特開2023-66254イオン注入方法、イオン注入装置および半導体デバイスの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023066254
(43)【公開日】2023-05-15
(54)【発明の名称】イオン注入方法、イオン注入装置および半導体デバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/317 20060101AFI20230508BHJP
H01J 37/147 20060101ALI20230508BHJP
H01L 21/265 20060101ALI20230508BHJP
【ＦＩ】
H01J37/317 A
H01J37/147 D
H01L21/265 T
H01L21/265 603Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】26
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021176875
(22)【出願日】2021-10-28
(71)【出願人】
【識別番号】000183196
【氏名又は名称】住友重機械イオンテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100116274
【弁理士】
【氏名又は名称】富所 輝観夫
(72)【発明者】
【氏名】石橋 和久
(72)【発明者】
【氏名】弓山 敏男
【テーマコード（参考）】
5C101
【Ｆターム（参考）】
5C101AA25
5C101EE22
5C101EE49
5C101EE53
5C101GG13
5C101GG15
5C101GG33
5C101GG44
5C101HH04
5C101HH05
5C101HH46
5C101HH52
(57)【要約】
【課題】イオン注入工程における生産性を向上させる。
【解決手段】イオン注入方法は、第１走査信号に基づいて第１スキャンビームを生成することと、複数の測定位置において第１スキャンビームのビーム電流をビーム測定装置を用いて測定することと、測定されたビーム電流の時間波形と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、ビーム電流行列を算出することと、測定したビーム電流を時間積分することにより、第１スキャンビームの第１ビーム電流密度分布を算出することと、第１ビーム電流密度分布に基づいてビーム電流行列の各成分の値を補正することと、補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、を備える。
【選択図】図１８
【解決手段】イオン注入方法は、第１走査信号に基づいて第１スキャンビームを生成することと、複数の測定位置において第１スキャンビームのビーム電流をビーム測定装置を用いて測定することと、測定されたビーム電流の時間波形と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、ビーム電流行列を算出することと、測定したビーム電流を時間積分することにより、第１スキャンビームの第１ビーム電流密度分布を算出することと、第１ビーム電流密度分布に基づいてビーム電流行列の各成分の値を補正することと、補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、を備える。
【選択図】図１８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成することと、
前記所定方向に異なる複数の測定位置において、前記第１スキャンビームのビーム電流をビーム測定装置を用いて測定することと、
前記ビーム測定装置により測定されたビーム電流の時間波形と、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、前記所定方向に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出することと、
前記測定したビーム電流を時間積分することにより、前記第１スキャンビームの前記所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出することと、
前記第１ビーム電流密度分布に基づいて前記ビーム電流行列の各成分の値を補正することと、
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
前記所定方向に異なる複数の測定位置において、前記第１スキャンビームのビーム電流をビーム測定装置を用いて測定することと、
前記ビーム測定装置により測定されたビーム電流の時間波形と、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、前記所定方向に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出することと、
前記測定したビーム電流を時間積分することにより、前記第１スキャンビームの前記所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出することと、
前記第１ビーム電流密度分布に基づいて前記ビーム電流行列の各成分の値を補正することと、
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項2】
前記ビーム測定装置のビーム電流測定に関するパラメータに基づいて、前記ビーム電流の時間波形を補正することをさらに備え、
前記ビーム電流行列は、前記補正されたビーム電流の時間波形に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入方法。
前記ビーム電流行列は、前記補正されたビーム電流の時間波形に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入方法。
【請求項3】
前記ビーム電流の時間波形は、前記ビーム測定装置の前記所定方向の測定幅に基づいて補正されることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入方法。
【請求項4】
前記ビーム電流の時間波形は、前記ビーム測定装置のビーム電流測定回路の時定数に基づいて補正されることを特徴とする請求項２または３に記載のイオン注入方法。
【請求項5】
前記ビーム電流は、前記ビーム測定装置を前記所定方向に移動させることにより、前記複数の測定位置において測定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項6】
前記ビーム測定装置は、前記所定方向に異なる位置に配置される複数のファラデーカップを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項7】
前記ビーム測定装置を前記所定方向に往復移動させることをさらに備え、
前記複数の測定位置は、複数の第１測定位置と、複数の第２測定位置とを含み、
前記ビーム電流は、前記往復移動の往路において前記複数の第１測定位置にて測定され、前記往復移動の復路において前記複数の第２測定位置にて測定されることを特徴とする請求項５または６に記載のイオン注入方法。
前記複数の測定位置は、複数の第１測定位置と、複数の第２測定位置とを含み、
前記ビーム電流は、前記往復移動の往路において前記複数の第１測定位置にて測定され、前記往復移動の復路において前記複数の第２測定位置にて測定されることを特徴とする請求項５または６に記載のイオン注入方法。
【請求項8】
前記ビーム電流行列を算出することは、前記複数の測定位置に対するビーム電流値の成分に基づいて、前記複数の測定位置とは異なる複数の補足位置に対するビーム電流値の成分を算出することを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項9】
前記ビーム電流行列を算出することは、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形に基づいて、前記ビーム電流の時間波形を前記走査指令値に対するビーム電流の波形に変換することを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項10】
前記第１走査信号は、前記走査指令値の時間変化率が不均一であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項11】
前記第２走査信号は、前記補正されたビーム電流行列および前記第２走査信号に基づいて算出されるビーム電流密度分布と、前記目標とするビーム電流密度分布との間の差異を評価するための第１評価値に基づいて生成されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項12】
前記第２走査信号は、前記第２走査信号における前記走査指令値の時間変化率の変化量を評価するための第２評価値にさらに基づいて生成されることを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入方法。
【請求項13】
前記第２走査信号は、前記イオンビームの前記所定方向の走査範囲のうちの一部範囲に照射されるビーム電流量を評価するための第３評価値にさらに基づいて生成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のイオン注入方法。
【請求項14】
前記第２走査信号に基づいて前記イオンビームを前記所定方向に往復走査させることにより、第２スキャンビームを生成することと、
前記第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項15】
前記第２走査信号を生成することは、前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とする複数のビーム電流密度分布を実現するための複数の第２走査信号を生成することを含み、
前記第２スキャンビームを生成することは、前記複数の第２走査信号に対応する複数の第２スキャンビームを順次生成することを含み、
前記第２スキャンビームを前記半導体ウェハに照射することは、前記半導体ウェハ上の前記所定方向と直交する方向に分割される複数の領域のそれぞれに前記複数の第２スキャンビームのいずれかを照射することを含むことを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入方法。
前記第２スキャンビームを生成することは、前記複数の第２走査信号に対応する複数の第２スキャンビームを順次生成することを含み、
前記第２スキャンビームを前記半導体ウェハに照射することは、前記半導体ウェハ上の前記所定方向と直交する方向に分割される複数の領域のそれぞれに前記複数の第２スキャンビームのいずれかを照射することを含むことを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入方法。
【請求項16】
前記第２スキャンビームを測定して第２ビーム電流密度分布を算出することと、
前記第２ビーム電流密度分布を前記目標とするビーム電流密度分布と比較することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載のイオン注入方法。
前記第２ビーム電流密度分布を前記目標とするビーム電流密度分布と比較することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載のイオン注入方法。
【請求項17】
前記算出された第２ビーム電流密度分布は、前記第１スキャンビームの測定に用いる前記ビーム測定装置とは別のビーム測定装置を用いて測定されることを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入方法。
【請求項18】
前記算出された第２ビーム電流密度分布と、前記目標とするビーム電流密度分布と、前記補正されたビーム電流行列とに基づいて、前記第２走査信号を再生成することを特徴とする請求項１６または１７に記載のイオン注入方法。
【請求項19】
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、前記イオンビームのビーム形状を推定することと、
前記推定したビーム形状に基づいて、前記イオンビームのビーム形状を調整することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
前記推定したビーム形状に基づいて、前記イオンビームのビーム形状を調整することと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のイオン注入方法。
【請求項20】
スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成するビーム走査装置と、
前記所定方向に異なる複数の測定位置において、前記第１スキャンビームのビーム電流を測定するよう構成されるビーム測定装置と、
前記ビーム測定装置による測定に基づいて、前記所定方向の走査位置に対応する走査指令値の時間波形を定める走査信号を生成する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記複数の測定位置において測定される前記第１スキャンビームのビーム電流の時間波形を取得し、
