JP6440809B2 - Beam irradiation device - Google Patents

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紀之 末次
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本発明は、ビーム照射装置に関する。   The present invention relates to a beam irradiation apparatus.

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や半導体の結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを注入するイオン注入工程が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオンを生成し、生成したイオンを加速してイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームを注入処理室まで輸送し、処理室内のウエハにイオンビームを照射する機能を有する。このようなイオン注入装置は、イオンや電子などの荷電粒子で構成される荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置の一例である。   In a semiconductor device manufacturing process, an ion implantation process for implanting ions into a semiconductor wafer is typically performed for the purpose of changing the conductivity of the semiconductor or the crystal structure of the semiconductor. An apparatus used in the ion implantation process is called an ion implantation apparatus, which generates ions by an ion source, accelerates the generated ions to form an ion beam, and transports the ion beam to an implantation processing chamber. And a function of irradiating a wafer in the processing chamber with an ion beam. Such an ion implantation apparatus is an example of a beam irradiation apparatus for irradiating an object with a charged particle beam composed of charged particles such as ions and electrons.

荷電粒子ビームの進行方向に対する収束または発散の状態を表す指標として「エミッタンス」と呼ばれるものがある。エミッタンスは、例えば、ビーム軌道に直交する平面内における位置ｘと、その位置における荷電粒子の進行方向とビーム軌道のなす角度θとを、ｘ−θ平面にプロットしたｘ−θ分布により規定される。例えば、小孔によってイオンビームを切り出すとともに、小孔を通過したビームが蛍光板に入射することによる発光を撮像素子で計測することにより、イオンビームの入射角度ないしエミッタンスが計測される（例えば、特許文献１参照）。   There is what is called “emittance” as an index representing the state of convergence or divergence with respect to the traveling direction of the charged particle beam. The emittance is defined by, for example, an x-θ distribution obtained by plotting a position x in a plane orthogonal to the beam trajectory and an angle θ formed by the traveling direction of the charged particle at the position and the beam trajectory on the x-θ plane. . For example, the ion beam is cut out by a small hole, and the incident angle or emittance of the ion beam is measured by measuring light emission by an image sensor when the beam that has passed through the small hole is incident on a fluorescent plate (for example, Patent Documents). 1).

特開２００５−６３８７４号公報JP 2005-63874 A

ウェハに入射するイオンビームの角度が変わると、イオンビームとウェハとの相互作用の態様が変化し、イオン注入の処理結果に影響を与えることが知られている。したがって、イオン注入工程を適切に制御するために、イオンビームの角度情報を把握することが求められる。特に、ウェハ全体に対するイオン注入処理の品質を評価するためには、ウェハの各地点にどのような入射角度を有するイオンがどの程度照射されたかを知ることが重要となる。いいかえれば、ウェハに照射されるイオンビームが有する角度情報を計測するという視点ではなく、ウェハのある地点からみたときに、その地点に入射することとなるイオンの角度情報を計測するという視点が求められる。   It is known that when the angle of the ion beam incident on the wafer changes, the mode of interaction between the ion beam and the wafer changes and affects the processing result of the ion implantation. Therefore, in order to appropriately control the ion implantation process, it is required to grasp the angle information of the ion beam. In particular, in order to evaluate the quality of the ion implantation process for the entire wafer, it is important to know how much incident angles are irradiated to each point on the wafer. In other words, not the viewpoint of measuring the angle information of the ion beam irradiated to the wafer, but the viewpoint of measuring the angle information of the ions incident on that point when viewed from a certain point on the wafer. It is done.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビーム照射処理の品質を高める技術を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which improves the quality of a beam irradiation process.

上記課題を解決するために、本発明のある態様のビーム照射装置は、荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置であって、荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器と、測定器の計測結果を用いて、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、を備える。測定器は、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが計測対象とする領域を通過して測定器に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測し、データ処理部は、測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して実効照射エミッタンスを算出し、実効照射エミッタンスは、走査方向に走査されて計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての走査方向のエミッタンスを表す。   In order to solve the above problems, a beam irradiation apparatus according to an aspect of the present invention is a beam irradiation apparatus for irradiating a target with a charged particle beam, and is a beam that reciprocates a charged particle beam in a predetermined scanning direction. A scanner, a measuring device capable of measuring an angular component of charged particles incident on a measurement target region, and a data processing unit for calculating an effective irradiation emittance of the charged particle beam using a measurement result of the measuring device. Prepare. The measuring device measures the time distribution value of the angular distribution of the charged particle beam over the time when the charged particle beam that is reciprocated in the scanning direction passes through the region to be measured and enters the measuring device, and the data processing unit Calculates the effective irradiation emittance by converting the time information included in the time change value of the angular distribution measured by the measuring instrument into position information, and the effective irradiation emittance is scanned in the scanning direction and incident on the measurement target region. It represents the emittance in the scanning direction for a virtual beam bundle that can be formed by adding together a part of charged particle beams.

本発明の別の態様は、ビーム照射方法である。この方法は、荷電粒子ビームを対象物に照射するビーム照射方法であって、荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させることと、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器を用いて、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが計測対象とする領域を通過して測定器に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測することと、計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出することと、を備える。実効照射エミッタンスは、走査方向に走査されて計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての走査方向のエミッタンスを表す。   Another aspect of the present invention is a beam irradiation method. This method is a beam irradiation method for irradiating a target with a charged particle beam. The charged particle beam is reciprocated in a predetermined scanning direction, and the angular component of the charged particle incident on the measurement target region is measured. Using a possible measuring device, measure the time change value of the angular distribution of the charged particle beam over the time when the charged particle beam reciprocally scanned in the scanning direction passes through the region to be measured and enters the measuring device. And converting the time information included in the time change value of the measured angular distribution into position information to calculate the effective irradiation emittance of the charged particle beam. The effective irradiation emittance represents the emittance in the scanning direction of a virtual beam bundle that can be formed by adding a part of the charged particle beam that is scanned in the scanning direction and incident on the region to be measured.

