting shutter 32 in the y direction, and a position sensor that precisely measures and outputs the position y 1 of the one side 34 in the y direction. (Both not shown).

更に、後段多点ファラデー28の上流側近傍の位置zb に、より具体的にはターゲット16よりも下流側であって後段多点ファラデー28の上流側近傍の位置zb に、x方向に幅の広いイオンビーム4を遮ることができる後段ビーム制限シャッター42が設けられている。この後段ビーム制限シャッター42は、x方向に実質的に平行な一辺44を有している。この一辺44は、x方向とできるだけ精密に平行に保つのが好ましい。後段ビーム制限シャッター42は、この例ではx方向に長い長方形をしているが、それに限らない。また、前記一辺44は、この例では後段ビーム制限シャッター42の下辺であるが、上辺でも良い。 Further, the width in the x direction is at a position z b near the upstream side of the rear multi-point Faraday 28, more specifically, at a position z b downstream of the target 16 and near the upstream side of the rear multi-point Faraday 28. A rear-stage beam limiting shutter 42 that can block the wide ion beam 4 is provided. The rear beam limiting shutter 42 has a side 44 substantially parallel to the x direction. This side 44 is preferably kept in parallel with the x direction as precisely as possible. The post-stage beam limiting shutter 42 has a rectangular shape that is long in the x direction in this example, but is not limited thereto. The one side 44 is the lower side of the rear beam limiting shutter 42 in this example, but may be the upper side.

後段ビーム制限シャッター42を保持してそれを、矢印48に示すように、y方向に往復駆動する後段シャッター駆動装置46が設けられている。この後段シャッター駆動装置46は、この例では、後段ビーム制限シャッター42のy方向の位置を精密に制御する制御回路および前記一辺44のy方向の位置y1 を精密に測定して出力する位置センサー(いずれも図示省略)を有している。 A rear-stage shutter driving device 46 that holds the rear-stage beam limiting shutter 42 and drives it back and forth in the y direction as indicated by an arrow 48 is provided. In this example, the rear-stage shutter driving device 46 includes a control circuit that precisely controls the position of the rear-stage beam limiting shutter 42 in the y direction, and a position sensor that precisely measures and outputs the position y 1 of the one side 44 in the y direction. (Both not shown).

図8も参照して、z方向における前段ビーム制限シャッター32と後段ビーム制限シャッター42との間の距離、即ち位置zf と位置zb との間の距離をLとする。 Referring also to FIG. 8, the distance between the front beam limiting shutter 32 and the rear beam limiting shutter 42 in the z direction, that is, the distance between the position z f and the position z b is L.

このイオン注入装置は、更に、後述する各種の処理や制御を行う制御装置50を備えている。この制御装置50は、前段シャッター駆動装置36、後段シャッター駆動装置46をそれぞれ制御して前段ビーム制限シャッター32、後段ビーム制限シャッター42を前記のようにそれぞれ駆動させると共に、前段シャッター駆動装置36、後段シャッター駆動装置46から前記位置y1 の情報をそれぞれ取り込む。更に、前段多点ファラデー24、後段多点ファラデー28から、後述するビーム電流Sf,i(y)、Sb,i(y)の情報をそれぞれ取り込む。更に制御装置50には、上記距離Lの情報が与えられる(例えば設定される)。 The ion implantation apparatus further includes a control device 50 that performs various processes and controls described later. The control device 50 controls the front-stage shutter driving device 36 and the rear-stage shutter driving device 46 to drive the front-stage beam limiting shutter 32 and the rear-stage beam limiting shutter 42 as described above. The information of the position y 1 is fetched from the shutter driving device 46, respectively. Further, information on beam currents S f, i (y) and S b, i (y), which will be described later , is fetched from the front multipoint Faraday 24 and the rear multipoint Faraday 28, respectively. Further, the control device 50 is given (for example, set) information on the distance L.

ここで、この明細書における、イオンビーム4のy方向の中心軌道およびy方向における進行角θy の定義について説明する。 Here, the definition of the central trajectory of the ion beam 4 in the y direction and the traveling angle θ y in the y direction in this specification will be described.

図7に、イオンビーム4のy方向のビーム電流密度jの分布j(y)の一例を示す。ビーム電流密度分布j(y)は、ガウス分布に近い形状をしている場合が多いけれども、必ずしもそのような形状をしているとは限らないので、ここでは一例として、図7に示されているような形状を取り上げる。このとき、ビーム電流密度分布j(y)の積分の中心位置(換言すれば重心位置)を中心位置yc とする。即ち、図7中にハッチングを付した上半分の面積Sa と下半分の面積Sb とが互いに等しくなる位置が中心位置yc である。但し、上記のようにビーム電流密度分布j(y)がガウス分布に近い形状をしている場合は、そのピーク位置を中心位置yC としても良い。このようなイオンビーム4の中心位置yc の軌道が、イオンビーム4のy方向の中心軌道である。 FIG. 7 shows an example of the distribution j (y) of the beam current density j in the y direction of the ion beam 4. Although the beam current density distribution j (y) has a shape close to a Gaussian distribution in many cases, the beam current density distribution j (y) does not necessarily have such a shape. Take up the shape that is. At this time, the center position (in other words, the position of the center of gravity) of the integration of the beam current density distribution j (y) is set as the center position y c . That is, the center position y c is the position where the hatched upper half area S a and the lower half area S b are equal to each other. However, when the beam current density distribution j (y) has a shape close to a Gaussian distribution as described above, the peak position may be set as the center position y C. Such a trajectory of the center position y c of the ion beam 4 is a central trajectory of the ion beam 4 in the y direction.

上記中心位置yc が、z方向において所定の距離だけ離れた2点間で異なっている場合、具体的には距離Lだけ離れた前段ビーム制限シャッター32の位置zf と後段ビーム制限シャッター42の位置zb (図8参照)との間で異なっている場合、イオンビーム4の中心軌道はy方向に進行角θy を持っていることになる。この場合、前段ビーム制限シャッター32の位置zf および後段ビーム制限シャッター42の位置zb におけるイオンビーム4の中心位置yc をそれぞれycf、ycbとすると、進行角θy は次式で表される。 When the center position y c is different between two points separated by a predetermined distance in the z direction, specifically, the position z f of the front stage beam limiting shutter 32 and the rear stage beam limiting shutter 42 which are separated by a distance L. If the position differs from the position z b (see FIG. 8), the central trajectory of the ion beam 4 has a traveling angle θ y in the y direction. In this case, assuming that the center position y c of the ion beam 4 at the position z f of the front beam limiting shutter 32 and the position z b of the rear beam limiting shutter 42 is y cf and y cb , the advance angle θ y is expressed by the following equation. Is done.

[数1]
θy =tan-1{(ycb−ycf)/L}
[Equation 1]
θ y = tan −1 {(y cb −y cf ) / L}

次に、上記のように表される進行角θy の測定方法について説明する。 Next, a method for measuring the advancing angle θ y expressed as described above will be described.

