TWI654648B - Ion implantation device and control method of ion implantation device - Google Patents

Ion implantation device and control method of ion implantation device

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TWI654648B
TWI654648B TW104121705A TW104121705A TWI654648B TW I654648 B TWI654648 B TW I654648B TW 104121705 A TW104121705 A TW 104121705A TW 104121705 A TW104121705 A TW 104121705A TW I654648 B TWI654648 B TW I654648B
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香川唯信
弓山敏男
黒瀬猛
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日商住友重機械離子技術有限公司
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Abstract

本發明提供一種離子植入裝置以及離子植入裝置的控制方法，其課題為提高施加於電極裝置之電壓的精度。本發明的離子植入裝置具備：高電壓電源(90)；控制裝置(104)，生成控制高電壓電源(90)的輸出電壓(HVO)之指令訊號；電極裝置(80)，施加有輸出電壓(HVO)；及測定裝置(120)，用於計測施加於電極裝置(80)之實際電壓(HVR)。控制裝置(104)包括：第1生成部(110)，生成用於向高電壓電源(90)輸出目標電壓之第1指令訊號；第2生成部(112)，生成對第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由測定裝置(120)計測之實際電壓(HVR)成為目標電壓或接近目標電壓的電壓；及指令部(114)，向高電壓電源(90)輸出由合成第1指令訊號及第2指令訊號而獲得之合成指令訊號。

Description

離子植入裝置以及離子植入裝置的控制方法
本發明係有關一種離子植入裝置。
半導體製造製程中，出於改變導電性以及半導體晶圓的結晶構造之目的等而規範地實施向半導體晶圓植入離子之製程(以下有時稱為“離子植入製程”)。在離子植入製程使用之裝置被稱為離子植入裝置，該裝置具有藉由離子源生成離子，並使生成之離子加速以形成離子束之功能；及將該離子束輸送至真空處理室，並向處理室內的晶圓照射離子束之功能。
離子植入裝置例如構成為，沿著射束路線配置有離子源、引出電極、質量分析磁鐵裝置、射束掃描裝置、射束平行化裝置、角能量過濾器裝置、晶圓處理室等，並向半導體用基板亦即晶圓植入離子。構成射束路線之該等裝置利用在施加有電壓之電極之間產生之電場和磁鐵裝置所產生之磁場來控制離子束。例如，為了控制施加於構成射束路線之裝置的電極之間之電壓，組合利用高輸出專用電源與低輸出專用電源(參閱專利文獻1)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平10-112277號公報
若施加於構成射束路線之裝置的電極之電壓發生變化，則藉由射束路線輸送之離子束的軌道和對晶圓的入射角度亦會發生變化。若離子束的軌道和對晶圓的入射角度發生變化，則離子束與晶圓之間的相互作用的態樣亦發生變化，可能會影響到離子植入的處理結果。
本發明的一種態樣的例示目的之一為提供一種提高施加於電極裝置之電壓的精度之技術。
本發明的一種態樣的離子植入裝置具備：高電壓電源；控制裝置，生成控制高電壓電源的輸出電壓之指令訊號；電極裝置，施加有輸出電壓；及測定裝置，用於計測施加於電極裝置之實際電壓。控制裝置包括：第1生成部，生成用於向高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；第2生成部，生成對第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由測定裝置計測之實際電壓成為目標電壓或接近目標電壓的電壓；及指令部，向高電壓電源輸出由合成第1指令訊號及第2指令訊號而獲得之合成指令訊號。
本發明另一態樣為一種離子植入裝置的控制方法。該方法為如下離子植入裝置的控制方法，該離子植入裝置具 備：高電壓電源；控制裝置，生成控制高電壓電源的輸出電壓之指令訊號；電極裝置，施加有輸出電壓；及測定裝置，用於計測施加於電極裝置之實際電壓，該方法包括下列製程：生成用於向高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；生成對第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由測定裝置計測之實際電壓成為目標電壓或接近目標電壓的電壓；及向高電壓電源輸出由合成第1指令訊號及第2指令訊號而獲得之合成指令訊號。
另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件和表現形式者，作為本發明的態樣同樣有效。
依本發明，能夠提高施加於電極裝置之電壓的精度。
10‧‧‧離子源
11‧‧‧引出電極
34‧‧‧射束掃描器
80‧‧‧電極裝置
90‧‧‧高電壓電源
100‧‧‧離子植入裝置
104‧‧‧控制裝置
106‧‧‧管理部
110‧‧‧第1生成部
112‧‧‧第2生成部
114‧‧‧指令部
120‧‧‧測定裝置
125‧‧‧分壓器
126‧‧‧測定端子
127‧‧‧分壓端子
128‧‧‧基準端子
132‧‧‧冷卻機構
200‧‧‧離子植入裝置
HVO‧‧‧輸出電壓
HVT‧‧‧目標電壓
HVR‧‧‧實際電壓
△HV‧‧‧目標補正電壓
SA‧‧‧第1指令值
SB‧‧‧第2指令值
VT1‧‧‧第1臨限值電壓
VT2‧‧‧第2臨限值電壓
第1圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置之頂視圖。
第2圖係表示第1圖所示之射束輸送線單元的一部份的概略構成之平面圖。
第3圖係表示第1圖所示之最終能量過濾器的概略構成之側視圖。
第4圖係表示控制裝置的功能構成之方塊圖。
第5圖係模式表示指令電壓與輸出電壓之間的關係之 曲線圖。
第6圖係模式表示測定裝置所具有之分壓器的構成之圖。
第7圖係模式表示單位指令電壓與步階電壓之間的關係之曲線圖。
第8圖係表示目標電壓與實際電壓之間產生偏差之情形之曲線圖。
第9圖係表示補正目標電壓與實際電壓之間的偏差之情形之曲線圖。
第10圖係表示補正目標電壓與實際電壓之間的偏差之情形之曲線圖。
第11圖係表示在輸出電壓補正模式下補正實際電壓之情形之曲線圖。
第12圖係表示在輸出電壓穩定化模式下補正實際電壓之情形之曲線圖。
第13圖係表示由控制裝置進行之電壓控制的動作之流程圖。
第14圖係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的概略構成之平面圖。
以下，參閱附圖對用於實施本發明之形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同的要件標註相同的元件符號，並適當省略重複說明。並且，以下所述構成為例示， 並非對本發明的範圍做任何限定者。
第1圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置100之頂視圖。第1圖中顯示離子植入裝置100的射束路線部的構成要件的佈局。離子植入裝置100的射束路線部具備離子源10及被處理物用處理室，且構成為從離子源10向被處理物(例如基板或晶圓40)輸送離子束B。