前記取得したビーム電流の時間波形と、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、前記所定方向の位置および前記走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出し、
前記取得したビーム電流を時間積分することにより、前記第１スキャンビームの前記所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出し、
前記第１ビーム電流密度分布に基づいて前記ビーム電流行列の各成分の値を補正し、
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成するよう構成されることを特徴とするイオン注入装置。
前記所定方向に異なる複数の測定位置において、前記第１スキャンビームのビーム電流を測定するよう構成されるビーム測定装置と、
前記ビーム測定装置による測定に基づいて、前記所定方向の走査位置に対応する走査指令値の時間波形を定める走査信号を生成する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記複数の測定位置において測定される前記第１スキャンビームのビーム電流の時間波形を取得し、
前記取得したビーム電流の時間波形と、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、前記所定方向の位置および前記走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出し、
前記取得したビーム電流を時間積分することにより、前記第１スキャンビームの前記所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出し、
前記第１ビーム電流密度分布に基づいて前記ビーム電流行列の各成分の値を補正し、
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成するよう構成されることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項21】
前記制御装置は、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形に基づいて、前記ビーム電流の時間波形を前記走査指令値に対するビーム電流の波形に変換するように構成されることを特徴とする請求項２０に記載のイオン注入装置。
【請求項22】
前記ビーム走査装置は、前記第２走査信号に基づいて前記イオンビームを前記所定方向に往復走査させることにより、第２スキャンビームを生成し、
前記イオン注入装置は、前記第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することを特徴とする請求項２０または２１に記載のイオン注入装置。
前記イオン注入装置は、前記第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することを特徴とする請求項２０または２１に記載のイオン注入装置。
【請求項23】
前記制御装置は、前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とする複数のビーム電流密度分布を実現するための複数の第２走査信号を生成するように構成され、
前記ビーム走査装置は、前記複数の第２走査信号のそれぞれに基づいて前記イオンビームを前記所定方向に往復走査させることにより、前記複数の第２走査信号に対応する複数の第２スキャンビームを順次生成し、
前記イオン注入装置は、前記半導体ウェハ上の前記所定方向と直交する方向に分割される複数の領域のそれぞれに前記複数の第２スキャンビームのいずれかを照射することを特徴とする請求項２２に記載のイオン注入装置。
前記ビーム走査装置は、前記複数の第２走査信号のそれぞれに基づいて前記イオンビームを前記所定方向に往復走査させることにより、前記複数の第２走査信号に対応する複数の第２スキャンビームを順次生成し、
前記イオン注入装置は、前記半導体ウェハ上の前記所定方向と直交する方向に分割される複数の領域のそれぞれに前記複数の第２スキャンビームのいずれかを照射することを特徴とする請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項24】
イオン注入工程を備える半導体デバイスの製造方法であって、前記イオン注入工程は、
スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成することと、
前記所定方向に異なる複数の測定位置において、前記第１スキャンビームのビーム電流を測定することと、
前記測定したビーム電流の時間波形と、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、前記所定方向に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出することと、
前記測定したビーム電流を時間積分することにより、前記第１スキャンビームの前記所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出することと、
前記第１ビーム電流密度分布に基づいて前記ビーム電流行列の各成分の値を補正することと、
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、
前記第２走査信号に基づいて前記イオンビームを前記所定方向に往復走査させることにより、第２スキャンビームを生成することと、
前記第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することと、を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成することと、
前記所定方向に異なる複数の測定位置において、前記第１スキャンビームのビーム電流を測定することと、
前記測定したビーム電流の時間波形と、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、前記所定方向に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出することと、
前記測定したビーム電流を時間積分することにより、前記第１スキャンビームの前記所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出することと、
前記第１ビーム電流密度分布に基づいて前記ビーム電流行列の各成分の値を補正することと、
前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、
前記第２走査信号に基づいて前記イオンビームを前記所定方向に往復走査させることにより、第２スキャンビームを生成することと、
前記第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することと、を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項25】
前記ビーム電流行列を算出することは、前記第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形に基づいて、前記ビーム電流の時間波形を前記走査指令値に対するビーム電流の波形に変換することを含むことを特徴とする請求項２４に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項26】
前記第２走査信号を生成することは、前記補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とする複数のビーム電流密度分布を実現するための複数の第２走査信号を生成することを含み、
前記第２スキャンビームを生成することは、前記複数の第２走査信号に対応する複数の第２スキャンビームを順次生成することを含み、
前記第２スキャンビームを前記半導体ウェハに照射することは、前記半導体ウェハ上の前記所定方向と直交する方向に分割される複数の領域のそれぞれに前記複数の第２スキャンビームのいずれかを照射することを含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の半導体デバイスの製造方法。
前記第２スキャンビームを生成することは、前記複数の第２走査信号に対応する複数の第２スキャンビームを順次生成することを含み、
前記第２スキャンビームを前記半導体ウェハに照射することは、前記半導体ウェハ上の前記所定方向と直交する方向に分割される複数の領域のそれぞれに前記複数の第２スキャンビームのいずれかを照射することを含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、イオン注入方法、イオン注入装置および半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体の結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウェハにイオンを注入する工程（イオン注入工程ともいう）が標準的に実施されている。イオン注入工程に使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれる。イオン注入工程では、ウェハ処理面内における二次元ドーズ量分布を均一とする「均一注入」の他、二次元ドーズ量分布を意図的に不均一にする「不均一注入」が求められることがある。
【0003】
ウェハ処理面内における二次元ドーズ量分布は、ウェハ処理面内におけるビーム照射位置に応じて、ビームスキャン速度およびウェハスキャン速度の少なくとも一方を変化させることによって制御される。例えば、ビームスキャン方向におけるビームスキャン速度分布を調整することにより、ビームスキャン方向における一次元ドーズ量分布が制御される。目標とする一次元ドーズ量分布を実現するためのビームスキャン速度分布は、ビームスキャン方向におけるビーム電流密度分布の測定値と目標値に基づいて計算される。ビームスキャン速度分布の計算では、ビーム電流密度がビームスキャン速度に反比例するという関係性が利用される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－４１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ビームサイズが十分に小さく、かつ、ビーム電流が位置に依存せず一定である場合、ビーム電流密度分布とビームスキャン速度分布の間に単純な反比例の関係性が成立するため、目標値を実現するためのビームスキャン速度分布を容易に計算できる。しかしながら、ビームサイズが大きくなると、単純な反比例の関係性が成立しにくくなり、計算されたビームスキャン速度分布によって得られるビーム電流密度分布の測定値が目標値から大きく乖離することがある。この場合、目標値を実現するためのビームスキャン速度分布を得るまでに測定と計算を繰り返す必要があり、調整に時間を要する。場合によっては、ビームスキャン速度分布の調整に失敗してしまうこともある。調整にかかる時間の増加や調整の失敗は、イオン注入工程における生産性の低下につながる。
【0006】
本開示のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン注入工程における生産性を向上させるための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のある態様のイオン注入方法は、スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成することと、所定方向に異なる複数の測定位置において、第１スキャンビームのビーム電流をビーム測定装置を用いて測定することと、ビーム測定装置により測定されたビーム電流の時間波形と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、所定方向に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出することと、測定したビーム電流を時間積分することにより、第１スキャンビームの所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出することと、第１ビーム電流密度分布に基づいてビーム電流行列の各成分の値を補正することと、補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、を備える。
【0008】
本開示の別の態様は、イオン注入装置である。この装置は、スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成するビーム走査装置と、所定方向に異なる複数の測定位置において、第１スキャンビームのビーム電流を測定するよう構成されるビーム測定装置と、ビーム測定装置による測定に基づいて、所定方向の走査位置に対応する走査指令値の時間波形を定める走査信号を生成する制御装置と、を備える。制御装置は、複数の測定位置において測定される第１スキャンビームのビーム電流の時間波形を取得し、取得したビーム電流の時間波形と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、所定方向の位置および走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出し、取得したビーム電流を時間積分することにより、第１スキャンビームの所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出し、第１ビーム電流密度分布に基づいてビーム電流行列の各成分の値を補正し、補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成するよう構成される。