測定に際しては、図9に示すように、前段多点ファラデー24を駆動装置(例えば、図11に示す前段ファラデー駆動装置56)によってイオンビーム4の経路上に位置させておいて、前段シャッター駆動装置36によって前段ビーム制限シャッター32をy方向に駆動しつつ、前段多点ファラデー24に入射するイオンビーム4のビーム電流を前段多点ファラデー24によって測定する。この前段ビーム制限シャッター32の駆動は、前段ビーム制限シャッター32がイオンビーム4を全く遮っていない状態から遮る状態への駆動でも良いけれども、ここでは、前段ビーム制限シャッター32がイオンビーム4を完全に遮っている状態から遮らない状態への駆動を例に説明する。その前段ビーム制限シャッター32の駆動方向を矢印39で示す。この場合、初めはイオンビーム4は前段ビーム制限シャッター32によって完全に遮られているため、前段多点ファラデー24にはイオンビーム4は全く入射しない。このときの前段ビーム制限シャッター32の前記一辺34のy座標位置をy0 とする。 In the measurement, as shown in FIG. 9, the front stage multi-point Faraday 24 is positioned on the path of the ion beam 4 by a driving device (for example, the front stage Faraday driving device 56 shown in FIG. 11), and the front stage shutter driving device. The beam current of the ion beam 4 incident on the front multi-point Faraday 24 is measured by the front multi-point Faraday 24 while driving the front-stage beam limiting shutter 32 in the y direction. The front beam limiting shutter 32 may be driven from a state in which the front beam limiting shutter 32 does not block the ion beam 4 at all, but here, the front beam limiting shutter 32 completely blocks the ion beam 4. An example of driving from the blocked state to the unblocked state will be described. The driving direction of the upstream beam limiting shutter 32 is indicated by an arrow 39. In this case, initially, the ion beam 4 is completely blocked by the front stage beam limiting shutter 32, so that the ion beam 4 does not enter the front stage multipoint Faraday 24 at all. At this time, the y coordinate position of the one side 34 of the front beam limiting shutter 32 is set to y 0 .

そして、前段ビーム制限シャッター32が、矢印39で示すようにy方向に駆動されると、駆動が進むにつれて、前段ビーム制限シャッター32によって遮られていたイオンビーム4の一部が前記一辺34の外側を通過して徐々に前段多点ファラデー24に入射するようになる。ここで、イオンビーム4の少なくとも一部が前段多点ファラデー24に入射しているときの前段ビーム制限シャッター32の前記一辺34のy座標位置をy1 とする。 When the front beam limiting shutter 32 is driven in the y direction as indicated by the arrow 39, as the driving proceeds, a part of the ion beam 4 blocked by the front beam limiting shutter 32 is outside the one side 34. And gradually enters the preceding multipoint Faraday 24. Here, the y coordinate position of the one side 34 of the front beam limiting shutter 32 when at least a part of the ion beam 4 is incident on the front multipoint Faraday 24 is y 1 .

今、前段多点ファラデー24のx方向におけるi番目の検出器に着目し、その中心のx座標位置をxi とする。このとき、前段ビーム制限シャッター32の位置zf において、x方向の座標xi でのy方向の前記ビーム電流密度分布jf(y)を表す関数をjf,i(y)とする。このとき、i番目の検出器で測定されるビーム電流Sf,i(y1 )は、次式で表される。これを図示したのが図10である。ここでは、ビーム電流密度jf,i は、y0 以下ではゼロであるとしている。 Now, paying attention to the i-th detector in the x direction of the preceding multipoint Faraday 24, the x coordinate position of the center is assumed to be x i . At this time, a function representing the beam current density distribution j f (y) in the y direction at the coordinate x i in the x direction at the position z f of the upstream beam limiting shutter 32 is defined as j f, i (y). At this time, the beam current S f, i (y 1 ) measured by the i-th detector is expressed by the following equation. This is illustrated in FIG. Here, the beam current density j f, i is assumed to be zero below y 0 .

Figure 0005103968
Figure 0005103968

従って、前段シャッター駆動装置36によって前段ビーム制限シャッター32をy方向に駆動しつつ、前段多点ファラデー24でビーム電流Sf,i(y)を測定し、かつその次式で表される変化率から、即ちビーム電流Sf,i(y)を距離yで微分することによって、位置zf 、xi でのイオンビーム4のy方向のビーム電流密度分布jf,i(y)を求めることができるのでそれを行う。これを前段ビーム電流密度分布測定工程と呼ぶ。 Accordingly, the beam current S f, i (y) is measured by the front multi-point Faraday 24 while the front beam limiting shutter 32 is driven in the y direction by the front shutter driving device 36, and the rate of change expressed by the following equation: That is, the beam current density distribution j f, i (y) in the y direction of the ion beam 4 at the positions z f and x i is obtained by differentiating the beam current S f, i (y) by the distance y. Do it so you can. This is called a pre-stage beam current density distribution measurement step.

[数3]
dSf,i(y)/dy=jf,i(y)
[Equation 3]
dS f, i (y) / dy = j f, i (y)

上記と同様の方法によって、後段多点ファラデー28、後段ビーム制限シャッター42および後段シャッター駆動装置46を用いて、位置zb 、xi でのイオンビーム4のy方向のビーム電流密度分布jb,i(y)を求めることができるのでそれを行う。これを後段ビーム電流密度分布測定工程と呼ぶ。なお、この後段での測定時は、その測定の妨げにならないように、前段ビーム制限シャッター32、前段多点ファラデー24およびターゲット16をイオンビーム4の経路から外しておく。この制御を制御装置50に行わせても良い。この場合、前段多点ファラデー24は駆動装置(例えば、図11に示す前段ファラデー駆動装置56)を用いてイオンビーム4の経路から外すようにすれば良い。 In the same manner as described above, the beam current density distribution j b in the y direction of the ion beam 4 at the positions z b and x i using the latter multi-point Faraday 28, the latter beam limiting shutter 42, and the latter shutter driving device 46 . i (y) can be determined, so do it. This is called a post-stage beam current density distribution measurement step. During the subsequent measurement, the front beam limiting shutter 32, the front multipoint Faraday 24, and the target 16 are removed from the path of the ion beam 4 so as not to hinder the measurement. This control may be performed by the control device 50. In this case, the pre-stage multipoint Faraday 24 may be removed from the path of the ion beam 4 using a drive device (for example, the pre-stage Faraday drive device 56 shown in FIG. 11).

更に、上記のようにして求めたビーム電流密度分布jf,i(y)、jb,i(y)から、前段ビーム制限シャッター32、後段ビーム制限シャッター42のそれぞれの位置zf 、zb でのイオンビーム4の前述したy方向の中心位置ycf、ycbをそれぞれ求める。これらを、それぞれ前段中心位置算出工程および後段中心位置算出工程と呼ぶ。 Further, from the beam current density distributions j f, i (y) and j b, i (y) obtained as described above, the respective positions z f and z b of the front beam limiting shutter 32 and the rear beam limiting shutter 42 are obtained. The center positions y cf and y cb in the y direction of the ion beam 4 in FIG. These are referred to as a front stage center position calculation step and a back stage center position calculation step, respectively.

更に、上記のようにして求めた中心位置ycf、ycbおよび前記距離Lを用いて、前記数1またはそれと数学的に等価な式に基づいて、イオンビーム4のy方向における進行角θy を求める。これを進行角算出工程と呼ぶ。 Further, using the center positions y cf , y cb and the distance L obtained as described above, the traveling angle θ y in the y direction of the ion beam 4 based on the equation 1 or an equation mathematically equivalent thereto. Ask for. This is called the advance angle calculation step.

なお、前段側においては、前記実施形態(図6等に示した実施形態。以下同様)のように、前段ビーム制限シャッター32およびそれをy方向に駆動する前段シャッター駆動装置36を設ける代わりに、図11に示す実施形態のように、イオンビーム4が通過する開口54を有するマスク52を前段多点ファラデー24の上流側近傍に設けておき、前段多点ファラデー24を前段ファラデー駆動装置56によってy方向に駆動するようにしても良い。この場合の実施形態を以下に説明する。   On the front stage side, instead of providing the front stage beam limiting shutter 32 and the front stage shutter drive device 36 for driving it in the y direction as in the above-described embodiment (the embodiment shown in FIG. As in the embodiment shown in FIG. 11, a mask 52 having an opening 54 through which the ion beam 4 passes is provided in the vicinity of the upstream side of the front multipoint Faraday 24, and the front multipoint Faraday 24 is You may make it drive in a direction. An embodiment in this case will be described below.

