JP3567749B2 - 荷電粒子ビームの分布測定方法およびそれに関連する方法 - Google Patents
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Description
【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、電子線照射装置等であって、イオンビームのような荷電粒子ビームの電磁気的走査と、半導体基板のような被処理物の機械的駆動とを併用する、いわゆるハイブリッドスキャン方式の装置において、しかも被処理物のチルト角を０度よりも大きく設定可能な装置において、被処理物内に位置するＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を測定する方法、同分布を調整する方法および好ましい走査電気波形で荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような荷電粒子ビームを用いる装置の典型例として、イオンビームを被処理物に照射して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】
ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の従来例の要部を図７に示す。この装置は、ホルダ６に保持された被処理物（例えば半導体基板）４を、矢印Ａに示すように、三次元空間のある一軸（これをここではＹ軸とする）に沿って機械的に往復駆動すると共に、Ｙ軸と実質的に直交するＺ軸に沿って進行するイオンビーム２を、図示しない走査器によって、Ｙ軸およびＺ軸と実質的に直交するＸ方向に電磁気的に（即ち電界または磁界によって）往復走査しながら、被処理物４にイオンビーム２を照射するよう構成されている。これによって、所望のドーパント（注入不純物）を、被処理物４の所望の領域（典型的には全面）に、所望の分布（典型的には均一な分布）で存在させる（注入する）ことができる。８はホルダ駆動軸である。
【０００４】
ドーパントを被処理物４の所望の領域に所望の分布で存在させるためには、被処理物４の機械的駆動およびイオンビーム２の電磁気的走査を、所望の分布を与えるような形でそれぞれ制御する必要がある。即ち、Ｙ軸方向に所望の分布を得るためには被処理物４の駆動を、Ｘ方向に所望の分布を得るためにはイオンビーム２の走査を、それぞれ適切な形に制御する必要がある。その内でこの発明は後者のイオンビーム走査に関する。
【０００５】
イオンビーム２の走査方向（Ｘ方向）に所望のドーパント分布を得るためには、周知のように、イオンビーム２が被処理物４に入射衝突する位置におけるイオンビーム２の走査方向の電流密度分布を、所望のドーパント分布と一致させれば良い。
【０００６】
そのために従来は、矢印Ｂで示すように、イオンビーム２の走査方向に機械的に駆動されるファラデー（電流検出器）１０を、被処理物４の処理位置またはその近傍に配置し、このファラデー１０を上記のように駆動しながらビーム電流を測定することによって、上記位置におけるビーム電流密度分布を測定していた。またこの測定データを用いて、上記測定位置でのビーム電流密度分布が所望の形になるようにイオンビーム２の走査器を制御していた（例えば、特表昭６４−５００３１０号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなイオン注入装置において、被処理物４を機械的に駆動する際には、例えば図８に示す例のように、ホルダ６を傾けて、被処理物４の表面とＹ軸（即ちこの例ではホルダ駆動軸８）との成す角度であるチルト角θを０度よりも大きいある一定の角度に設定する場合が多い。このチルト角θは、被処理物４の表面に入射するイオンビーム２の入射角と同じである。チルト角θを０度よりも大きく設定するのは、半導体基板に対するイオンビームのチャネリング効果の防止や、被処理物表面に形成された溝状構造の側壁にもイオン注入を行うこと等のためである。
【０００８】
チルト角θが大きくなると（図８は６０度の場合を示す）、図８に示すように、Ｘ方向に走査されるイオンビーム２が被処理物４のＹ方向の下端部および上端部にそれぞれ入射する位置のＺ座標位置Ｚ１ およびＺ３ は、被処理物４の中心部のＺ座標位置Ｚ２ と大きく異なる。しかもこれは、被処理物４の平面寸法が大きくなるとより顕著になる。
【０００９】
電磁気的に走査されたイオンビーム２は、一般的に、進行方向がわずかに異なるイオンの集合体であるため、走査方向におけるビーム電流密度分布は、一般的にＺ座標位置に依存する。
【００１０】
ところが、上記従来技術では、イオンビーム２の電流密度分布の測定が可能なのは、ファラデー１０が設置されているＺ座標軸上の１点（例えば上記Ｚ座標位置Ｚ２ ）のみにおいてであり、従って被処理物４の上下端部付近におけるビーム電流密度分布は、ファラデー１０によって測定された分布とは異なる。その結果、被処理物４の上下端部付近において、ドーパントの分布が所望の分布と異なる、という結果を招く。
【００１１】
例えば、被処理物４の全面に亘って均一なイオン注入を行うために、図９に示す例のように、Ｚ座標位置Ｚ２ でＸ方向（走査方向）のビーム電流密度分布が均一になるようにビーム走査器を制御している場合、Ｚ座標位置Ｚ１ 付近ではビーム電流密度分布は通常は下に凸となり、Ｚ座標位置Ｚ３ 付近では通常は上に凸となる。その結果、被処理物４の面内におけるドーパントの注入量は、例えば図１０に示すように、被処理物４の上部付近ではＸ軸方向の中央部の注入量が多く、下部付近では中央部の注入量が少ない、という不均一な分布になる。図１０中の記号は、−−−、−−、−、＋、＋＋、＋＋＋の順に後のものほど注入量が多いことを示している。
【００１２】
そこでこの発明は、被処理物のチルト角を０度よりも大きく設定可能な装置において、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を測定する方法、同分布を所望のものに調整する方法および好ましい走査電気波形で荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射する方法をそれぞれ提供することを主な目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る分布測定方法は、互いに異なる第１および第２のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の第１および第２の電流密度分布をそれぞれ測定し、この第１および第２の電流密度分布を用いて内挿法または外挿法によって、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の電流密度分布を求めることを特徴としている（請求項１）。
【００１４】
この分布測定方法によれば、第１および第２のビーム電流密度分布測定という少ない測定で、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に求めることができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物のＹ方向端部付近を含めて、被処理物の面内におけるビーム電流密度分布の状況を正確に把握することができる。
【００１５】
この発明に係る分布調整方法は、上記（請求項１記載の）分布測定方法によって求めた、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を用いて、当該電流密度分布中において電流密度を上げたい位置での荷電粒子ビームの走査速度が相対的に小さくなるように、または電流密度を下げたい位置での荷電粒子ビームの走査速度が相対的に大きくなるように、荷電粒子ビームの走査電気波形を整形することによって、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の電流密度分布が所望のものになるように調整することを特徴としている（請求項２）。
【００１６】
この分布調整方法によれば、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に調整することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。
【００１７】
