CN108505009A - 离子注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子注入装置。其课题在于提高离子注入装置中的射束能量测定的校正精度。离子注入装置(100)具备：离子源(10)，能够输出包含具有与引出电压相应的已知的能量的多价离子的校正用离子束；上游射束线(102)，包括质谱分析磁铁(22a)和高能量多级直线加速单元(14)；能量分析磁铁(24)；射束能量测定装置(200)，在能量分析磁铁(24)的下游测定校正用离子束的能量；及校正序列部，制作表示已知的能量与通过射束能量测定装置(200)测定出的校正用离子束的能量之间的对应关系的能量校正表。上游射束线压力在离子注入处理期间被调整为第1压力，在制作能量校正表的期间被调整为高于第1压力的第2压力。

Description

离子注入装置

技术领域

本申请主张基于2017年02月27日申请的日本专利申请第2017-035227号的优先权。该申请的所有内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种离子注入装置。

背景技术

已知有一种具有高频线性加速器的离子注入装置。这种离子注入装置通常用于高能量离子注入。通过高频线性加速器加速或减速的离子束在原理上具有一定的能级宽度。即，从高频线性加速器放出的离子束不仅包含具有所希望的能量的离子，而且还包含具有比所希望的能量高(或低)一定程度的能量的离子。在离子注入装置中，为了测定离子束的能量而提出有射束能量测定装置(例如，参考专利文献1)。该射束能量测定装置能够适用于高能量离子注入装置。

专利文献1：日本特开2015-176750号公报

发明内容

一般而言，测定装置需要进行校正。这对于离子注入装置中的射束能量测定装置也相同。为了对射束能量测定装置进行校正，通过该测定装置测定具有已知的能量的校正用离子束。在实际的射束能量测定中，在校正中使用经测定的能量与已知的能量之间的对应关系。通过使用该对应关系，能够修正具有未知的能量的离子束的测定结果。当测定装置适用于高能量离子注入装置时，期望不仅在低能量区域进行用于校正的测定，而且在高能量区域中也进行用于校正的测定。

但是，实际情况是制作具有已知的“高”能量的校正用离子束并不容易。例如，经高频加速的离子束(也被称为RF(射频：radio frequency)射束)虽然是高能量，但如上所述具有能级宽度。因此，经高频加速的离子束，难以严密地确定其能量的大小。这在提高校正的精度的方面成为限制。

本发明的一方式的例示性目的之一在于提高离子注入装置中的射束能量测定的校正精度。

(用以解决课题的手段)

根据本发明的一方式，离子注入装置具备：离子源，能够输出包含具有与引出电压相应的已知的能量的多价离子的校正用离子束；上游射束线，设置于所述离子源的下游，且包括质谱分析磁铁和高频线性加速器；能量分析磁铁，设置于所述上游射束线的下游；射束能量测定装置，在所述能量分析磁铁的下游测定所述校正用离子束的能量；上游射束线压力调整装置，连接于所述上游射束线，以便在离子注入处理期间将上游射束线压力调整为第1压力；及校正序列部，制作表示所述已知的能量与通过所述射束能量测定装置测定出的所述校正用离子束的能量之间的对应关系的能量校正表。所述校正序列部控制所述上游射束线压力调整装置，以便在制作所述能量校正表的期间将所述上游射束线压力调整为高于所述第1压力的第2压力。

另外，将以上的构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现在方法、装置、系统、计算机程序、数据结构、存储介质等之间彼此置换的方式也作为本发明的方式有效。

发明效果

根据本发明，能够提高离子注入装置中的射束能量测定的校正精度。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的顶视图。

图2是示意地表示图1所示的离子注入装置的构成要件的配置的图。

图3是表示图1及图2所示的高能量多级直线加速单元的控制器的概略构成的框图。

图4是表示图1所示的射束传输线单元的一部分的概略结构的俯视图。

图5(a)、图5(b)及图5(c)是用于说明射束平行度的测定的图。

图6是用于说明射束平行度的测定的图。

图7(a)及图7(b)是用于说明射束平行度的测定的图。

图8是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的上游射束线的图。

图9是表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的控制装置的概略结构的框图。

图10是例示一实施方式所涉及的校正序列的流程图。

图11是例示一实施方式所涉及的状态监视部的动作的流程图。

图12是概念性地表示一实施方式所涉及的能量校正表的图。

图13是例示比较例所涉及的能量校正表的图。

图14是示意地表示其他实施方式所涉及的离子注入装置的上游射束线的图。

图中：10-离子源，14-高能量多级直线加速单元，14a-高频谐振器，16-射束偏转单元，22-质谱分析装置，22a-质谱分析磁铁，24-能量分析磁铁，34-射束扫描器，36-射束平行化器，37a、37b-射束轨道，50-控制装置，100-离子注入装置，102-上游射束线，104-连结真空容器，106-上游射束线压力调整装置，108a-第1涡轮分子泵，130-校正序列部，132-能量校正表，140-传导阀，142-气体供给装置，200-射束能量测定装置，202-平行度测定部，204-能量运算部。

具体实施方式

以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。在说明及附图中，对于相同或同等的构成要件、部件、处理附加相同的符号，并适当省略重复说明。为了容易进行说明而方便地设定了图示的各部的缩尺、形状，只要没有特别的提及，则并非做限定性解释。实施方式为例示，并不对本发明的范围做任何限定。实施方式中所记述的所有特征或其组合并不一定是发明的本质性的内容。

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置100的顶视图。图2是示意地表示图1所示的离子注入装置100的构成要件的配置的图。离子注入装置100适合于所谓的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置是具有高频线性加速方式的离子加速器和高能量离子传输用射束线的离子注入装置。高能量离子注入装置将在离子源10中产生的离子加速为高能量，并沿着射束线将如此得到的离子束B传输至被处理物(例如基板或晶片40)，对被处理物注入离子。

如图1和/或图2所示，离子注入装置100具备：离子束生成单元12，生成离子并进行质谱分析；高能量多级直线加速单元14，按照加速参数对于从离子束生成单元12供给的离子进行加速；射束偏转单元16，将离子束B的轨道弯曲成U字形；射束传输线单元18，将离子束B传输至晶片40；及基板处理供给单元20，将所传输的离子束B均匀地注入到半导体晶片。

如图2所示，离子束生成单元12具有离子源10、引出电极11及质谱分析装置22。离子束生成单元12中，射束从离子源10通过引出电极11被引出的同时被加速，被引出并加速的射束通过质谱分析装置22进行质谱分析。质谱分析装置22具有质谱分析磁铁22a和质谱分析狭缝22b。质谱分析狭缝22b配置于质谱分析装置22的下一个构成要件即高能量多级直线加速单元14的入口部内。另外，质谱分析狭缝22b也可以配置于质谱分析磁铁22a的紧跟着的后方(即，高能量多级直线加速单元14的紧跟着的前方)。

高能量多级直线加速单元14的直线加速部壳体内的最前方配置有用于测量离子束的总射束电流的第1射束测量器80a。第1射束测量器80a构成为能够通过驱动机构在射束线上从上下方向进出。第1射束测量器80a例如为法拉第杯。该法拉第杯也被称为注入器法拉第杯。注入器法拉第杯构成为在垂直方向较长的长方形的斗形形状，且使开口部朝向射束线上游侧。第1射束测量器80a在调整离子源10和/或质谱分析磁铁22a时用于测量离子束B的总射束电流。并且，第1射束测量器80a也可以用于根据需要在射束线上完全截断到达射束线下游的离子束B。

通过质谱分析装置22进行质谱分析的结果，仅筛选出注入所需的离子种类，所选的离子种类的离子束B被导入到下一个高能量多级直线加速单元14。高能量多级直线加速单元14具备用于一般的高能量离子注入的第1线性加速器15a。第1线性加速器15a具备1个以上的(例如多个)高频谐振器14a。高能量多级直线加速单元14除第1线性加速器15a之外也可以具备第2线性加速器15b。第2线性加速器15b为了进行超高能量离子注入而与第1线性加速器15a一起使用。第2线性加速器15b具备1个以上的(例如多个)高频谐振器14a。通过高能量多级直线加速单元14加速的离子束B的方向通过射束偏转单元16发生变化。

