ウェーハ全面へのドーパントの均一性をイオン注入工程用の測定装置で直接モニタリングできなくなりつつある。一方、ビーム電流の増大とウェーハサイズの大口径化により、形状の微細化とパラメータの性能要求がクリティカルな注入パラメータのプロセスウィンドウを狭くした。その結果、測定平均値と標準偏差（SD）、あるいは分布範囲によってウェーハ全面のドーピングの均一性を定量化する従来の方法では、注入プロセスのモニタリングに必要な統計データが不足する。

　米National Semiconductor社のKendra Gurcan氏と米QC Solutions社の研究者らは、この問題は中電流イオン注入装置のスキャンアームシステムの不具合の結果とみている。¹⁾中速スキャンでテストウェーハにイオン注入し、QCのICT 300によって測定することで、中電流イオン注入装置の最適化が行われた。スキャンアームシステムの問題を悪化させ注入後測定でその問題を際立たせるため、既存の最適なイオン注入条件を使い、異なるスキャン速度（中速と高速）で実験が行われた。研究チームは表面光電圧法（SPV：Surface Photo Voltage）を用いた高解像度マッピング技術を適用した。これによって、従来の平均値と標準偏差統計では解決できなかった二次元での均一性の区別が可能になり、ウェーハマッピングで空間分布の観測を可能にした。その結果、ウェーハのスキャン方向と垂直方向にシマ模様が示された。

　次のステップは問題を検知する定量化方法の決定だった。これには新たなテスト手順と新たな測定パターンの開発が必要だった。そこで、ばらつきのある部分の断面を得るためウェーハの中心と交わるシマ模様を測定。「SPV法によるウェーハマッピングで識別されたように、最後の工程で行われる電気的テストとパラメータ分類データは、問題のある注入形状に関連するデバイス不具合の空間分布を示した」。これらの不具合は、高解像度SPVウェーハマッピングを使ってリアルタイムでモニターでき、イオン注入装置の低速スキャン軸に沿って方向付けられた、選択された空間パターンを分析するためのデータを使ってミクロ均一性の統計的評価もできる（図）。この分析により、高解像度ウェーハマッピング（1750ポイント/ウェーハ以上）と相まって、工程の最後に行われる電気的テスト又は分類パラメータマッピング前に、既知の注入不具合モードを日常的にモニタリングすることが可能になる。このテスト手順は生産ウェーハではなくテストウェーハ上で行われる。

　これまで、この不具合モードを検知する方法は他になかった。QCSのイオン注入装置の定性分析に加え、スキャンシステムの不具合が起きても検知できない標準的な抵抗定性分析も使われた。初めに、注入装置スキャンシステム不具合の結果生じるばらつきを観測する最適なスキャン速度を決定。次に、単にウェーハの空間パターンを示すというより、この種の問題が起きたとき信号を出す定量的方法を見出そうとした。イオン注入装置に問題があることを示すため、定量化された測定値もしくは計算値が必要であった。