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明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、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、ビーム照射処理の品質を高めることができる。   According to the present invention, the quality of the beam irradiation process can be improved.

走査される荷電粒子ビームが対象物の照射面に入射する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the charged particle beam to be scanned injects into the irradiation surface of a target object. 荷電粒子ビームを構成する荷電粒子の角度成分を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the angle component of the charged particle which comprises a charged particle beam. 荷電粒子ビームの角度分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the angle distribution of a charged particle beam. 走査される荷電粒子ビームが微小領域に入射する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the charged particle beam to be scanned injects into a micro area | region. 微小領域に入射する仮想的なビーム束を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the virtual beam bundle which injects into a micro area | region. 図６（ａ）は、実施の形態に係るビーム照射装置の概略構成を示す上面図、図６（ｂ）は、実施の形態に係るビーム照射装置の概略構成を示す側面図である。FIG. 6A is a top view showing a schematic configuration of the beam irradiation apparatus according to the embodiment, and FIG. 6B is a side view showing a schematic configuration of the beam irradiation apparatus according to the embodiment. 往復運動されるウェハと往復走査されるビームとの関係を示す正面図である。It is a front view which shows the relationship between the wafer reciprocated and the beam scanned back and forth. 角度検出部の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of an angle detection part. 角度検出部の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of an angle detection part. 走査される荷電粒子ビームと角度検出部が相互作用する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the charged particle beam to be scanned and an angle detection part interact. 角度検出部が計測する角度分布の時間変化値の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the time change value of the angle distribution which an angle detection part measures. 実効照射エミッタンスの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of effective irradiation emittance. 固定される荷電粒子ビームと移動する角度検出部とが相互作用する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the charged particle beam fixed and the moving angle detection part interact. 図１４（ａ）は、荷電粒子ビームの角度分布の時間変化値の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、荷電粒子ビームの角度強度分布の一例を示すグラフである。FIG. 14A is a graph showing an example of the time change value of the angular distribution of the charged particle beam, and FIG. 14B is a graph showing an example of the angular intensity distribution of the charged particle beam. エミッタンス内のビーム強度分布値の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the beam intensity distribution value in emittance. 制御装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of a control apparatus. ビーム照射装置の動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of a beam irradiation apparatus.

以下、図面を参照しながら、本発明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。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Moreover, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all.

実施の形態を説明する前に、本発明の概要を述べる。本実施の形態に係るビーム照射装置は、荷電粒子ビームを往復走査させるビーム走査器と、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器と、測定器の計測結果を用いて荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、を備える。測定器は、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが計測対象とする領域を通過して測定器に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測する。データ処理部は、測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して実効照射エミッタンスを算出する。   Before describing the embodiments, the outline of the present invention will be described. The beam irradiation apparatus according to the present embodiment includes a beam scanner that reciprocally scans a charged particle beam, a measuring instrument that can measure an angular component of charged particles incident on a measurement target region, and a measurement result of the measuring instrument. And a data processing unit that calculates the effective irradiation emittance of the charged particle beam. The measuring device measures the time change value of the angular distribution of the charged particle beam over the time when the charged particle beam reciprocally scanned in the scanning direction passes through the region to be measured and enters the measuring device. The data processing unit calculates the effective irradiation emittance by converting the time information included in the time change value of the angular distribution measured by the measuring instrument into position information.

本実施の形態では、対象物のある特定領域に入射する荷電粒子ビームの角度情報を評価する指標として「実効照射エミッタンス」を算出する。ここで、実効照射エミッタンスとは、走査方向に走査されてある特定領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についてのエミッタンスを表す。例えば、スポット状の荷電粒子ビームを往復走査させながら照射する場合、対象物の特定領域には、走査される荷電粒子ビームの一部が入射し、走査に伴うビーム位置の変化とともにその領域に入射するビームの一部が有する角度成分が変化していく。この変化していくビームの一部を連続的につなぎ合わせることにより、その地点に入射する仮想的なビーム束を想定し、そのビーム束のエミッタンスを「実効照射エミッタンス」として求める。   In the present embodiment, “effective irradiation emittance” is calculated as an index for evaluating angle information of a charged particle beam incident on a specific region of an object. Here, the effective irradiation emittance represents the emittance of a virtual beam bundle that can be formed by adding a part of a charged particle beam incident on a specific area scanned in the scanning direction. For example, when irradiating a spot-like charged particle beam while reciprocating scanning, a part of the charged particle beam to be scanned is incident on a specific area of the object, and is incident on the area along with the change of the beam position accompanying scanning. The angle component of a part of the beam to be changed changes. A part of this changing beam is continuously connected to assume a virtual beam bundle incident on the point, and the emittance of the beam bundle is obtained as “effective irradiation emittance”.

一般に、対象物に入射する荷電粒子ビームの角度が変わると、ビームとの相互作用の態様が変化し、照射処理の結果に影響を与えうる。したがって、ビーム照射工程を適切に制御するためには、荷電粒子ビームの角度情報を把握することが求められる。本実施の形態では、この「実効照射エミッタンス」を得ることにより、ビーム照射処理に用いる荷電粒子ビームをより適切に評価し、ビーム照射処理の品質を高める。   In general, when the angle of the charged particle beam incident on the object changes, the mode of interaction with the beam changes, which may affect the result of the irradiation process. Therefore, in order to appropriately control the beam irradiation process, it is required to grasp the angle information of the charged particle beam. In the present embodiment, by obtaining this “effective irradiation emittance”, the charged particle beam used for the beam irradiation process is more appropriately evaluated, and the quality of the beam irradiation process is improved.