前段多点ファラデー24は、軸57を介して、前段ファラデー駆動装置56によって、矢印58に示す上昇方向またはその逆の下降方向に駆動され、前述したようにイオンビーム4の経路に出し入れされるよう構成されている。前段多点ファラデー24と軸57とは、前段多点ファラデー24によるビーム電流測定に支障を来さないように、図示しない絶縁物によって電気的に絶縁されている。   The front multi-point Faraday 24 is driven by the front Faraday drive device 56 through the shaft 57 in the ascending direction indicated by the arrow 58 or vice versa, so that it is taken in and out of the path of the ion beam 4 as described above. It is configured. The front multipoint Faraday 24 and the shaft 57 are electrically insulated by an insulator (not shown) so as not to hinder the beam current measurement by the front multipoint Faraday 24.

この前段多点ファラデー24を用いてのイオンビーム4の測定は、前段多点ファラデー24の上昇時に行っても良いし、前段多点ファラデー24の下降時に行っても良いけれども、ここでは、矢印58に示すように上昇時に行う例を説明する。   The measurement of the ion beam 4 using the front multipoint Faraday 24 may be performed when the front multipoint Faraday 24 is raised or may be performed when the front multipoint Faraday 24 is lowered. As shown in Fig. 2, an example of performing at the time of rising will be described.

前段多点ファラデー24は、前述したように(例えば図6参照)、複数の検出器の前方に入口26をそれぞれ有している。この実施形態では、その複数の入口26の上端60を結ぶ線が前記x方向に実質的に平行になるようにしておく。そのようにしておくと、x方向での測定のバランスが良くなるからである。   As described above (see, for example, FIG. 6), the front multipoint Faraday 24 has an inlet 26 in front of a plurality of detectors. In this embodiment, the line connecting the upper ends 60 of the plurality of inlets 26 is made substantially parallel to the x direction. This is because the measurement balance in the x direction is improved.

前段ファラデー駆動装置56は、上記上端60のy方向の位置y1 を精密に測定して出力する位置センサー(図示省略)を有している。 The front-stage Faraday drive device 56 has a position sensor (not shown) that accurately measures and outputs the position y 1 of the upper end 60 in the y direction.

制御装置50は、この実施形態では、前記実施形態のように前段シャッター駆動装置36を駆動してそれからの前記位置y1 の情報を取り込む代わりに、前段ファラデー駆動装置56を上記のように駆動すると共にそれからの位置y1 の情報を取り込む。 In this embodiment, the control device 50 drives the front-stage Faraday drive device 56 as described above, instead of driving the front-stage shutter drive device 36 and taking in the information of the position y 1 from the front-stage shutter drive device 36 as in the previous embodiment. And the information of the position y 1 from it is taken in.

更に、この実施形態では、前段多点ファラデー24の入口26の位置をzf とし、z方向における入口26と後段ビーム制限シャッター42との間の距離、即ち位置zf と位置zb との間の距離をLとする。 Further, in this embodiment, the position of the inlet 26 of the preceding stage multipoint Faraday 24 and z f, the distance between the inlet 26 and the rear stage beam limiting shutter 42 in the z-direction, i.e. between the position z f and the position z b Let L be the distance.

マスク52の開口54の正面形状は、この例では、x方向に長い長方形をしている。この開口54のy方向の寸法Wm は、前段多点ファラデー24の入口26のy方向の寸法Wf 以下にしておく方が測定が簡単であり好ましい。この実施形態ではWm <Wf にしており、その場合の例を主体に説明する。 In this example, the front shape of the opening 54 of the mask 52 is a rectangle that is long in the x direction. The dimension W m in the y direction of the opening 54 is preferably set to be equal to or smaller than the dimension W f in the y direction of the inlet 26 of the front multi-point Faraday 24. In this embodiment, W m <W f is set, and an example in that case will be mainly described.

初めは、前段多点ファラデー24の上端60がマスク52の開口54よりも下にあるものとする。この場合は、イオンビーム4は、マスク52によって遮られて、前段多点ファラデー24には全く入射しない。このときの前段多点ファラデー24の上端60のy座標位置をy0 とする。 Initially, it is assumed that the upper end 60 of the front multi-point Faraday 24 is below the opening 54 of the mask 52. In this case, the ion beam 4 is blocked by the mask 52 and does not enter the preceding multipoint Faraday 24 at all. At this time, the y-coordinate position of the upper end 60 of the preceding multipoint Faraday 24 is set to y 0 .

そして、前段多点ファラデー24が、矢印58で示すようにy方向に駆動されると、その駆動が進むにつれて、マスク52によって遮られていたイオンビーム4の一部が開口54を通過して徐々に前段多点ファラデー24に入射するようになる。ここで、イオンビーム4の少なくとも一部が前段多点ファラデー24に入射しているときの前段多点ファラデー24の入口26の上端60のy座標位置をy1 とする。 When the front multi-point Faraday 24 is driven in the y direction as indicated by the arrow 58, as the driving proceeds, a part of the ion beam 4 blocked by the mask 52 passes through the opening 54 gradually. To the front multi-point Faraday 24. Here, the y coordinate position of the upper end 60 of the entrance 26 of the front multipoint Faraday 24 when at least a part of the ion beam 4 is incident on the front multipoint Faraday 24 is y 1 .

前記実施形態の場合と同様に、前段多点ファラデー24のx方向におけるi番目の検出器に着目し、その中心のx座標位置をxi とする。このとき、前段多点ファラデー24の入口26の位置zf において、x座標xi でのy方向の前記ビーム電流密度分布jf(y)を表す関数をjf,i(y)とする。このとき、i番目の検出器で測定されるビーム電流Sf,i(y1 )は、前記数2で表される。これを図示すると前記図10と同様になる。 As in the case of the above-described embodiment, paying attention to the i-th detector in the x direction of the preceding multipoint Faraday 24, the x coordinate position of the center is assumed to be xi . At this time, a function representing the beam current density distribution j f (y) in the y direction at the x coordinate x i at the position z f of the entrance 26 of the preceding multipoint Faraday 24 is assumed to be j f, i (y). At this time, the beam current S f, i (y 1 ) measured by the i-th detector is expressed by the formula 2. This is the same as FIG.

従って、前段ファラデー駆動装置56によって前段多点ファラデー24をy方向に駆動しつつ、当該前段多点ファラデー24でビーム電流Sf,i(y)を測定し、かつその前記数3で表される変化率から、即ちビーム電流Sf,i(y)を距離yで微分することによって、位置zf 、xi でのイオンビーム4のy方向のビーム電流密度分布jf,i(y)を求めることができる。 Therefore, the front stage multi-point Faraday 24 is driven in the y direction by the front stage Faraday drive device 56, and the beam current S f, i (y) is measured by the front stage multi-point Faraday 24, and is expressed by the above equation (3). By differentiating the beam current S f, i (y) by the distance y from the rate of change, the beam current density distribution j f, i (y) in the y direction of the ion beam 4 at the positions z f and x i is obtained. Can be sought.

上記例とは反対に、前段多点ファラデー24を上から下降させてイオンビーム4のビーム電流密度分布jf,i(y)を求めても良い。その場合は、上端60の代わりに、前段多点ファラデー24の入口26の下端62に着目すれば良い。そして、複数の入口26の下端62を結ぶ線がx方向に実質的に平行になるようにしておけば良い。 Contrary to the above example, the beam current density distribution j f, i (y) of the ion beam 4 may be obtained by lowering the front multipoint Faraday 24 from above. In that case, instead of the upper end 60, attention should be paid to the lower end 62 of the inlet 26 of the preceding multipoint Faraday 24. The line connecting the lower ends 62 of the plurality of inlets 26 may be substantially parallel to the x direction.

マスク52の開口54の寸法Wm が前段多点ファラデー24の入口26の寸法Wf よりも大きい場合は、前段多点ファラデー24の駆動の途中でビーム電流の増減が互いに相殺されることが起こる可能性があるが、これの影響を避けることは可能である。例えば、イオンビーム4のy方向の中心過ぎまで前段多点ファラデー24を下から上昇させて行う測定と、前段多点ファラデー24を上から下降させて行う測定とに分けて測定すれば良い。 When the dimension W m of the opening 54 of the mask 52 is larger than the dimension W f of the inlet 26 of the preceding multi-point Faraday 24, the beam current increases and decreases cancel each other during the driving of the preceding multi-point Faraday 24. It is possible, but it is possible to avoid this effect. For example, the measurement may be divided into measurement performed by raising the front multi-point Faraday 24 from below to the center in the y direction of the ion beam 4 and measurement performed by lowering the front multi-point Faraday 24 from above.