この発明に係る第１のビーム照射方法は、上記（請求項２記載の）分布調整方法に従って、被処理物内に位置する複数のＺ座標位置において所望の電流密度分布をそれぞれ実現する荷電粒子ビームの複数の走査電気波形を予め求めておき、荷電粒子ビーム照射時の被処理物の前記チルト角と時々刻々のＹ座標位置とを用いて、荷電粒子ビームが被処理物に入射する位置のＺ座標位置をリアルタイムで演算し、前記予め求めておいた複数の走査電気波形の内から、そのＺ座標位置が前記演算したＺ座標位置に一致しているかまたは最も近い走査電気波形をリアルタイムで順次選択し、この選択した走査電気波形で前記荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射することを特徴としている（請求項３）。
【００１８】
この第１のビーム照射方法によれば、荷電粒子ビームが被処理物に入射衝突する位置に応じて、所望のビーム電流密度分布を実現するのに適切な走査電気波形で走査しながら荷電粒子ビームを被処理物に照射することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。しかもこれを、有限個の走査電気波形を用いて行うことができるので、演算制御が容易になり、実用上の効果が大きい。
【００１９】
この発明に係る第２のビーム照射方法は、上記（請求項２記載の）分布調整方法に従って、被処理物内に位置する複数のＺ座標位置において所望の電流密度分布をそれぞれ実現する荷電粒子ビームの複数の走査電気波形を予め求めておき、荷電粒子ビーム照射時の被処理物の前記チルト角と時々刻々のＹ座標位置とを用いて、荷電粒子ビームが被処理物に入射する位置のＺ座標位置をリアルタイムで演算し、前記予め求めておいた複数の走査電気波形間の差分を、前記演算したＺ座標位置で重み付けして、前記演算した各Ｚ座標位置に対する走査電気波形をリアルタイムで順次演算し、この演算した走査電気波形で前記荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射することを特徴としている（請求項４）。
【００２０】
この第２のビーム照射方法によれば、より少ない個数の走査電気波形を用いながら、上記第１のビーム照射方法と同様の効果を奏することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の一例を示す斜視図である。図７の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２２】
この実施例の装置は、図示しないイオン源で発生させた前記イオンビーム２を、必要に応じて加速、質量分離等を行った後、走査器１２によって電磁気的に往復走査し、更にこの例では平行化器１４によって平行化した後に、機械的に往復駆動される前記ホルダ６上の被処理物４に照射するよう構成されている。被処理物４およびホルダ６の駆動方向、被処理物４に照射するイオンビーム２の進行方向および走査方向は、前述した図７の例の場合と同様であり、それぞれＹ軸方向、Ｚ軸方向およびＸ方向である。
【００２３】
この例では図示の都合上、前述したホルダ駆動軸８およびそれを駆動するホルダ駆動装置２４をホルダ６の上側に図示しているけれども、これらはホルダ６の下側に設けても良い。また、例えば特公平７−５４６８８号公報に開示されているように、揺動回転式のアームによって、ホルダ６および被処理物４を、前記Ｙ軸に沿って機械的に往復駆動するようにしても良い。
【００２４】
走査器１２はこの例では一対の走査磁極であり、これには、走査制御装置３４から出力される三角波状の走査電圧Ｖ（ｔ）が、増幅器３６によって増幅されて電流波形Ｉ（ｔ）に変換された後に供給される。
【００２５】
平行化器１４は、この発明の本質に影響するものではなく、それを設けるか否かは任意である。
【００２６】
ホルダ６に対してＺ軸方向の前後近傍にそれぞれ位置するように、第１および第２の多点ファラデー２０および３０を設けている。両多点ファラデー２０、３０のＺ座標位置をそれぞれＺｆ 、Ｚｂ とする。この例では、図８も参照して、Ｚｆ ＜Ｚ１ ＜Ｚ２ ＜Ｚ３ ＜Ｚｂ の関係にある。Ｚ１ 〜Ｚ３ は前述のとおりである。各多点ファラデー２０および３０は、それぞれ、Ｙ軸方向に細長いスリットを持つ複数の互いに同一仕様のファラデーカップ２２、３２を、イオンビーム２の走査方向であるＸ方向に並べたものである。各ファラデーカップ２２、３２のＸ座標位置は予め分かっている。
【００２７】
各ファラデーカップ２２、３２は、イオンビーム２を受けてそのビーム電流を測定するものであるが、各ファラデーカップ２２、３２のビーム入射部分の面積は予め分かっているので、各ファラデーカップ２２、３２に入射するイオンビーム２のビーム電流密度を測定することもできる。従って、各多点ファラデー２０および３０によって、Ｚ座標位置Ｚｆ およびＺｂ におけるイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布をそれぞれ測定することができる。両多点ファラデー２０、３０からの測定データは、この例では走査制御装置３４に供給される。
【００２８】
上流側の多点ファラデー２０は、この例では開口部１８を有するマスク板１６の前方部に取り付けられており、これらは図示しない駆動装置によって、矢印Ｃに示すようにビーム軌道に対して上下に駆動される。図１では、マスク板１６および多点ファラデー２０は上限位置にある。この状態では、走査されたイオンビーム２の一部は、マスク板１６の開口部１８を通過する。通過したイオンビーム２は、被処理物４に対して注入処理が行われるときは、図示のように、ホルダ６上の被処理物４に照射されるが、注入処理が行われないときは、ホルダ６はイオンビーム２を遮らない位置に退避するため、下流側の多点ファラデー３０に入射する。従ってこのときは、下流側の多点ファラデー３０によってイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布を測定することができる。
【００２９】
マスク板１６および多点ファラデー２０が下限位置にある状態では、多点ファラデー２０が走査されたイオンビーム２を遮る状態になり、この上流側の多点ファラデー２０によってイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布を測定することができる。
【００３０】
（１）この図１の装置において、走査されたイオンビーム２の電流密度分布を測定する方法を説明する。
【００３１】
まず、上流側の多点ファラデー２０を使用して、Ｚ座標位置Ｚｆ におけるイオンビーム２の走査方向（Ｘ方向）のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）を測定する。その測定結果の一例を単純化して図３中に示す。
【００３２】
次に、下流側の多点ファラデー３０を使用して、Ｚ座標位置Ｚｂ におけるイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｂ ）を測定する。その測定結果の一例を単純化して図３中に示す。
【００３３】
両データは、イオンビーム２が上流側の多点ファラデー２０から下流側の多点ファラデー３０まで進む間に、ビーム電流密度分布が図３中のＳ（Ｘ，Ｚｆ ）の形からＳ（Ｘ，Ｚｂ ）の形に変化したことを意味している。
【００３４】
ところで、この実施例の装置では、多点ファラデー２０と３０との間には、イオンビーム２の軌道を変化させるような外部電磁界は実効的には存在しない。また、この区間にイオンビーム２の焦点が存在しないように設計されているので、イオンビーム２の自己電界による発散効果（空間電荷効果）も無視し得るほど小さい。従って、イオンビーム２はこの区間においてその進行方向を変えないと見なすことができる。更に、この区間で発生するイオンビーム２の生成、消滅は無視し得るほど少ない。以上のことは、この種のイオン注入装置において一般的に言えることである。
【００３５】
従って、両多点ファラデー２０、３０間に存在する被処理物４内に位置する任意のＺ座標位置Ｚｘ （Ｚ１ ≦Ｚｘ ≦Ｚ３ ）におけるイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）は、次の数１に示すように、多点ファラデー２０でのビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）と多点ファラデー３０でのビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｂ ）とを使って表現することができる。
