(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査されながらターゲットに照射される荷電粒子ビームの測定に用いられる装置であって、前記走査される荷電粒子ビームをそれぞれ受ける複数のファラデーカップを当該荷電粒子ビームの走査方向に沿って並べて成る多点ファラデーと、この多点ファラデーを、前記荷電粒子ビームの進行方向に沿って前後に移動させて、ターゲットを挟む少なくとも前後各一箇所ずつに位置させる駆動装置とを備えることを特徴とする多点ファラデー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばイオン注入装置、イオンビーム照射装置、電子線照射装置、電子顕微鏡等に用いられて、電磁気的に走査されるイオンビームや電子ビームのような荷電粒子ビームの測定に、より具体的には荷電粒子ビームの走査位置の測定、更にはこの測定に基づいての荷電粒子ビームの平行度測定、走査速度の均一性測定等に用いられる多点ファラデー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査される荷電粒子ビームを用いるものの典型例として、走査されるイオンビームをターゲットに照射して当該ターゲットにイオン注入を行うイオン注入装置があり、以下においてはイオン注入装置を例に説明する。
【０００３】
図３は、従来の多点ファラデーを二つ備えるイオン注入装置のターゲット周りを部分的に示す斜視図である。このイオン注入装置は、スポット状のイオンビーム２を、図示しない走査手段によって電磁気的に（即ち電界または磁界によって）Ｘ方向（例えば水平方向。以下同じ）において平行走査（パラレルスキャン）して、Ｘ方向に直交するＺ方向に平行な平行ビームを得ると共に、ターゲット（例えば半導体ウェーハ）４を図示しない駆動装置によって、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向（例えば垂直方向。以下同じ）に機械的に走査して、イオンビーム２の電磁気的走査とターゲット４の機械的走査との協働（ハイブリッドスキャン）によって、ターゲット４の全面にイオンビーム２を均一に照射して、ターゲット４の全面に均一にイオン注入が行われるよう構成されている。
【０００４】
このようなイオン注入装置におけるイオンビーム２の平行度測定、ターゲット４上での注入均一性予測、イオンビーム２を走査する走査信号の整形等には、従来は、例えば特開平４−２２９００号公報にも記載されているように、イオンビーム２の進行方向に対して上流側および下流側に配置された、より具体的にはこの例ではターゲット４を挟んでその上流側および下流側に配置された二つの多点ファラデー１０および２０を用いていた。
【０００５】
各多点ファラデー１０および２０は、それぞれ、イオンビーム２を受けてそのビーム電流を計測する複数のファラデーカップ１２、２２をイオンビーム２の走査方向であるＸ方向に沿って並べた、好ましくは等間隔に並べたものである。各ファラデーカップ１２、２２のＸ方向上の位置は予め分かっている。
【０００６】
なお、この図３の例では、上流側の多点ファラデー１０は、開口部１６を有する支持板１４の前方部に取り付けられており、アーム１８によって矢印Ａのようにビーム軌道に対して上下させられる。即ち、この多点ファラデー１０は、ビーム電流計測時は、２点鎖線で示すように下げられ、イオンビーム２を開口部１６を通して後方へ通過させてターゲット４に入射させたり多点ファラデー２０に入射させたりするときは、実線で示すように上げられる。下流側の多点ファラデー２０は固定されており、それにイオンビーム２を入射させるときは、ターゲット４をそれがイオンビーム２を遮らない位置に（例えば下に）退避させておく。
【０００７】
このような二つの多点ファラデー１０および２０を用いての上記イオンビーム２の平行度測定、注入均一性予測、走査波形整形の方法は、上記特開平４−２２９００号公報に詳述されているが、それを要約して説明すれば次のとおりである。
【０００８】
（１）平行度測定
▲１▼  まず、上流側の多点ファラデー１０および下流側の多点ファラデー２０にイオンビーム２が入射する状態で最低一往復ずつ走査を行う。
【０００９】
