CN100495072C - 离子束测量方法和离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

当前台快门驱动装置(36)在y方向驱动前台束限制快门(32)时，测量由经过快门(32)的一侧面(34)的外侧入射到前台多点法拉第装置(24)上的离子束(4)的束流的变化，从而在前台束限制快门(32)的位置在离子束(4)的y方向计算束流密度分布。由当后台快门驱动装置(46)在y方向驱动后台束限制快门(42)时，测量经过快门(42)的一侧面(44)的外侧入射到后台多点法拉第装置(28)上的离子束(4)的束流的变化，从而在前台束限制快门(42)的位置在离子束(4)的y方向计算束流密度分布。另外，通过测量的结果来测量离子束(4)的y方向的角偏移、发散角和束尺寸的至少一个。

Description

离子束测量方法和离子注入装置
技术领域
本发明涉及一种离子束测量方法和能够通过使用控制装置执行所述测试方法的离子注入装置，所述测量方法在垂直于x方向的y方向上在离子注入装置中测量离子束的角偏移、发散角和束尺寸，所述装置的类型为在x方向平行地扫描离子束以照射到目标上。
背景技术
近年来离子注入技术在半导体制造工艺中具有重要的地位。
在将离子注入到目标例如半导体衬底时，已知特别在注入深度方向上的注入特性由相对于半导体衬底的晶轴的注入角度(入射角)决定，且通常需要离子注入技术能够在防止注入特性的条件下或主动利用注入特性的条件下进行离子注入工艺。
上述的现象被称为沟道(channeling)作用，其特别在0度附近的离子入射角提供有高入射角依赖性，且因此虽然在0度附近的离子入射角需要高精确度的入射角控制，但是在其它入射角通常也需要具有高精确度的入射角控制。
日本专利公报No.3358336(第2、3段、图1)(其后称为专利参考文件1)描述了能够在某些程度满足这样的要求的离子注入装置的示例。图1显示了与专利参考文件1中所述的离子注入装置相似的离子注入装置。
该离子注入装置提供有：离子源2，用于产生离子束4；质量分离器6，其上入射来自离子束2的离子束，且从离子束4分离以取样期望质量的离子束4；加速器/减速器8，其上入射来自物质分离器6的离子束，且加速或减速离子束4；能量分离器10，其上入射来自加速器/减速器8的离子束4，且分离以取样期望能量的离子束4；扫描器12，其上入射来自能量分离器10的离子束4，且在x方向(例如，水平方向)扫描离子束4；束平行器14，其上入射来自扫描器12的离子束4且弯回离子束4以平行化来与z轴平行，对于z轴将在下面说明；以及目标驱动装置20(还参考图7)，用于在垂直于x方向的y方向(例如，垂直方向)上机械地往复扫描(往复驱动)目标(例如，半导体衬底)16，或在照射来自束平行器14的离子束4的区域中基本在y方向上机械地往复扫描(往复驱动)目标。
这里，z轴被定义为垂直于x方向(换言之，x轴)和y方向(换言之，y轴)的方向，且就设计而言为入射到目标16的离子束4的轨迹的方向。
物质分离器6例如是通过磁场分离离子束4的物质的物质分离电磁体。加速器/减速器8例如是具有多个用于通过静电场加速或减速离子束4的电极片的加速器/减速器管。能量分离器10例如是通过磁场分离离子束4的能量的能量分离电磁体。扫描器12例如是通过磁场扫描离子束4的扫描电磁体，或通过电场扫描离子束4的扫描电极。束平行器14例如是平行化离子束4的束平行化电磁体。例如，还参考图7，目标驱动装置20包括：夹具18，用于夹持目标16且在由箭头标记22所示的y方向或基本在y方向上往复扫描由夹具18夹持的目标16。
通过上述的结构，通过将具有期望质量和期望能量的离子束4照射到目标16，同时在x方向平行地扫描离子束4，将在y方向上机械地往复扫描以相对于离子束4的预定的角度夹持的目标16，且将离子束4均匀地辐射到目标16的整个面上，从而可以均匀地进行离子注入。以该方式使用离子束4的电磁扫描和目标16的机械扫描的类型被称为混合扫描类型。
在该情形，理想地，在离子束4的束线上检视装置，例如物质分离器6、能量分离器10、扫描器12和束平行器14被设计仅在x方向上一维地偏转离子束，且不在y方向偏转离子束4。因此，通过在x方向精确地控制离子束4的平行性，从而以固定的入射角用离子束4照射目标的表面。
这里，离子束4相对于目标16的入射角是目标16和离子束4之间的相对角度，具体而言，指的是目标16的表面上竖立的垂直线和离子束4所形成的角度。进一步详细解释，在入射角中，存在如图10A所示的示例的x方向(即，在x-z平面)的入射角
Figure C200480028455D00101
和如图10B所示的示例的y方向(即，在y-z平面)的入射角
Figure C200480028455D00102
标号17指示垂直线。例如，图7所示的目标16是相似于图10B的示例的y方向的入射角
Figure C200480028455D00103
被保持不大于0度的情形的示例。
如图2所示的示例，x方向的离子束的平行性指的是由扫描和平行化的离子束4实际上在x-z平面行进的轨迹和z轴方向形成的角度θx。因此，在理想情形，即其中扫描和平行化的离子束4行进的轨迹完全与z轴平行的情形，θx＝0°。另外，x方向的平行性θx和x方向的入射角彼此紧密相关。
另外，如图3所示的示例，由扫描和平行化的离子束4实际上在y-z平面的轨迹和z轴方向形成的角度由标记θy指示。因此，例如，在理想情形，即其中扫描和平行化的离子束4行进的轨迹完全与z轴平行的情形，θy＝0°。另外，y方向的平行性θy和y方向的入射角
Figure C200480028455D00112
彼此紧密相关。
一般地，作为表征带电粒子束的量，或在该情形中作为表征离子束4的量，除了总束流之外，还有：(a)由具有束流密度分布的离子束4的中心行进的中心轨迹；(b)在垂直于中心轨迹的面上显示束流密度分布的展开的束尺寸；(c)代表在相对于离子束4等的中心轨迹的方向移动各自的组成粒子的方向的偏移的发散角。在以后将参考图4到图6描述其进一步的特别的定义。