第1线性加速器15a具备多个高频谐振器14a和多个会聚发散透镜64。高频谐振器14a具备筒状的电极。会聚发散透镜64例如为电场透镜(例如静电四极电极(Q透镜))。会聚发散透镜64也可以为磁场透镜(例如四极电磁铁)。高频谐振器14a的筒状电极与会聚发散透镜64(例如Q透镜)成一列交替排列，离子束B通过它们的中心。第2线性加速器15b也与第1线性加速器15a同样具备多个高频谐振器14a和多个会聚发散透镜64。

会聚发散透镜64为了在加速中途或加速之后控制离子束B的会聚发散并有效地传输离子B而设置。在高频线性加速器的内部或其前后配置有所需数量的会聚发散透镜64。横向会聚透镜64a与纵向会聚透镜64b交替排列。即，横向会聚透镜64a配置于高频谐振器14a的筒状电极的前方(或后方)，纵向会聚透镜64b配置于高频谐振器14a的筒状电极的后方(或前方)。并且，第2线性加速器15b的末端的横向会聚透镜64a的后方配置有追加的纵向会聚透镜64b。通过高能量多级直线加速单元14的离子束B的会聚及发散被调整，由此，最佳的二维射束剖面的离子束B入射到后级的射束偏转单元16。

高频线性加速器中，作为高频(RF)的加速参数，考虑施加于各高频谐振器14a的筒状电极的电压的振幅V[kV]、频率f[Hz]。进行多级高频加速时，将高频谐振器14a彼此的相位φ[deg]也追加到加速参数中。这些振幅V、频率f及相位φ为高频(RF)的参数。频率f也可以使用固定值。并且，还考虑会聚发散透镜64的运转参数(也称为会聚发散参数)。会聚发散参数例如为Q透镜电压。

离开高能量多级直线加速单元14的高能量的离子束B具有某种范围的能量分布。因此，希望事先实施高精度的能量分析、中心轨道修正及射束会聚发散的调整，以便经过高能量的离子束B的扫描及平行化而以所希望的注入精度照射到晶片40。

射束偏转单元16进行高能量离子束的能量分析、中心轨道修正、能量分散的控制。射束偏转单元16具备至少2个高精度偏转电磁铁、至少1个能级宽度限制狭缝及能量分析狭缝以及至少1个横向会聚设备。多个偏转电磁铁构成为进行高能量离子束的能量分析、离子注入角度的精密修正及能量分散的抑制。

射束偏转单元16从上游依次具备能量分析磁铁24、能级宽度限制狭缝27、横向会聚四极透镜26、能量分析狭缝28及转向磁铁30。能量分析磁铁24配设于高能量多级直线加速单元14的下游。横向会聚四极透镜26抑制能量分散。转向磁铁30提供转向(轨道修正)。离子束B的方向通过射束偏转单元16被转换，而朝向晶片40的方向。

在能量分析狭缝28的下游设有测量射束电流的第2射束测量器80b。第2射束测量器80b配置于扫描室内的最前方即射束整形器32的正前方。第2射束测量器80b构成为能够通过驱动机构在射束线上从上下方向进出。第2射束测量器80b例如为法拉第杯。该法拉第杯也被称为分解器法拉第杯。分解器法拉第杯构成为在垂直方向上较长的长方形的斗形形状，且使开口部朝向射束线上游侧。第2射束测量器80b在调整高能量多级直线加速单元14和/或射束偏转单元16时用于测量离子束B的总射束电流。并且，第2射束测量器80b可以用于根据需要在射束线上完全截断到达射束线下游的离子束B。

能量分析磁铁24为射束偏转单元16的多个偏转电磁铁中最上游侧的1个磁铁。能量分析磁铁24有时也被称为能量过滤磁铁(EFM)。转向磁铁30为射束偏转单元16的多个偏转电磁铁中最下游侧的1个磁铁。

正在通过射束偏转单元16的偏转电磁铁的离子上施加有离心力和洛伦兹力，通过这些力的平衡描绘圆弧形轨迹。若以公式表示该平衡，则为mv＝qBr。m为离子的质量，v为速度，q为离子电荷，B为偏转电磁铁的磁通量密度，r为轨迹的曲率半径。只有该轨迹的曲率半径r与偏转电磁铁的磁极中心的曲率半径一致的离子才能通过偏转电磁铁。换言之，离子的价数相同时，能够通过施加有恒定磁场的偏转电磁铁的只有具有确定动量mv的离子。能量分析磁铁24实际上为分析离子的动量的装置。同样，转向磁铁30和质谱分析磁铁22a也均为动量过滤器。

射束偏转单元16通过使用多个磁铁能够使离子束B偏转180°。由此，能够以简单的结构实现射束线为U字形的高能量离子注入装置。能量分析磁铁24及转向磁铁30构成为偏转角度分别为90度，其结果，构成为合计偏转角度为180度。另外，用一个磁铁进行的偏转量并不限于90°，也可以是以下组合。

(1)1个偏转量为90°的磁铁+2个偏转量为45°的磁铁

(2)3个偏转量为60°的磁铁

(3)4个偏转量为45°的磁铁

(4)6个偏转量为30°的磁铁

(5)1个偏转量为60°的磁铁+1个偏转量为120°的磁铁

(6)1个偏转量为30°的磁铁+1个偏转量为150°的磁铁

能量分析磁铁24需要较高的磁场精度，因此安装有进行精密的磁场测定的高精度磁场测定器86。磁场测定器86是适当组合还被称为MRP(磁共振探头)的NMR(核磁共振)探头与霍尔探头的设备，MRP使用于霍尔探头的校正，霍尔探头使用于磁场恒定的反馈控制。并且，能量分析磁铁24以严格的精度制作，以使磁场的不均性小于0.01％。转向磁铁30上也同样设有磁场测定器86。另外，转向磁铁30的磁场测定器86上可以仅安装有霍尔探头。另外，能量分析磁铁24及转向磁铁30上分别连接有电流设定精度和电流稳定度在1×10^-4以内的电源及其控制设备。

射束传输线单元18传输从射束偏转单元16离开的离子束B，且具有由会聚发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及静电式最终能量过滤器38。最终能量过滤器38包括最终能量分析狭缝。射束传输线单元18的长度配合离子束生成单元12和高能量多级直线加速单元14的总长而设计。射束传输线单元18通过射束偏转单元16与高能量多级直线加速单元14连结，整体形成U字形的布局。

射束传输线单元18的下游侧的末端设有基板处理供给单元20。基板处理供给单元20具有用于在注入处理中将离子束B照射到晶片40的真空处理室21。在真空处理室21中容纳有：射束监视器，测量离子束B的射束电流、位置、注入角度、会聚发散角、上下左右方向的离子分布等；抗静电装置，防止由离子束B产生的晶片40的静电；晶片输送机构，搬入和搬出晶片40并设置到适当的位置/角度；ESC(ElectroStatic Chuck：静电吸附版)，在离子注入过程中保持晶片40；及晶片扫描机构，在注入过程中以与射束电流的变动相应的速度使晶片40向与射束扫描方向呈直角的方向移动。

基板处理供给单元20中，第3射束测量器80c设置于离子注入位置之后方。第3射束测量器80c例如为测量离子束B的总射束电流的固定式横长法拉第杯。该横长法拉第杯也被称为调节法拉第杯。第3射束测量器80c具有能够在晶片区域测量离子束B的整体扫描范围的射束电流测量功能。第3射束测量器80c构成为在射束线的最下游测量最终设置的射束。

如图1所示，基板处理供给单元20中与真空处理室21相邻设有晶片输送装置90。晶片输送装置90具备中间输送室、过渡室及大气输送部。晶片输送装置90构成为，将存储于装卸台92的晶片等被处理物输送至真空处理室21。晶片从装卸台92经由大气输送部、过渡室及中间输送室被搬入到真空处理室21。另一方面，离子注入处理完毕的晶片经由中间输送室、过渡室及大气输送部被搬出到装卸台92。

这样，离子注入装置100的射束线部构成为具有对置的2条长直线部的水平U字形的折回型射束线。上游的长直线部由对在离子源10生成的离子束B进行加速的多个单元构成。下游的长直线部由通过调整方向相对于上游的长直线部被转换的离子束B而注入到晶片40的多个单元构成。2条长直线部构成为长度几乎相同。2条长直线部之间设有用于进行维护作业的充分宽度的作业空间R1。

这样将单元配置成U字形的高能量离子注入装置可抑制设置面积的同时确保良好的作业性。并且，高能量离子注入装置中，通过将各单元和装置设为模块构成，能够配合射束线基准位置进行装卸和组装。