はじめに、実効照射エミッタンスの考え方について、図１〜図５を参照しながら述べる   First, the concept of effective irradiation emittance will be described with reference to FIGS.

図１は、走査される荷電粒子ビームＢが対象物の照射面Ａに入射する様子を模式的に示す図である。スポット状のビーム断面形状を有する荷電粒子ビームＢは、矢印Ｘで示される方向に走査され、走査範囲Ｃにおいて対象物の照射面Ａに入射している。本書では説明の便宜上、設計上の荷電粒子ビームＢ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。また、荷電粒子ビームＢを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。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a state where a charged particle beam B to be scanned is incident on an irradiation surface A of an object. The charged particle beam B having a spot-like beam cross-sectional shape is scanned in the direction indicated by the arrow X and is incident on the irradiation surface A of the object in the scanning range C. In this document, for the convenience of explanation, the traveling direction of the designed charged particle beam B is defined as the z direction, and a plane perpendicular to the z direction is defined as the xy plane. In the case of scanning the charged particle beam B, the scanning direction of the beam is the x direction, and the z direction and the direction perpendicular to the x direction are the y direction.

また、ビーム走査方向について照射面Ａにおける位置を基準とするｘ座標系とともに、荷電粒子ビームＢのビーム中心Ｏの位置を基準とするｒｘ座標系を用いる。ｘ座標系は、主に走査される荷電粒子ビームＢのビーム位置を表すために使用し、ｒｘ座標系は、荷電粒子ビームの角度情報を表すために使用する。図１では、荷電粒子ビームＢのビーム中心Ｏがｘ座標系における位置ｘ１に位置している様子を示しており、このときのｒｘ座標系の原点は位置ｘ１である。 Further, an rx coordinate system based on the position of the beam center O of the charged particle beam B is used together with an x coordinate system based on the position on the irradiation surface A in the beam scanning direction. The x coordinate system is mainly used to represent the beam position of the charged particle beam B to be scanned, and the rx coordinate system is used to represent angle information of the charged particle beam. In Figure 1, the beam center O of the charged particle beam B shows a state in which are located at a position x 1 in x coordinate system, the origin of rx coordinate system at this time is the position x 1.

図２は、荷電粒子ビームＢを構成する荷電粒子の角度成分を模式的に示す図である。矢印Ｚの方向に進む荷電粒子ビームＢは、概ねｚ方向に進行する荷電粒子群により形成され、全体としてｚ方向に進行する。ただし、荷電粒子ビームＢを構成する荷電粒子のそれぞれは、全てｚ方向に進行しているわけではなく、それぞれが固有の進行方向を有する。図２に示すようにビームの進行に伴って広がりを有するような荷電粒子ビームＢの場合、ビーム中心に相当するｒｘ座標系の原点付近では、ｚ軸に沿って進行する荷電粒子の割合が多いかもしれない。一方、ビーム中心から離れた位置ｒｘ１においては、ｚ軸からｘ方向にθ１だけ傾いた方向に進行する荷電粒子の割合が多く、位置ｒｘ２においては、ｚ軸からｘ方向にθ２だけ傾いた方向に進行する荷電粒子の割合が多いかもしれない。このように、荷電粒子ビームＢを構成する荷電粒子のそれぞれは、位置ｒｘに応じた角度成分を有しうる。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the angular components of the charged particles constituting the charged particle beam B. As shown in FIG. The charged particle beam B traveling in the direction of the arrow Z is formed by a group of charged particles traveling in the z direction and travels in the z direction as a whole. However, the charged particles constituting the charged particle beam B do not all travel in the z direction, but each has a unique traveling direction. As shown in FIG. 2, in the case of the charged particle beam B having a spread as the beam progresses, the ratio of charged particles traveling along the z axis is large in the vicinity of the origin of the rx coordinate system corresponding to the beam center. It may be. On the other hand, at the position rx 1 away from the beam center, the ratio of charged particles traveling in the direction inclined by θ 1 in the x direction from the z axis is large, and at the position rx 2 , only θ 2 in the x direction from the z axis. There may be a large proportion of charged particles traveling in a tilted direction. Thus, each of the charged particles constituting the charged particle beam B can have an angular component corresponding to the position rx.

図３は、荷電粒子ビームの角度分布の一例を示すグラフであり、上述した位置ｒｘと角度θｘの関係をグラフ化したものである。それぞれの位置ｒｘにおける荷電粒子の角度θｘには一定の幅があり、それぞれの荷電粒子が有する位置ｒｘと角度θｘの関係をプロットすることで、プロットが占める範囲Ｅの外郭が得られる。この範囲Ｅのｒｘ方向の幅Ｗｘは、ｘ方向のビーム径に対応し、θｘ方向の幅φは、ビームの広がり角に対応する。また範囲Ｅの面積値は、「エミッタンス」と呼ばれる。一般に「エミッタンス」は、範囲Ｅの面積値を示すものとして用いられるが、本明細書では、「エミッタンス」の語を広く解釈し、範囲Ｅの形状や範囲Ｅによって表される位置ｒｘと角度θｘの関係性を表す用語としても用いる。   FIG. 3 is a graph showing an example of the angular distribution of the charged particle beam, and is a graph showing the relationship between the position rx and the angle θx described above. The angle θx of the charged particle at each position rx has a certain width. By plotting the relationship between the position rx and the angle θx that each charged particle has, the outline of the range E occupied by the plot can be obtained. The width Wx in the rx direction of the range E corresponds to the beam diameter in the x direction, and the width φ in the θx direction corresponds to the beam divergence angle. The area value of the range E is called “emittance”. In general, “emittance” is used to indicate an area value of the range E. In this specification, the term “emittance” is widely interpreted, and the shape of the range E, the position rx represented by the range E, and the angle θx. It is also used as a term that expresses the relationship.