当通过将离子束4照射到目标16来进行离子注入时，离子束4的入射角的最重要的要素是上述(a)的中心轨迹对目标16的入射角。通过将该入射角设定为期望的值，构成离子束4的大部分的离子以平均期望的入射角入射到目标16上。然而，实际上，构成离子束4的各个离子分别被提供有发散角，且因此各离子的入射角在中心轨迹的入射角的周围具有某些宽度。
因此，当需要较高精确度的离子束4的入射角的控制时，可以说，首先，重要的是使得能够以高精确度和连续地控制离子束4的中心轨迹的入射角，优选的是使得能够以高精确度控制发散角。
日本专利公报No.2969788(其后称为专利参考文件2)(第六到第十一段，图1到图9)公开了一种能够部分地满足这样的需求的技术，其描述了一种技术，其中将前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置分别设置于目标的上游侧和下游侧，所述两个法拉第装置分别通过在扫描离子束的方向(例如，x方向)对准多个用于测量离子束束流的探测器来构成，在两个多点法拉第装置中，在束扫描方向在设置两个多点法拉第装置的位置同时测量扫描离子束，且从其结果，测量了在多点法拉第装置之间的空间中离子束的束扫描方向的平行性(即，x方向的平行性θx)。
图7所示的前台多点法拉第装置24相应于上述的前台多点法拉第装置，且后台多点法拉第装置28相应于上述的后台多点法拉第装置。另外多点法拉第装置24、28各自提供有多个探测器(例如，法拉第杯，未示出)。在图7的示例中，各自的探测器的前侧分别提供有类狭缝状的入口26、30。
通过根据专利参考文件2中所述的技术使用前台多点法拉第装置24和后台多点法拉第装置28，可以测量离子束4的x方向中的平行性θx。另外，基于测量信息，根据专利参考文件2中所述的技术控制束平行器14的驱动电流或驱动电压，从而可以以高精确度控制离子束4的x方向的平行性θx。由此，通过在x-z平面在z轴方向对准离子束4的中心轨迹，可以精确地控制离子束4的x方向的入射角
Figure C200480028455D00121
例如，在半导体器件形成为更高功能、更精细等的情形，离子注入技术趋于需要使得能够以更高的精确度控制入射角，从而当印出进一步具体的示例时，可以实现具有陡的注入边界的离子注入。为了该目的，重要的是也精确地控制在垂直于扫描离子束的方向(x方向)的y方向上的离子束4的入射角，其在背景技术中已不是问题。
具体而言，随着半导体制造工艺的微型化，在未来越来越重要的是将具有低能量的离子束4传送以照射到目标16来使得离子注入深度变浅，然而，当离子束4的能量变低时，离子束4趋于被过度地提供有发散角，其由构成离子束的离子的电排斥引起(其被称为空间电荷效应)。
因此，为了以高精确度控制入射角，首先，重要的是测量和监视垂直于扫描离子束4的方向的y方向的角偏移θy和发散角之一，优选地测量和监视两者。
另外，例如在混合扫描型的离子注入装置的上述的情形中，虽然一般地，当为了提高产率而加速y方向的扫描速度时，y方向扫描目标16的速度小于x方向扫描离子束4的速度，但是当加速y方向的扫描速度以促进产率时，存在高的可能性的是对于目标16的注入的均匀性受到y方向分布离子束4的宽度(束尺寸)的影响。具体而言，当离子束4的y方向的束尺寸变得非常小时，注入的均匀性恶化，且因此为了确保高的注入均匀性，还优选的是测量离子束4的y方向的束尺寸且监视目标16上的束尺寸。
然而，当为了测量离子束4的y方向的角偏移θy、发散角和束尺寸，新近提供了从在背景技术提供用于测量离子束4等的x方向的平行性的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置完全分开的法拉第测量***时，(a)增加了测量***，该结构变得复杂且显著增加了成本；(b)在测量操作中，迫使相对于离子束4的束线进行x方向的测量***和y方向的测量***互换的操作，互换操作所需的时间成为额外的时间且降低了产率。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子束测量方法，其能够测量垂直于扫描离子束的方向的y方向的角偏移、发散角和束尺寸中的至少一个，优选的如前述的两个，且更优选的三个。
另外，本发明的其它目的是提供一种使用控制装置能够进行离子束测量方法的离子注入装置。
根据本发明的离子束测量方法和离子注入装置使用了上述的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置。另外，所述方法和装置提供有：设置在前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；用于在垂直于x方向的y方向驱动前台束限制快门的前台快门驱动装置；设置于后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧；用于在y方向驱动后台束限制快门的后台快门驱动装置。
另外，在根据本发明的第一束流测量方法中，执行的步骤包括：前台束流密度分布测量步骤，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过前台束限制快门的侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；前台中心位置计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的中心位置ycf；后台束流密度分布测量步骤，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过后台束限制快门的侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；后台中心位置计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的中心位置ycb；以及角偏移计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台中心位置计算步骤计算的中心位置ycf、在后台中心位置计算步骤计算的中心位置ycb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的角偏移θy。