并且，由于高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18折回配置，因此能够抑制高能量离子注入装置的全长。以往装置中它们大致配置成直线形。并且，构成射束偏转单元16的多个偏转电磁铁的曲率半径以装置宽度最小的方式被优化。由此这些结构能够将装置的设置面积最小化的同时，在夹于高能量多级直线加速单元14与射束传输线单元18之间的作业空间R1对高能量多级直线加速单元14或射束传输线单元18的各装置进行作业。并且，维护间隔较短的离子源10和需要供给/取出基板的基板处理供给单元20相邻配置，因此工作人员可以较少移动。

图3是表示图1及图2所示的离子注入装置100的控制装置50的概略结构的框图。控制装置50构成为控制高能量多级直线加速单元14。控制装置50中，作为用于控制高能量多级直线加速单元14的构成要件，设有用于供操作人员输入所需要的条件的输入装置52、用于根据所输入的条件进行各种参数的数值计算，并进一步控制各构成要件的控制运算装置54、用于调整高频电压振幅的振幅控制装置56、用于调整高频相位的相位控制装置58、用于控制高频频率的频率控制装置60、用于高频谐振器14a的高频电源62、用于会聚发散透镜64的会聚发散透镜电源66、用于显示加速参数、会聚发散参数及其他信息的显示装置68以及用于预先存储已确定的参数的参数存储装置70。

输入装置52中输入有注入条件和/或用于基于注入条件的参数计算的初始条件。所输入的条件中例如有作为入射条件的引出电极11的引出电压、离子质量、离子价数和作为出射条件的最终能量。

高频线性加速器的控制运算装置54中内置有用于预先将各种参数数值计算的数值计算码(程序)。控制运算装置54通过内置的数值计算码以所输入的条件为依据模拟离子束的加速以及会聚发散，并以可得到最佳的传输效率的方式计算加速参数(电压振幅、频率、相位)。并且，控制运算装置54还计算用于有效地传输离子束的会聚发散透镜64的运转参数(例如，Q线圈电流或Q电极电压)。所输入的条件及计算的各种参数显示于显示装置68。对于超过高能量多级直线加速单元14的能力的加速条件，在显示装置68上显示无解。加速参数及会聚发散参数的计算方法的一例的详细内容公开于其整体例如通过参考援用于本申请说明书中的日本专利第3448731号公报。

电压振幅参数从控制运算装置54被送到振幅控制装置56，振幅控制装置56调整高频电源62的振幅。相位参数被送到相位控制装置58，相位控制装置58调整高频电源62的相位。频率参数被送到频率控制装置60。频率控制装置60控制高频电源62的输出频率，并且控制高能量多级直线加速单元14的高频谐振器14a的谐振频率。控制运算装置54还根据所计算的会聚发散参数控制会聚发散透镜电源66。

控制运算装置54可以构成为控制离子注入装置100的其他构成要件(例如，包含于离子束生成单元12、射束偏转单元16、射束传输线单元18及基板处理供给单元20中的任一个中的至少1个构成要件)。控制运算装置54可以根据离子注入装置100的至少1个测量部(例如，射束能量测定装置200)的测量结果控制离子注入装置100的至少1个构成要件(例如，高能量多级直线加速单元14)。

图4是表示射束传输线单元18的一部分的概略结构的俯视图。通过射束偏转单元16(参考图1及图2)仅需要的离子种类被分离，且成为仅有所需能量值的离子的射束通过射束整形器32整形为所希望的剖面形状。如图所示，射束整形器32由Q(四极)透镜等(电场式或磁场式)会聚/发散透镜组构成。射束整形器32例如构成为包括横向会聚(纵向发散)透镜QF/横向发散(纵向会聚)透镜QD/横向会聚(纵向发散)透镜QF的三极Q透镜组。射束整形器32根据需要能够分别由横向会聚透镜QF、横向发散透镜QD单独构成，或者组合多个而构成。具有经整形的剖面形状的射束通过射束扫描器34沿与图4的纸面平行的方向被扫描。

射束扫描器34为通过周期变动的电场，以沿与离子束的行进方向正交的水平方向对离子束周期性地进行往复扫描的偏转扫描装置(也被称为射束扫描仪)。

射束扫描器34具备在射束行进方向上以隔着离子束的通过区域的方式对置配置的一对(2片)对置电极34a、34b(双极式偏转扫描电极)，近似于以0.5Hz～4000Hz范围的恒定频率正负变动的三角波的扫描电压，分别以相反符号被施加到2片对置电极34a、34b。该扫描电压在2片对置电极34a、34b之间隙内生成使通过该处的射束偏转的变动电场。而且，通过扫描电压的周期性变动，通过间隙的射束沿水平方向被扫描。

在射束扫描器34的下游侧，在离子束的通过区域具有开口的抑制电极74配置于2个接地电极78a、78b之间。在上游侧，在扫描电极之前方配置有接地电极76a，但根据需要能够配置与下游侧相同结构的抑制电极。抑制电极抑制电子侵入正电极。

扫描室内部构成为，在射束扫描器34的下游侧的较长区间设有射束扫描空间部34c，即使射束扫描角度较窄，也可以得到充分的扫描宽度。位于射束扫描空间部34c的下游的扫描室的后方设有射束平行化器36，该射束平行化器36调整已偏转的离子束以使其与射束扫描偏转前的离子束的方向一致，即，使已偏转的离子束弯曲返回成与设计上的射束基准轨道(以下，有时将其也称为射束线L1)平行。

在射束平行化器36产生的像差(射束平行化器的中心部与左右端部的焦点距离的差)与射束扫描器34的偏转角的平方成正比，因此延长射束扫描空间部34c而减小偏转角，这非常有助于抑制射束平行化器36的像差。若像差较大，则向半导体晶片注入离子束时，在晶片的中心部和左右端部，射束尺寸和射束发散角不同，因此有时会在产品的质量上产生偏差。

并且，通过调整该射束扫描空间部34c的长度，能够使射束传输线单元的长度与高能量多级直线加速单元14的长度一致。

在射束平行化器36配置有平行化透镜84。如图4所述，平行化透镜84由大致双曲线形状的多个加速电极对和减速电极对构成。各电极对隔着不产生放电程度的宽度的加速/减速间隙而相对置，并在加速减速间隙形成电场，该电场一并具有引起离子束的加减速的轴向成分、及与距基准轴的距离成比例加强而对离子束起到横向会聚作用的横向成分。

在隔着加速间隙的电极对中，下游侧的电极和减速间隙的上游侧的电极分别形成一体的结构体，以便成为相同电位。同样，减速间隙的下游侧的电极和未图示的下一个加速间隙的上游侧的电极，也可以分别形成一体的结构体，以便成为相同电位。

从平行化透镜84的上游侧起，最初的电极(入射电极)和最后的电极(出射电极)被保持为接地电位。由此，在通过平行化透镜84的前后，射束的能量不发生变化。

在中间的电极结构体中，在加速间隙的出口侧电极和减速间隙的入口侧电极上连接有可变式定电压的负电源88，在减速间隙的出口侧电极和加速间隙的入口侧电极上连接有可变式定电压的正电源(n段时为负正负正负……)。由此，离子束一边反复进行加速/减速一边阶段性地朝向与射束线的基准轨道平行的方向。而且，最终跟上与偏转扫描前的离子束行进方向(射束线轨道方向)平行的轨道。

如图4所示，射束平行化器36在设计上的射束基准轨道(例如，图4所示的射束线L1)上具有焦点F。入射到射束平行化器36的多个射束轨道37a、37b、37c分别相对于射束基准轨道具有不同的角度。射束平行化器36被设计成，使多个射束轨道37a、37b、37c分别按照入射角度以不同的偏转角度偏转，由此使多个射束轨道37a、37b、37c与射束基准轨道平行。射束平行化器36按照给定的离子注入条件(例如包括目标射束能量)接收预先设定的电输入(例如电压)而作动。

多个射束轨道37a、37b、37c位于包含射束基准轨道的同一平面内，在该平面内，从焦点F至射束平行化器36分别提供不同的入射角度的方向。多个射束轨道37a、37b、37c是通过射束扫描器34进行扫描的结果，因此该平面相当于射束扫描器34的扫描平面(xz面)。这些射束轨道中的任一个(图4中为射束轨道37b)可以与射束基准轨道一致。射束基准轨道在射束平行化器36中不偏转而直线通过射束平行化器36。