この「エミッタンス」を計測することにより、荷電粒子ビームの角度特性を知るとともに、荷電粒子ビームが照射される地点に入射する荷電粒子の角度成分を評価することができる。例えば、ビーム中心の位置が固定された走査されない荷電粒子ビームを、対象物に照射する場合、図３に示すエミッタンスから、特定地点に入射する荷電粒子群の角度分布がわかる。一方、荷電粒子ビームが走査される場合、特定地点とビーム中心との相対的な位置関係が時間経過とともに変化するため、特定地点に入射する荷電粒子群の角度分布を正確に把握するには、その位置関係を考慮する必要が生じる。   By measuring the “emittance”, it is possible to know the angular characteristics of the charged particle beam and to evaluate the angular component of the charged particle incident on the point where the charged particle beam is irradiated. For example, when the object is irradiated with a charged particle beam that is not scanned and the position of the beam center is fixed, the angular distribution of the charged particle group incident on the specific point can be found from the emittance shown in FIG. On the other hand, when a charged particle beam is scanned, the relative positional relationship between a specific point and the center of the beam changes over time, so to accurately grasp the angular distribution of a group of charged particles incident on a specific point, It is necessary to consider the positional relationship.

図４は、走査される荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５が微小領域Ｄに入射する様子を示す図である。本図では、時間の経過とともに＋ｘ方向に走査される荷電粒子ビームについて、各時間ｔ１〜ｔ５における荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５の照射位置を表している。荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のビーム中心Ｏの位置は＋ｘ方向に進行し、微小領域Ｄが設定される位置ｘ１に入射するビームの一部の径方向位置ｒｘは変化していく。その結果、時間ｔ１において、径方向位置ｒｘ１の近傍にあるビームＢ１の一部Ｆ１を構成する荷電粒子が微小領域Ｄに入射する。同様に、時間ｔ２において径方向位置ｒｘ２の近傍にあるビームＢ２の一部Ｆ２が、時間ｔ３において径方向位置の原点近傍にあるビームＢ３の一部Ｆ３が、微小領域Ｄに入射する。さらに、時間ｔ４において径方向位置−ｒｘ２の近傍にあるビームＢ４の一部Ｆ４が、時間ｔ５において径方向位置−ｒｘ１の近傍にあるビームＢ５の一部Ｆ５が、微小領域Ｄに入射する。 FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which charged particle beams B1 to B5 to be scanned are incident on the minute region D. FIG. In this figure, the charged particle beam scanned over time in the + x direction represents the irradiation position of the charged particle beam B1~B5 at each time t 1 ~t 5. Position of the beam center O of the charged particle beam B1~B5 proceeds in the + x direction, a portion of the radial position rx of the beam which is incident on the position x 1 of the minute region D is set will change. As a result, at time t 1, the charged particles constituting a part F1 of the beam B1 in the vicinity of the radial position rx 1 is incident on the minute area D. Similarly, some F2 of the beam B2 in the time t 2 in the vicinity of the radial position rx 2 is a portion F3 of the beam B3 which is near the origin of the radial position at time t 3 is incident on the micro-region D . In addition, some F4 of the beam B4 in the vicinity of the radial position -rx 2 at time t 4 is the F5 part of the beam B5 in at time t 5 in the vicinity of the radial position -rx 1, the microscopic region D Incident.

仮に、ビーム位置ｘの異なる荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のエミッタンスが全く変わらないとすると、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性は、これら荷電粒子ビームのエミッタンスにより表すことができるかもしれない。しかしながら、走査によってビーム位置ｘが変わると、ビーム走査器が印加する電界または磁界の影響やビーム走査器から照射面Ａまでのビームの行路差等により、荷電粒子ビームのエミッタンスが変化しうる。ビーム位置ｘに応じて荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のエミッタンスが変化すると、微小領域Ｄに入射する荷電粒子の角度特性は、走査される荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のいずれかのエミッタンスでは表すことができない。そこで、本実施の形態では、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性をより正確に表すために、「仮想的なビーム束」という概念を導入する。   If the emittance of the charged particle beams B1 to B5 having different beam positions x does not change at all, the angular characteristics of the charged particle group incident on the minute region D may be represented by the emittance of these charged particle beams. . However, when the beam position x changes due to scanning, the emittance of the charged particle beam may change due to the influence of the electric field or magnetic field applied by the beam scanner, the path difference of the beam from the beam scanner to the irradiation surface A, or the like. When the emittance of the charged particle beams B1 to B5 changes according to the beam position x, the angular characteristics of the charged particles incident on the minute region D cannot be expressed by any emittance of the scanned charged particle beams B1 to B5. . Therefore, in the present embodiment, the concept of “virtual beam bundle” is introduced in order to more accurately represent the angular characteristics of the charged particle group incident on the minute region D.

図５は、微小領域Ｄに入射する仮想的なビーム束Ｂｖを模式的に示す図であり、図４に示す荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５の一部Ｆ１〜Ｆ５を足し合わせたものに相当する。図４および図５では、離散的な経過時間ｔ１〜ｔ５を用いて例示的に５分割した場合を示しているが、実際には、微小時間ｄｔの経過ごとに切り出される荷電粒子の一部を重ね合わせることにより「仮想的なビーム束Ｂｖ」が形成される。 FIG. 5 is a diagram schematically showing a virtual beam bundle Bv incident on the minute region D, and corresponds to a combination of parts F1 to F5 of the charged particle beams B1 to B5 shown in FIG. 4 and 5 show a case where the discrete elapsed times t 1 to t 5 are used to exemplify five divisions, but in actuality, one of the charged particles cut out every minute time dt passes. A “virtual beam bundle Bv” is formed by overlapping the portions.