マスク52の位置において、イオンビーム4のy方向の寸法Wy が開口54の寸法Wm よりも小さい場合は、寸法Wm の代わりにこの寸法Wy と前段多点ファラデー24の寸法Wf との関係を、上記と同様に考えれば良い。 When the dimension W y in the y direction of the ion beam 4 is smaller than the dimension W m of the opening 54 at the position of the mask 52, this dimension W y and the dimension W f of the preceding multipoint Faraday 24 are used instead of the dimension W m. This relationship may be considered in the same manner as described above.

また、以上二つの段落に記載の内容を総合すれば分かるように、マスク52の開口54の寸法Wm は、前段多点ファラデー24の入口26の寸法Wf やイオンビーム4のy方向の寸法Wy よりも大きくても良く、これは言い換えれば、マスク52は必ずしも設けなくても良いということである。 Further, as can be understood by summarizing the contents described in the above two paragraphs, the dimension W m of the opening 54 of the mask 52 is the dimension W f of the inlet 26 of the preceding multi-point Faraday 24 and the dimension of the ion beam 4 in the y direction. It may be larger than W y , in other words, the mask 52 is not necessarily provided.

上記のようにして求めたビーム電流密度分布jf,i(y)を用いて、前記実施形態の場合と同様にして、イオンビーム4のy方向の中心位置ycfを求め、更にイオンビーム4のy方向における進行角θy を求めることができる。 Using the beam current density distribution j f, i (y) obtained as described above, the center position y cf in the y direction of the ion beam 4 is obtained in the same manner as in the above embodiment, and further the ion beam 4 The advancing angle θ y in the y direction can be obtained.

前段多点ファラデー24および後段多点ファラデー28は、前述したように、それぞれm個、n個の検出器をx方向に有しているので、上記iは、それぞれ1〜m、1〜nまでの任意の値を取ることができる。従って、1〜m、1〜nの内の任意のi番目の検出器を用いて、x方向の任意の位置において、イオンビーム4の進行角θy を測定することができる。その場合、前後の多点ファラデー24、28の検出器は、x方向の位置が互いに実質的に同じかまたは近い検出器を用いるのが、進行角θy をより正確に測定する観点から好ましい。 Since the front multipoint Faraday 24 and the rear multipoint Faraday 28 have m detectors and n detectors in the x direction, respectively, i is 1 to m and 1 to n, respectively. Can take any value. Therefore, the traveling angle θ y of the ion beam 4 can be measured at any position in the x direction using any i-th detector of 1 to m and 1 to n. In that case, the detector before and after the multipoint Faraday 24, 28, that the position in the x direction using substantially the same or close to the detector to each other, from the viewpoint of measuring the movement angle theta y more accurately.

また、着目する(測定に用いる)i番目の位置を上記範囲内で変えることによって、上記進行角θy をx方向の複数位置において測定して、進行角θy のx方向における分布を測定することができる。これが進行角分布測定工程である。この進行角分布測定工程は、上記前段ビーム電流密度分布測定工程、後段ビーム電流密度分布測定工程、前段中心位置算出工程、後段中心位置算出工程および進行角算出工程を総合したものである。 Further, by changing the i-th position of interest (used for measurement) within the above range, the advance angle θ y is measured at a plurality of positions in the x direction, and the distribution of the advance angle θ y in the x direction is measured. be able to. This is the advance angle distribution measuring step. This advance angle distribution measuring step is a combination of the preceding beam current density distribution measuring step, the latter beam current density distribution measuring step, the former center position calculating step, the latter center position calculating step, and the advance angle calculating step.

進行角θy のx方向における分布は、実際のイオン注入装置においては、一様でない場合は、例えば図12中に示す進行角分布P1 のように、斜めに傾いている場合の多いことが経験によって分かっている。この傾きは、この進行角分布P1 とは逆の場合もある。 If the distribution of the advance angle θ y in the x direction is not uniform in an actual ion implantation apparatus, it is often inclined obliquely, for example, as in the advance angle distribution P 1 shown in FIG. I know from experience. This inclination may be opposite to the advance angle distribution P 1 .

そこで、以下に述べる進行角修正に用いるために、上記のような進行角分布P1 をしている進行角θy の平均的な進行角θya、またはx方向における中央付近の進行角θycを測定する。これが進行角測定工程である。両進行角θya、θycは、それぞれ一つの値であるので、後の進行角修正工程や進行角修正制御に用いるのに都合が良い。両進行角θya、θycは、実際のイオン注入装置における上記のような傾向から、通常は互いに近い値になる場合が多い。従ってどちらを用いても良い。この進行角測定工程も、上記前段ビーム電流密度分布測定工程、後段ビーム電流密度分布測定工程、前段中心位置算出工程、後段中心位置算出工程および進行角算出工程を総合したものである。 Therefore, in order to use for the advance angle correction described below, the average advance angle θ ya of the advance angle θ y having the advance angle distribution P 1 as described above, or the advance angle θ yc near the center in the x direction. Measure. This is the advance angle measurement step. Since both the advance angles θ ya and θ yc are one value, they are convenient for use in the subsequent advance angle correction process and advance angle correction control. Both traveling angles θ ya and θ yc are usually close to each other due to the above-mentioned tendency in an actual ion implantation apparatus. Therefore, either may be used. This advance angle measurement process is also a synthesis of the preceding stage beam current density distribution measurement process, the latter stage beam current density distribution measurement process, the former stage center position calculation process, the latter stage center position calculation process, and the advance angle calculation process.

上記平均的な進行角θyaを測定するには、前段多点ファラデー24の複数の検出器を互いに電気的に並列接続し、かつ後段多点ファラデー28の複数の検出器を互いに電気的に並列接続した状態で、上に詳述したように、各多点ファラデー24、28にy方向においてイオンビーム4が徐々に入射するようにして、イオンビーム4のy方向における中心位置をイオンビーム進行方向zの上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット16付近でのイオンビーム4のy方向における進行角θyaを測定する。複数の検出器を互いに電気的に並列接続するには、例えば、制御装置50内に引き込まれている複数の検出器からの複数の信号ラインを、制御装置50内においてスイッチで並列接続すれば良い。 In order to measure the average traveling angle θ ya , a plurality of detectors of the front multipoint Faraday 24 are electrically connected in parallel to each other, and a plurality of detectors of the rear multipoint Faraday 28 are electrically connected in parallel to each other. In the connected state, as described in detail above, the ion beam 4 is gradually incident on each multipoint Faraday 24, 28 in the y direction, and the center position of the ion beam 4 in the y direction is set as the ion beam traveling direction. The ion beam 4 travels in the y direction in the vicinity of the target 16 using the distance in the y direction between the center positions and the distance in the z direction between the two positions, which are obtained at two positions upstream and downstream of z. Measure the angle θ ya . In order to electrically connect a plurality of detectors in parallel with each other, for example, a plurality of signal lines from a plurality of detectors drawn into the control device 50 may be connected in parallel in the control device 50 with switches. .

上記中央付近の進行角θycを測定するには、前段多点ファラデー24および後段多点ファラデー28のx方向における中央付近の検出器をそれぞれ用いて、上に詳述したように、各多点ファラデー24、28にy方向においてイオンビーム4が徐々に入射するようにして、イオンビーム4のy方向における中心位置をイオンビーム進行方向zの上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット16付近でのイオンビームのy方向における進行角θycを測定する。中央付近の検出器を用いるには、例えば、制御装置50内に引き込まれている複数の検出器からの複数の信号ラインの内で、x方向の中央付近の検出器からの信号ラインをスイッチで選択すれば良い。 In order to measure the advancing angle θ yc near the center, the detectors near the center in the x direction of the front multipoint Faraday 24 and the rear multipoint Faraday 28 are used as described in detail above. The ion beam 4 is gradually incident on the Faraday 24 and 28 in the y direction, and the center position of the ion beam 4 in the y direction is obtained at two locations upstream and downstream of the ion beam traveling direction z. The advancing angle θ yc in the y direction of the ion beam near the target 16 is measured using the distance in the y direction between the positions and the distance in the z direction between the two locations. In order to use the detector near the center, for example, among the signal lines from the plurality of detectors drawn into the control device 50, the signal line from the detector near the center in the x direction is switched by a switch. Just choose.