等式1
θy＝tan-1{(ycb-ycf)/L}
在根据本发明的第二离子束测量方法中，执行的步骤包括：前台束流密度分布测量步骤，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过前台束限制快门的侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；前台束尺寸计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；后台束流密度分布测量步骤，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过后台束限制快门的侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；后台束尺寸计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；以及发散角计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的发散角αmax。
等式2
αmax＝tan-1{(dyb-dyf)/2L}
在根据本发明的第三离子束测量方法中，执行的步骤包括：前台束流密度分布测量步骤，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门，测量经过前台束限制快门的侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；前台束尺寸计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；后台束流密度分布测量步骤，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过后台束限制快门的侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；后台束尺寸计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；以及束尺寸计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyb、前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L、前台束限制快门和目标之间的距离L1以及后台束限制快门和目标之间的距离L2，计算在目标上的离子束的y方向的束尺寸dyt。
等式3
dyt＝(L2/L)dyf+(L1/L)dyb，(其中L＝L1+L2)
另外，在根据本发明的第四离子束测量方法中，执行的步骤包括：前台束流密度测量步骤、前台中心位置计算步骤、后台束流密度测量步骤、后台中心位置计算步骤、前台束尺寸计算步骤、后台束尺寸计算步骤和发散角计算步骤。
另外，在根据本发明的第五离子束测量方法中，执行的步骤包括：前台束流密度测量步骤、前台中心位置计算步骤、后台束流密度测量步骤、后台中心位置计算步骤、前台束尺寸计算步骤、后台束尺寸计算步骤、发散角计算步骤和束尺寸计算步骤。
根据本发明的离子注入装置提供有控制装置，其用于在过程中执行与所述步骤相应的预定的过程。
根据具有用于执行第一离子束测量方法以及在过程中执行与该方法的步骤相应的预定的过程的控制装置的离子注入装置，可以测量在垂直于离子束的扫描方向的y方向上的角偏移θy。另外，利用提供用于测量离子束的扫描方向上的平行性等的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，从而进行测量，因此不需提供新的法拉第测量***。因此，可以由简单的构造进行测量。另外，不需执行x方向的测量***和y方向的测量***的相对于束线的互换操作，且因此减小了额外时间，且相应提高了产率。
根据具有用于执行第二离子束测量方法以及在过程中执行与该方法的步骤相应的预定的过程的控制装置的离子注入装置，可以测量在在垂直于离子束的扫描方向的y方向上的发散角αmax。另外，利用提供用于测量离子束的扫描方向上的平行性等的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，从而进行测量，因此不需提供新的法拉第测量***。因此，可以由简单的构造进行测量。另外，不需执行x方向的测量***和y方向的测量***的相对于束线的互换操作，且因此减小了额外时间，且相应提高了产率。
根据具有用于执行第三离子束测量方法以及在过程中执行与该方法的步骤相应的预定的过程的控制装置的离子注入装置，可以测量在y方向上的在目标上的束尺寸dyt。另外，利用提供用于测量离子束的扫描方向上的平行性等的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，从而进行测量，因此不需提供新的法拉第测量***。因此，可以由简单的构造进行测量。另外，不需执行x方向的测量***和y方向的测量***的相对于束线的互换操作，且因此减小了额外时间，且相应提高了产率。
根据具有用于执行第四离子束测量方法以及在过程中执行与该方法的步骤相应的预定的过程的控制装置的离子注入装置，可以由简单的构造测量在y方向上的角偏移θy和在y方向上的发散角αmax。另外，由于与上述相似的原因，提高了产率。