【0009】
本開示のさらに別の態様は、半導体デバイスの製造方法である。この方法は、イオン注入工程を備える半導体デバイスの製造方法であって、イオン注入工程は、スポット状のイオンビームを第１走査信号に基づいて所定方向に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成することと、所定方向に異なる複数の測定位置において、第１スキャンビームのビーム電流を測定することと、測定したビーム電流の時間波形と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、所定方向に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出することと、測定したビーム電流を時間積分することにより、第１スキャンビームの所定方向における第１ビーム電流密度分布を算出することと、第１ビーム電流密度分布に基づいてビーム電流行列の各成分の値を補正することと、補正されたビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成することと、第２走査信号に基づいてイオンビームを所定方向に往復走査させることにより、第２スキャンビームを生成することと、第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することと、を備える。
【0010】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の限定的ではない例示的な実施の形態によれば、イオン注入工程における生産性を向上させるための技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。
【図3】制御装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【図4】注入処理室内の構成を概略的に示す上面図である。
【図5】注入レシピのデータ構造を模式的に示す図である。
【図7】補正関数ファイルおよび相関情報ファイルの一例を示す図である。
【図8】相関情報ファイルの一例を示すテーブルである。
【図9】複数ステップ注入を模式的に示す図である。
【図10】制御装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。
【図11】実施の形態に係るビーム電流行列を模式的に示す図である。
【図12】走査指令値に対するビーム電流分布の測定を模式的に示す図である。
【図13】位置に対するビーム電流分布の測定を模式的に示す図である。
【図14】ビーム電流行列とビーム電流密度分布の関係を模式的に示すグラフである。
【図15】第１走査信号およびビーム電流の時間波形の一例を示すグラフである。
【図16】ビーム電流測定回路の構成の一例を示す回路図である。
【図17】補正前のビーム電流行列に基づくビーム電流密度分布の算出値およびビーム電流密度分布の実測値の一例を示すグラフである。
【図18】実施の形態に係るイオン注入方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しながら、本開示に係るイオン注入方法、イオン注入装置および半導体デバイスの製造方法を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【0014】
実施の形態を詳述する前に概要を説明する。本実施の形態は、半導体ウェハに照射されるイオンビームの二次元ドーズ量分布を制御する技術に関し、特に、ビームスキャン方向における一次元のビーム電流密度分布を制御する技術に関する。ビームスキャン方向のビーム電流密度分布は、イオンビームを往復走査させるビームスキャンのビームスキャン速度分布を調整することで制御される。本実施の形態では、ビーム電流密度分布とビームスキャン速度分布の間に反比例の関係性が成立するという単純な関係性を利用する代わりに、「ビーム電流行列」を用いてビーム電流密度分布とビームスキャン速度分布の関係性を規定する。
【0015】
ビーム電流行列は、走査指令値Ｖｉおよびｘ方向の位置Ｘｊに対するビーム電流値Ｉ（Ｖｉ，Ｘｊ）＝Ｉｉｊを成分とし、スキャンビームを構成するスポット状のイオンビームのｘ方向のビーム電流分布（つまり、ビーム形状）の集合を表す。ｘ方向の位置Ｘｊに対するビーム電流密度分布Ｊ（Ｘｊ）は、以下の式（１）で表される。
ここで、Δｔｉは、ビームスキャンにおいて走査指令値Ｖｉに保持される微小時間（つまり、スキャンビームの滞在時間）であり、走査指令値Ｖｉにおけるビームスキャン速度の逆数に比例する。
【数1】
【0016】
本実施の形態では、ビーム電流行列Ｉｉｊを用いて目標とするビーム電流密度分布Ｊ（Ｘｊ）を実現するためのビーム滞在時間Δｔｉを算出し、ビームスキャンにおいて走査指令値Ｖｉに保持されるビーム滞在時間Δｔｉに基づいて走査信号を生成する。ビーム電流行列は、スポット状のイオンビームのｘ方向のビーム形状に関する全ての情報を含むため、イオンビームのｘ方向のビームサイズ（つまり、スポットサイズ）が大きい場合であっても、目標となるビーム電流密度分布Ｊ（Ｘｊ）を実現するための走査信号を短時間で高精度に計算できる。
【0017】
本実施の形態では、さらに、ビーム電流密度分布の測定値に基づいてビーム電流行列の各成分Ｉｉｊの値を補正し、補正されたビーム電流行列に基づいて目標とするビーム電流密度分布を実現するための走査信号を生成する。補正されたビーム電流行列を用いることにより、ビーム電流行列をビーム電流密度分布の実測値に適合させることができる。補正されたビーム電流行列に基づいて走査信号を生成することにより、目標とするビーム電流密度分布を実現するための走査信号を短時間で高精度に計算できる。
【0018】
図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す上面図であり、図２は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置１０は、被処理物の表面にイオン注入処理を施すよう構成される。被処理物は、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。説明の便宜のため、本明細書において被処理物をウェハＷと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図しない。
【0019】
イオン注入装置１０は、ビームを一方向に往復走査させ、ウェハＷを走査方向と直交する方向に往復運動させることによりウェハＷの処理面全体にわたってスポット状のイオンビームを照射するよう構成される。本書では説明の便宜上、設計上のビームラインＡに沿って進むイオンビームの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。イオンビームをウェハＷに対して走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。したがって、ビームの往復走査はｘ方向に行われ、ウェハＷの往復運動はｙ方向に行われる。
【0020】
イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、ウェハ搬送装置１８とを備える。イオン生成装置１２は、イオンビームをビームライン装置１４に与えるよう構成される。ビームライン装置１４は、イオン生成装置１２から注入処理室１６へイオンビームを輸送するよう構成される。注入処理室１６には、注入対象となるウェハＷが収容され、ビームライン装置１４から与えられるイオンビームをウェハＷに照射する注入処理がなされる。ウェハ搬送装置１８は、注入処理前の未処理ウェハを注入処理室１６に搬入し、注入処理後の処理済ウェハを注入処理室１６から搬出するよう構成される。イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２、ビームライン装置１４、注入処理室１６およびウェハ搬送装置１８に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【0021】
ビームライン装置１４は、ビームラインＡの上流側から順に、質量分析部２０、ビームパーク装置２４、ビーム整形部３０、ビーム走査部３２、ビーム平行化部３４および角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３６を備える。なお、ビームラインＡの上流とは、イオン生成装置１２に近い側のことをいい、ビームラインＡの下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ４６）に近い側のことをいう。
【0022】
質量分析部２０は、イオン生成装置１２の下流に設けられ、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成される。質量分析部２０は、質量分析磁石２１と、質量分析レンズ２２と、質量分析スリット２３とを有する。
【0023】
質量分析磁石２１は、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームに磁場を印加し、イオンの質量電荷比Ｍ＝ｍ／ｑ（ｍは質量、ｑは電荷）の値に応じて異なる経路でイオンビームを偏向させる。質量分析磁石２１は、例えばイオンビームにｙ方向（図１および図２では－ｙ方向）の磁場を印加してイオンビームをｘ方向に偏向させる。質量分析磁石２１の磁場強度は、所望の質量電荷比Ｍを有するイオン種が質量分析スリット２３を通過するように調整される。
【0024】
質量分析レンズ２２は、質量分析磁石２１の下流に設けられ、イオンビームに対する収束／発散力を調整するよう構成される。質量分析レンズ２２は、質量分析スリット２３を通過するイオンビームのビーム進行方向（ｚ方向）の収束位置を調整し、質量分析部２０の質量分解能Ｍ／ｄＭを調整する。なお、質量分析レンズ２２は必須の構成ではなく、質量分析部２０に質量分析レンズ２２が設けられなくてもよい。
【0025】
質量分析スリット２３は、質量分析レンズ２２の下流に設けられ、質量分析レンズ２２から離れた位置に設けられる。質量分析スリット２３は、質量分析磁石２１によるビーム偏向方向（ｘ方向）がスリット幅となるように構成され、ｘ方向が相対的に短く、ｙ方向が相対的に長い形状の開口２３ａを有する。
【0026】
質量分析スリット２３は、質量分解能の調整のためにスリット幅が可変となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、スリット幅方向に移動可能な二枚のビーム遮蔽体により構成され、二枚のビーム遮蔽体の間隔を変化させることによりスリット幅が調整可能となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、スリット幅の異なる複数のスリットのいずれか一つに切り替えることによりスリット幅が可変となるよう構成されてもよい。
【0027】
ビームパーク装置２４は、ビームラインＡからイオンビームを一時的に退避し、下流の注入処理室１６（またはウェハＷ）に向かうイオンビームを遮蔽するよう構成される。ビームパーク装置２４は、ビームラインＡの途中の任意の位置に配置することができるが、例えば、質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間に配置できる。質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間には一定の距離が必要であるため、その間にビームパーク装置２４を配置することで、他の位置に配置する場合よりもビームラインＡの長さを短くすることができ、イオン注入装置１０の全体を小型化できる。
【0028】
ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５（２５ａ，２５ｂ）と、ビームダンプ２６と、を備える。一対のパーク電極２５ａ，２５ｂは、ビームラインＡを挟んで対向し、質量分析磁石２１のビーム偏向方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に対向する。ビームダンプ２６は、パーク電極２５ａ，２５ｂよりもビームラインＡの下流側に設けられ、ビームラインＡからパーク電極２５ａ，２５ｂの対向方向に離れて設けられる。
【0029】
第１パーク電極２５ａはビームラインＡよりも重力方向上側に配置され、第２パーク電極２５ｂはビームラインＡよりも重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、ビームラインＡよりも重力方向下側に離れた位置に設けられ、質量分析スリット２３の開口２３ａの重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、例えば、質量分析スリット２３の開口２３ａが形成されていない部分で構成される。ビームダンプ２６は、質量分析スリット２３とは別体として構成されてもよい。
【0030】
ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂの間に印加される電場を利用してイオンビームを偏向させ、ビームラインＡからイオンビームを退避させる。例えば、第１パーク電極２５ａの電位を基準として第２パーク電極２５ｂに負電圧を印加することにより、イオンビームをビームラインＡから重力方向下方に偏向させてビームダンプ２６に入射させる。図２において、ビームダンプ２６に向かうイオンビームの軌跡を破線で示している。また、ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂを同電位とすることにより、イオンビームをビームラインＡに沿って下流側に通過させる。ビームパーク装置２４は、イオンビームを下流側に通過させる第１モードと、イオンビームをビームダンプ２６に入射させる第２モードとを切り替えて動作可能となるよう構成される。
【0031】
質量分析スリット２３の下流にはインジェクタファラデーカップ２８が設けられる。インジェクタファラデーカップ２８は、インジェクタ駆動部２９の動作によりビームラインＡに出し入れ可能となるよう構成される。インジェクタ駆動部２９は、インジェクタファラデーカップ２８をビームラインＡの延びる方向と直交する方向（例えばｙ方向）に移動させる。インジェクタファラデーカップ２８は、図２の破線で示すようにビームラインＡ上に配置された場合、下流側に向かうイオンビームを遮断する。一方、図２の実線で示すように、インジェクタファラデーカップ２８がビームラインＡ上から外された場合、下流側に向かうイオンビームの遮断が解除される。
【0032】
インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析部２０により質量分析されたイオンビームのビーム電流を計測するよう構成される。インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析磁石２１の磁場強度を変化させながらビーム電流を測定することにより、イオンビームの質量分析スペクトラムを計測できる。計測した質量分析スペクトラムを用いて、質量分析部２０の質量分解能を算出することができる。
【0033】
ビーム整形部３０は、収束／発散四重極レンズ（Ｑレンズ）などの収束／発散装置を備えており、質量分析部２０を通過したイオンビームを所望の断面形状に整形するよう構成されている。ビーム整形部３０は、例えば、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）で構成され、三つの四重極レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有する。ビーム整形部３０は、三つのレンズ装置３０ａ～３０ｃを用いることにより、イオンビームの収束または発散をｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて独立に調整しうる。ビーム整形部３０は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。
【0034】
ビーム走査部３２は、ビームの往復走査を提供するよう構成され、整形されたイオンビームをｘ方向に走査するビーム偏向装置である。ビーム走査部３２は、ビーム走査方向（ｘ方向）に対向する走査電極対を有する。走査電極対は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対の間に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームをさまざまな角度に偏向させる。その結果、イオンビームがｘ方向の走査範囲全体にわたって走査される。図１において、矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームの複数の軌跡を一点鎖線で示している。なお、ビーム走査部３２は他のビーム走査装置で置き換えられてもよく、ビーム走査装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。
【0035】
ビーム平行化部３４は、走査されたイオンビームの進行方向を設計上のビームラインＡの軌道と平行にするよう構成される。ビーム平行化部３４は、ｙ方向の中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数の平行化レンズ電極を有する。平行化レンズ電極は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームに作用させて、イオンビームの進行方向を平行に揃える。なお、ビーム平行化部３４は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。
【0036】
ビーム平行化部３４の下流には、イオンビームを加速または減速させるためのＡＤ（Accel／Decel）コラム（図示せず）が設けられてもよい。
【0037】
角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３６は、イオンビームのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３６は、電界偏向用のＡＥＦ電極対を有する。ＡＥＦ電極対は、高圧電源（図示せず）に接続される。図２において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３６は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
【0038】
このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべきイオンビームを注入処理室１６に供給する。本実施の形態において、イオン生成装置１２およびビームライン装置１４をビーム生成装置ともいう。ビーム生成装置は、ビーム生成装置を構成する各種機器の動作パラメータを調整することで、所望の注入条件を実現するためのイオンビームを生成するよう構成される。
【0039】
注入処理室１６は、ビームラインＡの上流側から順に、エネルギースリット３８、プラズマシャワー装置４０、サイドカップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ４４およびビームストッパ４６を備える。注入処理室１６は、図２に示されるように、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置５０を備える。
【0040】
エネルギースリット３８は、角度エネルギーフィルタ３６の下流側に設けられ、角度エネルギーフィルタ３６とともにウェハＷに入射するイオンビームのエネルギー分析をする。エネルギースリット３８は、ビーム走査方向（ｘ方向）に横長のスリットで構成されるエネルギー制限スリット（ＥＤＳ；Energy Defining Slit）である。エネルギースリット３８は、所望のエネルギー値またはエネルギー範囲のイオンビームをウェハＷに向けて通過させ、それ以外のイオンビームを遮蔽する。
【0041】
プラズマシャワー装置４０は、エネルギースリット３８の下流側に位置する。プラズマシャワー装置４０は、イオンビームのビーム電流量に応じてイオンビームおよびウェハＷの表面（ウェハ処理面）に低エネルギー電子を供給し、イオン注入で生じるウェハ処理面における正電荷のチャージアップを抑制する。プラズマシャワー装置４０は、例えば、イオンビームが通過するシャワーチューブと、シャワーチューブ内に電子を供給するプラズマ発生装置とを含む。
【0042】
サイドカップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）は、ウェハＷへのイオン注入処理中にイオンビームのビーム電流を測定するよう構成される。図２に示されるように、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒは、ビームラインＡ上に配置されるウェハＷに対して左右（ｘ方向）にずれて配置されており、イオン注入時にウェハＷに向かうイオンビームを遮らない位置に配置される。イオンビームは、ウェハＷが位置する範囲を超えてｘ方向に走査されるため、イオン注入時においても走査されるビームの一部がサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒに入射する。これにより、イオン注入処理中のビーム電流量がサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより計測される。
【0043】
プロファイラカップ４４は、ウェハ処理面におけるビーム電流を測定するよう構成されるファラデーカップである。プロファイラカップ４４は、プロファイラ駆動装置４５の動作により可動となるよう構成され、イオン注入時にウェハＷが位置する注入位置から退避され、ウェハＷが注入位置にないときに注入位置に挿入される。プロファイラカップ４４は、ｘ方向に移動しながらビーム電流を測定することにより、ｘ方向のビーム走査範囲の全体にわたってビーム電流を測定することができる。プロファイラカップ４４は、ビーム走査方向（ｘ方向）の複数の位置におけるビーム電流を同時に計測可能となるように、複数のファラデーカップがｘ方向に並んでアレイ状に形成されてもよい。
【0044】
サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一方は、ビーム電流量を測定するための単一のファラデーカップを備えてもよいし、ビームの角度情報を測定するための角度計測器を備えてもよい。角度計測器は、例えば、スリットと、スリットからビーム進行方向（ｚ方向）に離れて設けられる複数の電流検出部とを備える。角度計測器は、例えば、スリットを通過したビームをスリット幅方向に並べられる複数の電流検出部で計測することにより、スリット幅方向のビームの角度成分を測定できる。サイドカップ４２およびプロファイラカップ４４の少なくとも一方は、ｘ方向の角度情報を測定可能な第１角度測定器と、ｙ方向の角度情報を測定可能な第２角度測定器とを備えてもよい。
【0045】
プラテン駆動装置５０は、ウェハ保持装置５２と、往復運動機構５４と、ツイスト角調整機構５６と、チルト角調整機構５８とを含む。ウェハ保持装置５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。往復運動機構５４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持装置５２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置５２に保持されるウェハをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。
【0046】
ツイスト角調整機構５６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構５６は、ウェハ保持装置５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持装置５２とともに往復運動される。
【0047】
チルト角調整機構５８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構５８は、往復運動機構５４と注入処理室１６の内壁の間に設けられており、往復運動機構５４を含むプラテン駆動装置５０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
【0048】
プラテン駆動装置５０は、イオンビームがウェハＷに照射される注入位置と、ウェハ搬送装置１８との間でウェハＷが搬入または搬出される搬送位置との間でウェハＷが移動可能となるようにウェハＷを保持する。図２は、ウェハＷが注入位置にある状態を示しており、プラテン駆動装置５０は、ビームラインＡとウェハＷとが交差するようにウェハＷを保持する。ウェハＷの搬送位置は、ウェハ搬送装置１８に設けられる搬送機構または搬送ロボットにより搬送口４８を通じてウェハＷが搬入または搬出される際のウェハ保持装置５２の位置に対応する。
【0049】
ビームストッパ４６は、ビームラインＡの最下流に設けられ、例えば、注入処理室１６の内壁に取り付けられる。ビームラインＡ上にウェハＷが存在しない場合、イオンビームはビームストッパ４６に入射する。ビームストッパ４６は、注入処理室１６とウェハ搬送装置１８の間を接続する搬送口４８の近くに位置しており、搬送口４８よりも鉛直下方の位置に設けられる。
【0050】
ビームストッパ４６には、複数のチューニングカップ４７（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ）が設けられている。複数のチューニングカップ４７は、ビームストッパ４６に入射するイオンビームのビーム電流を測定するよう構成されるファラデーカップである。複数のチューニングカップ４７は、ｘ方向に間隔をあけて配置されている。複数のチューニングカップ４７は、例えば、注入位置におけるビーム電流をプロファイラカップ４４を用いずに簡易的に測定するために用いられる。
【0051】
サイドカップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ４４およびチューニングカップ４７（４７ａ～４７ｄ）は、イオンビームの物理量としてビーム電流を測定するためのビーム測定装置、または、ビーム電流を検出するためのビーム検出部（beam detector）である。サイドカップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）、プロファイラカップ４４およびチューニングカップ４７（４７ａ～４７ｄ）は、イオンビームの物理量としてビーム角度を測定するためのビーム測定装置、または、ビーム角度を検出するためのビーム検出部であってもよい。