【００３６】
【数１】
Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）＝Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）＋｛Ｓ（Ｘ，Ｚｂ ）−Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）｝×（Ｚｘ −Ｚｆ ）／（Ｚｂ −Ｚｆ ）
【００３７】
従って、この数１に従って、上記Ｚ座標位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を求めることができる。この方法は、内挿法（補間法）と呼ばれるものである。このようにして求めたビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）の一例を単純化して図３中に示す。
【００３８】
なお、多点ファラデー２０および３０の両方を共に被処理物４の上流側近傍または下流側近傍に設けた場合も、数１と同様の関係が成立するので、それに従って、上記Ｚ座標位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を求めることができる。この方法は、外挿法（補外法）と呼ばれるものである。
【００３９】
この例では、上記のようなビーム電流密度分布の測定を、二つの多点ファラデー２０、３０および走査制御装置３４を用いて行うことができる。
【００４０】
上記分布測定方法によれば、２個所（Ｚｆ とＺｂ ）でのビーム電流密度分布測定という少ない測定で、被処理物４内に位置する任意のＺ座標位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布を自由に求めることができる。従って、被処理物４のチルト角θや平面寸法が大きい場合でも、被処理物４のＹ方向端部付近を含めて、被処理物４の面内におけるビーム電流密度分布の状況を正確に把握することができる。
【００４１】
（２）次に、上記のようにして求めたビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）が所望の分布になるように調整する方法を説明する。
【００４２】
まず一例として、上記ビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）の、次式で定義する偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）を求める。ここでｍｅａｎＳ（Ｚｘ ）は、Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）の平均値である。
【００４３】
【数２】
ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）＝｛Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）−ｍｅａｎＳ（Ｚｘ ）｝／ｍｅａｎＳ（Ｚｘ ）
【００４４】
上記のようにして求めた偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）の一例を単純化して図４Ａに示す。偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）がプラスの部分は平均よりも電流密度が大きい部分であり、マイナスの部分は小さい部分である。
【００４５】
このような場合、ビーム電流密度を上げたい位置でのイオンビーム２の走査速度が相対的に小さくなるようにイオンビーム２の走査電圧Ｖ（ｔ）の波形を整形する、具体的にはビーム電流密度を上げたい位置に相当する部分での走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きΔＶ（ｔ）／Δｔを小さくすることによって、またはビーム電流密度を下げたい位置に相当する部分の走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きを大きくすることによって、あるいは両者を併用することによって、上記位置Ｚｘ における偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）を所望のものに、即ち上記位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を所望のものに調整することができる。
【００４６】
例えば、図４Ａに示すような偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）の場合、同図Ｂに示すように、偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）がマイナスの部分での走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きを基本となる三角波４２の傾きよりも小さくし、偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）がプラスの部分での走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きを三角波４２の傾きよりも大きくすることによって、偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）をほぼ０に平坦化して、上記位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）をほぼ一様に（均一に）することができる。
【００４７】
この例では、上記のような走査電圧Ｖ（ｔ）の波形整形を、走査制御装置３４によって行うことができる。
【００４８】
波形整形前後の走査電圧Ｖ（ｔ）、当該走査電圧の変分Ｄ（＝ΔＶ（ｔ）／Δｔ）およびビーム電流密度分布の偏差ｄｅｖのより具体例を図５（波形整形前）および図６（波形整形後）に示す。変分Ｄは、上述した走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きに相当する。両図の横軸は、ここでは時間ｔで表しているが、これは、イオンビーム２のＸ方向の走査位置に対応している。走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きが反転している時点で（即ち三角波状の頂点で）、イオンビーム２の走査方向は反転することになる。図６の変分Ｄの目盛りは、図５のそれを約１０倍に拡大している。
【００４９】
図５に示すように、完全な三角波の（即ち変分Ｄが一定の）走査電圧Ｖ（ｔ）でイオンビーム２を走査したときの偏差ｄｅｖが図示のように±に変化している場合、図６に示すように、走査電圧Ｖ（ｔ）の変分Ｄを上記偏差ｄｅｖを打ち消すように変化させて走査電圧Ｖ（ｔ）の波形を完全な三角波から少し整形（この例では三角波の斜辺をわずかに下に凸状にしている）することによって、偏差ｄｅｖを常に０にすることができる。
【００５０】
（３）次に、チルト角θを採った状態でＹ軸方向に往復駆動される被処理物４（図８参照）に、所望のビーム電流密度分布を実現するのに適切な走査電圧波形で走査しながらイオンビーム２を照射するビーム照射方法を説明する。
【００５１】
イオン注入時のホルダ６および被処理物４のチルト角θ（これは注入中は一定である）および時々刻々のＹ座標位置Ｙｘ は、ホルダ駆動装置２４によって検出され、走査制御装置３４にリアルタイムで供給される（図１参照）。この明細書でリアルタイムとは、バッチ処理ではなく即時処理の意味である。
【００５２】
走査制御装置３４は、供給されるチルト角θおよびＹ座標位置Ｙｘ を用いて、例えば次式の演算をリアルタイムで行うことによって、イオンビーム２が被処理物４に入射する位置のＺ座標位置Ｚｘ をリアルタイムで求めることができる。ここでＹｘ は、図８を参照して、イオンビーム２の入射位置Ｚｘ がＺ２ のときを０とし、それよりも被処理物４が上にある場合を正、下にある場合を負としている。
【００５３】
【数３】
Ｚｘ ＝Ｚ２ −Ｙｘ ｔａｎθ
【００５４】