この仮想的なビーム束Ｂｖを走査させながら照射した結果は、位置ｘに応じてエミッタンスの異なる荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５を照射した結果と微小領域Ｄにおいて一致する。したがって、この仮想的なビーム束Ｂｖについてのエミッタンスが算出できれば、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性をより正確に表すことができる。本実施の形態では、この仮想的なビーム束Ｂｖについてのエミッタンスを、被照射物の視点で表したエミッタンスとして「実効照射エミッタンス」と呼ぶ。この「実効照射エミッタンス」を得ることにより、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性をより適切に評価し、ビーム照射処理の品質を高めることができる。   The result of irradiation while scanning the virtual beam bundle Bv is coincident with the result of irradiation of charged particle beams B1 to B5 having different emittance according to the position x in the minute region D. Therefore, if the emittance for this virtual beam bundle Bv can be calculated, the angular characteristics of the charged particle group incident on the minute region D can be expressed more accurately. In the present embodiment, the emittance of this virtual beam bundle Bv is referred to as “effective irradiation emittance” as emittance expressed from the viewpoint of the irradiated object. By obtaining this “effective irradiation emittance”, the angular characteristics of the charged particle group incident on the minute region D can be more appropriately evaluated, and the quality of the beam irradiation process can be improved.

つづいて、本実施の形態に係るビーム照射装置１０について説明する。図６は、実施の形態に係るビーム照射装置１０を概略的に示す図である。図６（ａ）は、ビーム照射装置１０の概略構成を示す上面図であり、図６（ｂ）は、ビーム照射装置１０の概略構成を示す側面図である。   It continues and demonstrates the beam irradiation apparatus 10 which concerns on this Embodiment. FIG. 6 is a diagram schematically showing a beam irradiation apparatus 10 according to the embodiment. FIG. 6A is a top view illustrating a schematic configuration of the beam irradiation apparatus 10, and FIG. 6B is a side view illustrating a schematic configuration of the beam irradiation apparatus 10.

ビーム照射装置１０は、対象物Ｗの表面に荷電粒子ビームを照射するように構成されている。本実施の形態に係るビーム照射装置１０は、対象物Ｗにイオン注入処理をするように構成されるビーム照射装置である。対象物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。よって以下では説明の便宜のため対象物Ｗ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ていない。また、本実施の形態ではビーム照射装置１０をイオン注入装置として説明するが、他の実施例においては、電子などのイオン以外の荷電粒子を照射するためのビーム照射装置として構成されていてもよい。   The beam irradiation apparatus 10 is configured to irradiate the surface of the object W with a charged particle beam. The beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment is a beam irradiation apparatus configured to perform ion implantation processing on the object W. The object W is, for example, a substrate, for example, a semiconductor wafer. Therefore, in the following description, the object W is sometimes referred to as a wafer W for convenience of explanation, but this is not intended to limit the target of the implantation process to a specific object. In this embodiment, the beam irradiation apparatus 10 is described as an ion implantation apparatus. However, in other examples, the beam irradiation apparatus 10 may be configured as a beam irradiation apparatus for irradiating charged particles other than ions such as electrons. .

ビーム照射装置１０は、ビームの往復走査およびウェハＷの往復運動によりウェハＷの全体にわたって荷電粒子ビームＢを照射するよう構成されている。荷電粒子ビームＢを対象物Ｗに対し走査する場合において、ビームの往復走査は矢印Ｘの方向に行われ、ウェハＷの往復運動は矢印Ｙの方向に行われる。   The beam irradiation apparatus 10 is configured to irradiate the entire surface of the wafer W with the charged particle beam B by reciprocating scanning of the beam and reciprocating movement of the wafer W. When scanning the object W with the charged particle beam B, the reciprocating scanning of the beam is performed in the direction of the arrow X, and the reciprocating motion of the wafer W is performed in the direction of the arrow Y.

ビーム照射装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、を備える。イオン源１２は、荷電粒子ビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、ビーム照射装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、及び注入処理室１６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。   The beam irradiation apparatus 10 includes an ion source 12, a beam line apparatus 14, and an implantation processing chamber 16. The ion source 12 is configured to give a charged particle beam B to the beam line device 14. The beam line device 14 is configured to transport ions from the ion source 12 to the implantation processing chamber 16. Further, the beam irradiation apparatus 10 includes a vacuum exhaust system (not shown) for providing a desired vacuum environment to the ion source 12, the beam line apparatus 14, and the implantation processing chamber 16.

ビームライン装置１４は、例えば、上流から順に、質量分析部１８、可変アパチャ２０、ビーム収束部２２、ビーム計測部２４、ビーム走査器２６、平行化レンズ３０又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルター（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３４を備える。なお、ビームライン装置１４の上流とは、イオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ３８）に近い側を指す。   For example, the beam line device 14 includes, in order from the upstream, the mass analyzer 18, the variable aperture 20, the beam converging unit 22, the beam measuring unit 24, the beam scanner 26, the collimating lens 30 or the beam collimating device, and the angular energy. A filter (AEF; Angular Energy Filter) 34 is provided. Note that the upstream side of the beam line device 14 indicates the side close to the ion source 12, and the downstream side indicates the side close to the implantation processing chamber 16 (or the beam stopper 38).

質量分析部１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出された荷電粒子ビームＢ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ている。可変アパチャ２０は、開口幅が調整可能なアパチャであり、開口幅を変えることでアパチャを通過する荷電粒子ビームＢのビーム強度を調整する。ビーム収束部２２は、四重極収束装置（Ｑレンズ）などの収束レンズを備えており、可変アパチャ２０を通過した荷電粒子ビームＢを収束することにより所望の断面形状に整形するよう構成されている。   The mass analyzer 18 is provided downstream of the ion source 12 and is configured to select necessary ion species from the charged particle beam B extracted from the ion source 12 by mass analysis. The variable aperture 20 is an aperture whose aperture width is adjustable, and adjusts the beam intensity of the charged particle beam B passing through the aperture by changing the aperture width. The beam converging unit 22 includes a converging lens such as a quadrupole converging device (Q lens), and is configured to shape the charged particle beam B that has passed through the variable aperture 20 into a desired cross-sectional shape by converging. Yes.