【0052】
イオン注入装置１０は、制御装置６０をさらに備える。制御装置６０は、イオン注入装置１０の動作全般を制御する。制御装置６０は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現され、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。制御装置６０により提供される各種機能は、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。
【0053】
図３は、制御装置６０の構成の一例を模式的に示す図である。制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ９０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ９１と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置９２と、これらを接続するシステムバス９３とを備える。制御装置６０は、例えば、システムバス９３を介して、キーボードやマウスなどのユーザインターフェースである入力装置９４と、液晶ディスプレイなどの表示装置９５と、磁気テープ、磁気ディスクおよび光学ディスクなどの記録媒体に記録されるプログラムを読み取るための読取装置９６と、ネットワーク９８を介した通信によってプログラムを取得するための通信インターフェース９７とに接続される。
【0054】
制御装置６０は、例えば、メモリ９１に格納されたプログラムをプロセッサ９０が実行することにより、プログラムにしたがってイオン注入装置１０の動作全般を制御する。プロセッサ９０は、記憶装置９２に記憶されるプログラムを実行してもよいし、読取装置９６により記録媒体から取得されるプログラムを実行してもよいし、ネットワーク９８を介して通信インターフェース９７により取得されるプログラムを実行してもよい。プログラムが格納されるメモリ９１は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリであってもよいし、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、磁気抵抗メモリ、抵抗変化型メモリ、強誘電体メモリなどの不揮発性メモリであってもよい。不揮発性メモリ、磁気テープおよび磁気ディスクなどの磁気記録媒体ならびに光学ディスクなどの光学記録媒体は、非一時的（non-transitory）かつ有形（tangible）なコンピュータ読み取り可能（computer readable）である記録媒体（storage medium）の一例である。
【0055】
図４は、注入処理室１６内の構成を概略的に示す上面図であり、注入処理室１６に配置されるビーム測定装置がスキャンビームＳＢを測定する様子を示している。イオンビームＢは、矢印Ｘで示されるようにｘ方向に往復走査され、ｘ方向に往復走査されたスキャンビームＳＢとしてウェハＷに入射する。
【0056】
イオンビームＢは、ウェハＷが位置する注入範囲Ｃ１と、注入範囲Ｃ１よりも外側のモニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２Ｒとを含む走査範囲Ｃ３にわたって往復スキャンされる。左右のモニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２Ｒのそれぞれには、左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒが配置されている。左右のサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒは、注入工程においてモニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２ＲまでオーバースキャンされるイオンビームＢを測定することができる。
【0057】
プロファイラカップ４４は、注入工程において走査範囲Ｃ３よりも外側の非走査範囲Ｃ４Ｒに退避されている。図示する構成では、プロファイラ駆動装置４５が右側に配置され、注入工程においてプロファイラカップ４４が右側の非走査範囲Ｃ４Ｒに退避されている。なお、プロファイラ駆動装置４５が左側に配置される構成では、注入工程において、プロファイラカップ４４が左側の非走査範囲Ｃ４Ｌに退避されてもよい。
【0058】
プロファイラカップ４４は、注入工程に先立って実行される準備工程において、注入範囲Ｃ１に配置され、注入範囲Ｃ１におけるイオンビームＢのビーム電流を測定する。プロファイラカップ４４は、注入範囲Ｃ１においてｘ方向に移動しながらビーム電流を測定し、スキャンビームＳＢのｘ方向のビーム電流密度分布を測定する。プロファイラカップ４４は、注入工程におけるウェハ処理面に一致する平面（測定面ＭＳ）に沿ってｘ方向に移動することで、ウェハ処理面の位置でのビーム電流を測定する。プロファイラカップ４４は、注入範囲Ｃ１に加えて、モニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２ＲにおけるスキャンビームＳＢのｘ方向のビーム電流密度分布を測定してもよい。
【0059】
複数のチューニングカップ４７は、注入範囲Ｃ１に配置され、注入範囲Ｃ１におけるイオンビームＢのビーム電流を測定する。複数のチューニングカップ４７は、ウェハＷよりも下流側に離れた位置に配置されている。チューニングカップ４７は、プロファイラカップ４４のように注入範囲Ｃ１と非走査範囲Ｃ４Ｒの間で移動させる必要がないため、プロファイラカップ４４に比べて簡易的に注入範囲Ｃ１におけるビーム電流を測定することができる。
【0060】
準備工程では、注入処理室１６内に設けられる各種ファラデーカップにてビーム電流測定値が測定される。具体的には、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒ、プロファイラカップ４４および複数のチューニングカップ４７を用いて複数のビーム電流測定値が測定される。制御装置６０は、取得したビーム電流測定値間の比率を記憶し、注入工程においてサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値からウェハ処理面におけるビーム電流値を算出できるようにする。通常、各種ファラデーカップで測定されるビーム電流測定値間の比率は、ビームライン装置１４のビーム光学系の設定に依存し、イオン生成装置１２から引き出されるイオンビームＢのビーム電流が多少変動したとしても、ビーム電流測定値の比率はほぼ一定である。つまり、準備工程においてビーム光学系の設定が決まれば、その後の注入工程におけるビーム電流測定値間の比率も変わらない。したがって、準備工程においてビーム電流測定値間の比率を記憶しておけば、その比率と、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値とに基づいて、注入工程においてウェハＷにイオンが注入される注入位置（つまり、ウェハ処理面）でのビーム電流値を算出できる。
【0061】
注入工程では、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒを用いてビーム電流を常時測定できる。注入工程では、プロファイラカップ４４やチューニングカップ４７を用いてビーム電流を常時測定することはできず、間欠的な測定しかできない。したがって、注入工程では、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値に基づいて、ウェハ処理面に注入されるイオンのドーズ量が制御される。注入工程の途中でサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにより測定されるビーム電流測定値が変化した場合、ウェハＷのｙ方向のウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）を変化させることで、ウェハ処理面のドーズ量分布が調整される。例えば、ウェハ処理面の面内で均一なドーズ量分布を実現しようとする場合、サイドカップ４２Ｌ，４２Ｒによりモニタされるビーム電流値に比例する速度でウェハＷを往復運動させる。具体的には、モニタするビーム電流測定値が増加する場合にはウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）を速くし、モニタするビーム電流値が低下する場合にはウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）を遅くする。これにより、スキャンビームＳＢのビーム電流の変動に起因するウェハ処理面内におけるドーズ量分布のばらつきを防ぐことができる。
【0062】
図５は、注入レシピ７０のデータ構造を模式的に示す図である。制御装置６０は、注入レシピにしたがってイオン注入工程を制御する。注入レシピ７０は、基本設定データ７１と、詳細設定データ７２とを含む。基本設定データ７１は、設定が必須となる注入条件を定める。基本設定データ７１は、例えば、１）イオン種、２）ビームエネルギー、３）ビーム電流、４）ビームサイズ、５）ウェハチルト角、６）ウェハツイスト角、および、７）平均ドーズ量の設定データを含む。平均ドーズ量は、ウェハ処理面に注入されるべきドーズ量分布の面内平均値を示す。
【0063】
詳細設定データ７２は、ウェハ処理面に注入すべきイオンのドーズ量分布を意図的に不均一にする「不均一注入」を実行する場合に設定される。詳細設定データ７２は、ウェハ処理面内における二次元ドーズ量分布を一定値とする「均一注入」を実行する場合には設定されなくてもよい。詳細設定データ７２は、８）二次元ドーズ量分布、および、９）補正データセットを含む。二次元ドーズ量分布は、例えば、不均一注入を実施した場合にウェハ処理面ＷＳ内に実現される二次元不均一ドーズ量分布の実績値である。補正データセットは、ビーム走査部３２によるｘ方向のビームスキャン速度と、プラテン駆動装置５０によるｙ方向のウェハスキャン速度とを可変制御するために用いられる。補正データセットは、二次元不均一ドーズ量分布を実現するための補正関数ファイルおよび相関情報ファイルを含む。
【0064】
図６（ａ），（ｂ）は、二次元不均一ドーズ量分布７３を模式的に示す図である。図６（ａ）は、円形のウェハ処理面ＷＳ内において不均一に設定される二次元ドーズ量分布を示し、ウェハ処理面ＷＳ内の領域７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄの濃淡によりドーズ量の大きさを示している。図示する例では、第１領域７４ａのドーズ量が最も大きく、第４領域７４ｄのドーズ量が最も小さい。二次元不均一ドーズ量分布７３は、プラテン駆動装置５０に保持されるウェハＷの向きを基準に定められる。具体的には、基本設定データ７１に定められるウェハツイスト角となるようにウェハＷをプラテン駆動装置５０に配置したときのビームスキャン方向（ｘ方向）とウェハスキャン方向（ｙ方向）を基準に定められる。図示する例では、ウェハＷの中心ＯからアライメントマークＷＭに向かう方向が＋ｙ方向となっているが、アライメントマークＷＭの位置はウェハツイスト角に応じて異なりうる。
【0065】
図６（ｂ）は、二次元不均一ドーズ量分布７３を定義するための複数の格子点７５を模式的に示す。複数の格子点７５は、例えば、ウェハ処理面ＷＳにおいて等間隔に設定される。二次元不均一ドーズ量分布７３は、例えば、複数の格子点７５のそれぞれの位置座標と、複数の格子点７５のそれぞれにおけるドーズ量とを対応付けるデータにより定義される。例えば、直径３００ｍｍのウェハの場合、ウェハ処理面ＷＳの中心Ｏを原点とする３１×３１の格子点７５が設定され、隣接する格子点７５の間隔ｄ１は１０ｍｍである。複数の格子点７５の間隔ｄ１は、イオンビームＢのビームサイズより小さくなるように設定される。イオンビームＢのビームサイズの一例は２０ｍｍ～３０ｍｍ程度である。
【0066】
図７は、補正関数ファイル７７および相関情報ファイル７８の一例を示す図である。補正関数ファイル７７は、ｘ方向の一次元不均一ドーズ量分布に基づいて定められる補正関数ｈ（ｘ）を定義する。補正関数ファイル７７は、一つの二次元不均一ドーズ量分布７３に対して複数定義され、図示する例では６個の補正関数ファイル７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃ，７７Ｄ，７７Ｅ，７７Ｆが定義される。複数の補正関数ファイル７７Ａ～７７Ｆのそれぞれは、補正関数ｈ（ｘ）の形状が互いに異なる。複数の補正関数ファイル７７Ａ～７７Ｆの数は、例えば、一つの二次元不均一ドーズ量分布７３に対して５個～１０個程度定義される。
【0067】
相関情報ファイル７８は、二次元不均一ドーズ量分布７３と、複数の補正関数ファイル７７とを対応付ける相関情報を定義する。ウェハ処理面ＷＳは、ｙ方向に複数の分割領域７６＿１～７６＿３１（総称して分割領域７６ともいう）に分割され、複数の分割領域７６のそれぞれに複数の補正関数ファイル７７Ａ～７７Ｆのいずれかが対応付けられる。複数の分割領域７６のｙ方向の分割幅ｄ２は、格子点７５の間隔ｄ１と同じであり、例えば１０ｍｍである。複数の分割領域７６のそれぞれのｙ方向の中心位置は、格子点７５の位置に対応しうる。複数の分割領域７６のｙ方向の分割幅ｄ２は、イオンビームのビームサイズ（例えば２０ｍｍ～３０ｍｍ）よりも小さくなるように設定される。