このようにして、被処理物４にイオンビーム２が入射衝突するＺ座標位置Ｚｘ をリアルタイムで求めることができ、その各Ｚ座標位置Ｚｘ において、前述した分布調整方法に従って、所望のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を実現する走査電圧波形でイオンビーム２を走査しながらそれを被処理物４に照射することによって、被処理物４のチルト角θや平面寸法が大きい場合でも、被処理物４の所望の領域（例えば全面）に所望の分布（例えば均一な分布）でイオンビーム２を照射することができる。その結果例えば、被処理物４のチルト角θや平面寸法が大きい場合でも、被処理物４の全面に亘って均一なイオン注入を行って、被処理物４の全面におけるドーパントの注入量分布を均一にすることができる。
【００５５】
上記ビーム照射方法を理想的に実行するためには、Ｚ１ ≦Ｚｘ ≦Ｚ３ を満たす無限個数のＺ座標位置Ｚｘ に対する走査電圧波形を求め、かつそれを適用する必要があるが、これは処理時間が長くなる等の理由から現実的ではない。従って、実際のイオン注入装置においては、次の▲１▼、▲２▼二つの方法のどちらかで実行するのが好ましい。
【００５６】
▲１▼現実的でありかつ注入結果に悪影響を及ぼさない程度の離散間隔を持った有限複数個のＺ座標位置Ｚｘ に対して、所望のビーム電流密度分布をそれぞれ実現する有限複数個の走査電圧波形を予め求めておき、それを被処理物４のＹ座標位置Ｙｘ に応じてリアルタイムで切り換えつつ使用する。即ち、予め求めておいた複数個の走査電圧波形の内から、そのＺ座標位置Ｚｘ が、上記数３で演算したＺ座標位置Ｚｘ に一致しているかまたは最も近い走査電圧波形をリアルタイムで順次選択し、この選択した走査電圧波形でイオンビーム２を走査しながら被処理物４に照射する。
【００５７】
このビーム照射方法によれば、有限個の走査電圧波形で済むので、処理時間が短くなる等、演算制御が容易になり、実用上の効果が大きい。
【００５８】
▲２▼被処理物４内に位置する複数の離散したＺ座標位置に対して、例えば上記Ｚ座標位置Ｚ１ 、Ｚ２ およびＺ３ に対して、所望のビーム電流密度分布をそれぞれ実現する走査電圧波形を予め求めておき、この各波形間の差分を、上記数３で演算したＺ座標位置Ｚｘ で重み付けして、数３で演算した各Ｚ座標位置Ｚｘ に対する走査電圧波形をリアルタイムで順次演算し、この演算した走査電圧波形でイオンビーム２を走査しながら被処理物４に照射する。
【００５９】
このビーム照射方法によれば、使用する走査電圧波形の数は上記▲１▼の方法より多いが、実際に照射されるイオンビームの電流密度分布は上記▲１▼の方法よりも理想のものに近くなる。
【００６０】
この例では、上記▲１▼、▲２▼のような走査電圧波形の演算、切り換え等を、走査制御装置３４によって行うことができる。
【００６１】
図２は、この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の他の例を示す斜視図である。図１の例との相違点を主体に説明すると、この例では、二つの多点ファラデー２０、３０を設ける代わりに、一つの多点ファラデー３０を、ファラデー駆動軸３８およびファラデー駆動装置４０によって、矢印Ｅに示すようにＺ軸に沿って前後に移動させて、前述した二つのＺ座標位置Ｚｆ およびＺｂ において、イオンビーム２の電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）およびＳ（Ｘ，Ｚｂ ）をそれぞれ測定するようにしている。
【００６２】
このようにすれば、多点ファラデーが一つで済み、ファラデー駆動装置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、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。
【００６３】
なお、以上においては、荷電粒子ビームの典型例であるイオンビームについて説明したが、上述した分布測定方法、分布調整方法およびビーム照射方法は、イオンビーム以外の荷電粒子ビーム、例えば電子ビームに対しても勿論適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００６５】
請求項１記載の発明によれば、第１および第２のビーム電流密度分布測定という少ない測定で、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に求めることができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物のＹ方向端部付近を含めて、被処理物の面内におけるビーム電流密度分布の状況を正確に把握することができる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に調整することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、荷電粒子ビームが被処理物に入射衝突する位置に応じて、所望のビーム電流密度分布を実現するのに適切な走査電気波形で走査しながら荷電粒子ビームを被処理物に照射することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。しかもこれを、有限個の走査電気波形を用いて行うことができるので、演算制御が容易になり、実用上の効果が大きい。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、使用する走査電圧波形の数は請求項３記載の方法より多いが、実際に照射されるイオンビームの電流密度分布は請求項３記載の方法よりも理想のものに近くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の一例を示す斜視図である。
【図２】この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の他の例を示す斜視図である。
【図３】Ｚ座標位置Ｚｆ 、Ｚｂ およびＺｘ におけるビーム電流密度分布の例を単純化して示す図である。
【図４】ビーム電流密度分布の偏差（Ａ）とそれを補正する走査電圧波形（Ｂ）の例を単純化して示す図である。
【図５】波形整形前の走査電圧、当該走査電圧の変分およびビーム電流密度分布の偏差のより具体例を示す図である。
【図６】波形整形後の走査電圧および当該走査電圧の変分のより具体例を示す図である。
【図７】従来のハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の被処理物周りの一例を示す斜視図である。
【図８】チルト角θを６０度に設定したときの被処理物周りを示す側面図である。
【図９】従来のイオン注入装置におけるＺ座標位置Ｚ１ 、Ｚ２ およびＺ３ でのビーム電流密度分布の例を単純化して示す図である。
【図１０】被処理物の面内におけるドーパントの注入量分布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 被処理物
６ ホルダ
１２ 走査器
２０ 多点ファラデー
２４ ホルダ駆動装置
３０ 多点ファラデー
３４ 走査制御装置
【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、電子線照射装置等であって、イオンビームのような荷電粒子ビームの電磁気的走査と、半導体基板のような被処理物の機械的駆動とを併用する、いわゆるハイブリッドスキャン方式の装置において、しかも被処理物のチルト角を０度よりも大きく設定可能な装置において、被処理物内に位置するＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を測定する方法、同分布を調整する方法および好ましい走査電気波形で荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような荷電粒子ビームを用いる装置の典型例として、イオンビームを被処理物に照射して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】
ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の従来例の要部を図７に示す。この装置は、ホルダ６に保持された被処理物（例えば半導体基板）４を、矢印Ａに示すように、三次元空間のある一軸（これをここではＹ軸とする）に沿って機械的に往復駆動すると共に、Ｙ軸と実質的に直交するＺ軸に沿って進行するイオンビーム２を、図示しない走査器によって、Ｙ軸およびＺ軸と実質的に直交するＸ方向に電磁気的に（即ち電界または磁界によって）往復走査しながら、被処理物４にイオンビーム２を照射するよう構成されている。これによって、所望のドーパント（注入不純物）を、被処理物４の所望の領域（典型的には全面）に、所望の分布（典型的には均一な分布）で存在させる（注入する）ことができる。８はホルダ駆動軸である。
【０００４】
ドーパントを被処理物４の所望の領域に所望の分布で存在させるためには、被処理物４の機械的駆動およびイオンビーム２の電磁気的走査を、所望の分布を与えるような形でそれぞれ制御する必要がある。即ち、Ｙ軸方向に所望の分布を得るためには被処理物４の駆動を、Ｘ方向に所望の分布を得るためにはイオンビーム２の走査を、それぞれ適切な形に制御する必要がある。その内でこの発明は後者のイオンビーム走査に関する。
【０００５】
イオンビーム２の走査方向（Ｘ方向）に所望のドーパント分布を得るためには、周知のように、イオンビーム２が被処理物４に入射衝突する位置におけるイオンビーム２の走査方向の電流密度分布を、所望のドーパント分布と一致させれば良い。
【０００６】
そのために従来は、矢印Ｂで示すように、イオンビーム２の走査方向に機械的に駆動されるファラデー（電流検出器）１０を、被処理物４の処理位置またはその近傍に配置し、このファラデー１０を上記のように駆動しながらビーム電流を測定することによって、上記位置におけるビーム電流密度分布を測定していた。またこの測定データを用いて、上記測定位置でのビーム電流密度分布が所望の形になるようにイオンビーム２の走査器を制御していた（例えば、特表昭６４−５００３１０号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなイオン注入装置において、被処理物４を機械的に駆動する際には、例えば図８に示す例のように、ホルダ６を傾けて、被処理物４の表面とＹ軸（即ちこの例ではホルダ駆動軸８）との成す角度であるチルト角θを０度よりも大きいある一定の角度に設定する場合が多い。このチルト角θは、被処理物４の表面に入射するイオンビーム２の入射角と同じである。チルト角θを０度よりも大きく設定するのは、半導体基板に対するイオンビームのチャネリング効果の防止や、被処理物表面に形成された溝状構造の側壁にもイオン注入を行うこと等のためである。
【０００８】
チルト角θが大きくなると（図８は６０度の場合を示す）、図８に示すように、Ｘ方向に走査されるイオンビーム２が被処理物４のＹ方向の下端部および上端部にそれぞれ入射する位置のＺ座標位置Ｚ１ およびＺ３ は、被処理物４の中心部のＺ座標位置Ｚ２ と大きく異なる。しかもこれは、被処理物４の平面寸法が大きくなるとより顕著になる。
【０００９】
電磁気的に走査されたイオンビーム２は、一般的に、進行方向がわずかに異なるイオンの集合体であるため、走査方向におけるビーム電流密度分布は、一般的にＺ座標位置に依存する。
【００１０】
ところが、上記従来技術では、イオンビーム２の電流密度分布の測定が可能なのは、ファラデー１０が設置されているＺ座標軸上の１点（例えば上記Ｚ座標位置Ｚ２ ）のみにおいてであり、従って被処理物４の上下端部付近におけるビーム電流密度分布は、ファラデー１０によって測定された分布とは異なる。その結果、被処理物４の上下端部付近において、ドーパントの分布が所望の分布と異なる、という結果を招く。
【００１１】
例えば、被処理物４の全面に亘って均一なイオン注入を行うために、図９に示す例のように、Ｚ座標位置Ｚ２ でＸ方向（走査方向）のビーム電流密度分布が均一になるようにビーム走査器を制御している場合、Ｚ座標位置Ｚ１ 付近ではビーム電流密度分布は通常は下に凸となり、Ｚ座標位置Ｚ３ 付近では通常は上に凸となる。その結果、被処理物４の面内におけるドーパントの注入量は、例えば図１０に示すように、被処理物４の上部付近ではＸ軸方向の中央部の注入量が多く、下部付近では中央部の注入量が少ない、という不均一な分布になる。図１０中の記号は、−−−、−−、−、＋、＋＋、＋＋＋の順に後のものほど注入量が多いことを示している。
【００１２】
そこでこの発明は、被処理物のチルト角を０度よりも大きく設定可能な装置において、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を測定する方法、同分布を所望のものに調整する方法および好ましい走査電気波形で荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射する方法をそれぞれ提供することを主な目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る分布測定方法は、互いに異なる第１および第２のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の第１および第２の電流密度分布をそれぞれ測定し、この第１および第２の電流密度分布を用いて内挿法または外挿法によって、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の電流密度分布を求めることを特徴としている（請求項１）。
【００１４】
この分布測定方法によれば、第１および第２のビーム電流密度分布測定という少ない測定で、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に求めることができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物のＹ方向端部付近を含めて、被処理物の面内におけるビーム電流密度分布の状況を正確に把握することができる。
【００１５】
この発明に係る分布調整方法は、上記（請求項１記載の）分布測定方法によって求めた、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を用いて、当該電流密度分布中において電流密度を上げたい位置での荷電粒子ビームの走査速度が相対的に小さくなるように、または電流密度を下げたい位置での荷電粒子ビームの走査速度が相対的に大きくなるように、荷電粒子ビームの走査電気波形を整形することによって、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の電流密度分布が所望のものになるように調整することを特徴としている（請求項２）。
【００１６】
この分布調整方法によれば、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に調整することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。
【００１７】
この発明に係る第１のビーム照射方法は、上記（請求項２記載の）分布調整方法に従って、被処理物内に位置する複数のＺ座標位置において所望の電流密度分布をそれぞれ実現する荷電粒子ビームの複数の走査電気波形を予め求めておき、荷電粒子ビーム照射時の被処理物の前記チルト角と時々刻々のＹ座標位置とを用いて、荷電粒子ビームが被処理物に入射する位置のＺ座標位置をリアルタイムで演算し、前記予め求めておいた複数の走査電気波形の内から、そのＺ座標位置が前記演算したＺ座標位置に一致しているかまたは最も近い走査電気波形をリアルタイムで順次選択し、この選択した走査電気波形で前記荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射することを特徴としている（請求項３）。
【００１８】
この第１のビーム照射方法によれば、荷電粒子ビームが被処理物に入射衝突する位置に応じて、所望のビーム電流密度分布を実現するのに適切な走査電気波形で走査しながら荷電粒子ビームを被処理物に照射することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。しかもこれを、有限個の走査電気波形を用いて行うことができるので、演算制御が容易になり、実用上の効果が大きい。
【００１９】