ビーム計測部２４は、ビームライン上に出し入れ可能に配置され、荷電粒子ビームの強度ないし電流を計測するインジェクタフラグファラデーカップである。ビーム計測部２４は、ビーム電流を計測するファラデーカップ２４ｂと、ファラデーカップ２４ｂを上下に移動させる駆動部２４ａを有する。図６（ｂ）の破線で示すように、ビームライン上にファラデーカップ２４ｂを配置した場合、荷電粒子ビームＢはファラデーカップ２４ｂにより遮断される。一方、図６（ｂ）の実線で示すように、ファラデーカップ２４ｂをビームライン上から外した場合、荷電粒子ビームＢの遮断が解除される。   The beam measurement unit 24 is an injector flag Faraday cup that is arranged so as to be able to be taken in and out of the beam line and measures the intensity or current of the charged particle beam. The beam measurement unit 24 includes a Faraday cup 24b that measures a beam current and a drive unit 24a that moves the Faraday cup 24b up and down. As shown by the broken line in FIG. 6B, when the Faraday cup 24b is arranged on the beam line, the charged particle beam B is blocked by the Faraday cup 24b. On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 6B, when the Faraday cup 24b is removed from the beam line, the blocking of the charged particle beam B is released.

ビーム走査器２６は、ビームの往復走査を提供するよう構成されており、整形された荷電粒子ビームＢをｘ方向に走査する偏向手段である。ビーム走査器２６は、ｘ方向に対向して設けられる走査電極対２８を有する。走査電極対２８は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対２８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荷電粒子ビームＢを偏向させる。こうして、荷電粒子ビームＢは、ｘ方向の走査範囲にわたって走査される。なお、図６（ａ）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、走査範囲での荷電粒子ビームＢの複数の軌跡を一点鎖線で示している。なお、ビーム走査器２６は、磁界を印加することにより荷電粒子ビームを走査する磁界式の偏向手段であってもよい。   The beam scanner 26 is configured to provide reciprocal scanning of the beam, and is a deflecting unit that scans the shaped charged particle beam B in the x direction. The beam scanner 26 has a pair of scanning electrodes 28 provided to face each other in the x direction. The scan electrode pair 28 is connected to a variable voltage power source (not shown), and the charged particle beam B is changed by changing the electric field generated between the electrodes by periodically changing the voltage applied to the scan electrode pair 28. To deflect. Thus, the charged particle beam B is scanned over the scanning range in the x direction. In FIG. 6A, an arrow X indicates the beam scanning direction and scanning range, and a plurality of trajectories of the charged particle beam B in the scanning range are indicated by alternate long and short dash lines. The beam scanner 26 may be a magnetic field type deflection unit that scans a charged particle beam by applying a magnetic field.

平行化レンズ３０は、走査された荷電粒子ビームＢの進行方向を平行にするよう構成されている。平行化レンズ３０は、中央部に荷電粒子ビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数のＰレンズ電極３２を有する。Ｐレンズ電極３２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荷電粒子ビームＢに作用させて、荷電粒子ビームＢの進行方向を平行に整える。   The collimating lens 30 is configured so that the traveling direction of the scanned charged particle beam B is parallel. The collimating lens 30 has a plurality of arc-shaped P lens electrodes 32 each having a charged particle beam passage slit at the center. The P lens electrode 32 is connected to a high voltage power source (not shown), and applies an electric field generated by voltage application to the charged particle beam B so as to adjust the traveling direction of the charged particle beam B in parallel.

角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３４は、荷電粒子ビームＢ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３４は、電界偏向用のＡＥＦ電極対３６を有する。ＡＥＦ電極対３６は、高圧電源（図示せず）に接続される。図６（ｂ）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、荷電粒子ビームＢを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３４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。   The angular energy filter (AEF) 34 is configured to analyze the energy of the charged particle beam B, deflect ions of the necessary energy downward, and guide the ions to the implantation processing chamber 16. The angular energy filter 34 has an AEF electrode pair 36 for electric field deflection. The AEF electrode pair 36 is connected to a high voltage power source (not shown). In FIG. 6B, the charged particle beam B is deflected downward by applying a positive voltage to the upper AEF electrode and a negative voltage to the lower AEF electrode. The angular energy filter 34 may be configured by a magnetic device for magnetic field deflection, or may be configured by a combination of an AEF electrode pair for electric field deflection and a magnet device.

このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべき荷電粒子ビームＢを注入処理室１６に供給する。   In this way, the beam line device 14 supplies the charged particle beam B to be irradiated to the wafer W to the implantation processing chamber 16.

注入処理室１６は、１枚又は複数枚のウェハＷを保持し、荷電粒子ビームＢに対する相対移動（例えば、ｙ方向）を必要に応じてウェハＷに提供するよう構成される往復運動装置４０（図７参照）を備える。図６において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。また、注入処理室１６は、ビームストッパ３８を備える。ビーム軌道上にウェハＷが存在しない場合には、荷電粒子ビームＢはビームストッパ３８に入射する。   The implantation processing chamber 16 holds one or a plurality of wafers W, and a reciprocating device 40 (configured to provide relative movement (for example, y direction) with respect to the charged particle beam B to the wafers W as needed. 7). In FIG. 6, the reciprocating motion of the wafer W is illustrated by the arrow Y. The implantation processing chamber 16 includes a beam stopper 38. When the wafer W does not exist on the beam trajectory, the charged particle beam B enters the beam stopper 38.