【0068】
複数の補正関数ファイル７７の個数は、複数の分割領域７６の個数よりも少なくてもよい。したがって、少なくとも一つの補正関数ファイル７７は、複数の分割領域７６に対応付けられてもよい。逆の言い方をすれば、複数の分割領域７６に対して一つの補正関数ファイル７７に定められる補正関数ｈ（ｘ）が共通して用いられてもよい。補正関数ｈ（ｘ）は、複数の分割領域７６にて利用可能となるように規格化されてもよく、例えば、補正関数ｈ（ｘ）の最大値、平均値または第１方向における積分値が所定値となるように定義されてもよい。相関情報ファイル７８は、複数の分割領域７６のそれぞれの一次元不均一ドーズ量分布Ｄ（ｘ）と、Ｄ（ｘ）に対応する補正関数ｈ（ｘ）との比率を補正係数ｋとして保持する。複数の分割領域７６のそれぞれの一次元不均一ドーズ量分布Ｄ（ｘ）は、補正関数ｈ（ｘ）に補正係数ｋを乗じたｋ・ｈ（ｘ）に対応する。補正係数ｋの値は、相対的に高ドーズ量となる分割領域７６において大きくなり、相対的に低ドーズ量となる分割領域７６において小さくなる傾向にある。補正係数ｋは、ｙ方向のウェハスキャン速度を制御するために用いられる。
【0069】
図８は、相関情報ファイル７８の一例を示すテーブルである。相関情報ファイル７８は、複数の分割領域７６を識別する領域番号「１」～「３１」のそれぞれに対し、ウェハ処理面ＷＳが存在するｘ方向およびｙ方向の範囲と、補正関数ファイル７７を識別する番号Ａ～Ｆと、補正係数ｋの値とを定める。ウェハ処理面ＷＳは円形状であるため、ウェハ処理面ＷＳの中心Ｏから離れるほどウェハ処理面ＷＳが存在するｘ方向の範囲が小さくなる。例えば、領域番号「１」では、ウェハ処理面ＷＳの中心Ｏに対して±２０ｍｍの範囲のみにウェハ処理面ＷＳが存在し、それよりも外側の範囲にはウェハ処理面ＷＳは存在しない。一方、ウェハ処理面ＷＳの中心Ｏに対応する領域番号「１６」では、ウェハ処理面ＷＳの直径に相当する±１５０ｍｍの範囲全体にウェハ処理面ＷＳが存在する。図示する例では、複数の分割領域７６のそれぞれのｙ方向の幅が一定値（１０ｍｍ）であるが、複数の分割領域７６のそれぞれのｙ方向の幅が領域ごとに異なってもよい。
【0070】
図９は、複数ステップ注入を模式的に示す図である。不均一注入を実施する場合、ウェハＷのアライメントマークＷＭを基準とする二次元不均一ドーズ量分布を固定したまま、ウェハツイスト角を変化させて複数回のイオン注入を実施する「複数ステップ注入」を実施することがある。ウェハツイスト角を変化させると、イオン注入装置１０の座標系を基準とする二次元不均一ドーズ量分布も一緒に回転する。図９は、ウェハツイスト角を９０度ずつ回転させて４回のイオン注入を実施する場合を示している。第１の二次元不均一ドーズ量分布７３ａは、上述の図６（ａ）の二次元不均一ドーズ量分布７３と同じである。第２の二次元不均一ドーズ量分布７３ｂは、第１の二次元不均一ドーズ量分布７３ａを右回りに９０度回転させたものである。同様に、第３の二次元不均一ドーズ量分布７３ｃは、第２の二次元不均一ドーズ量分布７３ｂを右回りに９０度回転させたものであり、第４の二次元不均一ドーズ量分布７３ｄは、第３の二次元不均一ドーズ量分布７３ｃを右回りに９０度回転させたものである。複数ステップ注入における複数の二次元不均一ドーズ量分布７３ａ～７３ｄのそれぞれは、イオン注入装置１０のｘ方向およびｙ方向の座標系から見て異なる形状を有している。そのため、複数ステップ注入では、複数の二次元不均一ドーズ量分布７３ａ～７３ｄのそれぞれについて補正データセットが定められる。４回のステップ注入を実施する場合、注入レシピ７０には４回の注入工程に対応する４個の詳細設定データ７２が含まれる。
【0071】
図１０は、制御装置６０の機能構成を模式的に示すブロック図である。制御装置６０は、注入制御部６１と、測定制御部６５と、ビーム電流行列生成部６６と、記憶部６７とを備える。図１０に示される各機能ブロックは、制御装置６０が提供する各種機能を模式的に示すものであり、制御装置６０が備えるプロセッサ９０がメモリ９１に格納されるプログラムを実行することにより実現される機能を示す。各機能ブロックの境界は、説明の便宜のために任意に決められたものであり、各種機能が適切に実現される限り、上述の機能ブロックとは別の境界が決められてもよい。制御装置６０が提供する各種機能は、プロセッサ９０およびメモリ９１を備える単一の装置によって実現されてもよいし、それぞれがプロセッサ９０およびメモリ９１を備える複数の装置の連携によって実現されてもよい。
【0072】
注入制御部６１は、注入レシピに基づいてイオン注入装置１０の動作を制御する。注入制御部６１は、ビーム制御部６２と、ビーム走査制御部６３と、プラテン制御部６４とを含む。測定制御部６５は、ビーム電流を測定するためのビーム測定装置の動作を制御し、ビーム測定装置により測定された測定値を取得する。ビーム電流行列生成部６６は、走査信号とビーム測定装置により測定された測定値とに基づいて、ビーム電流行列を生成する。記憶部６７は、注入レシピや注入レシピを実現するための動作パラメータなどを記憶する。
【0073】
ビーム制御部６２は、イオン注入装置１０を構成する各種機器の動作パラメータを調整することで、所望の注入レシピに定められる注入パラメータが実現されるようにする。ビーム制御部６２は、イオン生成装置１２のガス種や引出電圧、質量分析部２０の磁場強度などを調整することでイオンビームのイオン種を制御する。ビーム制御部６２は、イオン生成装置１２の引出電圧、ビーム平行化部３４の印加電圧、ＡＤコラムの印加電圧、角度エネルギーフィルタ３６の印加電圧などを調整することでイオンビームのビームエネルギーを制御する。ビーム制御部６２は、イオン生成装置１２のガス量、アーク電流、アーク電圧、ソースマグネット電流といった各種パラメータや、質量分析スリット２３の開口幅などを調整することでイオンビームのビーム電流を制御する。ビーム制御部６２は、ビーム整形部３０に含まれる収束／発散装置の動作パラメータなどを調整することにより、ウェハ処理面ＷＳに入射するイオンビームのビームサイズを制御する。
【0074】
ビーム走査制御部６３は、ビーム走査部３２の走査指令値の時間波形を定める走査信号を生成し、走査信号に基づいてビーム走査部３２の動作を制御する。ビーム走査部３２が電場式の場合、走査指令値は、ビーム走査部３２の走査電極対に印加する走査電圧Ｖに相当する。ビーム走査部３２が磁場式の場合、走査指令値は、ビーム走査部３２の磁石装置を流れるマグネット電流に相当する。本実施の形態では、ビーム走査部３２が電場式の場合について説明し、走査指令値が走査電圧Ｖと同義であるとみなして、走査指令値Ｖとも表す。
【0075】
ビーム走査制御部６３は、ビーム走査部３２により実現されるビームスキャン速度ｖｂ（ｘ）を可変制御することにより、ビームスキャン方向（ｘ方向）のビーム電流密度分布Ｊ（ｘ）を制御する。ｘ方向のビームスキャン速度ｖｂ（ｘ）は、走査指令値Ｖの時間ｔに対する変化率ｄＶ／ｄｔにほぼ比例する。ビーム走査制御部６３は、例えば、相対的に高ドーズ量とする箇所において、ビームスキャン速度ｖｂ（ｘ）が遅くなるように走査指令値Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔを小さくする。ビーム走査制御部６３は、例えば、相対的に低ドーズ量とする箇所において、ビームスキャン速度ｖｂ（ｘ）が速くなるように制御電圧の時間変化率ｄＶ／ｄｔを大きくする。
【0076】
ビーム走査制御部６３は、ビーム電流行列生成部６６によって生成されるビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための走査信号を生成する。ビーム走査制御部６３は、例えば、注入レシピに含まれる補正関数ファイル７７に定められる補正関数ｈ（ｘ）と、ビーム電流行列とに基づいて、補正関数ｈ（ｘ）に比例するビーム電流密度分布を実現するための走査信号を生成する。ビーム電流行列の詳細については別途後述する。
【0077】
プラテン制御部６４は、相関情報ファイル７８に基づいて往復運動機構５４の往復運動速度、つまり、ｙ方向のウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）を指定するための速度指令値を生成する。プラテン制御部６４は、相対的に高ドーズ量とする箇所においてウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）を遅くし、相対的に低ドーズ量とする箇所においてウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）を速くするように速度指令値を定める。例えば、ｙ方向の位置に応じたウェハスキャン速度ｖｗ（ｙ）は、相関情報ファイル７８に定められる複数の分割領域７６のそれぞれの補正係数ｋの逆数１／ｋに比例するように設定される。
【0078】
プラテン制御部６４は、注入工程において取得されるビーム電流の測定値に基づいてウェハスキャン速度を調整してもよい。プラテン制御部６４は、例えばサイドカップ４２Ｌ，４２Ｒにて測定されるビーム電流測定値に基づいて、注入工程におけるビーム電流の変動の影響を低減するようにウェハスキャン速度を調整してもよい。
【0079】
図１１は、実施の形態に係るビーム電流行列８０を模式的に示す図である。ビーム電流行列８０は、ビーム走査部３２の走査指令値Ｖの配列Ｖｉ（ｉ＝１…ｍ）と、ウェハ処理面に一致する測定面ＭＳにおけるｘ方向の位置Ｘの配列Ｘｊ（ｊ＝１…ｎ）とに対するビーム電流値Ｉｉｊを成分８２とする。図１１の例では、ビーム電流行列８０の行（横方向）が走査指令値Ｖｉであり、ビーム電流行列８０の列（縦方向）がｘ方向の位置Ｘｊである。ビーム電流行列８０の行成分８４は、ｘ方向の位置Ｘｊを特定の位置に固定した場合における走査指令値Ｖｉに対するビーム電流分布Ｉ（Ｖｉ）である。ビーム電流行列８０の列成分８６は、走査指令値Ｖｉを特定の値に固定した場合におけるｘ方向の位置Ｘｊに対するビーム電流分布Ｉ（Ｘｊ）である。
【0080】
図１２は、走査指令値Ｖｉに対するビーム電流分布Ｉ（Ｖｉ）の測定を模式的に示す図であり、図１１のビーム電流行列８０の行成分８４の測定方法を示す。走査指令値Ｖｉに対するビーム電流分布Ｉ（Ｖｉ）は、ビーム走査部３２の走査指令値Ｖｉを変化させてイオンビームＢを矢印Ｘで示されるようにスキャンした状態で測定され、スキャンビームＳＢのビーム電流を特定の測定位置Ｘｐに固定されたプロファイラカップ４４により測定することによって得られる。走査指令値Ｖｉに対するビーム電流分布Ｉ（Ｖｉ）は、例えば、特定の走査指令値Ｖｐを中心とする範囲８４ａにおいてピークを有し、特定の走査指令値Ｖｐから十分に離れた範囲８４ｂ，８４ｃにおいて０となる分布形状を有する。ここで、特定の走査指令値Ｖｐは、ウェハ処理面に一致する測定面ＭＳにおいて、イオンビームＢが特定の測定位置Ｘｐに照射されるように偏向させるための走査指令値に相当する。
【0081】
図１３は、位置Ｘｊに対するビーム電流分布Ｉ（Ｘｊ）の測定を模式的に示す図であり、図１１のビーム電流行列８０の列成分８６の測定方法を示す。位置Ｘｊに対するビーム電流分布Ｉ（Ｘｊ）は、ビーム走査部３２の走査指令値Ｖｉを特定値Ｖｐに固定した状態で測定され、プロファイラカップ４４を矢印Ｘで示されるように移動させることにより複数の測定位置ＸｊにおいてイオンビームＢのビーム電流を測定することによって得られる。位置Ｘｊに対するビーム電流分布Ｉ（Ｘｊ）は、例えば、特定の測定位置Ｘｐを中心とする範囲８６ａにおいてピークを有し、特定の測定位置Ｘｐから十分に離れた範囲８６ｂ，８６ｃにおいて０となる分布形状を有する。ここで、特定の測定位置Ｘｐは、特定の走査指令値Ｖｐに固定したときに、ウェハ処理面に一致する測定面ＭＳにおいて、イオンビームＢが照射されるｘ方向の位置に相当する。
【0082】
図１４は、ビーム電流行列Ｉ（Ｖｉ，Ｘｊ）とビーム電流密度分布Ｊ（Ｘｊ）の関係を模式的に示すグラフである。図１４では、走査指令値Ｖｉが互いに異なる複数のビーム電流分布Ｉｉ（Ｘｊ）を重ねて示している。ビーム電流密度分布Ｊ（Ｘｊ）は、ビーム電流行列Ｉ（Ｖｉ，Ｘｊ）を構成する複数のビーム電流分布Ｉｉ（Ｘｊ）を足し合わせたものに相当し、以下の式（２）で表すことができる。
ここで、Δｔｉは、走査指令値Ｖｉにおけるスキャンビームの滞在時間であり、走査指令値Ｖｉにおけるビームスキャン速度ｖｉの逆数（１／ｖｉ）に比例する。例えば、ｘ方向における特定の位置Ｘｑにおけるビーム電流密度Ｊ（Ｘｑ）は、走査指令値Ｖｉが互いに異なる複数のビーム電流分布Ｉｉ（Ｘｊ）の位置Ｘｑにおける複数のビーム電流値Ｉｉ（Ｘｑ）を滞在時間Δｔｉを考慮して合計した値であり、以下の式（３）で表すことができる。
【数2】
【数3】
【0083】
つづいて、ビーム電流行列Ｉ（Ｖｉ，Ｘｊ）の生成方法について説明する。図１１のビーム電流行列８０は、複数の行成分８４の集合または複数の列成分８６の集合であるため、複数の行成分８４または複数の列成分８６のいずれかを測定することによって導出できる。本実施の形態では、測定時間の観点から、複数の行成分８４を測定することによってビーム電流行列８０を導出する。図１２に示される特定の測定位置Ｘｐにおける行成分８４の測定にかかる最短の時間は、スキャンビームＳＢの往復のスキャン時間の半分に相当する。スキャンビームＳＢのスキャン周期が１ｋＨｚの場合、一つの測定位置Ｘｊにおける行成分８４の測定にかかる最短の時間は０．５ミリ秒である。一方、図１３に示される特定の走査指令値Ｖｐにおける列成分８６の測定にかかる最短の時間は、プロファイラカップ４４を図４の注入範囲Ｃ１にわたって移動させる時間に相当し、例えば２秒程度である。