根据具有用于执行第五离子束测量方法以及在过程中执行与该方法的步骤相应的预定的过程的控制装置的离子注入装置，可以由简单的构造测量在y方向上的角偏移θy、在y方向上的发散角αmax和在y方向上的在目标上的束尺寸dyt。另外，由于与上述相似的原因，提高了产率。
附图说明
图1是显示背景技术的离子注入装置的示例的略图；
图2是显示离子束的平行性θx的示例的简图；
图3是显示离子束的y方向的角偏移θy的示例的简图；
图4是显示离子束的y方向的束流密度分布j(y)的示例的简图；
图5是显示离子束的y方向的束尺寸dy的示例的简图；
图6是显示离子束的y方向的发散角度αmax的示例的简图；
图7是显示用于实现根据本发明的离子束测量方法的离子注入装置的实施例的基本部分的视图；
图8是显示在前台束限制快门的位置y方向的束流密度分布的测量方法的示例的视图；
图9是显示在前台束限制快门的位置y方向的束流密度分布的测量方法的示例的简图；
图10示出显示离子束对于目标的入射角的示例的简图，图10(A)显示了x方向的入射角
Figure C200480028455D0016163859QIETU
，且图10(B)显示了y方向的入射角
Figure C200480028455D0016163907QIETU
。
另外，在附图的注释中，标号4指示离子束、标号16指示目标，标号20指示目标驱动装置，标号24指示前台多点法拉第装置、标号28指示后台多点法拉第装置，标号32指示前台束限制快门，标号34和44指示侧，标号36指示前台快门驱动装置，标号42指示后台束限制快门，标号46指示后台快门驱动装置，且标号50指示控制装置。
具体实施方式
图7是显示用于实现根据本发明的离子束测量方法的离子注入装置的实施例的基本部分的视图。离子注入装置的总体结构参考图1和与其相关的说明。另外，与图1所示的示例中相同或相应的部分用相同的标记表示，且在以下，将主要说明与上述示例的差异。
该离子注入装置包括在目标16的上游侧的位置zff的前台多点法拉第装置24和在目标16的下游侧的位置zfb的后台多点法拉第装置24，所述位置为相关于构成离子束4的前进方向的z轴的位置。目标16的z轴的位置由标记zt表示。当目标16如图7所示的示例倾斜时，目标16的中心的z轴位置由标记zt表示。
另外，在前台多点法拉第装置24的上游侧附近的位置zf设置用于能够阻挡平行于x方向扫描的离子束4的前台束限制快门32。前台束限制快门32包括与x方向平行的侧面34。优选地保持侧面34精细地与x方向平行。虽然在该示例中，前台束限制快门32由在x方向延长的矩形形状构成，但是前台束限制快门32的形状不限于此。另外，虽然在该示例中，侧面34是前台束限制快门32的下侧，侧面34可以为其上侧。
提供有前台快门驱动装置36，其用于夹持前台束限制快门32和驱动在由箭头38显示的y方向的前台束限制快门32的往复运动。在该示例中，前台快门驱动装置36包括用于精细控制前台束限制快门32的y方向的位置的控制电路，和用于精细测量和输出侧面34的y方向的位置y1的位置传感器(省略了两者的图示)。
离子注入装置还提供有用于能够阻挡平行于x方向扫描的离子束4的后台束限制快门42，其在后台多点法拉第装置28的上游侧附近的位置zb，更具体而言，在目标16的下游侧和后台多点法拉第装置28的上游侧的附近的位置zb。后台束限制快门42包括与x方向平行的侧面44。优选地保持侧面44精细地与x方向平行。虽然在该示例中，后台束限制快门42由在x方向延长的矩形形状构成，但是后台束限制快门42的形状不限于此。另外，虽然在该示例中，侧面44是后台束限制快门42的下侧，侧面44可以为其上侧。
提供有后台快门驱动装置46，其用于夹持后台束限制快门42和驱动在由箭头48显示的y方向的后台束限制快门42的往复运动。在该示例中，后台快门驱动装置46包括用于精细控制后台束限制快门42的y方向的位置的控制电路，和用于精细测量和输出侧44的y方向的位置y1的位置传感器(省略了两者的图示)。
而且参考图6，前台束限制快门32和后台束限制快门42之间在沿x轴方向的距离，即位置zf和位置zb之间的距离由标记L表示，前台束限制快门32和目标16之间的距离，即位置zf和位置zt之间的距离由标记L1表示，目标16和后台束限制快门42之间的距离，即位置zt和位置zb之间的距离由标记L2表示。因此，L＝L1+L2。
该实施例还提供有用于执行后述的各个步骤的控制装置50。
控制装置50通过分别控制前台快门驱动装置36、后台快门驱动装置46和分别从前台快门驱动装置36、后台快门驱动装置46接收位置信息y1，从而分别驱动如上述的前台束限制快门32和后台束限制快门42。另外，控制装置50分别从前台多点法拉第装置24、后台多点法拉第装置28接收在后将描述的束流的信息Sf，i(y)、Sb，i(y)。
另外，控制装置50提供有距离L、L1和L2的信息(例如，与其设置的)。然而，可以在控制装置50中执行L＝L1+L2的计算，而不提供距离L的信息。
这里，将说明本说明书中离子束4的y方向的执行轨迹、束尺寸和发散角的定义。
图4显示了离子束4的y方向的束流密度j的分布j(y)的示例。一般而言，束流密度分布j(y)不一定限于简单的形状，因此图4所示的形状仅为示例。在该情形，束流密度分布j(y)的积分的中心位置由标记yc表示。即，中心位置yc是使在图4中成阴影部分的在上半部分的面积Sa和下半部分的面积Sb彼此相同的位置。离子束4的中心位置yc的轨迹是离子束4的y方向的中心轨迹。
当中心位置yc在沿z轴彼此分开预定距离的两点之间不同时，具体而言，当中心位置yc在彼此分开距离L的前台束限制快门32的位置zf和后台束限制快门42的位置zb之间不同时，离子束4的中心轨迹提供有y方向的角偏移θy。在该情形，当在前台束限制快门32的位置zf和在后台束限制快门42的位置zb的离子束4的中心位置yc分别由标记ycf和ycb表示时，角偏移θy由上述等式1来表示。