本說明書中為便於說明，將沿射束路線部的基準軌道之方向表示為z方向，將與z方向正交之方向表示為x方向。並且，將與z方向及x方向正交之方向表示為y方向。本實施形態中x方向為水平方向，y方向為垂直方向。
離子植入裝置100適於所謂的高能量離子植入裝置。 高能量離子植入裝置為具有高頻線性加速方式的離子加速器和高能量離子輸送用射束路線之離子植入裝置。高能量離子植入裝置將在離子源10產生之離子加速為高能量，並沿著射束路線將藉此獲得之離子束B輸送至被處理物，並向被處理物植入離子。
如第1圖所示，離子植入裝置100具備：離子束生成單元12，藉由生成離子來進行質量分析；高能量多段直線加速單元14，使離子束加速以成為高能量離子束；射束偏向單元16，將高能量離子束的軌道彎曲成U字形；射束輸送線單元18，將高能量離子束輸送至晶圓40；及基板處理供給單元20，將所輸送之高能量離子束均勻地 植入到半導體晶圓。
離子束生成單元12具有離子源10、引出電極11及質量分析裝置22。離子束生成單元12中，射束從離子源10通過引出電極11引出同時被加速，被引出加速之射束藉由質量分析裝置22進行質量分析。質量分析裝置22具有質量分析磁鐵22a及質量分析狹縫22b。質量分析狹縫22b有時配置於質量分析磁鐵22a的正後方，而實施例中則配置於其後一構成亦即高能量多段直線加速單元14的入口部內。
經質量分析裝置22進行質量分析之結果，僅篩選出植入所需的離子種類，所選離子種類的離子束被導入到下一高能量多段直線加速單元14。高能量多段直線加速單元14具備第1線性加速器15a，該第1線性加速器具備高能量離子植入用、基本的複數段高頻諧振器。高能量多段直線加速單元14亦可具備第2線性加速器15b，該第2線性加速器具備超高能量離子植入用追加的複數段高頻諧振器。經高能量多段直線加速單元14加速之離子束的方向藉由射束偏向單元16發生變化。
從使離子束高加速之高頻(交流方式)的高能量多段直線加速單元14出來之高能量離子束具有某一範圍的能量分佈。因此，為了使後段的高能量離子束射束掃描及射束平行化以照射到機械地掃描移動中的晶圓中，需要事先實施高精度的能量分析、中心軌道補正及射束收斂發散的調整。
射束偏向單元16進行高能量離子束的能量分析、中心軌道補正及能量分散的控制。射束偏向單元16具備至少2個高精度偏向電磁鐵、至少1個能量寬度限制狹縫和能量分析狹縫、及至少一個橫向收斂設備。複數個偏向電磁鐵構成為，進行高能量離子束的能量分析、離子植入角度的精密的補正、及能量分散的抑制。
射束偏向單元16具有：能量分析電磁鐵24；抑制能量分散之橫向收斂四極透鏡26；能量分析狹縫28；及提供轉向(軌道補正)之轉向電磁鐵30。能量分析電磁鐵24為射束偏向單元16的複數個偏向電磁鐵中最上游側的1個。轉向電磁鐵30為射束偏向單元16的複數個偏向電磁鐵中最下游側的1個。另外，能量分析電磁鐵24有時被稱為能量過濾器電磁鐵(EFM)。高能量離子束藉由射束偏向單元16轉換方向，並朝向晶圓40的方向。
通過射束偏向單元16的各偏向電磁鐵時的離子上有離心力和洛侖磁力作用，藉由它們的平衡描繪圓弧形軌跡。若以公式表示該平衡，則為mv=qBr。m為離子的質量，v為速度，q為離子價，B為偏向電磁鐵的磁通量密度，r為軌跡的曲率半徑。只有該軌跡的曲率半徑r與偏向電磁鐵的磁極中心的曲率半徑一致的離子才能通過偏向電磁鐵。換言之，離子價相同時，能夠通過施加有恆定磁場B之偏向電磁鐵者只有具有特定運動量mv之離子。EFM被稱為能量分析電磁鐵，而實際上為分析離子的運動量之裝置。BM和離子生成單元的質量分析電磁鐵亦均為 運動量過濾器。
並且，射束偏向單元16藉由使用複數個磁鐵能夠使離子束偏向180°。藉此，能夠以簡單構成實現射束路線為U字形的高能量離子植入裝置。
如上所述，使在離子源產生之離子加速而輸送並打入到晶圓之離子植入裝置中，射束偏向單元16在高能量多段直線加速單元14與射束輸送線單元18之間，藉由複數個電磁鐵進行離子束的180°偏向。能量分析電磁鐵24及轉向電磁鐵30的偏向角度分別為90度，其結果，合計偏向角度為180度。另外，用一個磁鐵進行之偏向量不限於90°，亦可以是下列組合。
(1)1個偏向量為90°的磁鐵+2個偏向量為45°的磁鐵
(2)3個偏向量為60°的磁鐵
(3)4個偏向量為45°的磁鐵
(4)6個偏向量為30°的磁鐵
(5)1個偏向量為60°的磁鐵+1個偏向量為120°的磁鐵
(6)1個偏向量為30°的磁鐵+1個偏向量為150°的磁鐵
能量分析電磁鐵24需要較高的磁場精度，因此其上安裝有進行精密的磁場測定之高精度磁場測定器86。磁場測定器86係適當組合還被稱為MRP(磁共振探針)之NMR(核磁共振)探針與霍爾探針者，MRP用於霍爾探 針的校正；霍爾探針用於磁場恆定的反饋控制。並且，能量分析電磁鐵24以嚴格的精度製成，以使磁場的不均性小於0.01%。同樣，在轉向電磁鐵30上亦設有磁場測定器86。另外，轉向電磁鐵30的磁場測定器86上可以僅安裝有霍爾探針。而且，能量分析電磁鐵24及轉向電磁鐵30上分別連接有電流設定精度和電流穩定度在1×10-4以內的電源及其控制設備。
射束輸送線單元18係輸送從射束偏向單元16出來之離子束B者，且具有由收斂/發散透鏡組構成之射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及靜電式最終能量過濾器38(包括最終能量分離狹縫)。射束輸送線單元18的長度配合離子束生成單元12和高能量多段直線加速單元14的長度而設計。射束輸送線單元18藉由射束偏向單元16與高能量多段直線加速單元14相連，整體形成U字形佈局。
第2圖係表示射束輸送線單元18的一部份的概略構成之平面圖。藉由射束偏向單元16(參閱第1圖)僅分離出需要的離子種類，只有成為所需能量值的離子之射束藉由射束整形器32被整形成所希望的剖面形狀。如圖所示，射束整形器32由Q(四極)透鏡等(電場式或磁場式)的收斂/發散透鏡組構成。具有被整形之剖面形狀之射束藉由射束掃描器34向與第2圖的紙面平行的方向進行掃描。例如構成為，由橫向收斂(縱向發散)透鏡QF/橫向發散(縱向收斂)透鏡QD/橫向收斂(縱向發散)透 鏡QF構成之三合Q透鏡組。射束整形器32可視需要，以橫向收斂透鏡QF或橫發散透鏡QD單獨構成，或組合複數個透鏡構成。
射束掃描器34構成為，藉由以週期性變化之偏向角度在掃描原點S使離子束向x方向偏向來掃描離子束。掃描原點S為入射到射束掃描器34之入射射束軌道的延長線L1(37b)與從射束掃描器34射出之出射射束軌道37a、37c的延長線的交點。
射束掃描器34為藉由週期變動之電場向與離子束的行進方向正交之水平方向週期性往復掃描離子束之偏向掃描裝置。如第2圖所示，射束掃描器34在射束行進方向上具備隔著離子束的通過區域相對向配置之一對(2片)掃描電極34a、34b(二極式偏向掃描電極)，與以0.5Hz~4000Hz範圍的一定頻率正負變動之三角波近似之掃描電壓分別以相反符號施加於2片掃描電極34a、34b。該掃描電壓在2片掃描電極34a、34b的間隙內生成使通過該處之射束偏向之變動電場。並且，藉由掃描電壓的週期性變動，向水平方向掃描通過間隙之射束。
在射束掃描器34的下游側，在離子束的通過區域具有開口之抑制電極74被配置於2個接地電極78a、78b之間。在上游側，在掃描電極的前方配置有接地電極76a，但可視需要配置與下游側相同構成的抑制電極。抑制電極抑制電子侵入到正電極。
掃描室內構成為，在射束掃描器34的下游側的較長 區間內設有射束掃描空間部34c，即使射束掃描角度較窄時亦可得到充份的掃描寬度。在位於射束掃描空間部34c的下游之掃描室後方設有射束平行化器36，該射束平行化器將已偏向之離子束調整成為射束掃描偏向前的離子束的方向，亦即，將已偏向之離子束回彎成與延長線L1平行。