▲２▼  このとき、データロガー等を用いて、両多点ファラデー１０、２０への入射イオンビーム２のビーム電流のサンプリングを行い、ビーム電流の時間的変化を表すデータを、両多点ファラデー１０、２０についてそれぞれ求める。この上、下流側のデータは、多点ファラデー１０、２０を構成する複数のファラデーカップ１２、２２の各中心にイオンビーム２が入射している状態に対応する複数のピークを持つ。
【００１０】
▲３▼  このようにして求めたイオンビーム２の離散的な位置と時間との関係を表すデータに適当な内挿および外挿を行うことにより、イオンビーム２の走査位置の連続的な時間変化を示す関数を、上流側の多点ファラデー１０および下流側の多点ファラデー２０についてそれぞれ求める。
【００１１】
▲４▼  上記二つの（即ち上流側および下流側についての）関数から、図４を参照して、互いに対応する時刻ｔにおけるイオンビーム２の上流側の多点ファラデー１０での走査位置Ｘf（ｔ）および下流側の多点ファラデー２０での走査位置Ｘb（ｔ）を求め、この両方の位置関係によって、イオンビーム２の時刻ｔにおける平行度θ（ｔ）を次式から求めることができる。Ｌは両多点ファラデー１０、２０間の距離である。そして、この注目する時刻ｔを変えることにより、イオンビーム２の走査領域内での複数点の平行度をきめ細かく求めることができる。
【００１２】
【数１】
θ（ｔ）＝ｔａｎ-1｛（Ｘf（ｔ）−Ｘb（ｔ））／Ｌ｝
【００１３】
（２）注入均一性予測
▲１▼  まず、イオンビーム２の平行度測定の場合に説明した上記（１）▲１▼〜▲４▼の手順と同様の手順によって、イオンビーム２の上流側の多点ファラデー１０および下流側の多点ファラデー２０での、連続的な時間の関数としての走査位置を求める。
【００１４】
▲２▼  次に、両多点ファラデー１０、２０とターゲット４との位置関係および上の▲１▼で求めた関数により、ターゲット４上での時刻ｔにおけるイオンビーム２の走査位置を求める。即ち図５を参照して、ターゲット４と多点ファラデー１０および２０との間の距離をそれぞれＬ1 、Ｌ2 とした場合、時刻ｔでの多点ファラデー１０上での走査位置Ｘf（ｔ）および多点ファラデー２０上での走査位置Ｘb（ｔ）から、ターゲット４上でのイオンビーム２の走査位置Ｘt（ｔ）は次式
で求まる。
【００１５】
【数２】
Ｘt（ｔ）＝（Ｌ2 Ｘf（ｔ）＋Ｌ1 Ｘb（ｔ））／（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）
【００１６】
▲３▼  ターゲット４上でのイオンビーム２の走査速度はｄＸt（ｔ）／ｄｔであり、ターゲット４上での注入均一性は、イオンビーム２のビーム電流密度がその走査位置によって変わらないとした場合、この走査速度の逆数｛ｄＸt（ｔ）／ｄｔ｝-1であるから、これによってターゲット４上での注入均一性を予測することができる。
【００１７】
（３）走査波形整形
これは、上記（２）で求めたイオンビーム２の走査速度ｄＸt（ｔ）／ｄｔが大きい所では当該走査速度が小さくなるように、逆にｄＸt（ｔ）／ｄｔが小さい所では当該走査速度が大きくなるように、イオンビーム２の走査波形、例えばイオンビーム２の走査電圧波形の傾きを小さくしたり（走査速度を小さくする場合）、大きくしたりする（走査速度を大きくする場合）ことによって、ターゲット４上でのイオンビーム２の走査速度ｄＸt（ｔ）／ｄｔを一定に近づける方法である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来は、二つの多点ファラデー１０および２０を用いていたため、次のような問題があった。
【００１９】
▲１▼  各多点ファラデー１０、２０は、複数のファラデーカップ１２、２２を並設したものであるので、部品点数が多く、かつ組立工数が多くて高価である。従ってこのような高価な多点ファラデーを二つも用いると、イオン注入装置等が高価になる。
【００２０】
▲２▼  各多点ファラデー１０、２０は、イオンビーム照射等による汚れが原因で機能が低下するので、定期的に保守作業を行う必要があるが、多点ファラデーが二つ存在するとそのぶん保守作業が増えて保守コストが高くなる。
【００２１】
▲３▼  各多点ファラデー１０、２０から受けた信号を処理する回路が二組必要になるので、信号処理回路のコストも高くなる。
【００２２】
上記のような問題は、二つの多点ファラデーを用いる限り、上記のようなイオン注入装置以外においても、あるいはイオンビーム以外の荷電粒子ビームの測定においても、同様に存在する。