接下来，将说明离子束4的y方向的束尺寸。在图5所示的示例中，束流密度分布j(y)中的束流j的最大值由标记jp表示，且其比率远小于最大值jp例如10％的值由标记jd表示。另外，设置在束流密度分布j(y)中上、下最外侧的两点之间并且在其上束流j的值越过上述值jd的距离由标记dy表示，dy被定义为离子束4的y方向的束尺寸。
接下来，将说明离子束4的y方向的发散角。图6显示了在前台束限制快门32的位置zf的束流密度分布jf(y)的示例，和在后台束限制快门42的位置zb的束流密度分布jb(y)的示例。一般而言，束流密度分布j(y)由于构成离子束4的前进方向的z轴的位置而不同，且因此束尺寸dy不同。这是因为构成离子束4的单独的离子的移动方向不一定与离子束4的中心轨迹的方向吻合。这里，前台束限制快门32的位置zf的束尺寸由标记dyf表示，后台束限制快门42的位置zb的束尺寸由标记dyb表示。因此，当dyf<dyb时，离子束4在两个位置zf、zb之间在y方向上发散，且当dyf>dyb时，离子束4会聚。当离子束4在两个位置zf、zb之间在y方向上发散角由αmax表示时，发散角αmax由上述的等式2表示。
另外，在目标16上在y方向的束尺寸dyt由上述的等式3表示。
接下来，将说明如上所述的角偏移θy、发散角αmax和束尺寸dyt的测量方法。
优选在测量之前，例如根据在例如专利参考文件2的技术或与其相似的技术，将离子束4的x方向的平行性θx调整为期望的值，例如，θx＝0°。
在该测量中，如图8所示，前台多点法拉第装置24设置于离子束4的路径上，通过由前台快门驱动装置36在y方向驱动前台束限制快门32，由前台多点法拉第装置24测量入射到前台多点法拉第装置24上的离子束4的束流。在驱动前台束限制快门32时，虽然前台束限制快门32可以从离子束4完全没有被阻挡的状态驱动到阻挡离子束4的状态，但是在这里将给出将前台束限制快门32从完全阻挡离子束4的状态驱动到不阻挡离子束4的状态的示例的说明。前台束限制快门32的驱动方向由箭头39表示。在该情形，首先，由前台束限制快门32完全阻挡离子束4，且因此离子束4完全没有入射到前台多点法拉第装置24。在该情形，前台束限制快门32的侧面34的y坐标位置由标记y0表示。
另外，当前台束限制快门32如箭头标记39所示在y方向被驱动时，随着驱动的进行，曾经被前台束限制快门32所阻挡的一部分的离子束4通过经侧面34的外侧而逐渐入射到前台多点法拉第装置24上。这里，当离子束4的至少一部分入射到前台多点法拉第装置24上时，前台束限制快门32的侧面34的y坐标位置由y1表示。
现在，请注意前台多点法拉第装置24的x方向的第i个探测器(例如，法拉第杯)，且该中心的x坐标位置由标记xi表示。在该情形，在前台束限制快门32的位置zf，代表在x坐标xi处y方向的束流密度分布jf(y)的函数被定义为jf，i(y)。在该情形，由第i个探测器测量的束流Sf，i(y)由以下所示的等式4代表。图9示出了束流。在该情形，在y0或更小将束流密度分布jf，i设定为零。
等式4
S f , j ( y 1 ) = &Integral; y 0 y 1 j f , i ( y ) dy
因此，通过由前台多点法拉第装置24测量束流Sf，i(y)同时由前台快门驱动装置36在y方向驱动前台束限制快门32，且从由以下等式代表的改变速率，可以计算在位置zf、xi的离子束4的y方向的束流密度分布jf，i(y)。这是测量前台束流密度步骤且执行了该步骤。
等式5
dSf，i(y)/dy＝jf，i(y)
由上述的相似的方法通过使用后台多点法拉第装置28、后台束限制快门42和后台快门驱动装置46，可以计算在位置zf、xi的离子束4的y方向的束流密度分布jb，i(y)。这是测量后台束流密度步骤且执行了该步骤。另外，在该后台测量中，为了不构成测量的阻碍，将前台多点法拉第装置24和目标16放置在离子束4的外侧。可以通过控制装置50执行控制。在该情形，可以通过使用未示出的驱动装置，将前台多点法拉第装置24放置在离子束4的路径的外部。
另外，从如上述所计算的束流密度分布jf，i(y)、jb，i(y)，可以分别计算在前台束限制快门32、后台束限制快门42的各自的位置zf、zb处的离子束4的y方向的中心位置ycf、ycb。离子束4的y方向的中心位置的定义已经参考图4在前面得到了说明。这是计算前台中心位置的步骤和计算后台中心位置的步骤。
另外，通过使用如上述计算的中心位置ycf、ycb和距离L，基于等式1和与其数学上等同的等式，计算了离子束4的y方向的角偏移θy。这是计算角偏移步骤。由此可以知道离子束4的y方向的中心轨迹的情况。
另外，根据该实施例，控制装置50可以执行与测量前台束流密度分布步骤的内容相同的测量前台束流密度分布的过程，与测量后台束流密度分布步骤的内容相同的测量后台束流密度分布的过程，与计算前台中心位置步骤的内容相同的计算前台中心位置的过程，与计算后台中心位置步骤的内容相同的计算后台中心位置的过程以及与计算角偏移步骤的内容相同的计算角偏移的过程。
另外，如需要，从如上述计算的束流密度分布jf，i(y)、jb，i(y)，可以分别计算在前台束限制快门32、后台束限制快门42的各自的位置zf、zb处的离子束4的y方向的束尺寸dyf、dyb。离子束4的y方向的束尺寸的定义已经参考图5和6在前面得到了说明。这是计算前台束尺寸的步骤和计算后台束尺寸的步骤。
另外，如需要，通过使用如上述计算的束尺寸dyf、dyb，基于等式2和与其数学上等同的等式，计算了离子束4的y方向的发散角αmax。发散角αmax的定义已经参考6在前面得到了说明。这是计算发散角步骤。
另外，如需要，通过使用如上述计算的束尺寸dyf、dyb，距离L、L1和L2，基于等式3和与其数学上等同的等式，计算了在目标16上离子束4的y方向的束尺寸dyt(还参考图6)。这是计算束尺寸步骤。