射束平行化器36產生之像差(射束平行化器的中心部與左右端部的焦點距離之差)，係和射束掃描器34的偏向角的平方成比例，因此藉由加長射束掃描空間部34c來縮小偏向角非常有益於抑制射束平行化器36的像差。若像差較大，則向半導體晶圓植入離子束時，射束尺寸和射束發散角在晶圓的中心部和左右端部有所不同，因此產品的品質會產生偏差。
並且，藉由調整該射束掃描空間部34c的長度，能夠使射束輸送線單元的長度與高能量多段直線加速單元14的長度匹配。
射束平行化器36構成為，使從射束掃描器34入射之離子束平行，且在射束平行化器36的下游形成沿x方向(水平方向)擴展之射束通過區域。射束平行化器36例如為靜電式射束平行化器。
射束平行化器36上配置有電場式平行化透鏡84。如第2圖所示，平行化透鏡84由大致呈雙曲線形狀的複數個加速電極對和減速電極對構成。各電極對以不引起放電左右的寬度隔著加速/減速間隙相對，加速減速間隙中形 成有電場，該電場為兼有引起離子束的加減速之軸向分量及隨著自基準軸起的距離成比例增強而向離子束賦予橫向收斂作用之橫向分量。
以隔著加速間隙之電極對之中位於下游側的電極、減速間隙的上游側的電極、減速間隙的下游側的電極、與下一個加速間隙的上游側的電極成為相同電位的方式分別形成一體構造體。
從上游側觀察平行化透鏡84時的第一個的電極亦即入射電極84a與最後一個電極亦即出射電極84g，係被保持於接地電位。藉此，通過平行化透鏡84前後，射束能量不發生變化。
平行化透鏡84的中間電極構造體中，在構成加速間隙的出口側電極和減速間隙的入口側電極之第1電極組體84b、84d、84f上，連接有用於施加可變式定電壓之平行化透鏡用負電源91a。並且，在構成減速間隙的出口側電極與加速間隙的入口側電極之第2電極組體84c、84e上，連接有用於施加可變式定電壓之平行化透鏡用正電源91b。藉此，離子束反覆進行加速和減速，同時逐步朝向與射束路線的基準軌道平行的方向。並且，最終跟上與偏向掃描前的離子束行進方向(射束路線軌道方向)平行的軌道。
如第2圖所示，射束平行化器36在基準軌道(例如，第2圖所示之射束路線L1)上具有焦點F0。入射到射束平行化器36之複數個射束軌道37a、37b、37c相對 於基準軌道分別具有不同的角度。射束平行化器36被設計成，分別使複數個射束軌道37a、37b、37c按照入射角度以不同的偏向角度偏向，藉此複數個射束軌道37a、37b、37c與基準軌道平行。射束平行化器36按照所給離子植入條件(例如包括目標射束能量)接收預先設定之電輸入(例如電壓)而進行工作。
複數個射束軌道37a、37b、37c位於包括基準軌道之同一平面上，該平面上自焦點F0到射束平行化器36分別被賦予不同入射角度的方向。本實施形態中複數個射束軌道37a、37b、37c為由射束掃描器34進行之掃描的結果，因此該平面相當於射束掃描器34的掃描面(xz面)。該等射束軌道中的任意軌道(第2圖中為射束軌道37b)可以與基準軌道一致。第2圖所示之實施形態中，基準軌道在射束平行化器36中不偏向而在射束平行化器36中筆直行進。
本實施形態之離子植入裝置100構成為，射束平行化器36的焦點F0與射束掃描器34的掃描原點S一致。藉此，掃描原點S中由射束掃描器34掃描之射束藉由包括電場平行化透鏡等之射束平行化器36收斂，相對於與掃描前的離子束行進方向(射束路線軌道方向)平行的偏向角為0度的軸(基準軸)平行。此時，掃描區域關於基準軸左右對稱。
如此，射束輸送線單元18進行高能量離子束的射束掃描及射束平行化。被平行化之離子束通過最終能量過濾 器38供給到基板處理供給單元20。被平行化之離子束機械地、高精度地照射到掃描移動中的晶圓40中，並向晶圓40植入離子。
第3圖係表示第1圖所示之最終能量過濾器38的概略構成之側視圖。從射束平行化器36出來之離子束被送到角能量過濾器(AEF；Angular Energy Filter)亦即最終能量過濾器38。最終能量過濾器38中進行有關植入到晶圓之前的離子束的能量之最終分析，僅選出所需能量值的離子種類，並且去除未中和之價數的中性粒子和不同離子價數的離子。最終能量過濾器38由AEF電極94構成，該AEF電極為由在射束路線軌道方向的上下方向上相對向之至少一對平面或曲面構成之板狀的偏向電極。AEF電極94配合在射束路線軌道方向的上下方向上藉由最終能量過濾器38本身的偏向作用向下方彎曲之離子束軌道而屈曲。
如第3圖所示，電場偏向用電極由至少一對AEF電極94構成，且以從上下方向夾持離子束之方式配置。至少一對AEF電極94中，上側AEF電極94a上連接有用於施加正電壓之AEF電極用正電源92a，下側AEF電極94b上連接有用於施加負電壓之AEF電極用負電源92b。因電場而偏向時，藉由在至少一對AEF電極94之間產生之電場的作用，使離子束以約10~20度的角度θ向下方偏向，並僅選出目標能量的離子束。並且，最終能量過濾器38中，只有所選價數的離子束以所設定之軌道角度θ向 下方偏向。由如此選中之離子種類構成之離子束以準確的角度相同地照射到被照射物亦即晶圓40中。
實際上使高能量射束偏向時，如第3圖所示，在上下方向上相對向之至少一對板狀的AEF電極94設成如下電極時在製作精度和經濟效益方面優異，亦即，配合離子束軌道而屈曲時，配合偏向角和曲率半徑而前後分成n個(n為2以上的整數)，且每個上部電極及下部電極各自保持相同電位之板狀電極。例如，AEF電極94如圖所示被分成3個。另外，前後被分成n個之板狀偏向電極除了使上部電極及下部電極分別保持相同電位之構成之外，還可以作為分成n個的上下成對之板狀電極而分別設定不同電位。
藉由採取該種構造，能夠將電場式能量過濾器搭載到高能量掃描射束輸送線上。由於藉由電場使射束向與射束掃描面正交之方向偏向，因此不會影響射束掃描方向的植入離子密度分佈(均勻性)，而能夠進行能量分析。
而且，藉由搭載最終能量過濾器38，該射束路線上搭載有高能量多段直線加速單元14的高頻線性加速裝置、射束偏向單元16的能量分析電磁鐵24及轉向電磁鐵30共3種類型的射束過濾器。如上所述，高能量多段直線加速單元14為速度(v)過濾器，射束偏向單元16為運動量(mv)過濾器，最終能量過濾器38如其名為能量(mv2/2)過濾器。這樣藉由搭上方式不同的三重過濾器，相比從前，能夠將能量純度高且粒子和金屬污染較少 的很純的離子束供給到晶圓。
另外，功能上而言，能量分析電磁鐵24可以以高分解能進行穿過高能量多段直線加速單元14之能量污染的去除和能量寬度的限制。並且，最終能量過濾器38以較低的分解能，在藉由能量分析電磁鐵24進行能量分析之後的射束輸送線單元，主要承擔去除價數因抗蝕劑釋氣(Resist outgassing)而改變之離子之作用。
最終能量過濾器38具備設置於AEF電極94的上游側之接地電極96和設置於下游側之抑制電極裝置98。抑制電極裝置98具有在兩片接地電極之間設有1片抑制電極之構成，且抑制電子侵入到施加有正電壓之上側AEF電極94a。
如第1圖所示，射束輸送線單元18的下游側的終端設有基板處理供給單元20，植入處理室中收納有：計測離子束B的射束電流、位置、植入角度、收斂發散角及上下左右方向的離子分佈等之射束監控器102；防止基於離子束B之晶圓40的帶電之帶電防止裝置；搬入搬出晶圓40並將其設置於適當的位置/角度之晶圓搬送機構；離子植入中保持晶圓40之ESC(Electro Static Chuck)；及以與植入中射束電流的變動相對應之速度使晶圓40向射束掃描方向和垂直方向移動之晶圓掃描機構。基板處理供給單元20構成為，提供晶圓40的機械掃描。
射束監控器102構成為，測定離子束B對被處理物的x方向植入角度。射束監控器102例如為以0.1°以下的測 定誤差測定射束角度之高精度角度監控器。並且，射束監控器102構成為，測定離子束B對被處理物的x方向植入位置。因此，射束監控器102亦為離子束的位置監控器。 射束監控器102事先在被處理物的位置或其附近的測定位置測定離子束B，並在植入處理中避開測定位置而停止測定或者在測定位置附近監控射束。