【００２３】
そこでこの発明は、一つの多点ファラデーを用いて、少なくとも従来の二つの多点ファラデーを用いる場合と同様の測定を行うことができる多点ファラデー装置を提供することを主たる目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明の多点ファラデー装置は、走査されながらターゲットに照射される荷電粒子ビームの測定に用いられる装置であって、前記走査される荷電粒子ビームをそれぞれ受ける複数のファラデーカップを当該荷電粒子ビームの走査方向に沿って並べて成る多点ファラデーと、この多点ファラデーを、前記荷電粒子ビームの進行方向に沿って前後に移動させて、ターゲットを挟む少なくとも前後各一箇所ずつに位置させる駆動装置とを備えることを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、一つの多点ファラデーを、駆動装置によって、荷電粒子ビームの進行方向に沿って前後に移動させて、ターゲットを挟む少なくとも前後各一箇所ずつに位置させることができるので、一つの多点ファラデーを用いて、ターゲットを挟む少なくとも前後各一箇所ずつにおいて荷電粒子ビームの測定を行うことができる。従って、少なくとも従来の二つの多点ファラデーを用いた場合と同様の測定を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る多点ファラデー装置をイオン注入装置に用いた例を示す平面図である。イオンビーム２およびターゲット４については、前述のとおりであり、ここではその重複説明を省略する。
【００２７】
この多点ファラデー装置３０は、走査される荷電粒子ビーム、具体的には前述したようにＸ方向に平行走査されるイオンビーム２をそれぞれ受けてそのビーム電流を計測する複数のファラデーカップ３４を、当該イオンビーム２の走査方向Ｘに沿って（換言すればイオンビーム２の進行方向Ｚに直交するように）並べて成る多点ファラデー３２と、この多点ファラデー３２を、矢印Ｂに示すように、イオンビーム２の進行方向Ｚに沿って前および後に移動させる駆動装置４０とを備えている。３８はその駆動軸である。
【００２８】
多点ファラデー３２の各ファラデーカップ３４は、この例では、支持板３６に互いに電気的に絶縁して支持されている。各ファラデーカップ３４のＸ方向上の位置は予め分かっている。各ファラデーカップ３４は、Ｘ方向に沿って等間隔に並べておくのが好ましく、そのようにすればＸ方向上において万遍なくイオンビーム２の測定を行うことができる。
【００２９】
駆動装置４０は、例えば、空圧シリンダ、油圧シリンダ、あるいはモータとその回転を直線運動に変換するボールねじとの組み合わせ等から成る。
【００３０】
この駆動装置４０によって多点ファラデー３２をビーム進行方向Ｚに沿って前後に移動させる位置は、例えば二位置であるが、勿論三位置以上にしても良い。具体的にはこの例では、多点ファラデー３２を、駆動装置４０によって、ターゲット４を挟んでその上流側の位置Ｚf と下流側の位置Ｚb との二位置に移動させる。
【００３１】
常時は、ターゲット４の処理等に邪魔にならないように、多点ファラデー３２を上記下流側の位置Ｚb に位置させておく。ここは、例えば、図３に示した従来例の下流側の多点ファラデー２０の位置に相当する。この多点ファラデー装置３０は、イオンビーム２の前述したような平行度測定、ターゲット４上での注入均一性予測、走査電圧等の走査波形整形等に用いる場合は、例えば、まずこの下流側の位置Ｚb でイオンビーム２の測定（より具体的には各ファラデーカップ３４でのイオンビーム２のピーク位置の測定）を行った後、駆動装置４０によって多点ファラデー３２を前進させて上流側の位置Ｚf に位置させる。その際、ターゲット４は、前述した駆動装置によってＹ方向に（具体的には下方に）移動させて、多点ファラデー３２および駆動軸３８と干渉しない位置に待避させれば良い。この上流側の位置Ｚf は、例えば、図３に示した従来例の上流側の多点ファラデー１０の位置に相当する。そしてこの上流側の位置Ｚf においても、上記下流側の位置Ｚb におけるのと同様にしてイオンビーム２の測定を行う。これらの二位置Ｚf 、Ｚb での測定を行った後のデータ処理方法は、上記従来例の場合と同様である。
【００３２】