另外，如需要，控制装置50可以被用来执行与计算前台束尺寸步骤的内容相同的计算前台束尺寸的过程，与计算后台束尺寸步骤的内容相同的计算后台束尺寸的过程，与计算发散角步骤的内容相同的计算发散角的过程，与计算束尺寸步骤的内容相同的计算束尺寸的过程，且根据本实施例，控制装置50还可以执行多个所述步骤。
另外，当前台多点法拉第装置24包括在x方向的n件探测器(n是等于或大于2的整数)时，标记i代表动1到n的任意数字。后台多点法拉第装置28的情形与其相同。因此，通过使用在x方向的1到n的任意数字的探测器，在该探测器的位置，可以进行相似于上述的测量。
虽然已经详细并参考特定的实施例说明了本发明，但是对于本领域的技术人员明显的是本发明可以被不同地改变或修改，而不脱离本发明的精神和范围。
本申请基于于2004年1月6日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2004-001006)，其内容被引入作为参考。

Claims (10)

1、一种在离子注入装置中进行的测量离子束方法，所述离子注入装置用于通过在x方向平行地扫描离子束而将离子束辐射到目标，所述离子注入装置包括：分别于所述目标的上游侧和下游侧的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，所述两个法拉第装置分别由多个用于在平行于所述x方向测量离子束的束流的探测器构成，所述离子注入装置还包括：设置在前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；用于在垂直于x方向的y方向上驱动前台束限制快门的前台快门驱动装置；设置于后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；和用于在y方向驱动后台束限制快门的后台快门驱动装置，所述方法包括：
前台束流密度分布测量步骤，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过所述前台束限制快门的所述侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；
前台中心位置计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向上的中心位置ycf；
后台束流密度分布测量步骤，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过所述后台束限制快门的所述侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；
后台中心位置计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的中心位置ycb；以及
角偏移计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台中心位置计算步骤计算的中心位置ycf、在后台中心位置计算步骤计算的中心位置ycb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算在离子束的y方向的角偏移θy
θy＝tan-1{(ycb-ycf)/L}。
2、一种在离子注入装置中进行的测量离子束方法，所述离子注入装置用于通过在x方向平行地扫描离子束而将离子束辐射到目标，所述离子注入装置包括：分别于所述目标的上游侧和下游侧的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，所述两个法拉第装置分别由多个用于在平行于所述x方向测量离子束的束流的探测器构成，所述离子注入装置还包括：设置在前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；用于在垂直于x方向的y方向上驱动前台束限制快门的前台快门驱动装置；设置于后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；和用于在y方向驱动后台束限制快门的后台快门驱动装置，所述方法包括：
前台束流密度分布测量步骤，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过所述前台束限制快门的所述侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；
前台束尺寸计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，就算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；
后台束流密度分布测量步骤，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过所述后台束限制快门的所述侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；
后台束尺寸计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；以及
发散角计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的发散角αmax
αmax＝tan-1{(dyb-dyf)/2L}。