注入処理室１６には、荷電粒子ビームＢのウェハＷの表面におけるビームの強度や角度分布を計測するための測定器４２が設けられる。測定器４２は、可動式となっており、駆動装置４４によりＸ方向に移動可能に構成される。測定器４２は、例えば、イオン注入時にはウェハと干渉しないように待避され、ウェハＷが照射位置にないときには荷電粒子ビームＢの照射範囲に挿入される。測定器４２は、Ｘ方向に移動させながらビームの強度および角度分布を計測して、ビーム走査方向のビームの強度分布および角度分布の時間変化値を計測する。測定器４２の計測値は、制御装置６０に送られる。   The implantation processing chamber 16 is provided with a measuring instrument 42 for measuring the intensity and angular distribution of the charged particle beam B on the surface of the wafer W. The measuring device 42 is movable, and is configured to be movable in the X direction by a driving device 44. For example, the measuring device 42 is retracted so as not to interfere with the wafer during ion implantation, and is inserted into the irradiation range of the charged particle beam B when the wafer W is not in the irradiation position. The measuring device 42 measures the intensity and angle distribution of the beam while moving in the X direction, and measures the temporal change value of the intensity distribution and angle distribution of the beam in the beam scanning direction. The measurement value of the measuring instrument 42 is sent to the control device 60.

制御装置６０は、ビーム照射装置１０を構成する各機器の動作を制御する。制御装置６０は、荷電粒子ビームを往復走査させるための制御波形を生成してビーム走査器２６に出力し、荷電粒子ビームの走査速度分布や走査周期を調整する。また、制御装置６０は、測定器４２が計測したビームの強度や角度分布の時間変化値を取得し、実効照射エミッタンスなどのビーム品質を評価するための各種指標を算出して出力する。   The control device 60 controls the operation of each device constituting the beam irradiation device 10. The control device 60 generates a control waveform for reciprocating the charged particle beam and outputs the control waveform to the beam scanner 26 to adjust the scanning speed distribution and the scanning cycle of the charged particle beam. Further, the control device 60 obtains the beam intensity and the time change value of the angular distribution measured by the measuring instrument 42, and calculates and outputs various indexes for evaluating the beam quality such as effective irradiation emittance.

図７は、往復運動されるウェハＷと往復走査される荷電粒子ビームＢとの関係を示す正面図である。図７において、荷電粒子ビームＢは横方向（Ｘ方向）に往復走査され、ウエハＷは往復運動装置４０に保持されて縦方向（Ｙ方向）に往復運動される。図７では、最上位置のウェハＷ１と最下位置のウェハＷ２を図示することで、往復運動装置４０の動作範囲を示している。   FIG. 7 is a front view showing the relationship between the wafer W that is reciprocated and the charged particle beam B that is reciprocally scanned. In FIG. 7, the charged particle beam B is reciprocated in the horizontal direction (X direction), and the wafer W is held by the reciprocating device 40 and reciprocated in the vertical direction (Y direction). In FIG. 7, the operation range of the reciprocating device 40 is shown by illustrating the wafer W1 at the uppermost position and the wafer W2 at the lowermost position.

また、ビーム走査器によって走査される荷電粒子ビームＢについて、走査端位置の荷電粒子ビームＢＬ、ＢＲの位置を図示することで荷電粒子ビームの走査範囲Ｃを示している。荷電粒子ビームＢは、往復運動装置４０に保持されるウェハＷが配置される照射範囲Ｃ１を越えて、ウェハＷにビームが照射されない非照射範囲Ｃ２までオーバースキャンが可能となるように構成される。なお、図７では、横長の荷電粒子ビームＢが走査される様子を示しているが、荷電粒子ビームＢの形状は、縦長であってもよく、円形に近い形状であってもよい。 Further, the beam B is scanned by a beam scanner, it shows a scanning range C of the charged particle beam by the illustrated beam B L of the scanning end position, the position of B R. The charged particle beam B is configured to be capable of overscan beyond the irradiation range C1 where the wafer W held by the reciprocating motion device 40 is disposed to the non-irradiation range C2 where the wafer W is not irradiated with the beam. . Note that FIG. 7 shows a state in which a horizontally long charged particle beam B is scanned, but the shape of the charged particle beam B may be vertically long or nearly circular.

また、図７は、Ｘ方向に移動可能に構成される測定器４２の測定範囲を示している。測定器４２は、少なくとも照射範囲Ｃ１にわたって測定可能となるように構成される。測定器４２は、図示されるように、強度検出部４８と角度検出部５０を含んでもよい。強度検出部４８は、主に荷電粒子ビームＢの強度を計測するための検出部であり、例えば、ファラデーカップにより構成される。角度検出部５０は、主に荷電粒子ビームＢの角度分布を計測するための検出部である。強度検出部４８および角度検出部５０は、いずれもｚ方向の計測位置が対象物の照射面Ａに位置するように配置される。   FIG. 7 shows a measurement range of the measuring instrument 42 configured to be movable in the X direction. The measuring device 42 is configured to be able to measure at least over the irradiation range C1. The measuring instrument 42 may include an intensity detector 48 and an angle detector 50 as shown. The intensity detection unit 48 is a detection unit mainly for measuring the intensity of the charged particle beam B, and is configured by, for example, a Faraday cup. The angle detection unit 50 is a detection unit for mainly measuring the angular distribution of the charged particle beam B. The intensity detector 48 and the angle detector 50 are both arranged such that the measurement position in the z direction is located on the irradiation surface A of the object.