离子注入装置100构成为，射束平行化器36的焦点F与射束扫描器34的扫描原点一致。由此，在扫描原点，被射束扫描器34扫描的射束通过包括电场平行化透镜等的射束平行化器36会聚，并且相对于与扫描前的离子束行进方向(射束线轨道方向)平行的偏转角0度的轴(基准轴)平行。此时，扫描区域关于基准轴左右对称。

如上所述，射束平行化器36构成为使从射束扫描器34入射的离子束平行化，在与射束传输方向垂直的平面，在射束平行化器36的下游形成沿着与射束传输方向垂直的x方向(水平方向)扩大的射束通过区域。射束平行化器36例如为静电式射束平行化器。

如图2所示，离子注入装置100中设有射束能量测定装置200。射束能量测定装置200能够测定使用高能量多级直线加速单元14加速的离子束的能量。

射束能量测定装置200具备平行度测定部202及能量运算部204。平行度测定部202构成为，对于通过射束平行化器36的离子束，在射束平行化器36的下游测定离子束的平行度(以下，也称为“射束平行度”或“平行度”)。平行度测定部202例如设置在用于对被处理物进行离子注入处理的真空处理室21。

射束平行度是表示离子束中的射束角度误差的指标。例如，可以用如下指标作为射束平行度，所述指标是表示在由通过射束平行化器36的多个射束轨道37a、37b、37c确定的上述平面内，在与射束线L1垂直的方向(x方向)上的射束角度的误差的指标。就射束平行度而言，与其说是表示相对于设计上的射束基准轨道的离子束整体的角度误差，不如说是表示离子束的局部之间的相对的角度误差。

平行度测定部202例如具备具有多个狭缝的发散掩模及测定射束电流的轮廓仪杯(profiler cup)。发散掩模通过狭缝来限制被射束平行化器36平行化的扫描射束。从发散掩模仅隔开规定距离而配置轮廓仪杯。现有的离子注入装置100的真空处理室21中一般设有如轮廓仪杯那样的射束电流检测器。通过沿用这样的现有的检测器，能够以低成本构成射束能量测定装置200。

平行度测定部202沿着扫描方向(x方向)测定射束电流作为位置的函数。通过射束扫描器34及射束平行化器36的离子束的中心与射束线L1一致的理想情况下，平行度测定部202例如可以由射束电流成为极大的位置与预计设计上电流成为最大的位置的差及发散掩模与射束电流检测器的距离计算出平行度。

能量运算部204构成为根据所测定的平行度运算离子束的能量。能量运算部204基于射束平行度运算离子束相对于目标射束能量的能量偏离量。能量运算部204可以是上述控制装置50的一部分，也可以与所述控制部分分开设置。能量运算部204能够将所运算的离子束的能量的值输出至控制运算装置54及控制装置50的其他构成要件。

然而，射束平行化器36通过离子束的偏转或会聚使离子束平行化，因此为了这样的平行化所需要的偏转力或会聚力依赖于离子束所具有的能量。即，能量越大，所需要的偏转力或会聚力也越大。射束平行化器36的偏转力或会聚力根据对射束平行化器36的电输入(例如电场式平行化透镜84时为电压)而发生变化。

因此，离子注入装置100中，预先确定将离子束的目标射束能量和该离子束的平行化所需要的对射束平行化器36的电输入建立关系的射束平行化器36的设定。在给定的离子注入条件(包括目标射束能量)下，将根据该设定而确定的电输入赋予至射束平行化器36，并使射束平行化器36动作。由此，若向射束平行化器36入射的离子束的能量与目标射束能量一致，则如图5(a)所示，射束平行化器36能够使该离子束完全平行化。图5(a)中，将射束平行化器36的焦点距离记为F0。

但是，若离子束的能量与目标射束能量不同，则在与该目标射束能量相应的设定下，无法通过射束平行化器36使离子束完全平行化。

例如，离子束的能量小于目标射束能量时，通过射束平行化器36，离子束将过于会聚或偏转，导致射束平行度偏离完全的平行。如图5(b)所示，这相当于使射束平行化器36的焦点F靠近射束平行化器36而将焦点距离设为较小的情况(F1＜F0)。并且，离子束的能量大于目标射束能量时，由射束平行化器36产生的离子束的会聚或偏转不足(射束发散)，导致射束平行度偏离完全的平行。如图5(c)所示，这相当于使射束平行化器36的焦点F远离射束平行化器36而将焦点距离设为较大的情况(F2＞F0)。

通过平行化透镜84周边的电场计算及离子束的轨道计算，能够求出该能量偏离与平行度偏离之间的关系。能量成为α倍时，焦点距离成为β倍。对于某一α的值，能够计算从分别与射束扫描器34的扫描范围内的若干扫描角度对应的平行化透镜84的出射角。根据这些扫描角度(即对平行化透镜84的入射角)和从平行化透镜84的出射角，求出与该能量比α对应的焦点距离比β。通过求出分别与多数的能量比α的值对应的焦点距离比β，可得到能量比α与焦点距离比β之间的关系。根据本发明人的分析，能量比α与焦点距离比β具有直线关系，即表示为，α＝A·β+B(A、B为常数)。另外，该关系不依赖于扫描角度。焦点距离比β相当于平行度的偏离，因此能够通过测定平行度来计算能量比α。

例如，将目标射束能量E0的离子束通过平行化透镜84时的偏转角度(即入射角与出射角的差)设为Φ时，将实际偏转的角度设为Φ+δΦ。若作为理想的情况使离子束的中心与射束线L1一致，则能够将角度偏离δΦ用作射束平行度。角度偏离δΦ与能量偏离δE成正比。即，δE＝E0×(δΦ/Φ)。能量运算部204根据这种已知的关系，将测定出的射束平行度(即角度偏离δΦ)换算成能量偏离量δE。

平行化透镜84预先精密地设计为，实现用于使目标能量E0的离子束平行化的偏转角度Φ。并且，平行度为注入处理中的主要参数之一，因此平行度测定部202构成为准确地测定平行度(即δΦ)。目标能量E0被确定为所进行的注入处理的规格。因此，射束能量测定装置200能够精确地求出能量的偏离量δE、即离子束的能量E0+δE。

有关射束平行度的测定，参考图5(b)及图5(c)对具体例进行说明。平行度测定部202中，对于离子束的多个射束部分，测定在与射束基准轨道垂直的方向(x方向)上的射束角度。利用多个射束部分中第1射束部分206的射束角度δΦ1与第2射束部分208的射束角度δΦ2的差来定义射束平行度δΦ。例如定义为δΦ＝(δΦ1-δΦ2)/2。

第1射束部分206位于x方向上的离子束的外缘部，第2射束部分208位于x方向上的与第1射束部分206相反的一侧的离子束的外缘部。第2射束部分208与第1射束部分206关于射束线L1对称。优选测定点的间隔是在x方向上尽可能较大。这是因为，离子束在射束平行化器36中会聚或发散时，测定点彼此相隔时的角度差变大。由此，测定的灵敏度得到提高。

图5(b)及图5(c)中图示出离子束的中心与射束线L1一致，但离子束的能量与目标射束能量不同的情况。如图5(b)中所例示，δΦ1＝-δΦ2＝ξ时，δΦ＝(ξ-(-ξ))/2＝ξ。并且，如图5(c)中所例示，δΦ2＝-δΦ1＝ξ时，δΦ＝(-ξ-ξ)/2＝-ξ。将这样得到的射束平行度δΦ换算成能量偏离δE，能够用此求出离子束的能量。

相对于此，图6中图示出离子束的能量与目标射束能量一致，但离子束的中心偏离射束线L1的情况。如图6中所例示，δΦ1＝δΦ2＝ξ时，δΦ＝(ξ-ξ)/2＝0。由于射束平行度δΦ为零，因此能量偏离δE也成为零。即，第1射束部分206及第2射束部分208没有能量偏离，离子束的能量与目标射束能量一致。

由于射束平行度δΦ为零，因此第1射束部分206及第2射束部分208通过射束平行化器36被平行化。但是，如由图6可知，在射束平行化器36的上游，离子束偏离射束线L1，因此在射束平行化器36的下游，第1射束部分206及第2射束部分208也分别从设计上的射束轨道偏离(倾斜)。

也能够利用通过某一测定点上的射束角度定义的量来作为射束平行度。但是，此时，如图6所示，若离子束偏离射束线L1，则由这种轨道偏离引起的误差包含于测定射束角度。其结果，得到不准确的射束平行度。如此一来，由此得到的能量偏离也变得不准确。