3、一种在离子注入装置中进行的测量离子束方法，所述离子注入装置用于通过在x方向平行地扫描离子束而将离子束辐射到目标，所述离子注入装置包括：分别于所述目标的上游侧和下游侧的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，所述两个法拉第装置分别由多个用于在平行于所述x方向测量离子束的束流的探测器构成，所述离子注入装置还包括：设置在前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；用于在垂直于x方向的y方向驱动前台束限制快门的前台快门驱动装置；设置于后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；和用于在y方向驱动后台束限制快门的后台快门驱动装置，所述方法包括：
前台束流密度分布测量步骤，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过所述前台束限制快门的所述侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；
前台束尺寸计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；
后台束流密度分布测量步骤，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过所述后台束限制快门的所述侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；
后台束尺寸计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；以及
束尺寸计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyb、前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L、前台束限制快门和目标之间的距离L1以及后台束限制快门和目标之间的距离L2，计算在所述目标上离子束的y方向的束尺寸dyt
dyt＝(L2/L)dyf+(L1/L)dyb，(其中L＝L1+L2)。
4、根据权利要求1所述的测量离子束的方法，其特征在于还包括：
前台束尺寸计算步骤，根据在前台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；
后台束尺寸计算步骤，根据在后台束流密度分布测量步骤计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；
发散角计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的发散角αmax
αmax＝tan-1{(dyb-dyf)/2L}。
5、根据权利要求4所述的测量离子束的方法，其特征在于还包括：
束尺寸计算步骤，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算步骤计算的束尺寸dyb、前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L、前台束限制快门和目标之间的距离L1以及后台束限制快门和目标之间的距离L2，计算在所述目标上离子束的y方向的束尺寸dyt
dyt＝(L2/L)dyf+(L1/L)dyb，(其中L＝L1+L2)。
6、一种用于通过在x方向平行地扫描离子束而将离子束辐射到目标的离子注入装置，所述离子注入装置包括：分别于所述目标的上游侧和下游侧的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，所述两个法拉第装置分别由多个用于在平行于x方向测量离子束的束流的探测器构成，所述离子注入装置还包括：
设置在所述前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；
用于在垂直于x方向的y方向驱动所述前台束限制快门的前台快门驱动装置；
设置于所述后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；和
用于在y方向驱动所述后台束限制快门的后台快门驱动装置，所述离子注入装置还包括：
控制装置，用于执行：(a)前台束流密度分布测量过程，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过所述前台束限制快门的所述侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；(b)前台中心位置计算过程，根据在前台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的中心位置ycf；(c)后台束流密度分布测量过程，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过所述后台束限制快门的所述侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；(d)后台中心位置计算过程，根据在后台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的中心位置ycb；以及(e)角偏移计算过程，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台中心位置计算过程计算的中心位置ycf、在后台中心位置计算过程计算的中心位置ycb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的角偏移θy
θy＝tan-1{(ycb-ycf)/L}。
7、一种用于通过在x方向平行地扫描离子束而将离子束辐射到目标的离子注入装置，所述离子注入装置包括：分别于所述目标的上游侧和下游侧的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，所述两个法拉第装置分别由多个用于在平行于x方向测量离子束的束流的探测器构成，所述离子注入装置还包括：