制御装置50は、上記前段ビーム電流密度分布測定工程と実質的に同じ内容の前段ビーム電流密度分布測定処理、上記後段ビーム電流密度分布測定工程と実質的に同じ内容の後段ビーム電流密度分布測定処理、上記前段中心位置算出工程と実質的に同じ内容の前段中心位置算出処理、上記後段中心位置算出工程と実質的に同じ内容の後段中心位置算出処理、上記進行角算出工程と実質的に同じ内容の進行角算出処理を行うことができる。即ち、上記進行角測定工程と実質的に同じ内容の進行角測定制御および上記進行角分布測定工程と実質的に同じ内容の進行角分布測定制御を行うことができる。   The control device 50 performs a pre-stage beam current density distribution measurement process having substantially the same contents as the pre-stage beam current density distribution measurement process, and a post-stage beam current density distribution measurement process having substantially the same contents as the post-stage beam current density distribution measurement process. , A front-stage center position calculation process having substantially the same content as the preceding-stage center position calculation process, a back-stage center position calculation process having substantially the same contents as the back-stage center position calculation process, and a content substantially same as the advance angle calculation process. Can be performed. That is, it is possible to perform the advance angle measurement control with substantially the same content as the advance angle measurement step and the advance angle distribution measurement control with substantially the same content as the advance angle distribution measurement step.

(3)イオンビームの進行角θy の修正について
イオンビームの進行角θy の修正を行うには、上記進行角測定工程に加えて、当該進行角測定工程で測定した進行角θyaまたはθycを用いて、当該進行角θyaまたはθycを小さくする方向に(即ち、進行角θyaまたはθycを0度に近づける方向に)、イオン源2の引出し電極系74の傾き角度βy (図2参照)を変化させて、イオン源2から引き出すイオンビーム4のy方向における角度を変化させる。これが進行角修正工程である。より具体的には、進行角θyaまたはθycのy方向における向きと反対方向に、引出し電極系74のy方向における傾き角度βy を変化させる。
(3) To perform movement angle theta y modification of the ion beam for correction of movement angle theta y of the ion beam, in addition to the movement angle measuring step, movement angle was measured in the movement angle measuring step theta ya or theta Using yc , the inclination angle β y of the extraction electrode system 74 of the ion source 2 is set so as to decrease the advance angle θ ya or θ yc (that is, in the direction of approaching the advance angle θ ya or θ yc to 0 degrees). By changing (see FIG. 2), the angle in the y direction of the ion beam 4 extracted from the ion source 2 is changed. This is the advance angle correction process. More specifically, the inclination angle β y of the extraction electrode system 74 in the y direction is changed in the direction opposite to the direction of the advance angle θ ya or θ yc in the y direction.

例えば、進行角分布が図12中に示す進行角分布P1 のようにy方向のプラス側にある場合は、上記進行角θyaまたはθycはプラス側(簡単に言えば上向き)になり(これは図5に示す状態と同様である)、この場合は引出し電極系74をより下に向くように傾ける。例えば、傾き角度βy をよりマイナス側にする。元々傾き角度βy がプラス側であった場合は、傾き角度βy が0度に近づく、またはマイナス側になるように引出し電極系74の傾き角度βy を変化させる。これによって、イオン源2から引き出すイオンビーム4の向きはより下向きになるので、上記進行角θyaまたはθycを小さくして0度に近づけることができる。進行角θyaまたはθycがマイナス側(簡単に言えば下向き)の場合は、引出し電極系74の傾き角度βy を上記とは反対方向に変化させる。 For example, when the advance angle distribution is on the plus side in the y direction as in the advance angle distribution P 1 shown in FIG. 12, the advance angle θ ya or θ yc is on the plus side (in simple terms, upward) ( This is the same as the state shown in FIG. 5). In this case, the extraction electrode system 74 is inclined so as to face downward. For example, the inclination angle β y is set to the minus side. When the inclination angle β y is originally on the plus side, the inclination angle β y of the extraction electrode system 74 is changed so that the inclination angle β y approaches 0 degrees or on the minus side. As a result, the direction of the ion beam 4 extracted from the ion source 2 becomes more downward, so that the advancing angle θ ya or θ yc can be reduced to approach 0 degrees. When the advance angle θ ya or θ yc is on the minus side (or simply downward), the inclination angle β y of the extraction electrode system 74 is changed in the opposite direction.

この実施形態の進行角修正方法は、上記進行角測定工程と進行角修正工程とを、進行角測定工程で測定した進行角θyaまたはθycが第1の許容範囲R1 (図12参照)内に入るまで1回ずつ以上行う。この許容範囲R1 は、例えば±0.1度程度の0度に近い範囲にしておく。 In the advance angle correction method of this embodiment, the advance angle θ ya or θ yc measured in the advance angle measurement step in the advance angle measurement step and the advance angle correction step is the first allowable range R 1 (see FIG. 12). Do it once or more until inside. The allowable range R 1 is set to a range close to 0 degrees, for example, about ± 0.1 degrees.

その結果、例えば図12中に示す進行角分布P1 は、その元の形をほぼ保った状態で全体が下がって、二点鎖線で示す進行角分布P2 のように、0度付近を中心にしたものとなる。上記進行角分布P1 とは反対に、進行角分布がマイナス側に大きい場合は、全体が上がって0度付近を中心にしたものとなる。 As a result, for example, the advance angle distribution P 1 shown in FIG. 12 decreases as a whole while maintaining its original shape, and is centered around 0 degrees, like the advance angle distribution P 2 indicated by a two-dot chain line. It will be the one. Contrary to the above-mentioned advance angle distribution P 1 , when the advance angle distribution is large on the minus side, the whole rises and is centered around 0 degree.

従ってこの進行角修正方法によれば、進行角測定工程で測定した進行角θyaまたはθycが第1の許容範囲R1 内に入るまで、イオンビーム4のy方向における進行角θy を修正することができる。 Therefore, according to this traveling angle correction method, the traveling angle θ y in the y direction of the ion beam 4 is corrected until the traveling angle θ ya or θ yc measured in the traveling angle measurement step falls within the first allowable range R 1 . can do.

その結果、ターゲット16に対するイオン注入において、より高精度の注入角制御が可能になる。その結果、例えば、ターゲット16の一例である半導体基板の表層部に半導体デバイスを製造する工程にイオン注入を用いる場合に、一つの半導体基板内におけるデバイス特性のばらつき低減、デバイス製造の歩留まり向上等を図ることができる。また、異なるロット間におけるデバイス特性のばらつき低減等にも効果がある。   As a result, more accurate implantation angle control can be performed in ion implantation for the target 16. As a result, for example, when ion implantation is used in the process of manufacturing a semiconductor device in the surface layer portion of a semiconductor substrate, which is an example of the target 16, it is possible to reduce variation in device characteristics within one semiconductor substrate, improve device manufacturing yield, etc. Can be planned. It is also effective in reducing variations in device characteristics between different lots.

更に、輸送途中のイオンビーム4が構造物に衝突する可能性を小さくして、イオンビーム4の輸送効率を向上させることもできる。その結果、例えば、ターゲット16の処理能力(スループット)を高めること等に効果がある。   Furthermore, the possibility that the ion beam 4 in the middle of transportation collides with the structure can be reduced, and the transport efficiency of the ion beam 4 can be improved. As a result, for example, it is effective to increase the processing capability (throughput) of the target 16.