相对于此，如图5(b)及图5(c)所例示，若将通过2个测定点上的射束角度差定义的量用作射束平行度，则能够排除由上述轨道偏离产生的误差。由轨道偏离产生的误差在离子束的局部之间相同。换言之，由于射束平行化器36的上游的轨道偏离，在射束平行化器36的下游的任何射束部分，均产生相同的角度偏离。因此，通过取得测定射束角度的差，能够使包含于一测定射束角度的误差与包含于另一测定射束角度的误差抵消。这样，能够准确地得知射束部分之间的相对的角度偏离。

射束角度的测定点也可以为3个以上。平行度测定部202也可以测定第1射束部分206、第2射束部分208及第3射束部分210。如图7(a)所例示，如上所述，第1射束部分206及第2射束部分208位于x方向上彼此相反的一侧，第3射束部分210位于离子束的中心附近也可以。将基于平行度测定部202的第1射束部分206、第2射束部分208及第3射束部分210的x方向测定位置分别设为X1、X2、X3。

平行度测定部202根据测定出的3个射束角度δΦ1、δΦ2、δΦ3生成x方向射束角度相对于x方向位置的误差分布。误差分布可通过公知的任意方法(例如最小二乘法)求出。在图7(b)中例示误差分布。能够利用该误差分布中的x方向位置的变化量dx、及与其对应的x方向射束角度的变化量d(δΦ)的比来定义射束平行度。例如，射束平行度可以定义为比d(δΦ)/dx。即，射束平行度是x方向的每单位长度的角度差，这是误差分布的斜率。

若离子束产生轨道偏离，则按照该偏离量，测定出的3个射束角度δΦ1、δΦ2、δΦ3同等增加或减少。这相当于图7(b)所示的误差分布的平行移动。即，误差分布的斜率不变。由此，通过利用比d(δΦ)/dx来定义射束平行度，能够在射束平行度中排除由轨道偏离产生的误差。

另外，也可以在射束角度的测定点为2个时生成这种误差分布。此时，可以根据2个射束部分的与x方向测定位置对应的x方向射束角度测定值运算出比d(δΦ)/dx。

如参考图2进行的说明，离子注入装置100具备高能量多级直线加速单元14、能量分析磁铁24及能量分析狭缝28。由高能量多级直线加速单元14进行的加速在原理上是对离子束赋予能量分布。离子注入装置100设计为，高能量多级直线加速单元14以适当的参数动作时，能量分布的中心与狭缝的中心一致。通过狭缝之后的射束能量成为目标射束能量。

然而，高能量多级直线加速单元14以适当的参数及稍微不同的参数动作时，因该参数的不同，离子束的能量稍有增减。如此一来，由能量分析磁铁24引起的离子束的偏转角度发生变化，离子束的能量分布的中心偏离能量分析狭缝28的中心。若射束中心偏离狭缝中心，则与此相应地，通过狭缝之后的射束能量将偏离目标射束能量。

因此，测定出的离子束的能量也可以被用于控制高能量多级直线加速单元14。例如，控制装置50可以根据运算出的离子束的能量控制高能量多级直线加速单元14，以使离子束具有目标能量。

此时，控制装置50可以控制至少1个高频谐振器14a中的电压振幅V[kV]。控制电压相当于直接操作离子束的能量。优选至少1个高频谐振器14a包含最终段的高频谐振器。通过这样在最终段的高频谐振器中控制电压，能够轻松地调整离子束的能量。

或者，控制装置50也可以控制至少1个高频谐振器14a中的高频相位φ[deg]。通过调整相位，能够使射束被加速时所接收的能量的比例发生变化。

如此一来，能够精确地调整射束能量。由此，例如能够精密地控制向基板W注入的深度。

然而，为了校正射束能量测定装置200，需要利用射束能量测定装置200测定具有已知的能量的校正用离子束。射束能量测定装置200适用于高能量离子注入装置时，优选遍及注入能量的整个范围(即低能量至高能量)进行射束能量测定装置200的校正。

在由射束能量测定装置200进行的实际的射束能量测定中，在校正中使用测定出的能量与已知的能量之间的对应关系(以下，也称为能量校正表)。通过使用能量校正表，能够修正具有未知的能量的离子束的测定结果。

但是，实际情况是制作具有已知的“高”能量的校正用离子束并不容易。例如，经高频加速的离子束虽然是高能量，但如上所述，原理上具有某种程度的能级宽度。因此，经高频加速的离子束只能以与能级宽度相应的分辨率确定其能量的大小，难以严格地确定。这在提高校正精度的方面成为限制。为了更准确的校正，校正用离子束不应具有能级宽度。由此，很难说经高频加速的离子束作为校正用离子束是合格的。

因此，可以考虑将未进行高频加速而通过直流电压加速的离子束、所谓的直流(direct current)射束(以下，也称为DC射束)用作校正用离子束。由于未进行高频加速，因此离子束仅通过引出电压加速。因此，DC射束的能量成为与引出电压相应的大小(即，DC射束具有已知的能量)。DC射束不具有如经高频加速的离子束那样的能级宽度，换言之，在能量上为单色。与经高频加速的离子束相比，能够更严格地确定DC射束的能量的大小。由此，DC射束适合于校正用离子束。

但是，DC射束可具有的能量的最大值受到引出电压的上限的限制。典型地，引出电压最大为100kV左右，因此一价离子的DC射束的能量最大值停留在100keV左右。校正用离子束的高能量化存在极限。最近的高能量离子注入装置通过高频加速能够进行例如1MeV以上的超高能量区域中的离子注入，但校正用离子束的能量未达到这样的超高能量。

在这种实际情况下，还可以考虑采用将低能量区域中的校正结果外插到高能量区域的方法，来代替实际使用已知的“高”能量的离子束进行校正。但是，由于该方法为外插，因此能量越高，误差有可能越大。若将使用容易利用的例如100keV以下的校正用离子束而得到的低能量区域中的校正结果外插到例如1MeV以上的超高能量区域，则担心超高能量区域中的误差。

在这种背景下，希望DC射束的高能量化。以此为指向，本发明人等提出了在离子源10中生成多价离子的DC射束。若在离子源10生成多价离子并引出，则成为具有引出电压的价数倍的能量的射束。例如，若以100kV的引出电压引出二价的离子，则能够得到具有200keV的能量的多价离子束。若以100kV的引出电压引出四价的离子，则能够得到具有400keV的能量的多价离子束。

多价离子束的一部分在射束线中被传输的期间随着与射束线中的残留气体的相互作用等而接收电子。其结果，多价离子束的一部分在保持原来的高能量的状态下价数减少，最终成为高能量的一价离子束。就上述例子而言，由二价的离子束可得到200keV的一价离子束。或者，由四价的离子束可得到400keV的一价离子束。

通过离子的每个价数的能量来确定基于平行化透镜84或其他射束线构成要件的静电偏转作用。100keV的一价离子与400keV的四价离子中，两者每个价数的能量相等，均为100keV，因此静电偏转程度(例如偏转角度)相同。通过离子的价数减少，每个价数的能量变大。400keV的一价离子具有100keV的一价离子的4倍的能量。

由此，对于利用了射束平行化器36的射束能量测定装置200而言，减少价数相当于实现离子束的高能量化。这样，通过使用经高能量化的校正用离子束能够提高射束能量测定装置200的校正精度。

在能量校正表的制作作业中促进多价离子束的价数减少，关系到制作作业的效率化、例如作业时间的缩短。为了促进价数减少，例如将制作能量校正表的期间的射束线压力设为高于离子注入处理中的射束线压力即可。如此一来，通过残留气体与多价离子的相互作用，能够促进多价离子的价数减少，有效地生成保持原来的高能量的一价离子束。

图8示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置100的上游射束线102。在此，上游射束线102是指离子注入装置100中离子源10与射束偏转单元16之间的部分。上游射束线102设置于离子源10的下游，且包括质谱分析装置22(例如质谱分析磁铁22a)和高能量多级直线加速单元14。图8中示出高能量多级直线加速单元14的几个会聚发散透镜64，未图示高频谐振器14a。能量分析磁铁24设置于上游射束线102的下游。射束能量测定装置200在能量分析磁铁24的下游测定校正用离子束的能量。

离子源10能够输出包含具有与引出电压相应的已知的能量的多价离子的校正用离子束。离子源10能够生成硼、磷、砷、氩、氙或氮的多价离子。容易生成三价或四价等更大价数的阳离子的元素，对生成高能量的校正用离子束是有用的。并且，电子捕获剖面面积大的(即，接收电子的能力高的)离子种类，其价数容易减少，因此有用。从这种观点而言，氩或砷特别有用。