设置在所述前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；
用于在垂直于x方向的y方向驱动所述前台束限制快门的前台快门驱动装置；
设置于所述后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；和
用于在y方向驱动所述后台束限制快门的后台快门驱动装置，所述离子注入装置还包括：
控制装置，用于执行：(a)前台束流密度分布测量过程，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过所述前台束限制快门的所述侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；(b)前台束尺寸计算过程，根据在前台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；(c)后台束流密度分布测量过程，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过所述后台束限制快门的所述侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；(d)后台束尺寸计算过程，根据在后台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；以及(e)发散角计算过程，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的发散角αmax
αmax＝tan-1{(dyb-dyf)/2L}。
8、一种用于通过在x方向平行地扫描离子束而将离子束辐射到目标的离子注入装置，所述离子注入装置包括：分别于所述目标的上游侧和下游侧的前台多点法拉第装置和后台多点法拉第装置，所述两个法拉第装置分别由多个用于在平行于x方向测量离子束的束流的探测器构成，所述离子注入装置还包括：
设置在所述前台多点法拉第装置的上游侧附近的前台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；
用于在垂直于x方向的y方向驱动所述前台束限制快门的前台快门驱动装置；
设置于所述后台多点法拉第装置的上游侧的附近的后台束限制快门，能够阻挡离子束且具有与x方向平行的一侧面；和
用于在y方向驱动所述后台束限制快门的后台快门驱动装置，所述离子注入装置还包括：
控制装置，用于执行：(a)前台束流密度分布测量过程，当前台快门驱动装置在y方向驱动前台束限制快门时，测量经过所述前台束限制快门的所述侧面的外侧入射到前台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束流密度分布；(b)前台束尺寸计算过程，根据在前台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；(c)后台束流密度分布测量过程，当后台快门驱动装置在y方向驱动后台束限制快门时，测量经过所述后台束限制快门的所述侧面的外侧入射到后台多点法拉第装置上的离子束的束流的变化，从而计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向计算束流密度分布；(d)后台束尺寸计算过程，根据在后台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；以及(e)束尺寸计算过程，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyb、前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L、前台束限制快门和目标之间的距离L1以及后台束限制快门和目标之间的距离L2，计算在所述目标上的离子束的y方向的束尺寸dyt
dyt＝(L2/L)dyf+(L1/L)dyb，(其中L＝L1+L2)。
9、根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于所述控制装置还执行(a)前台束尺寸计算过程，根据在前台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在前台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyf；(b)后台束尺寸计算过程，根据在后台束流密度分布测量过程计算的束流密度分布，计算在后台束限制快门的位置在离子束的y方向的束尺寸dyb；(c)发散角计算过程，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyb和前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L，计算离子束的y方向的发散角αmax
αmax＝tan-1{(dyb-dyf)/2L}。
10、根据权利要求9所述的离子注入装置，其特征在于所述控制装置还执行束尺寸计算过程，基于以下的等式或数学上与其等同的等式，通过使用在前台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyf、在后台束尺寸计算过程计算的束尺寸dyb、前台束限制快门和后台束限制快门之间的距离L、前台束限制快门和目标之间的距离L1以及后台束限制快门和目标之间的距离L2，计算在所述目标上的离子束的y方向的束尺寸dyt
dyt＝(L2/L)dyf+(L1/L)dyb，(其中L＝L1+L2)。
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