この発明に係る第２のビーム照射方法は、上記（請求項２記載の）分布調整方法に従って、被処理物内に位置する複数のＺ座標位置において所望の電流密度分布をそれぞれ実現する荷電粒子ビームの複数の走査電気波形を予め求めておき、荷電粒子ビーム照射時の被処理物の前記チルト角と時々刻々のＹ座標位置とを用いて、荷電粒子ビームが被処理物に入射する位置のＺ座標位置をリアルタイムで演算し、前記予め求めておいた複数の走査電気波形間の差分を、前記演算したＺ座標位置で重み付けして、前記演算した各Ｚ座標位置に対する走査電気波形をリアルタイムで順次演算し、この演算した走査電気波形で前記荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射することを特徴としている（請求項４）。
【００２０】
この第２のビーム照射方法によれば、より少ない個数の走査電気波形を用いながら、上記第１のビーム照射方法と同様の効果を奏することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の一例を示す斜視図である。図７の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２２】
この実施例の装置は、図示しないイオン源で発生させた前記イオンビーム２を、必要に応じて加速、質量分離等を行った後、走査器１２によって電磁気的に往復走査し、更にこの例では平行化器１４によって平行化した後に、機械的に往復駆動される前記ホルダ６上の被処理物４に照射するよう構成されている。被処理物４およびホルダ６の駆動方向、被処理物４に照射するイオンビーム２の進行方向および走査方向は、前述した図７の例の場合と同様であり、それぞれＹ軸方向、Ｚ軸方向およびＸ方向である。
【００２３】
この例では図示の都合上、前述したホルダ駆動軸８およびそれを駆動するホルダ駆動装置２４をホルダ６の上側に図示しているけれども、これらはホルダ６の下側に設けても良い。また、例えば特公平７−５４６８８号公報に開示されているように、揺動回転式のアームによって、ホルダ６および被処理物４を、前記Ｙ軸に沿って機械的に往復駆動するようにしても良い。
【００２４】
走査器１２はこの例では一対の走査磁極であり、これには、走査制御装置３４から出力される三角波状の走査電圧Ｖ（ｔ）が、増幅器３６によって増幅されて電流波形Ｉ（ｔ）に変換された後に供給される。
【００２５】
平行化器１４は、この発明の本質に影響するものではなく、それを設けるか否かは任意である。
【００２６】
ホルダ６に対してＺ軸方向の前後近傍にそれぞれ位置するように、第１および第２の多点ファラデー２０および３０を設けている。両多点ファラデー２０、３０のＺ座標位置をそれぞれＺｆ 、Ｚｂ とする。この例では、図８も参照して、Ｚｆ ＜Ｚ１ ＜Ｚ２ ＜Ｚ３ ＜Ｚｂ の関係にある。Ｚ１ 〜Ｚ３ は前述のとおりである。各多点ファラデー２０および３０は、それぞれ、Ｙ軸方向に細長いスリットを持つ複数の互いに同一仕様のファラデーカップ２２、３２を、イオンビーム２の走査方向であるＸ方向に並べたものである。各ファラデーカップ２２、３２のＸ座標位置は予め分かっている。
【００２７】
各ファラデーカップ２２、３２は、イオンビーム２を受けてそのビーム電流を測定するものであるが、各ファラデーカップ２２、３２のビーム入射部分の面積は予め分かっているので、各ファラデーカップ２２、３２に入射するイオンビーム２のビーム電流密度を測定することもできる。従って、各多点ファラデー２０および３０によって、Ｚ座標位置Ｚｆ およびＺｂ におけるイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布をそれぞれ測定することができる。両多点ファラデー２０、３０からの測定データは、この例では走査制御装置３４に供給される。
【００２８】
上流側の多点ファラデー２０は、この例では開口部１８を有するマスク板１６の前方部に取り付けられており、これらは図示しない駆動装置によって、矢印Ｃに示すようにビーム軌道に対して上下に駆動される。図１では、マスク板１６および多点ファラデー２０は上限位置にある。この状態では、走査されたイオンビーム２の一部は、マスク板１６の開口部１８を通過する。通過したイオンビーム２は、被処理物４に対して注入処理が行われるときは、図示のように、ホルダ６上の被処理物４に照射されるが、注入処理が行われないときは、ホルダ６はイオンビーム２を遮らない位置に退避するため、下流側の多点ファラデー３０に入射する。従ってこのときは、下流側の多点ファラデー３０によってイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布を測定することができる。
【００２９】
マスク板１６および多点ファラデー２０が下限位置にある状態では、多点ファラデー２０が走査されたイオンビーム２を遮る状態になり、この上流側の多点ファラデー２０によってイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布を測定することができる。
【００３０】
（１）この図１の装置において、走査されたイオンビーム２の電流密度分布を測定する方法を説明する。
【００３１】
まず、上流側の多点ファラデー２０を使用して、Ｚ座標位置Ｚｆ におけるイオンビーム２の走査方向（Ｘ方向）のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）を測定する。その測定結果の一例を単純化して図３中に示す。
【００３２】
次に、下流側の多点ファラデー３０を使用して、Ｚ座標位置Ｚｂ におけるイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｂ ）を測定する。その測定結果の一例を単純化して図３中に示す。
【００３３】
両データは、イオンビーム２が上流側の多点ファラデー２０から下流側の多点ファラデー３０まで進む間に、ビーム電流密度分布が図３中のＳ（Ｘ，Ｚｆ ）の形からＳ（Ｘ，Ｚｂ ）の形に変化したことを意味している。
【００３４】
ところで、この実施例の装置では、多点ファラデー２０と３０との間には、イオンビーム２の軌道を変化させるような外部電磁界は実効的には存在しない。また、この区間にイオンビーム２の焦点が存在しないように設計されているので、イオンビーム２の自己電界による発散効果（空間電荷効果）も無視し得るほど小さい。従って、イオンビーム２はこの区間においてその進行方向を変えないと見なすことができる。更に、この区間で発生するイオンビーム２の生成、消滅は無視し得るほど少ない。以上のことは、この種のイオン注入装置において一般的に言えることである。
【００３５】
従って、両多点ファラデー２０、３０間に存在する被処理物４内に位置する任意のＺ座標位置Ｚｘ （Ｚ１ ≦Ｚｘ ≦Ｚ３ ）におけるイオンビーム２のＸ方向のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）は、次の数１に示すように、多点ファラデー２０でのビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）と多点ファラデー３０でのビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｂ ）とを使って表現することができる。
【００３６】
【数１】
Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）＝Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）＋｛Ｓ（Ｘ，Ｚｂ ）−Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）｝×（Ｚｘ −Ｚｆ ）／（Ｚｂ −Ｚｆ ）
【００３７】
従って、この数１に従って、上記Ｚ座標位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を求めることができる。この方法は、内挿法（補間法）と呼ばれるものである。このようにして求めたビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）の一例を単純化して図３中に示す。
【００３８】
なお、多点ファラデー２０および３０の両方を共に被処理物４の上流側近傍または下流側近傍に設けた場合も、数１と同様の関係が成立するので、それに従って、上記Ｚ座標位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を求めることができる。この方法は、外挿法（補外法）と呼ばれるものである。
【００３９】
この例では、上記のようなビーム電流密度分布の測定を、二つの多点ファラデー２０、３０および走査制御装置３４を用いて行うことができる。