射束監控器102可具備具有已知位置之狹縫及配置於狹縫的下游之射束檢測器。射束檢測器例如具有一維或二維排列之射束檢測元件。根據由射束檢測器檢測之射束受光點與狹縫的相對位置，能夠獲取離子束B的行進方向。 射束監控器102可以在與基準軌道垂直的面內(例如向射束掃描方向)移動，亦可以在該面內的任意位置測定射束角度。
另外，射束監控器102可配置於射束平行化器36與被處理物之間，並在被處理物的上游測定離子束B。或者，射束監控器102可配置於被處理物的背後，並在被處理物的下游測定離子束B。
並且，離子植入裝置100具備用於控制整體或局部離子植入裝置100(例如射束路線部的整體或其局部)之控制裝置104。控制裝置104構成為，依據射束監控器102的測定結果對轉向電磁鐵30中的偏向磁場進行補正，或控制射束掃描器34中的掃描電壓。
並且，控制裝置104控制用於對設置於射束輸送線單元18之電極裝置施加可變式定電壓之高電壓電源的動 作。其中，設置於射束輸送線單元18之電極裝置為射束平行化器36中的平行化透鏡84和最終能量過濾器38中的AEF電極94等。並且，向該等電極裝置施加定電壓之高電壓電源為射束平行化器36中的平行化透鏡用電源91a、91b和最終能量過濾器38中的AEF電極用電源92a、92b等。本實施例中，藉由精度良好地控制施加於該等電極裝置之電壓，來提高入射到晶圓40之離子束的平行度和入射角度的精度，並提高離子植入處理的品質。
第4圖係表示控制裝置104的功能構成之方塊圖。控制裝置104與用於向電極裝置80施加定電壓HVO之高電壓電源90、及用於計測施加於電極裝置80之實際電壓HVR之測定裝置120連接。控制裝置104發送控制高電壓電源90的輸出電壓之指令訊號，以便藉由測定裝置120計測之實際電壓HVR成為目標電壓或接近目標電壓的電壓。
本說明書的方塊圖中所示之各個方塊中，硬體方面能夠藉由電腦的CPU為代表的元件或機械裝置來實現，軟體方面能夠藉由電腦程式等來實現，此處描繪的是藉由它們的相互協作來實現之功能方塊。因此，該等功能方塊能夠藉由組合硬體和軟體而以各種形式來實現，這是被本領域技術人員所認同的。
電極裝置80為具備施加有來自高電壓電源90的輸出電壓HVO之電極體之裝置，例如為包括上述平行化透鏡84之平行化透鏡電極裝置或包括上述AEF電極94之角能 量過濾器電極裝置等。電極裝置80可以是用於從上述離子源10引出離子之引出電極11，只要是具有設置於離子植入裝置100之靜電式電極構造之裝置，則亦可以是任意裝置。電極裝置80例如可以是設置於射束掃描器34之抑制電極74或設置於最終能量過濾器38之抑制電極裝置98。
高電壓電源90為輸出與從控制裝置104指示之指令訊號的電壓值VC(以下還稱為指令電壓VC)相對應之輸出電壓HVO之可變式定電壓電源。高電壓電源90具有用於接收來自控制裝置104的指令訊號之控制端子及輸出所希望的高電壓之高電壓輸出端子。高電壓電源90的控制端子與控制裝置104連接，高電壓電源90的高電壓輸出端子與電極裝置80的電極體連接。
第5圖係模式表示指令電壓VC與輸出電壓HVO之間的關係之曲線圖。高電壓電源90依存於曲線圖所示之關係，輸出與從控制裝置104指示之指令電壓VC相對應之值的高電壓HVO。第5圖中作為示例，顯示指令電壓VC與輸出電壓HVO呈比例關係(HVO=αVC，α為比例係數)，且高電壓電源90所能輸出之最大電壓為60kV之情況。並且顯示相對於10V的指令電壓VC獲得60kV的輸出電壓HVO之情況，比例係數α=6000。例如，若設為指令電壓VC=5V，則獲得輸出電壓HVO=30kV。另外，高電壓電源90中的輸出電壓HVO與指令電壓VC之間的關係無需一定成比例，可具有藉由任意函數f表示為HVO=f (VC)之關係。
回到第4圖，對測定裝置120進行說明。測定裝置120為用於測定施加於電極裝置80之實際電壓HVR之計測器。測定裝置120具有用於測定高電壓亦即實際電壓HVR之分壓器，並將經分壓之測定電壓VD輸出至控制裝置104。
第6圖係模式表示測定裝置120所具有之分壓器125的構成之圖。分壓器125具有第1電阻121a-c、第2電阻122a-c、第3電阻123、第4電阻124、測定端子126、分壓端子127及基準端子128。
測定端子126與分壓端子127之間串聯連接有一個以上的第1電阻121a-c及一個以上的第2電阻122a-c作為複數個電阻體。第1電阻121a-c由電阻的溫度係數為正(+)之正溫度係數電阻器構成，第2電阻122a-c由電阻的溫度係數為負(-)之負溫度係數電阻器構成。藉由組合正溫度係數電阻器與負溫度係數電阻器，能夠減小測定端子126與分壓端子127之間的合計電阻值亦即第1電阻值R1隨溫度變化之影響。另外，為了減小電阻值變化的影響，正溫度係數亦即第1電阻121a-c與負溫度係數亦即第2電阻122a-c係各自的數量相同為較佳。由正溫度係數亦即第1電阻121a-c引起之電阻的合計值與由負溫度係數亦即第2電阻122a-c引起之電阻的合計值相等更為佳。
分壓端子127與基準端子128之間串聯連接有一個以 上的第3電阻123與一個以上的第4電阻124作為複數個電阻體。第3電阻123由正溫度係數電阻器構成，第4電阻124由負溫度係數電阻器構成。與上述第1電阻值R1相同，藉由組合正溫度係數電阻器與負溫度係數電阻器，能夠減小分壓端子127與基準端子128之間的合計電阻值亦即第2電阻值R2隨溫度變化之影響。並且，為了減小電阻值變化的影響，正溫度係數亦即第3電阻123與負溫度係數亦即第4電阻124係各自的數量相同為較佳，由第3電阻123引起之電阻的合計值與由第4電阻124引起之電阻的合計值相等更為佳。
測定端子126與電極裝置80的電極體連接，並施加有與電極裝置80相關之實際電壓HVR。基準端子128為施加有基準電壓之端子，例如為施加有接地電位之接地端子。分壓端子127為經分壓之測定電壓VD所能取出之端子，並與控制裝置104連接。測定電壓VD的電壓值由分壓器125的第1電阻值R1及第2電阻值R2設定，表示為VD=HVR×R2/(R1+R2)。例如，各使用三個具有500MΩ的電阻值之第1電阻及第2電阻，並且各使用1個具有150kΩ的電阻值之第3電阻及第4電阻時R1=3000MΩ、R2=300kΩ，分壓比約為1：10000。因此，藉由使用輸出至分壓端子127之測定電壓VD和分壓比，能夠得到施加於電極裝置80之實際電壓HVR。並且，作為確定分壓比之複數個電阻體，藉由組合正溫度係數電阻器與負溫度係數電阻器，能夠減小由電阻體的溫度引起之分壓 比的變化，並精度良好地導出實際電壓HVR的值。
分壓器125具有用於儲存複數個電阻體之箱體130及冷卻機構132。冷卻機構132係用於冷卻設置於箱體130內部之電阻體者，例如由通氣口133及冷卻扇134構成。 冷卻機構132驅動冷卻扇134而從通氣口133吸收空氣，在箱體130內部製作空氣的流動(例如W方向)，藉此使電阻體空冷。藉此，抑制因施加高電壓而引起之電阻體的溫度上升，減小分壓比的溫度變化，並得到精度較高的實際電壓HVR的值。另外，冷卻機構132不限於空冷式，亦可使用水冷式者。並且，亦可藉由在電阻體安裝散熱片或珀耳帖元件等來提高冷卻效率。
另外，第4圖中僅例示性地顯示一個電極裝置80，但亦可設有複數個電極裝置80，為了對複數個電極裝置80分別施加不同的直流高電壓，亦可設有複數個高電壓電源90。並且，亦可設有複數個測定裝置120，以便能夠測定施加於各個電極裝置80之實際電壓。例如，可設有與平行化透鏡用負電源91a、平行化透鏡用正電源91b、AEF電極用正電源92a、AEF電極用負電源92b分別對應之4台高電壓電源90。另外，高電壓電源90構成為具有複數個高電壓輸出端子，且各個輸出端子均能夠輸出獨立的高電壓。此時，1台高電壓電源90可具有對複數個電極裝置中的每一個電極裝置供給所希望的高電壓之作用。 並且，測定裝置120亦可以是不具有分壓器之構成，亦可以是測定實際電壓HVR並且能夠向控制裝置104輸出表 示實際電壓HVR之測定值之其他構成。