図13に、引出し電極系74の傾き角度βy とイオンビーム4の進行角θy との関係を表す特性の一例を示す。これは、傾き角度βy を変化させると、ターゲット16付近での進行角θy がどの方向にどの位変化するかを表したものであり、各イオン注入装置に固有のものである。この特性から、進行角θy を0度に近づけるための修正に最適な傾き角度βy の大きさおよび方向(正負)を知ることができる。修正のためには、傾き角度βy の正負は、図の特性とは逆に見る。例えば、進行角θy がθy1のときは、傾き角度βy を−βy1にすれば良い。 FIG. 13 shows an example of characteristics representing the relationship between the inclination angle β y of the extraction electrode system 74 and the traveling angle θ y of the ion beam 4. This represents how much the advance angle θ y near the target 16 changes when the tilt angle β y is changed, and is specific to each ion implantation apparatus. From this characteristic, it is possible to know the magnitude and direction (positive / negative) of the inclination angle β y that is optimal for correction to make the advance angle θ y close to 0 degrees. For correction, the sign of the tilt angle β y is viewed opposite to the characteristic shown in the figure. For example, when the advance angle θ y is θ y1 , the tilt angle β y may be set to −β y1 .

従って当該イオン注入装置におけるこのような特性を予め調べておいて、それを上記進行角修正工程において用いても良い。そのようにすれば、進行角θy の修正をより速やかに行うことができる。 Therefore, such characteristics in the ion implantation apparatus may be examined in advance and used in the advance angle correction step. By doing so, the advance angle θ y can be corrected more quickly.

上記進行角測定工程で測定した進行角θyaまたはθycが第1の許容範囲R1 内に入った後に、進行角θy のx方向における分布を測定する上記進行角分布測定工程と、この進行角分布測定工程で測定した複数位置の進行角θy の内に、その大きさが第2の許容範囲R2 (図14参照)内から外れている進行角θy があるか否かを判定する進行角分布判定工程とを更に行っても良い。第2の許容範囲R2 は、上記第1の許容範囲R1 よりも広くしておく。例えば±0.3度程度にしておく。 The advancing angle distribution measuring step of measuring the distribution of the advancing angle θ y in the x direction after the advancing angle θ ya or θ yc measured in the advancing angle measuring step falls within the first allowable range R 1 ; It is determined whether or not there is a traveling angle θ y whose magnitude is out of the second allowable range R 2 (see FIG. 14) among the traveling angles θ y measured at the traveling angle distribution measurement step. You may further perform the advancing angle distribution determination process to determine. The second allowable range R 2 is set wider than the first allowable range R 1 . For example, it is set to about ± 0.3 degrees.

上記進行角分布測定工程では、一つの進行角θyaまたはθycを測定する上記進行角測定工程と違って、多点ファラデー24、28の複数の検出器を並列接続したり、x方向の中央付近の検出器を用いたりするのではなく、それぞれ複数の検出器を用いて、x方向の複数位置における進行角θy を測定する。測定した進行角分布P2 の一例を図14に示す。この進行角分布P2 は、図12中の進行角分布のP2 と同じものである。この図14の進行角分布P2 の場合は、許容範囲R2 から外れている進行角θy はない。 In the advance angle distribution measurement step, unlike the advance angle measurement step in which one advance angle θ ya or θ yc is measured, a plurality of multi-point Faraday 24 and 28 detectors are connected in parallel or in the center in the x direction. Instead of using nearby detectors, the plurality of detectors are used to measure the traveling angles θ y at a plurality of positions in the x direction. An example of the measured advance angle distribution P 2 is shown in FIG. This advance angle distribution P 2 is the same as the advance angle distribution P 2 in FIG. In the case of the travel angle distribution P 2 in FIG. 14, there is no travel angle θ y that is out of the allowable range R 2 .

上記のような判定を行うことによって、進行角分布の悪いイオンビーム4によるターゲット16へのイオン注入を防止することができる。その結果、例えば、ターゲット16の一例である半導体基板内に特性の悪い半導体デバイスが多く形成されて歩留まりが悪化したり、不良注入による半導体基板の損失や時間の損失等が発生することを防止することができる。   By performing the determination as described above, ion implantation into the target 16 by the ion beam 4 having a poor traveling angle distribution can be prevented. As a result, for example, a large number of semiconductor devices with poor characteristics are formed in a semiconductor substrate which is an example of the target 16 to prevent the yield from being deteriorated or the loss of the semiconductor substrate or the loss of time due to defective implantation. be able to.

制御装置50は、この実施形態では、(a)上記進行角測定工程と実質的に同じ内容の測定を行って、上記平均的な進行角θyaまたは中央付近の進行角θycを測定する進行角測定制御と、(b)この進行角測定制御で測定した進行角θyaまたはθycに基づいて上記電極駆動装置76を制御して、上記進行角修正工程と実質的に同じ内容の制御を行う進行角修正制御とを、進行角測定制御で測定した進行角θyaまたはθycが第1の許容範囲R1 内に入るまで1回ずつ以上行う機能を有している。従って、上記進行角測定工程および進行角修正工程と実質的に同じ内容の測定および制御を、制御装置50および電極駆動装置76を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。 In this embodiment, the control device 50 performs (a) measurement with substantially the same content as the above-described advance angle measurement step, and measures the average advance angle θ ya or the advance angle θ yc near the center. And (b) controlling the electrode driving device 76 based on the advancing angle θ ya or θ yc measured by the advancing angle measuring control, and performing control substantially the same as the advancing angle correcting step. The advance angle correction control is performed once or more until the advance angle θ ya or θ yc measured by the advance angle measurement control falls within the first allowable range R 1 . Therefore, since the measurement and control with substantially the same contents as the advance angle measurement step and the advance angle correction step can be performed using the control device 50 and the electrode driving device 76, labor saving can be achieved.

制御装置50において図13に示したような特性を用いる場合は、例えば、その特性を制御装置50内に格納しておけば良い。   When the characteristics as shown in FIG. 13 are used in the control device 50, for example, the characteristics may be stored in the control device 50.

制御装置50は、この実施形態では更に、上記進行角測定制御で測定した進行角θyaまたはθycが第1の許容範囲R1 内に入った後に、(a)上記進行角分布測定工程と実質的に同じ内容の進行角分布測定制御と、(b)この進行角分布測定制御で測定した複数位置の進行角θy の内に、その大きさが第2の許容範囲R2 内から外れている進行角θy があるか否かを判定してその結果を表す信号Sa を出力する進行角分布判定制御とを行う機能を有している。信号Sa は、例えば、許容範囲R2 から外れている進行角θy が一つでもあれば「1」になり、一つもなければ「0」になる。もちろん、この論理値と逆にしても良い。 In this embodiment, the control device 50 further includes (a) the advance angle distribution measuring step after the advance angle θ ya or θ yc measured by the advance angle measurement control is within the first allowable range R 1 . substantially advanced angle distribution measurement control of the same content, within the movement angle theta y of a plurality of positions measured in (b) the movement angle distribution measurement control, its size is disengaged from the second allowable range R within 2 has a function of performing a movement angle distribution determination control for outputting a signal S a representative of the result whether there is a movement angle theta y and are determined to. For example, the signal Sa is “1” if there is at least one advance angle θ y outside the allowable range R 2, and it is “0” if there is none. Of course, this logical value may be reversed.

従って、上記進行角分布測定工程および進行角分布判定工程と実質的に同じ内容の測定および判定を、制御装置50を用いて行うことができるので、省力化を図ることができる。また、制御装置50から出力される信号Sa を、警報出力や、イオン注入を止めるインターロック等に用いることができる。 Therefore, since the control device 50 can perform measurement and determination with substantially the same contents as the above-described advance angle distribution measurement step and advance angle distribution determination step, labor saving can be achieved. Further, the signal S a which is output from the control unit 50, alarm output or may be used to interlock the like to stop the ion implantation.