【００４０】
上記分布測定方法によれば、２個所（Ｚｆ とＺｂ ）でのビーム電流密度分布測定という少ない測定で、被処理物４内に位置する任意のＺ座標位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布を自由に求めることができる。従って、被処理物４のチルト角θや平面寸法が大きい場合でも、被処理物４のＹ方向端部付近を含めて、被処理物４の面内におけるビーム電流密度分布の状況を正確に把握することができる。
【００４１】
（２）次に、上記のようにして求めたビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）が所望の分布になるように調整する方法を説明する。
【００４２】
まず一例として、上記ビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）の、次式で定義する偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）を求める。ここでｍｅａｎＳ（Ｚｘ ）は、Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）の平均値である。
【００４３】
【数２】
ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）＝｛Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）−ｍｅａｎＳ（Ｚｘ ）｝／ｍｅａｎＳ（Ｚｘ ）
【００４４】
上記のようにして求めた偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）の一例を単純化して図４Ａに示す。偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）がプラスの部分は平均よりも電流密度が大きい部分であり、マイナスの部分は小さい部分である。
【００４５】
このような場合、ビーム電流密度を上げたい位置でのイオンビーム２の走査速度が相対的に小さくなるようにイオンビーム２の走査電圧Ｖ（ｔ）の波形を整形する、具体的にはビーム電流密度を上げたい位置に相当する部分での走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きΔＶ（ｔ）／Δｔを小さくすることによって、またはビーム電流密度を下げたい位置に相当する部分の走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きを大きくすることによって、あるいは両者を併用することによって、上記位置Ｚｘ における偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）を所望のものに、即ち上記位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を所望のものに調整することができる。
【００４６】
例えば、図４Ａに示すような偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）の場合、同図Ｂに示すように、偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）がマイナスの部分での走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きを基本となる三角波４２の傾きよりも小さくし、偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）がプラスの部分での走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きを三角波４２の傾きよりも大きくすることによって、偏差ｄｅｖ（Ｘ，Ｚｘ ）をほぼ０に平坦化して、上記位置Ｚｘ におけるビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）をほぼ一様に（均一に）することができる。
【００４７】
この例では、上記のような走査電圧Ｖ（ｔ）の波形整形を、走査制御装置３４によって行うことができる。
【００４８】
波形整形前後の走査電圧Ｖ（ｔ）、当該走査電圧の変分Ｄ（＝ΔＶ（ｔ）／Δｔ）およびビーム電流密度分布の偏差ｄｅｖのより具体例を図５（波形整形前）および図６（波形整形後）に示す。変分Ｄは、上述した走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きに相当する。両図の横軸は、ここでは時間ｔで表しているが、これは、イオンビーム２のＸ方向の走査位置に対応している。走査電圧Ｖ（ｔ）の傾きが反転している時点で（即ち三角波状の頂点で）、イオンビーム２の走査方向は反転することになる。図６の変分Ｄの目盛りは、図５のそれを約１０倍に拡大している。
【００４９】
図５に示すように、完全な三角波の（即ち変分Ｄが一定の）走査電圧Ｖ（ｔ）でイオンビーム２を走査したときの偏差ｄｅｖが図示のように±に変化している場合、図６に示すように、走査電圧Ｖ（ｔ）の変分Ｄを上記偏差ｄｅｖを打ち消すように変化させて走査電圧Ｖ（ｔ）の波形を完全な三角波から少し整形（この例では三角波の斜辺をわずかに下に凸状にしている）することによって、偏差ｄｅｖを常に０にすることができる。
【００５０】
（３）次に、チルト角θを採った状態でＹ軸方向に往復駆動される被処理物４（図８参照）に、所望のビーム電流密度分布を実現するのに適切な走査電圧波形で走査しながらイオンビーム２を照射するビーム照射方法を説明する。
【００５１】
イオン注入時のホルダ６および被処理物４のチルト角θ（これは注入中は一定である）および時々刻々のＹ座標位置Ｙｘ は、ホルダ駆動装置２４によって検出され、走査制御装置３４にリアルタイムで供給される（図１参照）。この明細書でリアルタイムとは、バッチ処理ではなく即時処理の意味である。
【００５２】
走査制御装置３４は、供給されるチルト角θおよびＹ座標位置Ｙｘ を用いて、例えば次式の演算をリアルタイムで行うことによって、イオンビーム２が被処理物４に入射する位置のＺ座標位置Ｚｘ をリアルタイムで求めることができる。ここでＹｘ は、図８を参照して、イオンビーム２の入射位置Ｚｘ がＺ２ のときを０とし、それよりも被処理物４が上にある場合を正、下にある場合を負としている。
【００５３】
【数３】
Ｚｘ ＝Ｚ２ −Ｙｘ ｔａｎθ
【００５４】
このようにして、被処理物４にイオンビーム２が入射衝突するＺ座標位置Ｚｘ をリアルタイムで求めることができ、その各Ｚ座標位置Ｚｘ において、前述した分布調整方法に従って、所望のビーム電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｘ ）を実現する走査電圧波形でイオンビーム２を走査しながらそれを被処理物４に照射することによって、被処理物４のチルト角θや平面寸法が大きい場合でも、被処理物４の所望の領域（例えば全面）に所望の分布（例えば均一な分布）でイオンビーム２を照射することができる。その結果例えば、被処理物４のチルト角θや平面寸法が大きい場合でも、被処理物４の全面に亘って均一なイオン注入を行って、被処理物４の全面におけるドーパントの注入量分布を均一にすることができる。
【００５５】
上記ビーム照射方法を理想的に実行するためには、Ｚ１ ≦Ｚｘ ≦Ｚ３ を満たす無限個数のＺ座標位置Ｚｘ に対する走査電圧波形を求め、かつそれを適用する必要があるが、これは処理時間が長くなる等の理由から現実的ではない。従って、実際のイオン注入装置においては、次の▲１▼、▲２▼二つの方法のどちらかで実行するのが好ましい。
【００５６】
▲１▼現実的でありかつ注入結果に悪影響を及ぼさない程度の離散間隔を持った有限複数個のＺ座標位置Ｚｘ に対して、所望のビーム電流密度分布をそれぞれ実現する有限複数個の走査電圧波形を予め求めておき、それを被処理物４のＹ座標位置Ｙｘ に応じてリアルタイムで切り換えつつ使用する。即ち、予め求めておいた複数個の走査電圧波形の内から、そのＺ座標位置Ｚｘ が、上記数３で演算したＺ座標位置Ｚｘ に一致しているかまたは最も近い走査電圧波形をリアルタイムで順次選択し、この選択した走査電圧波形でイオンビーム２を走査しながら被処理物４に照射する。
【００５７】