接著，對控制裝置104的功能構成進行說明。控制裝置104包括管理部106、第1生成部110、第2生成部112及指令部114。第1生成部110依據來自管理部106的第1指令值SA生成第1指令訊號，第2生成部112依據來自管理部106的第2指令值SB生成第2指令訊號。 指令部114生成由合成第1指令訊號及第2指令訊號而獲得之合成指令訊號，並將所生成之合成指令訊號發送到高電壓電源90。
第1生成部110及第2生成部112分別包括D/A(Digital to Analog)轉換器，該D/A轉換器將從管理部106接收之數位指令值SA、SB轉換成具有類比指令電壓VA、VB之指令訊號。第1生成部110所包含之第1D/A轉換器依據第1指令值SA生成第1指令電壓VA的第1指令訊號，第2生成部112所包含之第2D/A轉換器依據第2指令值SB生成第2指令電壓VB的第2指令訊號。
第1D/A轉換器及第2D/A轉換器所能輸出之電壓範圍各不相同，且設定為相比第2D/A轉換器，第1D/A轉換器所能輸出之電壓範圍更廣。例如，第1D/A轉換器輸出第1指令電壓VA為0V~10V範圍內的第1指令訊號，第2D/A轉換器輸出第2指令電壓VB為-0.05V~0.05V範圍內的第2指令訊號。因此，藉由改變第1指令電壓VA而所能調整的輸出電壓HVO的變化幅度為0~60kV，藉由改變第2指令電壓VB而所能調整的輸出電壓HVO的變化 幅度為-300V~+300V。亦即被設定為，相比藉由改變第1指令電壓VA而所能調整的範圍，藉由改變第2指令電壓VB而所能調整的範圍可設定為更小。
第1D/A轉換器及第2D/A轉換器的分解能較高為較佳，以便能夠對發送到高電壓電源90之指令電壓進行微調。本實施例中，作為第1D/A轉換器及第2D/A轉換器，使用16位元的D/A轉換器。若使用16位元的D/A轉換器，則能夠以2位元組的資訊量處理指令值，因此容易在控制裝置104中進行處理。為16位元時，第1D/A轉換器中，與第1指令值的單位量(1位元)變化相對應之第1指令電壓VA的變化(以下還稱為第1單位指令電壓△VA)為△VA=10V/216=1.53×10-4V。另一方面，進行第2D/A轉換器的輸入時，與第2指令值的單位量變化相對應之第2指令電壓VB的變化(以下還稱為第2單位指令電壓△VB)為△VB=0．1V/216=1.53×10-6V。另外，D/A轉換器的分解能不限於16位元，可使用高於16位元的分解能者，亦可使用低於16位元的分解能者。
指令部114合成第1生成部110所生成之第1指令訊號與第2生成部112所生成之第2指令訊號來生成合成指令訊號。指令部114包括加法器，該加法器具有與第1D/A轉換器的輸出連接之第1輸入端子、與第2D/A轉換器的輸出連接之第2輸入端子及輸出端子。加法器將第1指令訊號的第1指令電壓VA與第2指令訊號的第2指令電壓VB相加，以生成合成指令電壓VC=VA+VB亦即合成 指令訊號。指令部114將藉由加法器得到之合成指令訊號輸出到高電壓電源90。
第7圖係模式表示單位指令電壓與步階電壓之間的關係之曲線圖，為第5圖所示之區域A的放大圖。第7圖中顯示合成指令電壓VC與輸出電壓HVO之間的對應關係，模式地顯示與第1單位指令電壓△VA對應之輸出電壓HVO的變化量亦即第1步階電壓△HVA、及與第2單位指令電壓△VB對應之輸出電壓的變化量亦即第2步階電壓△HVB。例如，為相對於10V的指令電壓VC獲得60kV的輸出電壓HVO之高電壓電源90時，與△VA=1.53×10-4V對應之第1步階電壓△HVA為約0.92V，與△VB=1.53×10-6V對應之第2步階電壓△HVB為約0.0092V。
這樣，本實施例中，相比與第1指令訊號的變化對應之第1步階電壓△HVA，將與第2指令訊號的變化對應之第2步階電壓△HVB設為更小，其比率為△HVB/△HVA=1/100。藉由將步階電壓的大小設有差異，能夠藉由第1指令訊號大致控制輸出電壓，並藉由第2指令訊號微調輸出電壓。另外，步階電壓的比率不限於1/100，例如可將控制裝置104構成為，成為△HVB/△HVA=1/10~1/1000的左右。
管理部106設定應施加於電極裝置80之目標電壓HVT，並將用於向高電壓電源90輸出目標電壓HVT之第1指令值SA發送到第1生成部110。第1指令值SA例如對應於16位元的D/A轉換器而包括16位元的指令值。管 理部106依據藉由射束監控器102計測之值和經由接收部(未圖示)從用戶接收之輸入值設定目標電壓HVT。
管理部106從測定裝置120獲取測定電壓VD來算出施加於電極裝置80之實際電壓HVR。管理部106可使用遍及既定的計測期間而計測之測定電壓VD來算出平均值以提高實際電壓HVR的計測精度，或藉由對測定電壓VD進行統計處理來提高所算出之實際電壓HVR的精度。並且，管理部106包括將測定電壓VD轉換成數位值之A/D(Analog to Digital)轉換器，可使用藉由A/D轉換器獲得之數位值來算出實際電壓HVR的值。
管理部106藉由對實際電壓HVR與目標電壓HVT進行比較來求出目標補正電壓△HV=HVT-HVR。管理部106將用於補償目標補正電壓△HV之第2指令值SB發送到指令部114，以便實際電壓HVR成為目標電壓HVT或接近目標電壓HVT的電壓。在每個既定的更新期間算出目標補正電壓△HV，每經過該更新期間，將用於補償目標補正電壓△HV之第2指令值SB發送到指令部114。第2指令值SB與第1指令值SA同樣，例如對應於16位元的D/A轉換器而包括16位元的指令值。
接著，說明利用第2指令訊號進行補償處理之必要性。利用第4圖所示之電源控制系統時，若將與目標電壓HVT對應之指令電壓VC的指令訊號從控制裝置104發送到高電壓電源90，則目標電壓HVT應直接施加到電極裝置80。例如，若目標電壓為HVT=30kV，則指令電壓為 VC=5V即可，可將第1指令電壓設為VA=5V，第2指令電壓設為VB=0V。然而，第5圖所示之指令電壓VC與輸出電壓HVO之間的關係係在特定條件才成立者，藉由高電壓電源90所處之環境，與第5圖所示之關係相應之電壓可能不會施加於電極裝置80。例如，當高電壓電源90的輸出具有溫度依賴性時，若高電壓電源90的溫度因通電而上升，則施加於電極裝置80之實際電壓HVR會改變。並且，高電壓電源90的高電壓輸出端子上連接有電極裝置80和測定裝置120，因此受到作為整個控制系統的阻抗的影響，可能會使高電壓電源90的輸出電壓HVO與實際施加於電極裝置80之實際電壓HVR不一致。如此一來，有可能使電極裝置80賦予離子束之靜電作用量發生變化，並降低離子束的品質。因此，在本實施例中使用第2指令訊號以補償因該種指令訊號的變更引起之施加電壓的偏差。
第8圖係表示目標電壓HVT與實際電壓HVR1之間產生偏差之情形之曲線圖。本圖中顯示，即便有利用第5圖所示之比例係數α滿足HVT=αVA的關係之第1指令電壓VA發送到高電壓電源90，藉由測定裝置120測定之實際電壓HVR1亦與目標電壓HVT不同之狀態。假設，以HVR=βVC表示某種條件下的實際電壓HVR與指令電壓VC之間的關係時，在此定義之比例係數β可能與輸出電壓HVO的比例係數α不同。因此，即便發送用於輸出目標電壓HVT之第1指令電壓VA，施加於電極裝置80之實際電壓HVR1亦會不 同於目標電壓HVT，且會產生差量電壓△HV1。