上游射束线102包括从质谱分析磁铁22a的出口至高能量多级直线加速单元14的入口为止的射束线区间。以下，有时将该射束线区间称为连结真空容器104。连结真空容器104将质谱分析磁铁22a的出口连结于高能量多级直线加速单元14的入口。连结真空容器104例如为由金属框体构成的真空容器。或者，也可以使用伸缩管(bellows)将质谱分析装置22与高能量多级直线加速单元14连结，此时，连结真空容器104包括伸缩管。连结真空容器104内未设有作用于离子束的电场设备或磁场设备。

附属于上游射束线102而设有上游射束线压力调整装置106。上游射束线压力调整装置106构成离子注入装置100的真空排气系统的一部分。上游射束线压力调整装置106连接于上游射束线102，以便调整上游射束线102的压力。

上游射束线压力调整装置106包括至少1个高真空泵、例如涡轮分子泵。上游射束线102上设有3个涡轮分子泵。

第1涡轮分子泵108a设置于质谱分析装置22。第1涡轮分子泵108a主要调整从质谱分析磁铁22a的出口至高能量多级直线加速单元14的入口为止的射束线区间的压力。在图8所示的结构中，第1涡轮分子泵108a的吸气口连接于连结真空容器104。也可以代替该情况，而使第1涡轮分子泵108a的吸气口连接于质谱分析磁铁22a。第1涡轮分子泵108a的排气口设有第1闸阀110。

第2涡轮分子泵108b及第3涡轮分子泵108c设置于高能量多级直线加速单元14。第2涡轮分子泵108b配置于上游侧，第3涡轮分子泵108c配置于下游侧。由此，第2涡轮分子泵108b调整高能量多级直线加速单元14的上游侧(例如，图1所示的第1线性加速器15a)的压力。第3涡轮分子泵108c调整高能量多级直线加速单元14的下游侧(例如第2线性加速器15b)的压力。

第1涡轮分子泵108a、第2涡轮分子泵108b及第3涡轮分子泵108c各自的排气口经由第2闸阀114连接于粗抽泵(roughing pump)112。第1闸阀110配置于第1涡轮分子泵108a与第2闸阀114之间。

并且，第4涡轮分子泵108d设置于离子源10。第4涡轮分子泵108d的排气口经由第3闸阀116连接于粗抽泵118。第4涡轮分子泵108d调整离子源10的压力。离子源10上经由流量调整部(例如质量流量控制器)122连接有供给离子的原料气体的气体供给部120。

上游射束线压力调整装置106可以具备真空计119。真空计119配置于上游射束线102的任意部位、例如高能量多级直线加速单元14的入口或其附近。真空计119测定上游射束线102的压力、例如连结真空容器104的压力。

图9是表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置100的控制装置50的概略结构的框图。控制装置50具备校正序列部130、能量校正表132及状态监视部134。控制装置50构成为控制第1涡轮分子泵108a、第1闸阀110等、上游射束线压力调整装置106的各构成要件。控制装置50从真空计119接收所测定出的压力。

上游射束线压力调整装置106在基于控制装置50的控制下调整上游射束线102的压力。上游射束线压力调整装置106在离子注入处理期间将上游射束线102的压力调整为第1压力。第1压力为适合于用于离子注入处理的注入用离子束的传输的压力，例如从10^-5Pa～10^-4Pa的范围进行选择。离子注入处理期间，第1涡轮分子泵108a、第2涡轮分子泵108b、第3涡轮分子泵108c及粗抽泵112运转，第1闸阀110及第2闸阀114打开。

校正序列部130按照预先设定的校正序列制作能量校正表132。能量校正表132表示校正用离子束的已知的能量与通过射束能量测定装置200测定出的校正用离子束的能量之间的对应关系。

校正序列部130在制作能量校正表132的期间控制上游射束线压力调整装置106，以便将上游射束线102的压力调整为第2压力。第2压力高于第1压力。第2压力从能够进行校正用离子束的传输的压力范围例如10^-4Pa～10^-2Pa的范围进行选择，例如可以为约10^-3Pa。这样，在制作能量校正表132的过程中，在质谱分析磁铁22a与能量分析磁铁24之间的区域中能够提高射束线的压力。

校正序列部130在制作能量校正表132的期间控制上游射束线压力调整装置106，以便至少将连结真空容器104的压力调整为第2压力。校正序列部130在制作能量校正表132的期间停止第1涡轮分子泵108a，并关闭第1闸阀110。

校正序列部130在制作能量校正表132的期间也可以控制上游射束线压力调整装置106，以便将高能量多级直线加速单元14的压力调整为第2压力。校正序列部130在制作能量校正表132的期间也可以(与第1涡轮分子泵108a一同或代替第1涡轮分子泵108a而)停止第2涡轮分子泵108b及第3涡轮分子泵108c中的至少一方。

校正序列部130在制作能量校正表132的期间控制高能量多级直线加速单元14，以便高能量多级直线加速单元14不进行校正用离子束的高频加速而传输校正用离子束。校正序列部130不使高频谐振器14a动作而仅使会聚发散透镜64动作。这样，高能量多级直线加速单元14用于DC射束的传输。

图10是例示一实施方式所涉及的校正序列的流程图。通过校正序列部130执行校正序列。首先，通过操作人员的输入，离子注入装置100被设定为校正模式，并开始校正序列(S10)。离子注入装置100输出校正用离子束(S12)。

校正序列部130具备对于离子注入装置100的各构成要件的校正模式专用的运转参数(以下，也称为校正运转参数)。校正序列部130在开始校正序列的同时，将各构成要件的运转参数切换成校正运转参数。

对于离子源10，以有效地生成多价离子的方式设定有校正运转参数。这样，从离子源10输出包含具有与引出电压相应的已知的能量的多价离子的校正用离子束。离子源10能够输出包含第1价数的多价离子的校正用离子束。对于质谱分析装置22，以生成筛选该第1价数的多价离子的磁场的方式设定有校正运转参数。

对于高能量多级直线加速单元14，以有效地传输包含第2价数的多价离子的校正用离子束的方式设定有校正运转参数。第2价数小于第1价数。换言之，高能量多级直线加速单元14的校正运转参数以有效地传输从多价离子减少了价数(例如一价)的校正用离子束的方式设定。另外，如上所述，高能量多级直线加速单元14的校正运转参数以高能量多级直线加速单元14不进行高频加速的方式设定。

对于能量分析磁铁24，以生成筛选包含第2价数的多价离子的校正用离子束的磁场的方式设定有校正运转参数。对于配置于能量分析磁铁24的下游的转向磁铁30及其他射束线构成要件，也以传输尽可能多的包含第2价数的多价离子的校正用离子束的方式设定有校正运转参数。

接下来，校正序列部130停止第1涡轮分子泵108a(S14)，并关闭第1闸阀110(S16)。第2涡轮分子泵108b及第3涡轮分子泵108c的排气运转继续进行。粗抽泵112的运转也继续进行，第2闸阀114被打开。其结果，连结真空容器104的压力由第1压力提高至第2压力。校正序列部130也可以参考由真空计119测定出的测定压力来确认连结真空容器104的压力是否调整为第2压力。

接着，校正序列部130确认是否正在输出校正用离子束(S18)。校正序列部130使用配置于能量分析磁铁24的下游的射束电流检测器(例如，第2射束测量器80b、第3射束测量器80c或射束能量测定装置200)来确认是否正在输出从多价离子减少了价数(例如一价)的校正用离子束。若离子注入装置100的各构成要件正常动作，则应正在输出具有对于能量校正表132的制作来说充分的射束电流的校正用离子束。当确认不到这样的校正用离子束时设想装置的异常等，因此校正序列部130可以终止校正序列。

当正在输出校正用离子束时，校正序列部130制作能量校正表132(S20)。校正序列部130将通过射束能量测定装置200测定出的校正用离子束的能量与(作为与引出电压相应的值的)校正用离子束的已知的能量建立对应。这样，得到能量校正表132的1个校正点。

为了得到多个校正点，校正序列部130可以依次生成多种不同的校正用离子束，并按校正用离子束的每个种类得到校正点。例如，校正序列部130能够在多种不同的离子束生成条件(例如，多个不同的引出电压、多个不同的价数、多个不同的离子种类)下依次生成校正用离子束。若得到所需要的所有校正点，则结束能量校正表132的制作。所制作的能量校正表132保存于控制装置50或附带的存储装置(例如，图3所示的参数存储装置70)。