(4)イオンビームのx方向における進行角θx について
上記y方向における進行角θy に加えて、ターゲット16付近でのイオンビーム4のx方向における進行角θx (図15参照)についても、上記前段多点ファラデー24および後段多点ファラデー28を用いて測定し、更にそれを修正するようにしても良い。
(4) for movement angle theta x in the x direction of the ion beam in addition to the movement angle theta y in the y-direction, for the movement angle theta x in the x direction of the ion beam 4 in the vicinity target 16 (see FIG. 15), Measurement may be performed using the front multipoint Faraday 24 and the rear multipoint Faraday 28, and the correction may be made.

例えば、図1に示したイオン注入装置におけるように、ターゲット16付近におけるイオンビーム4がx方向の走査を経てリボン状をしている場合は(図3参照)、例えば特許第2969788号公報に記載されている技術と同様に、両多点ファラデー24、28を用いて、互いに対応する時刻におけるイオンビーム4のx方向における走査位置を上流側および下流側の2箇所で測定し、当該測定した走査位置間のx方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離に基づいて、ターゲット16付近でのイオンビームのx方向における進行角θx を測定する。 For example, as in the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, when the ion beam 4 in the vicinity of the target 16 has a ribbon shape after scanning in the x direction (see FIG. 3), it is described in, for example, Japanese Patent No. 2969788. In the same manner as in the technique, the scanning positions in the x direction of the ion beam 4 at the time corresponding to each other are measured at two positions on the upstream side and the downstream side using the multipoint Faraday 24 and 28, and the measured scanning is performed. Based on the distance in the x direction between the positions and the distance in the z direction between the two positions, the traveling angle θ x in the x direction of the ion beam near the target 16 is measured.

そして、進行角θx が例えば図15に示すような場合(この方向のθx を便宜上マイナスとする)、ビーム平行化器14に供給する電流または電圧を増加させて、ビーム平行化器14におけるイオンビーム4の曲げを強くする。進行角θx が上記とは逆のプラスの場合は、上記電流または電圧を減少させて、ビーム平行化器14におけるイオンビーム4の曲げを弱くする。これによって、進行角θx を0度に近づけることができる。 When the traveling angle θ x is, for example, as shown in FIG. 15 (θ x in this direction is negative for convenience), the current or voltage supplied to the beam collimator 14 is increased, and the beam collimator 14 The bending of the ion beam 4 is strengthened. When the advance angle θ x is a positive value opposite to the above, the current or voltage is decreased to weaken the bending of the ion beam 4 in the beam collimator 14. Thereby, the advance angle θ x can be brought close to 0 degree.

ターゲット16付近におけるイオンビーム4が図4に示した例のようにx方向の走査を経ずにリボン状をしている場合は、両多点ファラデー24、28の複数の検出器をそれぞれ用いて、イオンビーム4のx方向におけるビーム電流分布およびその中心位置(重心位置またはピーク位置)を上流側および下流側の2箇所で測定し、当該測定した中心位置間のx方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離に基づいて、イオンビーム4のx方向における進行角θx を測定する。 When the ion beam 4 in the vicinity of the target 16 is in the form of a ribbon without being scanned in the x direction as in the example shown in FIG. 4, a plurality of detectors of both multipoint Faraday 24 and 28 are used. The beam current distribution in the x direction of the ion beam 4 and its center position (center of gravity or peak position) are measured at two locations on the upstream and downstream sides, and the distance in the x direction between the measured center positions and the two locations are measured. Based on the distance in the z direction, the traveling angle θ x of the ion beam 4 in the x direction is measured.

そして、例えば上記ビーム平行化器14に相当するビーム偏向器を用いて、当該ビーム偏向器に供給する電流または電圧を上記と同様に増減させて、進行角θx を0度に近づける。 Then, for example, by using a beam deflector corresponding to the beam collimator 14, the current or voltage supplied to the beam deflector is increased or decreased in the same manner as described above, so that the advance angle θ x approaches 0 degrees.

上記のようにして、y方向における進行角θy に加えて、x方向における進行角θx も0度に近づける修正を行うことによって、x、y両方向の2次元において、より高精度の注入角制御を行うことが可能になる。 As described above, in addition to the movement angle theta y in the y-direction, by performing the movement angle theta x fixes closer to 0 degrees in the x-direction, x, the two-dimensional y directions, more accurate injection angle Control can be performed.

イオン注入装置の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of an ion implantation apparatus. イオン源の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of an ion source. x方向の走査を経て、x方向の寸法がy方向の寸法よりも大きい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。FIG. 4 is a schematic perspective view partially showing an example of a ribbon-like ion beam having a size in the x direction larger than a size in the y direction after scanning in the x direction. x方向の走査を経ることなく、x方向の寸法がy方向の寸法よりも大きい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 partially shows an example of the ribbon-shaped ion beam whose dimension in the x direction is larger than the dimension in the y direction without passing through the scanning in the x direction. イオンビームのy方向における進行角θy の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the advance angle (theta) y in the y direction of an ion beam. ターゲット付近におけるイオンビームの測定装置および制御装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measuring apparatus and control apparatus of an ion beam in the vicinity of a target. イオンビームのy方向のビーム電流密度分布j(y)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the beam current density distribution j (y) of the y direction of an ion beam. イオンビームのy方向における進行角θy のより詳しい定義を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the more detailed definition of the advance angle (theta) y in the y direction of an ion beam. 前段ビーム制限シャッターの位置でのy方向のビーム電流密度分布を測定する方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the method of measuring the beam current density distribution of the y direction in the position of a front | former stage beam limiting shutter. 前段ビーム制限シャッターの位置でのy方向のビーム電流密度分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the beam current density distribution of the y direction in the position of a front | former stage beam limiting shutter. 前段多点ファラデー周りの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example surrounding a front | former stage multipoint Faraday. イオンビームの進行角θy のx方向における分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of distribution in the x direction of the advance angle (theta) y of an ion beam. 引出し電極系の傾き角度βy とイオンビームの進行角θy との関係を表す特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the characteristic showing the relationship between inclination-angle (beta) y of an extraction electrode system, and the advance angle (theta) y of an ion beam. イオンビームの進行角θy のx方向における分布の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of distribution in the x direction of the advance angle (theta) y of an ion beam. イオンビームのx方向における進行角θx の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the advance angle (theta) x in the x direction of an ion beam.

符号の説明Explanation of symbols

2 イオン源
4 イオンビーム
16 ターゲット
24 前段多点ファラデー
28 後段多点ファラデー
50 制御装置
74 引出し電極系
76 電極駆動装置
θx 、θy 、θya、θyc 進行角
2 Ion source 4 Ion beam 16 Target 24 Previous stage multi-point Faraday 28 Rear stage multi-point Faraday 50 Controller 74 Extraction electrode system 76 Electrode driver θ x , θ y , θ ya , θ yc advance angle

Claims (4)