第9圖係表示補正目標電壓HVT與實際電壓HVR1之間的偏差之情形之曲線圖，顯示用於補償目標補正電壓△HV1之補正指令電壓△VC1。補正指令電壓△VC1相當於將輸出電壓HVO僅改變目標補正電壓△HV1大小所需的電壓值，滿足△HV1=α△VC1的關係。本實施例中，藉由利用具有與補正指令電壓△VC1相同的第2指令電壓VB1之第2指令訊號，來補正目標補正電壓△HV1的偏差。另一方面，第1指令電壓VA設為與目標電壓HVT對應之值本身。因此，藉由該補正，發送到高電壓電源90之合成指令電壓VC1成為，VC1=VA-VB1(=VA-△VC1)。如此，藉由發送由第2指令訊號補償之合成指令訊號，能夠使施加於電極裝置80之實際電壓HVR接近目標電壓HVT。
第10圖係表示補正目標電壓HVT與實際電壓HVR2之間的偏差之情形之曲線圖，顯示對藉由使用第9圖所示之合成指令電壓VC1產生之第2目標補正電壓△HV2進行補正之情形。例如，若在某種條件下實際電壓HVR與指令電壓VC之間的關係為HVR=βVC，則即便在第9圖所示之狀態下利用基於比例係數α之△HV1=α△VC1的關係來進行補正，亦會導致第2差量電壓△HV2殘留。因此，為了補正第2差量電壓△HV2的偏差，利用△HV2=α△VC2的關係進一步進行補正。另外，第2指令電壓VB1中已包含用於補正第1目標補正電壓△HV1之第1補正電壓△VC1，因此將經該補正之後的第2指令電壓VB2設為VB2=△VC1- △VC2。另一方面，第1指令電壓VA設為與目標電壓HVT對應之值本身。因此，發送到高電壓電源90之合成指令電壓VC2為VC2=VA-VB2(=VA-(△VC1-△VC2))。藉由這樣更新第2指令電壓VB2，能夠使施加於電極裝置80之實際電壓HVR接近目標電壓HVT。
管理部106定期對發送到第2生成部112之第2指令值SB的值進行更新，以使實際電壓HVR接近目標電壓HVT並與其一致。更新時間例如為20秒間隔。管理部106在作為更新期間的20秒間，每200微秒獲取測定電壓VD，依據獲取合計100次的測定電壓VD，算出成為該更新期間內的基準之實際電壓HVR，以求出目標補正電壓△HV。管理部106進一步算出用於補償目標補正電壓△HV之補正指令電壓△VC，並求出在進行前一次更新時的第2指令電壓VB1的值上加上補正指令電壓△VC之新的第2指令電壓VB2。並且，生成表示新的第2指令電壓VB2的值之第2指令值SB，並將其發送到第2生成部112。
另外，管理部106可在進行1次更新時變動之輸出電壓的變動幅度上設定上限。管理部106可提供對第2指令訊號的更新進行限制之“輸出電壓補正模式”，以使由第2指令訊號的更新而引起之輸出電壓的電壓變動在第1臨限值電壓以內，直至實際電壓HVR接近目標電壓HVT。 其中，第1臨限值電壓表示1次更新中電壓變動的上限值，例如將200V設定為第1臨限值電壓。“輸出電壓補正模式”中，即使目標補正電壓△HV超過200V時，亦 將1次更新中的電壓變動幅度設在200V以內。換言之，限制更新時間內第2指令電壓VB的變化量，以使輸出電壓的電壓變動幅度在第1臨限值電壓VT1以內。若第1臨限值電壓VT1=200V，比例係數α=6000，則第2指令電壓VB的變化量的上限值為VT1/α=3.3×10-2V。
第11圖係表示在輸出電壓補正模式下補償實際電壓HVR之情形之曲線圖，顯示在將每一更新時間t1~t5內的電壓變動幅度限制在第1臨限值電壓VT1以內之條件下使實際電壓HVR接近目標電壓HVT之情形。假設不對1次更新時間內的電壓變動幅度進行限制，則每當進行更新時輸出電壓可能會超過目標補正電壓△HV而變動。如此一來，每當進行更新時，交替輸出高於目標電壓HVT的電壓和低於目標電壓HVT的電壓，會導致實際電壓HVR不穩定。另一方面，如第11圖所示，藉由限制由1次更新引起之電壓變動幅度，能夠使實際電壓HVR逐漸接近目標電壓HVT，因此能夠使實際電壓HVR穩定地接近目標電壓HVT。
當實際電壓HVR接近目標電壓HVT時，管理部106可以提供進一步限制由第2指令訊號的更新引起之輸出電壓的電壓變動之“輸出電壓穩定化模式”。“輸出電壓穩定化模式”中，目標補正電壓△HV在小於第1臨限值電壓VT1的第2臨限值電壓VT2以內時，在其以後的更新時間內，使由第2指令訊號的更新引起之輸出電壓的電壓變動在第2臨限值電壓VT2以內。換言之，將更新時間內的 第2指令電壓VB的變化量限制成，使輸出電壓的電壓變動幅度在第2臨限值電壓VT2以內。例如，若第2臨限值電壓VT2=2V、比例係數α=6000，則第2指令電壓VB的變化量的上限值為VT2/α=3.3×10-4V。
第11圖中顯示在更新時間t5，實際電壓HVR與目標電壓HVT之差亦即目標補正電壓△HV在第2臨限值電壓VT2以內之情形。因此，管理部106在更新時間t5以後，將每1次更新時間的電壓變動幅度限制在第2臨限值電壓VT2以內。
第12圖係表示在輸出電壓穩定化模式下補償實際電壓HVR之情形之曲線圖，顯示第11圖所示之更新時間t5以後的實際電壓HVR的變化。與目標電壓HVT之差在第2臨限值電壓VT2以內時，管理部106過渡到輸出電壓穩定化模式。當在實際電壓HVR接近目標電壓HVT而被穩定化之狀態下發生短暫的電壓變動時，若隨此而使實際電壓HVR發生較大變化，則反而會使實際電壓HVR變得不穩定。因此，輸出電壓穩定化模式中，如第12圖的更新時間t8、t9所示，即便目標補正電壓△HV超過第2臨限值電壓VT2時，亦可將由1次更新引起之電壓變動幅度設在第2臨限值電壓VT2以內。藉此，能夠在運行離子植入裝置整個期間，使實際電壓HVR穩定成與目標電壓HVT一致或接近的值。藉此，能夠提高離子植入處理的品質。
第13圖係表示由控制裝置104進行之電壓控制的動作之流程圖。控制裝置104將電壓控制的動作態樣設定為 輸出電壓補正模式(S12)，將與目標電壓HVT對應之第1指令電壓VA的第1指令訊號指示到高電壓電源90(S14)，並測定經由測定裝置120施加於電極裝置80之實際電壓HVR(S16)。動作態樣為輸出電壓補正模式(S18的是)，目標補正電壓△HV為第2臨限值電壓VT2以上時(S20的是)，生成第2指令訊號以使電壓變動的上限成為第1臨限值電壓VT1(S22)。另一方面，當目標補正電壓△HV小於第2臨限值電壓VT2時(S20的否)，將電壓控制的動作態樣設定為輸出電壓穩定化模式(S24)，生成第2指令訊號以使電壓變動的上限成為第2臨限值電壓VT2(S26)。
之後，生成合成了第1指令訊號及第2指令訊號之合成指令訊號，並將所生成之合成指令訊號指示到高電壓電源90(S28)。若目標電壓改變(S30的是)，則結束本流程。若目標電壓未改變(S30的否)，則反覆S16~S28的處理。另外，在反覆S16~S28的處理之前，若S26中設定為輸出電壓穩定化模式(S18的否)，則跳過S20~S24的處理，生成第2指令訊號以使電壓變動的上限成為第2臨限值電壓VT2(S26)，並將合成該第2指令訊號之合成指令訊號指示到高電壓電源90(S28)。
依本實施形態之離子植入裝置100，使用測定裝置120計測施加於電極裝置80之實際電壓HVR，由於依據所計測之實際電壓HVR補正輸出電壓，因此能夠實現目標電壓HVT或進一步接近目標電壓HVT的值的實際電壓 HVR。例如內置於高電壓電源90之回讀輸出為基準時，受到高電壓電源90所發出之熱量的影響而引起溫度漂移，可能會在實際電壓HVR與讀回輸出之間產生偏差。 如此一來，導致依據錯誤的基準電壓進行反饋控制，使實際電壓HVR偏離目標電壓HVT，會無法輸出具有所希望的品質之離子束。依本實施形態，使用組合了具有正負溫度係數之電阻之測定裝置120來計測施加於電極裝置80之實際電壓HVR，因此能夠抑制由溫度變化引起之計測誤差的產生。藉此，使施加於電極裝置80之實際電壓HVR精度良好地與目標電壓HVT一致或接近目標電壓。