若能量校正表132的制作结束，则校正序列部130打开第1闸阀110(S22)，并启动第1涡轮分子泵108a(S24)。然后，校正序列部130解除校正模式(S26)。这样，校正序列结束。

另外，校正序列部130也可以在解除校正模式之前参考由真空计119测定出的测定压力来确认上游射束线102的压力是否已恢复为第1压力。也可以在解除校正模式的同时，校正序列部130对离子注入装置100的各构成要件由校正运转参数切换成原来的运转参数(即开始校正序列之前的运转参数)。

根据上述结构，作为一例，能够使用90kV的引出电源制作270keV的一价的校正用离子束。首先，离子源10的运转参数适当设定为在离子源10中生成尽可能多的三价的砷离子。若以90kV的引出电压引出三价的砷离子，则成为270keV的三价砷离子束。质谱分析装置22的质谱分析磁铁22a的磁场以筛选270keV的三价砷离子束的方式适当设定。

离开质谱分析装置22的270keV的三价砷离子在连结真空容器104中与残留气体碰撞而接收电子。若270keV的三价砷离子接收2个电子，则变为270keV的一价砷离子。连结真空容器104及其下游侧的射束线中会存在未接收电子而保持三价的状态的砷离子、接收到1个电子的二价的离子等各种状态的粒子。高能量多级直线加速单元14的会聚发散透镜64的运转参数以传输尽可能多的270keV的一价砷离子的方式适当设定。由于高能量多级直线加速单元14的高频谐振器14a未被运转，因此270keV的一价砷离子作为DC射束以保持能量的状态被传输。

能量分析磁铁24的磁场以筛选270keV的一价砷离子束的方式适当设定。对于配置于能量分析磁铁24的下游的转向磁铁30及其他射束线构成要件，也以传输尽可能多的270keV的一价砷离子束的方式适当设定。这样，能够使270keV的一价砷离子束到达射束能量测定装置200。

在此，若使用其他价数的离子来代替三价离子，则能够生成具有不同能量的校正用离子束。尤其，通过使用如四价离子那样价数大的离子，能够生成更高能量的校正用离子束，并在更高能量区域得到校正点。这样，能够提高高能量区域中的校正精度。上述例子中，通过使用四价离子能够生成360keV的校正用离子束。另外，若使用二价离子，则生成180keV的校正用离子束。通过改变引出电压也能够生成不同能量的校正用离子束。

图11是例示一实施方式所涉及的状态监视部134的动作的流程图。状态监视部134构成为监视离子注入装置100的各构成要件的动作状态。状态监视部134构成为，在离子注入装置100中的任一构成要件发生了异常的情况或设想有异常可能性的情况下，采取停止或截断离子束等安全上的措施。

在离子注入装置100的运转过程中定期地反复执行图11中所例示的状态监视处理。若开始进行处理，则如图11所示，状态监视部134判定离子注入装置100的当前的运转模式是否为校正模式(S30)。当前的运转模式为校正模式时(S30的是(Yes))，状态监视部134结束本次的状态监视处理。

当前的运转模式不是校正模式时(例如为一般的离子注入模式时)(S30的否(No))，状态监视部134判定第1涡轮分子泵108a当前是否停止(S32)。状态监视部134也可以判定至少1个涡轮分子泵当前是否停止。涡轮分子泵当前未停止时(即涡轮分子泵正常运转时)(S32的否)，状态监视部134结束本次的状态监视处理。

涡轮分子泵当前停止时(S32的是)，状态监视部134阻断(shutdown)离子束(S34)。例如，将屏蔽离子束的屏蔽板插入到射束线。或者，使离子源10或其他射束线构成要件停止，离子束从射束线中消失。这种阻断作为安全上的措施之一而具备于离子注入装置100。

典型的离子注入装置中的状态监视处理不包括当前的运转模式是否为校正模式的判定。由此，与离子注入装置100的当前的运转模式无关地，若涡轮分子泵停止，则自动阻断离子束。此时，若如图10中所例示的校正序列那样，使第1涡轮分子泵108a停止，则校正用离子束也被阻断，无法继续进行能量校正表132的制作作业。

但是，根据本实施方式的状态监视处理，当前的运转模式为校正模式时，离子束不被阻断。继续进行校正用离子束的生成及传输。由此，能够完成能量校正表132。

图12是例示一实施方式所涉及的能量校正表132的曲线图。图12概念性地表示通过射束能量测定装置200测定出的能量(纵轴)与真正的能量(横轴)之间的对应关系即能量校正表132。横轴所示的真正的能量为按照引出电压计算出的能量。使用利用了多价离子的价数减少的高能量的DC射束测定多个校正点(图示例中为5个校正点)。根据这些校正点，通过基于最小二乘法的拟合计算等适当的方法导出规定能量范围内的能量校正表132。一般以校正直线形式赋予能量校正表132。测定能量与真正的能量大致相等，两者具有比例常数大致等于1的比例关系。与测定能量对应的真正的能量内插到相邻的2个校正点之间，在比最大校正点更高的能量侧通过外插而被计算。

图13例示比较例所涉及的能量校正表。该能量校正表是使用单纯引出的DC射束(即，未利用如上所述的多价离子的价数减少的DC射束)而得到。由此，校正点的能量相当低。因此，高能量侧的外插区域比图12所示的能量校正表132大。若图13所示的校正直线遍及与图12所示的能量校正表132相同的能量范围而延长至高能量侧，则高能量区域中的误差有可能变大。

因此，根据本实施方式，实际上能够直至更高能量的区域为止得到校正点，因此能够制作更准确的能量校正表132。提高离子注入装置100中的射束能量测定的校正精度，并提高射束能量测定装置200的测定精度。能够精确地测定包含经高频加速的离子束的注入用离子束的能量。使用准确的射束能量测定结果，能够精确地调整离子注入处理时的射束能量，例如能够精密地控制向基板W注入的深度等能够实现精确的离子注入。

并且，根据本实施方式，使用上游射束线压力调整装置106进行调整，以使校正序列的执行过程中的上游射束线102的压力高于离子注入处理中的上游射束线102的压力。由此，促进多价离子的价数变化(具体而言为价数减少)，能够有效地生成高能量的校正用离子束。

优选在质谱分析装置22与能量分析磁铁24之间尽可能靠上游的部位、例如连结真空容器104中进行本实施方式的压力调整及多价离子的价数变化。这是因为，高能量多级直线加速单元14、能量分析磁铁24等比质谱分析装置22靠下游侧的射束线构成要件，全部以被优化为有效地传输经价数变化的离子束的校正运转参数运转。换言之，原来的多价离子难以由下游侧的射束线构成要件进行传输，容易丢失。在连结真空容器104中对多价离子进行价数变化，这在生成更多经价数变化的离子的方面是有效的。

本实施方式中，通过第1涡轮分子泵108a的开关那样的比较简单的操作来实现这种压力调整。与一旦停止离子注入装置本身之后再启动这样的繁琐的作业(以往在校正作业开始或结束时可能需要)相比，这样的操作能够在短时间内进行。由此，能够缩短校正作业所需要的时间。

图14是示意地表示其他实施方式所涉及的离子注入装置100的上游射束线102的图。

如图14所示，在第1涡轮分子泵108a、第2涡轮分子泵108b及第3涡轮分子泵108c各自的吸气口配置有传导阀140。传导阀140在离子注入处理期间设定为第1传导率。校正序列部130在制作能量校正表132的期间将传导阀140设定为小于第1传导率的第2传导率。如此，也能够降低上游射束线102中的真空度，并促进多价离子的价数变化。另外，传导阀140也可以仅设置于第1涡轮分子泵108a。

并且，上游射束线压力调整装置106可以具备连接于上游射束线102的气体供给装置142。气体供给装置142例如构成为对连结真空容器104供给气体，但也可以构成为对高能量多级直线加速单元14供给气体。气体供给装置142具备气体瓶等气体源144及质量流量控制器等流量调整部146。

校正序列部130控制气体供给装置142，以便在制作能量校正表132的期间向上游射束线102例如连结真空容器104供给气体。校正序列部130控制气体供给装置142，以便在制作能量校正表132的期间将上游射束线压力调整为第2压力。