イオンビームの設計上の進行方向をz方向とし、z方向と実質的に直交する平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、引出し電極系を有するイオン源から引き出したイオンビームであって、x方向の走査を経て、またはx方向の走査を経ることなく、x方向の寸法がy方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームをターゲットに照射する構成の装置であって、ターゲットに照射される際の前記イオンビームはx方向において実質的に平行ビームであり、かつターゲット付近におけるイオンビーム進行方向の相対的に上流側および下流側に設けられていて、イオンビームのビーム電流を測定する複数の検出器がx方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを有しているイオン注入装置において、
前記前段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続し、かつ後段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続した状態で、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定する進行角測定工程と、
当該進行角測定工程で測定した進行角を小さくする方向に、前記イオン源の引出し電極系のy方向における傾き角度を変化させて、前記イオン源から引き出すイオンビームのy方向における角度を変化させる進行角修正工程とを、
前記進行角測定工程で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで1回ずつ以上行い、
かつ、予め調べておいた当該イオン注入装置における前記引出し電極系の傾き角度と前記イオンビームの進行角との関係を表す特性を、前記進行角修正工程において用いることを特徴とするイオンビームの進行角修正方法。
When the traveling direction in the design 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, the ion beam is extracted from the ion source having the extraction electrode system. An apparatus configured to irradiate a target with a ribbon-like ion beam having a dimension in the x direction larger than that in the y direction without passing through the x direction scan or the x direction scan. The ion beam at the time of irradiation to the target is a substantially parallel beam in the x direction, and is provided relatively upstream and downstream in the ion beam traveling direction in the vicinity of the target. A plurality of detectors for measuring the beam current of the front stage and the rear stage multipoint Faraday, each of which is arranged in parallel in the x direction. In the ion implantation apparatus,
A plurality of front-stage multipoint Faraday detectors are electrically connected in parallel with each other, and a plurality of rear-stage multipoint Faraday detectors are electrically connected in parallel with each other, and each multipoint Faraday is ion beam in the y direction. So that the center position in the y direction of the ion beam is obtained at two locations upstream and downstream in the ion beam traveling direction, and the distance in the y direction between the center positions and the distance between the two locations is determined. a traveling angle measurement step of measuring a traveling angle in the y direction of the ion beam near the target using the distance in the z direction;
Progression of changing the angle of the ion beam extracted from the ion source in the y direction by changing the tilt angle in the y direction of the extraction electrode system of the ion source in the direction of decreasing the advance angle measured in the advance angle measurement step. Corner correction process,
Do one or more times until the advance angle measured in the advance angle measurement step falls within the first allowable range,
And the progress of the ion beam, characterized in that the characteristic representing the relationship between the movement angle of the tilt angle between the ion beam of the extraction electrode system in the ion implantation apparatus which has been examined beforehand, is used in the travel angle correction step Corner correction method.
前記進行角測定工程で測定した進行角が第1の許容範囲内に入った後に、
前記前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを用いて、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定し、しかもこのような測定をx方向の複数位置において行う進行角分布測定工程と、
当該進行角分布測定工程で測定した複数位置の進行角の内に、その大きさが第2の許容範囲内から外れている進行角があるか否かを判定する進行角分布判定工程とを更に行う請求項記載のイオンビームの進行角修正方法。
After the advance angle measured in the advance angle measurement step falls within the first allowable range,
Using the preceding multi-point Faraday and subsequent multi-point Faraday, the ion beam is gradually incident on each multi-point Faraday in the y direction, and the center position of the ion beam in the y direction is set upstream of the ion beam traveling direction and Using the distance in the y direction between the center positions and the distance in the z direction between the two positions measured at two downstream locations, the advancing angle in the y direction of the ion beam near the target is measured, and this Advancing angle distribution measuring step for performing such measurement at a plurality of positions in the x direction;
A progress angle distribution determining step for determining whether or not there is a progress angle whose magnitude is out of the second allowable range among the advance angles measured at the progress angle distribution measuring step. movement angle correction method of the ion beam according to claim 1, wherein performing.
イオンビームの設計上の進行方向をz方向とし、z方向と実質的に直交する平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、引出し電極系を有するイオン源から引き出したイオンビームであって、x方向の走査を経て、またはx方向の走査を経ることなく、x方向の寸法がy方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームをターゲットに照射する構成の装置であって、ターゲットに照射される際の前記イオンビームはx方向において実質的に平行ビームであり、かつターゲット付近におけるイオンビーム進行方向の相対的に上流側および下流側に設けられていて、イオンビームのビーム電流を測定する複数の検出器がx方向にそれぞれ並設されて成る前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを有しているイオン注入装置において、
前記イオン源の引出し電極系の少なくともy方向における傾き角度を変化させる機能を有する電極駆動装置を備えており、
更に、(a)前記前段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続し、かつ後段多点ファラデーの複数の検出器を互いに電気的に並列接続した状態で、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定する進行角測定制御と、(b)当該進行角測定制御で測定した進行角に基づいて前記電極駆動装置を制御して、当該進行角を小さくする方向に、前記イオン源の引出し電極系のy方向における傾き角度を変化させて、前記イオン源から引き出すイオンビームのy方向における角度を変化させる進行角修正制御とを、前記進行角測定制御で測定した進行角が第1の許容範囲内に入るまで1回ずつ以上行う機能を有している制御装置を備えており、
かつ前記制御装置は、予め調べておいた当該イオン注入装置における前記引出し電極系の傾き角度と前記イオンビームの進行角との関係を表す特性を、前記進行角修正制御において用いるものであることを特徴とするイオン注入装置。
When the traveling direction in the design 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, the ion beam is extracted from the ion source having the extraction electrode system. An apparatus configured to irradiate a target with a ribbon-like ion beam having a dimension in the x direction larger than that in the y direction without passing through the x direction scan or the x direction scan. The ion beam at the time of irradiation to the target is a substantially parallel beam in the x direction, and is provided relatively upstream and downstream in the ion beam traveling direction in the vicinity of the target. A plurality of detectors for measuring the beam current of the front stage and the rear stage multipoint Faraday, each of which is arranged in parallel in the x direction. In the ion implantation apparatus,
An electrode driving device having a function of changing an inclination angle in at least the y direction of the extraction electrode system of the ion source;
Further, (a) a plurality of front-stage multipoint Faraday detectors are electrically connected in parallel with each other, and a plurality of rear-stage multipoint Faraday detectors are electrically connected in parallel with each other, As the ion beam gradually enters in the y direction, the center position of the ion beam in the y direction is obtained at two locations upstream and downstream in the ion beam traveling direction, and the distance between the center positions in the y direction and Based on the advancing angle measurement control that measures the advancing angle in the y direction of the ion beam near the target using the distance in the z direction between the two locations, and (b) based on the advancing angle measured by the advancing angle measurement control. By controlling the electrode driving device, the inclination angle in the y direction of the extraction electrode system of the ion source is changed in the direction of decreasing the advance angle, A function of performing the advance angle correction control for changing the angle in the y direction of the ion beam to be emitted at least once until the advance angle measured by the advance angle measurement control falls within the first allowable range. Equipped with a control device,
And wherein the control device, that the characteristics representing the relationship between the movement angle of the tilt angle between the ion beam of the extraction electrode system in the ion implantation apparatus which has been examined beforehand, is to use in the traveling angle correction control A featured ion implanter.
前記制御装置は、前記進行角測定制御で測定した進行角が第1の許容範囲内に入った後に、(a)前記前段多点ファラデーおよび後段多点ファラデーを用いて、各多点ファラデーにy方向においてイオンビームが徐々に入射するようにして、イオンビームのy方向における中心位置をイオンビーム進行方向の上流側および下流側の2箇所で求めて、当該中心位置間のy方向における距離および前記2箇所間のz方向における距離を用いて、ターゲット付近でのイオンビームのy方向における進行角を測定し、しかもこのような測定をx方向の複数位置において行う進行角分布測定制御と、(b)当該進行角分布測定制御で測定した複数位置の進行角の内に、その大きさが第2の許容範囲内から外れている進行角があるか否かを判定してその結果を表す信号を出力する進行角分布判定制御とを行う機能を更に有している請求項記載のイオン注入装置。 After the advance angle measured by the advance angle measurement control falls within the first allowable range, the control device uses (a) the multi-stage Faraday and the multi-stage Faraday of the preceding stage to generate y for each multi-point Faraday. The center position in the y direction of the ion beam is obtained at two locations on the upstream side and the downstream side in the ion beam traveling direction so that the ion beam gradually enters in the direction, and the distance in the y direction between the center positions Advancing angle distribution measurement control in which the advancing angle in the y direction of the ion beam near the target is measured using the distance in the z direction between the two locations, and such a measurement is performed at a plurality of positions in the x direction; ) It is determined whether or not there is a traveling angle whose magnitude is out of the second allowable range among the traveling angles measured by the traveling angle distribution measurement control. And it outputs a signal representative of the movement angle distribution determining control and further comprising in that claim 3 ion implantation apparatus according a function of performing.
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