並且，依本實施形態，由合成了第1指令訊號與第2指令訊號之指令訊號被發送到高電壓電源90。藉由組合可設定電壓範圍較廣的第1指令訊號與每單位量的設定電壓較細致的第2指令訊號，能夠遍及較廣的電壓範圍以高精度設定輸出電壓。尤其，離子植入裝置100所具備之平行化透鏡電極裝置和角能量過濾器電極裝置上可施加有按照應照射到晶圓之離子束的離子種類、價數、能量、電流量等各種條件而有所不同的電壓。該施加電壓的設定範圍從數百V左右的低電壓到數十kV左右的高電壓而跨較廣的范圍，並且，為了維持一定的射束品質，需要以1%以下的精度來確定施加電壓的精度。依本實施形態，由於能夠以±2V左右的精度使施加電壓穩定，因此即使施加數百V左右的低電壓時，亦能夠將施加電壓的精度提高0.5%左右，並且能夠使用相同的電源施加數十kV的高電壓。
並且，依本實施形態，將第1指令訊號固定為與目標電壓對應之值，而僅利用第2指令訊號來補償輸出電壓，因此與控制兩個指令訊號時相比，能夠簡化控制態樣。
另外，變形例中可藉由改變第1指令訊號及第2指令訊號這兩個電壓值來控制輸出電壓。例如，藉由第2指令訊號而需要進行超過可補正電壓範圍之補正時，可藉由第1指令訊號進行大致的電壓補正，並且藉由第2指令訊號進行接近目標電壓之微補正。並且，當目標電壓HVT的值為無法以與第1指令訊號對應之第1步階電壓△HVA的大小來實現之中間的電壓值時，作為輸出目標電壓HVT之指令訊號，可使用組合了第1指令訊號與第2指令訊號之訊號。
上述實施形態中舉例說明了適於高能量離子植入裝置之離子植入裝置100，但本發明亦能夠適用於具有射束偏向器、射束掃描器及射束平行化器之其他離子植入裝置。 一種實施形態中，例如如第14圖所示，在不具有高能量多段直線加速單元14的離子植入裝置200中，可適用於對離子植入裝置200所具備之電極裝置的施加電壓的控制。
第14圖係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置200的概略構成之平面圖。離子植入裝置200如圖所示具備複數個射束路線構成要件。離子植入裝置200的射束路線上游部份自上游側依次具備離子源201、質量分析裝置202、射束收集器203、鑑別孔隙204及電流抑制機構 205。離子源201與質量分析裝置202之間設有用於從離子源201引出離子之引出電極(未圖示)。電流抑制機構205作為一例而具備CVA(Continuously Variable Aperture)。CVA為能夠藉由驅動機構調整開口尺寸之孔隙。
離子植入裝置200的射束路線下游部份自上游側依次具備第1XY收斂透鏡206、第2XY收斂透鏡208、射束掃描器209、Y收斂透鏡210、射束平行化器211、AD(Accel/Decel)柱212及能量過濾器213。射束路線下游部份的最下游部配置有晶圓214。自離子源201到射束平行化器211為止的射束路線構成要件係被收容於終端216。另外，例如第1XY收斂透鏡206與第2XY收斂透鏡208之間可設有能夠出入離子束的路徑之射束電流計測器(未圖示)。
第1XY收斂透鏡206、第2XY收斂透鏡208及Y收斂透鏡210構成用於調整縱橫方向的射束形狀(XY面內的射束剖面)之射束整形器。如此，射束整形器具備在質量分析裝置202與射束平行化器211之間沿著射束路線配設之複數個透鏡。射束整形器藉由該等透鏡的收斂/發散效果，能夠在廣泛的能量/射束電流條件下適當地將離子束輸送至下游。
第1XY收斂透鏡206例如為Q透鏡，第2XY收斂透鏡208例如為XY方向單透鏡，Y收斂透鏡210例如為Y方向單透鏡或Q透鏡。第1XY收斂透鏡206、第2XY收 斂透鏡208及Y收斂透鏡210分別可以為單一的透鏡，亦可以是透鏡組。這樣，射束整形裝置設計成，能夠在自射束電位大且射束的自發散成為問題之低能量/高射束電流的條件，至射束電位小且射束的剖面形狀控制成為問題之高能量/低射束電流的條件之間適當控制離子束。
能量過濾器213例如為具備偏向電極、偏向電磁鐵或這兩者之AEF(Angular Energy Filter)。
在離子源201生成之離子藉由引出電場(未圖示)被加速。被加速之離子在質量分析裝置202偏向。這樣，只有具有既定能量和質量電荷比之離子通過鑑別孔隙204。 接著，離子經由電流抑制機構(CVA)205、第1XY收斂透鏡206及第2XY收斂透鏡208導入到射束掃描器209。
射束掃描器209藉由週期性施加電場或磁場(或這兩者)而橫向(亦可以是縱向或斜向)往復掃描離子束。藉由射束掃描器209，離子束被調整為在晶圓214上能夠進行橫向均勻的植入。被射束掃描器209掃描之離子束215藉由利用電場或磁場(或這兩者)的施加之射束平行化器211而使行進方向一致。之後，離子束215藉由施加電場來以AD柱212加速或減速至既定的能量。從AD柱212出來之離子束215達到最終植入能量(還進行在低能量模式下調整成高於植入能量的能量，且在能量過濾器內減速並偏向)。AD柱212下游的能量過濾器213藉由因偏向電極或偏向電磁鐵而產生之電場或磁場(或這兩者)的施加，使離子束215向晶圓214側偏向。藉此，具有目標能 量以外的能量之污染成分得以排除。如此凈化之離子束215植入到晶圓214。
這樣，離子植入裝置200的射束路線上游部份具備離子源201及質量分析裝置202，離子植入裝置200的射束路線下游部份具備配設於射束掃描器209的上游並調整離子束的收斂或發散之射束整形器、射束掃描器209及射束平行化器211。射束整形器可以是第1XY收斂透鏡206。
晶圓214附近設有射束監控器217。射束監控器217配設於射束平行化器211的下游，並計測離子束B的射束電流、位置、植入角度、收斂發散角及上下左右方向的離子分佈等。射束監控器217構成為，與參閱第1圖說明之射束監控器102相同。
並且，離子植入裝置200具備用於控制整體或局部離子植入裝置200(例如整體或局部射束路線部)之控制裝置218。控制裝置218構成為，依據射束監控器217的測定結果控制射束整形器和射束掃描器。並且，控制裝置218構成為，對用於向電極裝置輸出直流高電壓之高電壓電源的動作進行控制，以向離子源201的引出電極和構成射束平行化器211及能量過濾器213之電極裝置施加所希望的目標電壓。控制裝置218使用藉由連接於電極裝置之測定裝置計測之實際電壓，生成並發送用於控制高電壓電源的動作之指令訊號。
控制裝置218包括：第1生成部，生成用於向高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；第2生成部，生成對 第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使藉由測定裝置計測之實際電壓成為目標電壓或接近目標電壓的電壓；及指令部，向高電壓電源輸出由合成第1指令訊號及第2指令訊號而獲得之合成指令訊號。藉由組合第1指令訊號及補償第1指令訊號之第2指令訊號，能夠使施加於電極裝置之實際電壓與目標電壓精度良好地匹配。
以上，參閱上述各實施形態對本發明進行了說明，但本發明係不限定於上述各實施形態者，適當組合或置換各實施形態的構成者亦屬於本發明者。並且，可依據本領域技術人員的知識對各實施形態中的組合或處理順序適當進行重新排列或對實施形態加以各種設計變更等變形，加以該種變形之實施形態亦屬於本發明的範圍。
上述控制裝置、電極裝置及測定裝置之構成可適用於輸出能量較低的離子束用低能量離子植入裝置。其中，所謂能量較低的離子束是指具有0.2keV~50keV左右的能量之離子束。輸出該種離子束時，需要精度良好地設定用於從離子源引出離子之引出電極的施加電壓。藉由使用上述實施形態之控制裝置、電極裝置及測定裝置，能夠精度良好地設定引出電壓，並能夠生成品質較高的低能量離子束。

Claims (17)