このビーム照射方法によれば、有限個の走査電圧波形で済むので、処理時間が短くなる等、演算制御が容易になり、実用上の効果が大きい。
【００５８】
▲２▼被処理物４内に位置する複数の離散したＺ座標位置に対して、例えば上記Ｚ座標位置Ｚ１ 、Ｚ２ およびＺ３ に対して、所望のビーム電流密度分布をそれぞれ実現する走査電圧波形を予め求めておき、この各波形間の差分を、上記数３で演算したＺ座標位置Ｚｘ で重み付けして、数３で演算した各Ｚ座標位置Ｚｘ に対する走査電圧波形をリアルタイムで順次演算し、この演算した走査電圧波形でイオンビーム２を走査しながら被処理物４に照射する。
【００５９】
このビーム照射方法によれば、使用する走査電圧波形の数は上記▲１▼の方法より多いが、実際に照射されるイオンビームの電流密度分布は上記▲１▼の方法よりも理想のものに近くなる。
【００６０】
この例では、上記▲１▼、▲２▼のような走査電圧波形の演算、切り換え等を、走査制御装置３４によって行うことができる。
【００６１】
図２は、この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の他の例を示す斜視図である。図１の例との相違点を主体に説明すると、この例では、二つの多点ファラデー２０、３０を設ける代わりに、一つの多点ファラデー３０を、ファラデー駆動軸３８およびファラデー駆動装置４０によって、矢印Ｅに示すようにＺ軸に沿って前後に移動させて、前述した二つのＺ座標位置Ｚｆ およびＺｂ において、イオンビーム２の電流密度分布Ｓ（Ｘ，Ｚｆ ）およびＳ（Ｘ，Ｚｂ ）をそれぞれ測定するようにしている。
【００６２】
このようにすれば、多点ファラデーが一つで済み、ファラデー駆動装置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、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。
【００６３】
なお、以上においては、荷電粒子ビームの典型例であるイオンビームについて説明したが、上述した分布測定方法、分布調整方法およびビーム照射方法は、イオンビーム以外の荷電粒子ビーム、例えば電子ビームに対しても勿論適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００６５】
請求項１記載の発明によれば、第１および第２のビーム電流密度分布測定という少ない測定で、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に求めることができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物のＹ方向端部付近を含めて、被処理物の面内におけるビーム電流密度分布の状況を正確に把握することができる。
【００６６】
請求項２記載の発明によれば、被処理物内に位置する任意のＺ座標位置におけるビーム電流密度分布を自由に調整することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、荷電粒子ビームが被処理物に入射衝突する位置に応じて、所望のビーム電流密度分布を実現するのに適切な走査電気波形で走査しながら荷電粒子ビームを被処理物に照射することができる。従って、被処理物のチルト角や平面寸法が大きい場合でも、被処理物の所望の領域に所望の分布で荷電粒子ビームを照射することができる。しかもこれを、有限個の走査電気波形を用いて行うことができるので、演算制御が容易になり、実用上の効果が大きい。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、使用する走査電圧波形の数は請求項３記載の方法より多いが、実際に照射されるイオンビームの電流密度分布は請求項３記載の方法よりも理想のものに近くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の一例を示す斜視図である。
【図２】この発明に係る分布測定方法等を実施するハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の他の例を示す斜視図である。
【図３】Ｚ座標位置Ｚｆ 、Ｚｂ およびＺｘ におけるビーム電流密度分布の例を単純化して示す図である。
【図４】ビーム電流密度分布の偏差（Ａ）とそれを補正する走査電圧波形（Ｂ）の例を単純化して示す図である。
【図５】波形整形前の走査電圧、当該走査電圧の変分およびビーム電流密度分布の偏差のより具体例を示す図である。
【図６】波形整形後の走査電圧および当該走査電圧の変分のより具体例を示す図である。
【図７】従来のハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置の被処理物周りの一例を示す斜視図である。
【図８】チルト角θを６０度に設定したときの被処理物周りを示す側面図である。
【図９】従来のイオン注入装置におけるＺ座標位置Ｚ１ 、Ｚ２ およびＺ３ でのビーム電流密度分布の例を単純化して示す図である。
【図１０】被処理物の面内におけるドーパントの注入量分布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 被処理物
６ ホルダ
１２ 走査器
２０ 多点ファラデー
２４ ホルダ駆動装置
３０ 多点ファラデー
３４ 走査制御装置
Claims (4)
- 被処理物をＹ軸に沿って機械的に往復駆動すると共に、Ｙ軸と実質的に直交するＺ軸に沿って進行する荷電粒子ビームをＹ軸およびＺ軸と実質的に直交するＸ方向に電磁気的に往復走査しながら、被処理物に荷電粒子ビームを照射する装置であって、被処理物の表面とＹ軸との成す角度であるチルト角を０度よりも大きく設定可能な装置において、互いに異なる第１および第２のＺ座標位置における前記荷電粒子ビームの走査方向の第１および第２の電流密度分布をそれぞれ測定し、この第１および第２の電流密度分布を用いて内挿法または外挿法によって、前記被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の電流密度分布を求めることを特徴とする荷電粒子ビームの分布測定方法。
- 請求項１記載の分布測定方法によって求めた、前記被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの電流密度分布を用いて、当該電流密度分布中において電流密度を上げたい位置での荷電粒子ビームの走査速度が相対的に小さくなるように、または電流密度を下げたい位置での荷電粒子ビームの走査速度が相対的に大きくなるように、荷電粒子ビームの走査電気波形を整形することによって、前記被処理物内に位置する任意のＺ座標位置における荷電粒子ビームの走査方向の電流密度分布が所望のものになるように調整することを特徴とする荷電粒子ビームの分布調整方法。
- 請求項２記載の分布調整方法に従って、前記被処理物内に位置する複数のＺ座標位置において所望の電流密度分布をそれぞれ実現する荷電粒子ビームの複数の走査電気波形を予め求めておき、荷電粒子ビーム照射時の前記被処理物の前記チルト角と時々刻々のＹ座標位置とを用いて、荷電粒子ビームが被処理物に入射する位置のＺ座標位置をリアルタイムで演算し、前記予め求めておいた複数の走査電気波形の内から、そのＺ座標位置が前記演算したＺ座標位置に一致しているかまたは最も近い走査電気波形をリアルタイムで順次選択し、この選択した走査電気波形で前記荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射することを特徴とするビーム照射方法。
- 請求項２記載の分布調整方法に従って、前記被処理物内に位置する複数のＺ座標位置において所望の電流密度分布をそれぞれ実現する荷電粒子ビームの複数の走査電気波形を予め求めておき、荷電粒子ビーム照射時の前記被処理物の前記チルト角と時々刻々のＹ座標位置とを用いて、荷電粒子ビームが被処理物に入射する位置のＺ座標位置をリアルタイムで演算し、前記予め求めておいた複数の走査電気波形間の差分を、前記演算したＺ座標位置で重み付けして、前記演算した各Ｚ座標位置に対する走査電気波形をリアルタイムで順次演算し、この演算した走査電気波形で前記荷電粒子ビームを走査しながら被処理物に照射することを特徴とするビーム照射方法。
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