【0084】
測定制御部６５は、プロファイラカップ４４を移動させながら複数の測定位置にてスキャンビームＳＢのビーム電流を測定することにより、複数の行成分８４を取得する。測定対象となるスキャンビームＳＢは、第１走査信号に基づいて往復走査される。第１走査信号は、例えば、ビームスキャン速度ｖｂ（ｘ）が一定であり、走査指令値Ｖｉの時間変化率ｄＶｉ／ｄｔが一定となるように構成される。なお、第１走査信号は、ビームスキャン速度ｖｂ（ｘ）が一定ではなく、意図的に不均一となるように構成されてもよい。なお、第１走査信号に基づいて往復走査されるスキャンビームのことを「第１スキャンビーム」ともいう。
【0085】
測定制御部６５は、例えば、３００ｍｍの注入範囲Ｃ１において、３ｍｍごとに設定される１００箇所の測定位置にてスキャンビームＳＢのビーム電流をプロファイラカップ４４に測定させる。測定制御部６５は、プロファイラカップ４４を移動させながらビーム電流を測定する場合、例えば、ある測定位置から±１．５ｍｍの位置となる３ｍｍの範囲にて測定されるビーム電流をその測定位置におけるビーム電流の測定値として取得する。プロファイラカップ４４の移動速度が１５０ｍｍ／ｓである場合、測定位置の間隔３ｍｍを通過する時間は２０ｍｓである。スキャンビームＳＢのスキャン周期が１ｋＨｚの場合、２０ｍｓの間にスキャンビームＳＢが２０回往復走査されるため、走査の往路と復路のそれぞれにおいてスキャンビームＳＢを２０回ずつ測定でき、往復で計４０回測定できる。したがって、３００ｍｍの注入範囲Ｃ１にわたってプロファイラカップ４４を移動させる２秒間において、例えば、１００箇所の測定箇所のそれぞれにおいてスキャンビームＳＢのビーム電流の時間波形を４０回測定でき、その平均値を計算することができる。
【0086】
図１５は、第１走査信号およびビーム電流の時間波形の一例を示すグラフである。図１５の上段は、第１走査信号の時間波形の一例を示す。図１５の下段は、プロファイラカップ４４が特定の測定位置Ｘｐに位置するときにプロファイラカップ４４によって測定されるビーム電流の時間波形（ビーム波形ともいう）を示す。スキャンビームＳＢは、プロファイラカップ４４の測定位置Ｘｐに対応する特定の走査指令値Ｖｐとなるタイミングでプロファイラカップ４４を横切るため、特定の走査指令値Ｖｐとなるタイミングにてビーム波形Ｉ（ｔ）が測定される。一つのビーム波形Ｉ（ｔ）の時間幅ｔｗは、スキャンされるスポット状のイオンビームＢがプロファイラカップ４４の測定幅（スリット幅）を通過する時間に相当する。例えば、プロファイラカップ４４のｘ方向の測定幅が５ｍｍであり、イオンビームＢのｘ方向のスポットサイズが１５ｍｍであり、イオンビームＢのｘ方向の走査速度が８００ｍ／ｓである場合、一つのビーム波形の時間幅ｔｗは２５μｓである。図１５の下段の丸印は、ビーム電流測定のサンプリングタイミングを示す。ビーム電流測定のサンプリング周波数は、例えば０．５ＭＨｚである。図１５の例では、２５μｓの時間幅ｔｗを２μｓごとにサンプリングするため、１３個のサンプリング値によって一つのビーム波形Ｉ（ｔ）が構成される。
【0087】
なお、スキャンビームＳＢの測定に関する各種パラメータは、上記例示した数値に限られず、他の任意の数値が採用されてもよい。スキャンビームＳＢの周波数は、０．１Ｈｚ～１０ｋＨｚの範囲から選択され、例えば１Ｈｚ～５ｋＨｚの範囲から選択される。注入範囲Ｃ１は、１００ｍｍ～１０００ｍｍの範囲から選択され、例えば１５０ｍｍ～４５０ｍｍの範囲、好ましくは２００ｍｍ～３００ｍｍの範囲から選択される。注入範囲Ｃ１は、例えばウェハＷの直径に基づいて選択されてもよい。プロファイラカップ４４の移動速度は、５０ｍｍ／ｓ～５００ｍｍ／ｓの範囲から選択され、例えば１００ｍｍ／ｓ～３００ｍｍ／ｓの範囲から選択される。測定位置の間隔は、０．５ｍｍ～１００ｍｍの範囲から選択され、例えば１ｍｍ～１０ｍｍの範囲から選択される。イオンビームＢのスポットサイズは、５ｍｍ～５００ｍｍの範囲から選択され、例えば１０ｍｍ～３００ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ～２００ｍｍの範囲から選択される。プロファイラカップ４４の測定幅は、１ｍｍ～３０ｍｍの範囲から選択され、例えば５ｍｍ～１０ｍｍの範囲から選択される。ビーム電流のサンプリング周波数は、１０ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲から選択され、例えば０．１ＭＨｚ～１ＭＨｚの範囲から選択される。
【0088】
測定制御部６５は、プロファイラカップ４４を注入範囲Ｃ１にわたって往復移動させ、往復移動の往路と復路においてビーム電流の測定位置が異なるようにしてもよい。例えば、プロファイラカップ４４は、往復移動の往路において複数の第１測定位置にてビーム電流の時間波形を測定し、往復移動の復路において複数の第２測定位置にてビーム電流の時間波形を測定してもよい。複数の第１測定位置および複数の第２測定位置は、ｘ方向に交互に位置するように設定されてもよい。
【0089】
測定制御部６５は、ビーム測定装置のビーム電流測定に関するパラメータに基づいて、ビーム電流の時間波形を補正してもよい。測定制御部６５は、ビーム測定装置が有するｘ方向の測定幅に基づいてビーム波形を補正してもよい。プロファイラカップ４４などのビーム測定装置は、ｘ方向の測定幅（スリット幅）にわたるビーム電流の平均値を測定している。そのため、プロファイラカップ４４によって測定される一つのビーム波形の時間幅ｔｗは、実際のイオンビームＢのスポットサイズに対応する真のビーム波形の時間幅よりも大きくなる。図１５の例であれば、スポットサイズ１５ｍｍのイオンビームＢに対してプロファイラカップ４４にて測定されるビーム波形の時間幅ｔｗは２５μｓになるが、真のビーム波形の時間幅は１９μｓになる。
【0090】
測定制御部６５は、例えば、ビーム波形の測定値が真のビーム波形を平滑化した成分によって構成されるという関係性を利用してビーム電流の時間波形を補正することにより、真のビーム波形に相当する時間波形を導出してもよい。測定制御部６５は、ビーム波形の測定値の時間幅ｔｗを狭めるようにビーム電流の時間波形を補正することにより、真のビーム波形に相当する時間波形を導出してもよい。
【0091】
測定制御部６５は、ビーム電流測定回路に含まれるローパスフィルタの時定数τ＝ＣＲに基づいてビーム電流の時間波形を補正してもよい。図１６は、ビーム電流測定回路１００の構成の一例を示す回路図である。ビーム電流測定回路１００は、シャント抵抗１０２と、フィルタ回路１０４と、増幅回路１０６と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路１０８とを含む。シャント抵抗１０２は、プロファイラカップ４４に入射するイオンビームのビーム電流Ｉｉｎを入力電圧Ｖｉｎに変換する。シャント抵抗１０２の抵抗値をＲｓとすると、Ｖｉｎ＝Ｒｓ・Ｉｉｎである。フィルタ回路１０４は、抵抗ＲとコンデンサＣを用いたローパスフィルタ（ＬＰＦ）であり、入力電圧Ｖｉｎを平滑化した出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。フィルタ回路１０４の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係性は、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋ＣＲ（ｄＶｏｕｔ／ｄｔ）と表される。増幅回路１０６は、オペアンプと抵抗Ｒ１～Ｒ４により構成される電圧増幅回路であり、フィルタ回路１０４の出力電圧Ｖｏｕｔを所定の増幅率βで増幅した電圧β・Ｖｏｕｔを出力する。Ａ／Ｄ変換回路１０８は、増幅回路１０６の出力電圧β・Ｖｏｕｔをサンプリングしてデジタル値を生成する。測定制御部６５は、Ａ／Ｄ変換回路１０８から出力されるデジタル値をビーム電流の測定値として取得する。
【0092】
測定制御部６５が取得するビーム電流の測定値は、フィルタ回路１０４の出力電圧Ｖｏｕｔに比例するため、プロファイラカップ４４において測定される真のビーム波形Ｉｉｎ（ｔ）に比例しない。測定制御部６５は、フィルタ回路１０４の時定数τ＝ＣＲを用いて、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋ＣＲ（ｄＶｏｕｔ／ｄｔ）の関係式に基づいて、ＶｏｕｔからＶｉｎを算出することにより、真のビーム波形Ｉｉｎ（ｔ）に相当する時間波形を導出してもよい。
【0093】
測定制御部６５は、さらに、ビーム測定装置によって測定されるビーム電流を測定位置Ｘｊごとに時間積分することにより、第１スキャンビームのｘ方向におけるビーム電流密度分布を算出する。第１スキャンビームのビーム電流密度分布の実測値のことを「第１ビーム電流密度分布Ｊ１（Ｘｊ）」ともいう。測定制御部６５は、例えば、図１５の下段に示されるビーム波形を時間積分し、ビーム波形が占める面積を算出することにより、特定の測定位置Ｘｐにおける第１ビーム電流密度の実測値Ｊ１（Ｘｐ）を算出する。測定制御部６５は、プロファイラカップ４４にて測定されるビーム電流の時間波形をサンプリング測定することによりビーム波形Ｉ（ｔ）を取得すると同時に、ビーム電流の時間波形を時間積分することによって第１ビーム電流密度分布の実測値Ｊ１（Ｘｊ）を算出する。
【0094】
ビーム電流行列生成部６６は、複数の測定位置におけるビーム電流の時間波形Ｉ（ｔ）と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形Ｖ（ｔ）とに基づいて、ビーム電流行列を算出する。ビーム電流行列生成部６６は、走査指令値の時間波形Ｖ（ｔ）に基づいて、ビーム電流の時間波形Ｉ（ｔ）を走査指令値Ｖｉに対するビーム電流分布Ｉ（Ｖｉ）に変換し、複数の測定位置におけるビーム電流分布Ｉ（Ｖｉ）を算出する。これにより、複数の位置Ｘｊおよび複数の走査指令値Ｖｉに対するビーム電流値Ｉ（Ｘｊ，Ｖｉ）＝Ｉｉｊを成分とするビーム電流行列を算出できる。
【0095】
ビーム電流行列生成部６６は、複数の測定位置Ｘｃに対するビーム電流値の成分Ｉｉｊ＝Ｉ（Ｘｃ，Ｖｊ）に基づいて、複数の測定位置Ｘｃとは異なる複数の補足位置Ｘｄに対するビーム電流値の成分Ｉｉｊ＝Ｉ（Ｘｄ，Ｖｊ）を算出してもよい。ビーム電流行列生成部６６は、例えば、隣接する二つの測定位置Ｘｃ１，Ｘｃ２の間に位置する補足位置Ｘｄに対するビーム電流値の成分Ｉｉｊ＝Ｉ（Ｘｄ，Ｖｊ）を内挿により算出してもよい。ビーム電流行列生成部６６は、複数の測定位置Ｘｃの外側に位置する補足位置Ｘｄに対するビーム電流値の成分Ｉｉｊ＝Ｉ（Ｘｄ，Ｖｊ）を外挿により算出してもよい。複数の補足位置Ｘｄの数は、複数の測定位置Ｘｃの数と同程度であってもよいし、複数の測定位置Ｘｃの数よりも多くてもよい。複数の補足位置Ｘｄの数は、複数の測定位置Ｘｃの数の２倍～５倍程度であってもよい。
【0096】
ビーム電流行列生成部６６は、算出したビーム電流行列の各成分Ｉｉｊの値を第１ビーム電流密度分布の実測値Ｊ１（Ｘｊ）に基づいて補正し、補正ビーム電流行列の各成分Ｉ’ｉｊを決定する。補正ビーム電流行列の各成分Ｉ’ｉｊは、補正前のビーム電流行列の各成分Ｉｉｊに補正行列αｉｊを乗算したものであり、Ｉ’ｉｊ＝αｉｊ・Ｉｉｊと表現することができる。補正行列αｉｊは、補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊに基づくビーム電流密度分布の算出値Ｊ’（Ｘｊ）と、第１ビーム電流密度分布の実測値Ｊ１（Ｘｊ）とが一致するように決定される。補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊに基づくビーム電流密度分布の算出値Ｊ’（Ｘｊ）は、第１走査信号に定められる走査指令値Ｖｉにおける第１スキャンビームの滞在時間Δｔ１ｉを用いて、以下の式（４）で表される。
理想的には、補正前のビーム電流行列Ｉｉｊと第１走査信号に定められる走査指令値Ｖｉとに基づいて、以下の式（５）で算出されるビーム電流密度分布の算出値Ｊ（Ｘｊ）が、第１ビーム電流密度分布の実測値Ｊ１（Ｘｊ）と一致することが望ましいが、発明者らの知見によれば、両者の間にはずれが存在する。
上記式（５）で示されるビーム電流密度分布の算出値Ｊ（Ｘｊ）は、式（１）においてΔｔｉ＝Δｔ１ｉとして計算したものである。
【数4】
【数5】
【0097】
図１７は、補正前のビーム電流行列Ｉｉｊと第１走査信号に定められる走査指令値Ｖｉとに基づくビーム電流密度分布の算出値Ｊ（Ｘｊ）およびビーム電流密度分布の実測値Ｊ１（Ｘｊ）の一例を示すグラフである。グラフの縦軸は電流強度を示しており、ビーム電流密度分布の全体の平均値を１として規格化している。算出値Ｊ（Ｘｊ）および実測値Ｊ１（Ｘｊ）は、概ね一致しているが、両者の間には位置Ｘｊに応じて±２％程度の範囲内でずれが存在する。算出値Ｊ（Ｘｊ）と実測値Ｊ１（Ｘｊ）を一致させるために、位置Ｘｊに応じた補正係数α（Ｘｊ）を定義することができ、α（Ｘｊ）＝Ｊ１（Ｘｊ）／Ｊ（Ｘｊ）と表すことができる。補正行列αｉｊは、補正係数α（Ｘｊ）を対角成分とする対角行列となる。
【0098】
つづいて、ビーム電流行列に基づく走査信号の生成方法について説明する。ビーム走査制御部６３は、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）と、ビーム電流行列生成部６６によって生成された補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊとに基づいて、走査信号を生成する。ここで、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）を実現するための走査信号を「第２走査信号」ともいう。ビーム走査制御部６３は、以下の式（６）の関係性を満たすようなビーム滞在時間Δｔ２ｉを算出する。