气体供给装置142能够将稀有气体、氮、氧、或含有稀有气体、氮、氧中至少1种的混合气体供给至上游射束线102。为了容易对从离子源10供给的多价离子赋予电子，离子化剖面面积大的(即，放出电子的能力高的)气体种类是有用的。从这种观点而言，氙气、氪气或含有氙气或氪气的混合气体是特别有用的。即便如此，也能够促进上游射束线102中的多价离子的价数变化。

另外，上游射束线压力调整装置106可以具备传导阀140及气体供给装置142这两者，也可以具备它们中的至少一方。并且，也可以将传导阀140及气体供给装置142中的至少一方与参考图8说明的第1涡轮分子泵108a及第1闸阀110并用。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明。但本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，且能够有多种变形例，并且这样的变形例也在本发明的范围内，这是本领域技术人员所认同的内容。

在上述实施方式中，离子注入装置100具备静电型射束平行化器36，但本发明并不限于此。在一实施方式中，离子注入装置100也可以具备磁场型射束平行化器。此时，通过将上述说明中的电压置换为磁场，能够同样地测定能量。

上述实施方式所涉及的校正也能够适用于与电场式或磁场式偏转设备(例如最终能量过滤器38)组合使用的能量测定设备的校正。在此，电场式或磁场式偏转设备配置于质谱分析装置22及能量分析磁铁24的下游侧。能量测定设备基于偏转设备使离子束偏转的偏转角度来测定离子束的能量。

本发明的实施的方式也能够如下表现。

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：

离子源，能够输出包含具有与引出电压相应的已知的能量的多价离子的校正用离子束；

上游射束线，设置于所述离子源的下游，且包括质谱分析磁铁和高频线性加速器；

能量分析磁铁，设置于所述上游射束线的下游；

射束能量测定装置，在所述能量分析磁铁的下游测定所述校正用离子束的能量；

上游射束线压力调整装置，连接于所述上游射束线，以便在离子注入处理期间将上游射束线压力调整为第1压力；及

校正序列部，制作表示所述已知的能量与通过所述射束能量测定装置测定出的所述校正用离子束的能量之间的对应关系的能量校正表，

所述校正序列部控制所述上游射束线压力调整装置，以便在制作所述能量校正表的期间将所述上游射束线压力调整为高于所述第1压力的第2压力。

2.根据实施方式1所述的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置连接于所述质谱分析磁铁或射束线区间，以便调整从所述质谱分析磁铁的出口至所述高频线性加速器的入口为止的所述射束线区间的压力，

所述校正序列部控制所述上游射束线压力调整装置，以便在制作所述能量校正表的期间将所述射束线区间的压力调整为所述第2压力。

3.根据实施方式1或2所述的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置具备连接于所述质谱分析磁铁的涡轮分子泵，

所述校正序列部在制作所述能量校正表的期间停止所述涡轮分子泵。

4.根据实施方式1至3中任一项所述的的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置具备：涡轮分子泵，连接于所述质谱分析磁铁；及传导阀，配置于所述涡轮分子泵的吸气口，所述传导阀在所述离子注入处理期间设定为第1传导率，

所述校正序列部在制作所述能量校正表的期间将所述传导阀设定为小于所述第1传导率的第2传导率。

5.根据实施方式1至4中任一项所述的的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置具备连接于所述上游射束线的气体供给装置，

所述校正序列部控制所述气体供给装置，以便在制作所述能量校正表的期间气体被供给至所述上游射束线。

6.根据实施方式5所述的离子注入装置，其特征在于，

所述气体供给装置能够将稀有气体、氮、氧或含有稀有气体、氮、氧中至少1种的混合气体供给至所述上游射束线。

7.根据实施方式5或6所述的离子注入装置，其特征在于，

所述气体供给装置能够将氙气、氪气或含有氙气或氪气的混合气体供给至所述上游射束线。

8.根据实施方式1至7中任一项所述的的离子注入装置，其特征在于，

所述离子源能够生成硼、磷、砷、氩、氙或氮的多价离子。

9.根据实施方式1至8中任一项所述的的离子注入装置，其特征在于，

所述离子源能够生成氩或砷的多价离子。

10.根据实施方式1至9中任一项所述的的离子注入装置，其特征在于，

所述校正序列部控制所述高频线性加速器，以便在制作所述能量校正表的期间，所述高频线性加速器不进行所述校正用离子束的高频加速而传输所述校正用离子束。

11.根据实施方式1至10中任一项所述的的离子注入装置，其特征在于，

还具备设置于所述能量分析磁铁的下游的射束平行化器，

所述射束能量测定装置能够测定使用所述高频线性加速器加速的离子束的能量，

所述离子注入装置还具备：

平行度测定部，在所述射束平行化器的下游测定射束平行度；及

能量运算部，按照使用目标射束能量定义的已知的关系，根据所述射束平行度运算离子束相对于所述目标射束能量的能量偏离量。

12.根据实施方式11所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束平行化器在射束基准轨道上具有焦点，

所述射束平行化器使多个射束轨道分别以按照入射角度而不同的偏转角度偏转，以便在包含所述射束基准轨道的平面内从所述焦点至所述射束平行化器分别将方向设定为不同的入射角度的所述多个射束轨道，在目标射束能量下与所述射束基准轨道平行。

Claims (12)

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：

离子源，能够输出包含具有与引出电压相应的已知的能量的多价离子的校正用离子束；

上游射束线，设置于所述离子源的下游，且包括质谱分析磁铁和高频线性加速器；

能量分析磁铁，设置于所述上游射束线的下游；

射束能量测定装置，在所述能量分析磁铁的下游测定所述校正用离子束的能量；

上游射束线压力调整装置，连接于所述上游射束线，以便在离子注入处理期间将上游射束线压力调整为第1压力；及

校正序列部，制作表示所述已知的能量与通过所述射束能量测定装置测定出的所述校正用离子束的能量之间的对应关系的能量校正表，

所述校正序列部控制所述上游射束线压力调整装置，以便在制作所述能量校正表的期间将所述上游射束线压力调整为高于所述第1压力的第2压力。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置连接于所述质谱分析磁铁或射束线区间，以便调整从所述质谱分析磁铁的出口至所述高频线性加速器的入口为止的所述射束线区间的压力，

所述校正序列部控制所述上游射束线压力调整装置，以便在制作所述能量校正表的期间将所述射束线区间的压力调整为所述第2压力。

3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置具备连接于所述质谱分析磁铁的涡轮分子泵，

所述校正序列部在制作所述能量校正表的期间停止所述涡轮分子泵。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置具备连接于所述质谱分析磁铁的涡轮分子泵和配置于所述涡轮分子泵的吸气口的传导阀，所述传导阀在所述离子注入处理期间设定为第1传导率，

所述校正序列部在制作所述能量校正表的期间将所述传导阀设定为小于所述第1传导率的第2传导率。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述上游射束线压力调整装置具备连接于所述上游射束线的气体供给装置，

所述校正序列部控制所述气体供给装置，以便在制作所述能量校正表的期间气体被供给至所述上游射束线。

6.根据权利要求5所述的离子注入装置，其特征在于，

所述气体供给装置能够将稀有气体、氮、氧或含有稀有气体、氮、氧中至少1种的混合气体供给至所述上游射束线。

7.根据权利要求5或6所述的离子注入装置，其特征在于，

所述气体供给装置能够将氙气、氪气或含有氙气或氪气的混合气体供给至所述上游射束线。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子源能够生成硼、磷、砷、氩、氙或氮的多价离子。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子源能够生成氩或砷的多价离子。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述校正序列部控制所述高频线性加速器，以便在制作所述能量校正表的期间，所述高频线性加速器不进行所述校正用离子束的高频加速而传输所述校正用离子束。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

还具备设置于所述能量分析磁铁的下游的射束平行化器，

所述射束能量测定装置能够测定使用所述高频线性加速器加速的离子束的能量，

所述离子注入装置还具备：

平行度测定部，在所述射束平行化器的下游测定射束平行度；及

能量运算部，按照使用目标射束能量定义的已知的关系，根据所述射束平行度运算离子束相对于所述目标射束能量的能量偏离量。

12.根据权利要求11所述的离子注入装置，其特征在于，

所述射束平行化器在射束基准轨道上具有焦点，

所述射束平行化器使多个射束轨道分别以按照入射角度而不同的偏转角度偏转，以便在包含所述射束基准轨道的平面内从所述焦点至所述射束平行化器分别将方向设定为不同的入射角度的所述多个射束轨道，在目标射束能量下与所述射束基准轨道平行。