  1. 一種離子植入裝置，其特徵為，具備：高電壓電源；控制裝置，生成控制前述高電壓電源的輸出電壓之指令訊號；電極裝置，施加有前述輸出電壓；及測定裝置，計測施加於前述電極裝置之實際電壓，前述控制裝置包括：第1生成部，生成用於向前述高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；第2生成部，生成對前述第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由前述測定裝置計測之實際電壓成為前述目標電壓或接近前述目標電壓的電壓；及指令部，向前述高電壓電源輸出由合成前述第1指令訊號及前述第2指令訊號而獲得之合成指令訊號；前述第1生成部及前述第2生成部分別包括將數位指令值轉換成類比指令訊號之D/A(Digital to Analog)轉換器，前述指令部向前述高電壓電源輸出合成了第1指令訊號和第2指令訊號之前述合成指令訊號，前述第1指令訊號由對表示前述目標電壓值之第1指令值進行D/A轉換而獲得；前述第2指令訊號由對第2指令值進行D/A轉換而獲得，該第2指令值表示用於將前述實際電壓補償為前述目標電壓或接近前述目標電壓的電壓之電壓值；相比與前述第1指令值的單位量變化相對應之前述輸出電壓的變化值亦即第1步階電壓，與前述第2指令值的 單位量變化相對應之前述輸出電壓的變化值亦即第2步階電壓更小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入裝置，其中，前述第2步階電壓為前述第1步階電壓的1/10~1/1000。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述第2生成部生成前述第2指令訊號，以實現關於前述第1生成部所能生成的前述第1步階電壓大小的電壓值的中間值。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，相比藉由改變前述第1指令值所能調整的前述輸出電壓的變化幅度，藉由改變前述第2指令值所能調整的前述輸出電壓的變化幅度更小。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述第2生成部生成前述第2指令訊號，以補正並非由前述指令訊號的變化引起之前述輸出電壓的電壓變動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之離子植入裝置，其中，前述第2生成部生成前述第2指令訊號，以補正由前述高電壓電源的溫度變化引起之前述電壓變動。
  7. 一種離子植入裝置，其特徵為，具備：高電壓電源；控制裝置，生成控制前述高電壓電源的輸出電壓之指令訊號；電極裝置，施加有前述輸出電壓；及測定裝置，計測施加於前述電極裝置之實際電壓，前述控制裝置包括：第1生成部，生成用於向前述高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；第2生成部，生成對前述第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由前述測定裝置計測之實際電壓成為前述目標電壓或接近前述目標電壓的電壓；及指令部，向前述高電壓電源輸出由合成前述第1指令訊號及前述第2指令訊號而獲得之合成指令訊號；前述控制裝置還包括管理部，前述管理部依據在既定的更新期間內計測之前述實際電壓與前述目標電壓之差亦即目標補正電壓，每經過前述更新期間將前述第2指令訊號的輸出值更新到前述第2生成部，前述管理部提供限制前述第2指令訊號的更新之輸出電壓補正模式，以使由前述第2指令訊號的更新引起之前述輸出電壓的電壓變動在第1臨限值電壓以內。
  8. 如申請專利範圍第1或7項所述之離子植入裝置，其中，前述管理部包括分壓器，以便前述目標補正電壓在小於前述第1臨限值電壓的第2臨限值電壓以內時，在此之後的更新期間對由前述第2指令訊號的更新引起之施加於 前述電極裝置之實際電壓分壓之後進行計測，前述分壓器由電阻的溫度係數為正的正溫度係數電阻器和電阻的溫度係數為負的負溫度係數電阻器組合而成。
  9. 一種離子植入裝置，其特徵為，具備：高電壓電源；控制裝置，生成控制前述高電壓電源的輸出電壓之指令訊號；電極裝置，施加有前述輸出電壓；及測定裝置，計測施加於前述電極裝置之實際電壓，前述控制裝置包括：第1生成部，生成用於向前述高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；第2生成部，生成對前述第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由前述測定裝置計測之實際電壓成為前述目標電壓或接近前述目標電壓的電壓；及指令部，向前述高電壓電源輸出由合成前述第1指令訊號及前述第2指令訊號而獲得之合成指令訊號；前述測定裝置包括分壓器，前述分壓器用於將施加於前述電極裝置之實際電壓分壓之後進行計測，前述分壓器由電阻的溫度係數為正的正溫度係數電阻器和電阻的溫度係數為負的負溫度係數電阻器組合而成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之離子植入裝置，其中，前述分壓器具有：與前述高電壓電源的輸出連接之測定端子；與基準電壓連接之基準端子；及設於前述測定端子與前述基準端子之間之分壓端子， 前述測定端子與前述分壓端子之間有一個以上的正溫度係數電阻器和一個以上的負溫度係數電阻器串聯連接，前述分壓端子與前述基準端子之間有一個以上的正溫度係數電阻器與一個以上的負溫度係數電阻器串聯連接，藉由計測前述分壓端子的電壓來導出前述實際電壓。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入裝置，其中，前述測定端子與前述分壓端子之間分別設有相同數量的正溫度係數電阻器及負溫度係數電阻器。
  12. 如申請專利範圍第10或11項所述之離子植入裝置，其中，前述分壓端子與前述基準端子之間分別設有相同數量的正溫度係數電阻器及負溫度係數電阻器。
  13. 如申請專利範圍第9至11項中任一項所述之離子植入裝置，其中，前述分壓器還具有用於冷卻前述正溫度係數電阻器及前述負溫度係數電阻器之冷卻機構。
  14. 如申請專利範圍第1、7或11項所述之離子植入裝置，其中，還具備：射束掃描器，向既定的掃描方向往復掃描離子植入用離子束；及平行化透鏡電極裝置，使藉由前述射束掃描器往復掃描之離子束平行，前述高電壓電源向前述平行化透鏡電極裝置輸出直流 高電壓。
  15. 如申請專利範圍第1、7或11項所述之離子植入裝置，其中，還具備：改變離子植入用離子束的行進方向之角能量過濾器電極裝置，前述高電壓電源向前述角能量過濾器電極裝置輸出直流高電壓。
  16. 如申請專利範圍第1、7或11項所述之離子植入裝置，其中，還具備：離子源，生成離子植入用離子束；及引出電極，用於從前述離子源引出離子，前述高電壓電源向前述引出電極輸出直流高電壓。
  17. 一種離子植入裝置的控制方法，該離子植入裝置具備：高電壓電源；控制裝置，生成控制前述高電壓電源的輸出電壓之指令訊號；電極裝置，施加有前述輸出電壓；及測定裝置，計測施加於前述電極裝置之實際電壓，該方法的特徵為包括下列製程：生成用於向前述高電壓電源輸出目標電壓之第1指令訊號；生成對前述第1指令訊號進行補償之第2指令訊號，以使由前述測定裝置計測之實際電壓成為前述目標電壓或接近前述目標電壓的電壓；及向前述高電壓電源輸出由合成前述第1指令訊號及前述第2指令訊號而獲得之合成指令訊號； 輸出前述合成指令訊號中，係向前述高電壓電源輸出合成了第1指令訊號和第2指令訊號之前述合成指令訊號，前述第1指令訊號由對表示前述目標電壓值之第1指令值進行D/A轉換而獲得；前述第2指令訊號由對第2指令值進行D/A轉換而獲得，該第2指令值表示用於將前述實際電壓補償為前述目標電壓或接近前述目標電壓的電壓之電壓值；相比與前述第1指令值的單位量變化相對應之前述輸出電壓的變化值亦即第1步階電壓，與前述第2指令值的單位量變化相對應之前述輸出電壓的變化值亦即第2步階電壓更小。
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