ビーム走査制御部６３は、走査指令値Ｖｉにおけるスキャンビームの滞在時間Δｔ２ｉに基づいて、第２走査信号を生成する。
【数6】
【0099】
ビーム走査制御部６３は、最適化計算手法を用いて、走査指令値Ｖｉにおけるスキャンビームの滞在時間Δｔ２ｉを算出できる。例えば、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）と、補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊおよびビーム滞在時間Δｔ２ｉに基づいて算出されるビーム電流密度分布Ｊ’（Ｘｊ）との差異を評価するための第１評価値に基づく最適化計算によってビーム滞在時間Δｔ２ｉを算出できる。第１評価値Ｅ１として、例えば、以下の式（７）で表される目標値Ｊｔ（Ｘｊ）と算出値Ｊ’（Ｘｊ）の二乗誤差の総和を用いることができる。
ビーム走査制御部６３は、第１評価値Ｅ１が最小となるような最適化計算によってビーム滞在時間Δｔ２ｉを算出できる。
【数7】
【0100】
ビーム走査制御部６３は、複数の評価値を組み合わせて最適化計算をしてもよい。ビーム走査制御部６３は、第２走査信号における走査指令値Ｖｉの時間変化率ｄＶｉ／ｄｔの変化量を評価するための第２評価値をさらに用いてもよい。第２評価値Ｅ２は、例えば、ビーム滞在時間Δｔ２ｉの変化量の二乗和として定義することができ、以下の式（８）で表すことができる。
第２評価値Ｅ２が小さくなるように最適化計算をすることによって、ビーム滞在時間Δｔ２ｉの変化率を小さくして第２走査信号における走査指令値Ｖｉの変化を平坦にすることができる。ビーム走査制御部６３は、第１評価値Ｅ１と第２評価値Ｅ２を組み合わせた評価関数Ｅを用いることができ、Ｅ＝Ｅ１＋ｗ２・Ｅ２が最小となるような最適化計算をしてもよい。ここで、ｗ２は、第１評価値Ｅ１に対する第２評価値Ｅ２の重み付け係数である。
【数8】
【0101】
ビーム走査制御部６３は、イオンビームＢの走査範囲Ｃ３のうちの一部範囲に照射されるビーム電流量を評価するための第３評価値をさらに用いてもよい。第３評価値Ｅ３は、位置Ｘｊが特定の範囲（例えば、Ｘａ≦Ｘｊ≦Ｘｂ）となるビーム電流密度分布の算出値Ｊ’（Ｘｊ）の二乗和として定義することができ、以下の式（９）で表すことができる。
例えば、図４の注入範囲Ｃ１を特定の範囲とすることで、注入範囲Ｃ１におけるビーム電流量を最大化し、モニタ範囲Ｃ２Ｌ，Ｃ２Ｒのビーム電流量を最小化するように最適化計算をすることができる。その他、図８のＸ範囲を特定の範囲とすることにより、ウェハＷが存在する範囲におけるビーム電流量を最大化するように最適化計算をすることができる。なお、ウェハＷの一部領域において注入量を低くするような補正関数ｈ（ｘ）が定義されている場合、ウェハＷが存在する範囲におけるビーム電流量を最小化するように最適化計算をしてもよい。また、ウェハＷが存在しない範囲を特定の範囲に設定し、ウェハＷが存在しない範囲のビーム電流量を最大化（または最小化）することにより、ウェハＷが存在する範囲のビーム電流量が最小化（または最大化）されるようにしてもよい。ビーム走査制御部６３は、第１評価値Ｅ１と第３評価値Ｅ３を組み合わせた評価関数Ｅを用いることができ、Ｅ＝Ｅ１＋ｗ３・Ｅ３が最小となるような最適化計算をしてもよい。ここで、ｗ３は、第１評価値Ｅ１に対する第３評価値Ｅ３の重み付け係数である。ビーム走査制御部６３は、三つの評価値Ｅ１～Ｅ３を組み合わせた評価関数Ｅを用いてもよく、Ｅ＝Ｅ１＋ｗ２・Ｅ２＋ｗ３・Ｅ３が最小となるような最適化計算をしてもよい。
【数9】
【0102】
ビーム走査制御部６３は、補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊに基づいて複数の第２走査信号を生成してもよい。複数の第２走査信号は、目標とする複数のビーム電流密度分布を実現するために生成される。目標とする複数のビーム電流密度分布は、例えば、二次元不均一注入を実施するための複数の補正関数ｈ（ｘ）に相当する。
【0103】
ビーム走査制御部６３は、生成した第２走査信号に基づいてビーム走査部３２の動作を制御し、第２スキャンビームを生成する。測定制御部６５は、ビーム測定装置を用いて第２スキャンビームのビーム電流を測定する。測定制御部６５は、例えば、プロファイラカップ４４によるビーム電流の測定値を時間積分することにより、第２スキャンビームの第２電流密度分布の実測値Ｊ２（Ｘｊ）を算出する。ビーム走査制御部６３は、第２電流密度分布の実測値Ｊ２（Ｘｊ）と、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）とを比較し、第２走査信号の妥当性を評価する。例えば、実測値Ｊ２（Ｘｊ）と目標値Ｊｔ（Ｘｊ）の差異が所定範囲内である場合、第２走査信号が妥当であると判定し、差異が所定範囲外であれば、第２走査信号が妥当ではないと判定する。注入制御部６１は、第２走査信号が妥当であれば、第２走査信号に基づく第２スキャンビームをウェハＷに照射してイオン注入処理を実行する。
【0104】
測定制御部６５は、第２スキャンビームのビーム電流をプロファイラカップ４４で測定するのではなく、プロファイラカップ４４とは別のビーム測定装置を用いて測定してもよい。測定制御部６５は、第１スキャンビームの測定に用いるビーム測定装置とは別のビーム測定装置を用いて、第２スキャンビームの第２電流密度分布Ｊ２（Ｘｊ）を測定してもよい。測定制御部６５は、複数のチューニングカップ４７ａ～４７ｄを用いて、第２スキャンビームの第２電流密度分布Ｊ２（Ｘｊ）を測定してもよい。複数のチューニングカップ４７ａ～４７ｄを用いる場合、プロファイラカップ４４をｘ方向に移動させる必要がないため、プロファイラカップ４４を用いる場合よりも迅速かつ簡易的に第２電流密度分布Ｊ２（Ｘｊ）を測定できる。ビーム走査制御部６３は、複数のチューニングカップ４７ａ～４７ｄによって測定された第２電流密度分布の実測値Ｊ２（Ｘｊ）に基づいて、第２走査信号の妥当性を評価してもよい。
【0105】
ビーム走査制御部６３は、第２走査信号が妥当ではないと判定した場合、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）が実現されるように第２走査信号を再生成してもよい。ビーム走査制御部６３は、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）をそのまま目標値として使用するのではなく、目標値を変更することにより第２走査信号を再生成してもよい。例えば、第２スキャンビームの第２電流密度分布の実測値Ｊ２（Ｘｊ）と目標値Ｊｔ（Ｘｊ）の差分値ΔＪ（Ｘｊ）＝Ｊｔ（Ｘｊ）－Ｊ２（Ｘｊ）を当初目標値に加算した値Ｊｕ（Ｘｊ）＝Ｊｔ（Ｘｊ）＋ｍ・ΔＪ（Ｘｊ）を新たな目標値として第２走査信号を再生成してもよい。ここで、ｍは正の値を持ち、差分値ΔＪ（Ｘｊ）の重み付けを調整する係数である。
【0106】
ビーム電流行列生成部６６は、ビーム走査制御部６３によって生成または再生成された第２走査信号が妥当ではない場合、補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊを再生成してもよい。例えば、イオンビームＢのビーム電流やビームサイズといったビーム条件が変わってしまった場合、測定制御部６５は、第１走査信号に基づく第１スキャンビームを再測定し、ビーム電流行列生成部６６は、再測定結果に基づいて補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊを再生成してもよい。
【0107】
ビーム制御部６２は、補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊに基づいてスポット状のイオンビームＢのｘ方向のビーム形状を推定し、推定したビーム形状に基づいてイオンビームＢのビーム形状を調整してもよい。図１１に示すビーム電流行列８０の列成分８６は、走査指令値Ｖｉを特定の値に固定した場合におけるｘ方向の位置Ｘｊに対するビーム電流分布Ｉ（Ｘｊ）であるため、スキャンしていないイオンビームＢのビーム形状を表すと言える。例えば、走査指令値Ｖｉ＝０における補正ビーム電流行列の列成分Ｉ’０（Ｘｊ）をイオンビームＢのビーム形状とみなすことにより、ビーム制御部６２は、列成分Ｉ’０（Ｘｊ）に基づいてビームサイズなどを調整してもよい。
【0108】
本実施の形態によれば、補正ビーム電流行列Ｉ’ｉｊに基づいて目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）を実現するための第２走査信号を生成することにより、従来に比べて短時間かつ高精度で妥当な第２走査信号を生成できる。従来の手法では、１回の計算処理では妥当な第２走査信号を生成できない場合があり、ビーム電流密度分布の実測を繰り返しながら複数回の計算処理をしなければ妥当な第２走査信号を生成できない場合があった。また、目標とするビーム電流密度分布Ｊｔ（Ｘｊ）の形状が複雑な場合、従来の手法では、ビーム電流密度分布の実測を繰り返しながら複数回の計算処理を実行したとしても妥当な第２走査信号を生成できず、生成に失敗してしまうことがあった。一方、本実施の形態によれば、従来の手法では失敗してしまうようなケースであっても、１回や２回といった少ない回数の計算処理によって妥当な第２走査信号を生成できる。その結果、注入処理前の準備工程における第２走査信号を生成するための作業時間を短縮化し、イオン注入工程における生産性を向上できる。特に、不均一注入のために複数の第２走査信号を生成しなければならない場合において、準備工程にかかる作業時間を大幅に短縮化できる。
【0109】
つづいて、上述のイオン注入装置１０を用いたイオン注入方法について説明する。ここでは、イオンビームＢの照射対象が半導体ウェハＷであり、半導体デバイスの製造方法に含まれるイオン注入工程について説明する。
【0110】
図１８は、実施の形態に係るイオン注入方法の一例を示すフローチャートである。ビーム走査制御部６３は、第１走査信号に基づいてビーム走査部３２を動作させ、スポット状のイオンビームＢを所定方向（ｘ方向）に往復走査させることにより、第１スキャンビームを生成する（Ｓ１０）。測定制御部６５は、所定方向（ｘ方向）に異なる複数の測定位置において、第１スキャンビームのビーム電流をビーム測定装置を用いて測定する（Ｓ１２）。ビーム電流行列生成部６６は、ビーム測定装置により測定されたビーム電流の時間波形と、第１走査信号に定められる走査指令値の時間波形とに基づいて、所定方向（ｘ方向）に異なる複数の位置および複数の走査指令値に対するビーム電流値を成分とするビーム電流行列を算出する（Ｓ１４）。測定制御部６５は、測定したビーム電流を時間積分することにより第１スキャンビームの所定方向（ｘ方向）における第１ビーム電流密度分布を算出する（Ｓ１６）。ビーム電流行列生成部６６は、第１ビーム電流密度分布に基づいて、ビーム電流行列の各成分の値を補正し、補正ビーム電流行列を生成する（Ｓ１８）。ビーム走査制御部６３は、補正ビーム電流行列に基づいて、目標とするビーム電流密度分布を実現するための第２走査信号を生成する（Ｓ２０）。ビーム走査制御部６３は、第２走査信号に基づいてビーム走査部３２を動作させ、スポット状のイオンビームＢを所定方向（ｘ方向）に往復走査させることにより、第２スキャンビームを生成する（Ｓ２２）。注入制御部６１は、第２スキャンビームを半導体ウェハに照射することによりイオン注入処理を実行する（Ｓ２４）。
【0111】
以上、本開示を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本開示は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせてもよいし、置換してもよい。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組み合わせや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような組み替えや変形が加えられた実施の形態も本開示に係るイオン注入装置、イオン注入方法および半導体デバイス製造方法の範囲に含まれ得る。
【0112】
本開示に係る実施の形態は、本開示に係る方法を記述するコンピュータ読み取り可能な一以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形態を取ってもよいし、このようなコンピュータプログラムが格納される非一時的かつ有形な記録媒体（例えば、不揮発性メモリ、磁気テープ、磁気ディスクまたは光学ディスク）の形態を取ってもよい。プロセッサは、このようなコンピュータプログラムを実行することにより、本開示に係る方法を実現してもよい。
【符号の説明】
【0113】
１０…イオン注入装置、１２…イオン生成装置、１４…ビームライン装置、１６…注入処理室、１８…ウェハ搬送装置、３２…ビーム走査部、３４…ビーム平行化部、６０…制御装置、６１…注入制御部、６２…ビーム制御部、６３…ビーム走査制御部、６４…プラテン制御部、６５…測定制御部、６６…ビーム電流行列生成部、８０…ビーム電流行列、Ｂ…イオンビーム、Ｗ…ウェハ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】