多点ファラデー３２の上流側の位置Ｚf は、前述したイオンビーム２の平行度測定等のためには、どちらかと言えばターゲット４よりも上流側の位置が好ましいけれども、ターゲット４の表面位置Ｚt とほぼ等しく（等しいを含む）にしても良い。そのようにすれば、例えば、ターゲット４の表面に入射するイオンビーム２の走査方向Ｘにおけるビーム電流密度分布の測定、ひいてはターゲット４上での注入均一性の測定を、まさにターゲット４に対する注入位置で測定することができる。
【００３３】
即ち、多点ファラデー３２の位置Ｚf をターゲット４の表面位置Ｚt にほぼ等しくしておいて、イオンビーム２をＸ方向に走査して、このイオンビーム２を多点ファラデー３２の複数のファラデーカップ３４で受けて、各ファラデーカップ３４に流れるビーム電流密度を測定することによって、例えば図２に示すような、イオンビーム２の走査方向Ｘにおけるビーム電流密度分布を測定することができる。このビーム電流密度分布は、ターゲット４上での注入均一性をも表している。なお、図２中の１〜ｎは、ファラデーカップ３４の番号である。
【００３４】
このように、上記多点ファラデー装置３０によれば、一つの多点ファラデー３２を、駆動装置４０によって、イオンビーム２の進行方向Ｚに沿って前後に移動させることができるので、一つの多点ファラデー３２を用いて複数箇所でイオンビーム２の測定を行うことができる。従って、少なくとも従来の二つの多点ファラデー１０および２０を用いる場合と同様の測定を行うことができる。
【００３５】
しかも、多点ファラデー３２が一つで済み、駆動装置４０は多点ファラデーよりも一般的に低コストであるので、従来のように多点ファラデーを二つ用いる場合に比べて、低コスト化を図ることができると共に、多点ファラデーの保守作業が一つぶん減るので、保守コストも安くなる。更に、多点ファラデー用の信号処理回路も一つで済むのでこの意味からも低コスト化を図ることができる。
【００３６】
なお、上記多点ファラデー装置３０は、上記例のようなイオン注入装置以外のイオン注入装置や、イオンビームをターゲットに照射するイオンビーム照射装置におけるイオンビームの測定、更には電子線照射装置や電子顕微鏡における電子ビームの測定にも使用することができるのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、一つの多点ファラデーを、駆動装置によって、荷電粒子ビームの進行方向に沿って前後に移動させて、ターゲットを挟む少なくとも前後各一箇所ずつに位置させることができるので、一つの多点ファラデーを用いて、ターゲットを挟む少なくとも前後各一箇所ずつにおいて荷電粒子ビームの測定を行うことができる。従って、少なくとも従来の二つの多点ファラデーを用いる場合と同様の測定を行うことができる。
【００３８】
しかも、多点ファラデーが一つで済み、駆動装置は多点ファラデーよりも一般的に低コストであるので、従来のように多点ファラデーを二つ用いる場合に比べて、低コスト化を図ることができると共に、多点ファラデーの保守作業が一つぶん減るので、保守コストも安くなる。更に、多点ファラデー用の信号処理回路も一つで済むのでこの意味からも低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る多点ファラデー装置をイオン注入装置に用いた例を示す平面図である。
【図２】イオンビームのビーム電流密度分布の一例を示す図である。
【図３】従来の多点ファラデーを二つ備えるイオン注入装置のターゲット周りを部分的に示す斜視図である。
【図４】上流側の多点ファラデー上および下流側の多点ファラデー上でのイオンビームの走査位置の関係の一例を示す図である。
【図５】上流側の多点ファラデー上、下流側の多点ファラデー上およびターゲット上でのイオンビームの走査位置の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
２  イオンビーム（荷電粒子ビーム）
４  ターゲット
３０  多点ファラデー装置
３２  多点ファラデー
３４  ファラデーカップ
４０  駆動装置
【図１】
0003713862.tif 000002
【図２】
0003713862.tif 000003
【図３】
0003713862.tif 000004
【図４】
0003713862.tif 000005
【図５】
0003713862.tif 000006