本実施の形態では、強度検出部４８と角度検出部５０を並べて配置するとともに、駆動装置４４によりｘ方向に移動させることによって、荷電粒子ビームＢの強度と角度分布を照射範囲Ｃ１にわたって同時に計測できるようにしている。駆動装置４４は、照射範囲Ｃ１の一端から他端まで数秒程度、好ましくは、１〜２秒程度をかけて測定器４２を移動させる。これにより、照射範囲Ｃ１の全体にわたるビームの強度およびエミッタンスを数秒以内で計測可能とする。なお、変形例においては、強度検出部４８が設けられておらず、強度検出部４８がビーム強度の計測を兼ねることとしてもよい。   In the present embodiment, the intensity detector 48 and the angle detector 50 are arranged side by side and moved in the x direction by the driving device 44, whereby the intensity and angle distribution of the charged particle beam B can be measured simultaneously over the irradiation range C1. I am doing so. The driving device 44 moves the measuring device 42 from one end of the irradiation range C1 to the other end in about several seconds, preferably in about 1-2 seconds. As a result, the beam intensity and emittance over the entire irradiation range C1 can be measured within a few seconds. In the modified example, the intensity detection unit 48 is not provided, and the intensity detection unit 48 may also serve as beam intensity measurement.

駆動装置４４は、測定器４２のｘ方向の位置を検出するための位置検出部４６を含んでもよい。位置検出部４６は、駆動装置４４により移動する測定器４２のｘ方向の位置を検出し、検出した位置情報を制御装置６０に送信する。位置検出部４６を設けることにより、測定器４２により計測されるビームの強度および角度分布の情報を、検出位置と対応付けて取得できる。   The driving device 44 may include a position detection unit 46 for detecting the position of the measuring instrument 42 in the x direction. The position detection unit 46 detects the position in the x direction of the measuring instrument 42 that is moved by the driving device 44, and transmits the detected position information to the control device 60. By providing the position detection unit 46, it is possible to acquire information on the intensity and angle distribution of the beam measured by the measuring instrument 42 in association with the detection position.

図８は、角度検出部５０の概略構成を示す斜視図であり、図９は、角度検出部５０の概略構成を示す断面図である。角度検出部５０は、スリット５２と、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇ（以下、総称してコレクタ電極５４ともいう）とを有する。角度検出部５０は、スリット５２に入射する荷電粒子について、ビーム進行方向（ｚ方向）に対する走査方向（ｘ方向）の角度成分θｘを検出するように構成されている。   FIG. 8 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the angle detection unit 50, and FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the angle detection unit 50. The angle detection unit 50 includes a slit 52 and a plurality of collector electrodes 54a to 54g (hereinafter also collectively referred to as collector electrodes 54). The angle detector 50 is configured to detect an angle component θx in the scanning direction (x direction) with respect to the beam traveling direction (z direction) for the charged particles incident on the slit 52.

スリット５２は、角度検出部５０の上面５０ａに設けられており、ｙ方向に細長い形状を有する。スリット５２は、ｘ方向の幅Ｓが荷電粒子ビームのｘ方向のビーム径よりも小さくなるように形成されており、計測対象とする領域を区画し、所定の大きさを有するビームの中から計測すべき一部成分を切り出す。スリット５２は、スリット５２からコレクタ電極５４に向けて斜めに入射する荷電粒子を遮らないように、＋ｚ方向にｘ方向の幅が広がるテーパー形状を有することが望ましい。一方、スリット５２のｙ方向の幅は、荷電粒子ビームのｙ方向のビーム径よりも大きくなるように形成されている。これにより、ｙ方向については、荷電粒子ビームの全体が計測対象となる。   The slit 52 is provided on the upper surface 50a of the angle detection unit 50, and has an elongated shape in the y direction. The slit 52 is formed such that the width S in the x direction is smaller than the beam diameter in the x direction of the charged particle beam. The slit 52 divides a region to be measured and measures from a beam having a predetermined size. Cut out some components to be cut. The slit 52 desirably has a tapered shape in which the width in the x direction extends in the + z direction so as not to block charged particles incident obliquely from the slit 52 toward the collector electrode 54. On the other hand, the width of the slit 52 in the y direction is formed to be larger than the beam diameter of the charged particle beam in the y direction. Thereby, in the y direction, the entire charged particle beam is a measurement target.

コレクタ電極５４は、ｙ方向に細長い形状を有する棒状の電極体であり、スリット５２が設けられる上面５０ａからｚ方向に離れて設けられる。複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれは、互いにｘ方向に離間して等間隔に設けられる。本実施の形態では、コレクタ電極５４は７本設けられており、スリット５２に対向する位置に設けられるコレクタ電極５４ｄを中心として、左右に３本ずつ配置される。コレクタ電極５４は、スリット５２に入射する荷電粒子群の全体を検出できるように、スリット５２よりもｙ方向に長く設けられることが望ましい。なお、コレクタ電極５４の数や配置は例示にすぎず、角度検出部５０は、異なる本数のコレクタ電極５４を有してもよい。   The collector electrode 54 is a rod-shaped electrode body having an elongated shape in the y direction, and is provided away from the upper surface 50a where the slit 52 is provided in the z direction. Each of the plurality of collector electrodes 54a to 54g is spaced apart from each other in the x direction and provided at equal intervals. In the present embodiment, seven collector electrodes 54 are provided, and three collector electrodes 54 are arranged on the left and right with a collector electrode 54d provided at a position facing the slit 52 as a center. The collector electrode 54 is desirably provided longer than the slit 52 in the y direction so that the entire charged particle group incident on the slit 52 can be detected. Note that the number and arrangement of the collector electrodes 54 are merely examples, and the angle detection unit 50 may have a different number of collector electrodes 54.

それぞれのコレクタ電極５４は、所定の角度範囲に該当する角度成分を有する荷電粒子を検知する。例えば、中心のコレクタ電極５４ｄの右側２番目の位置に設けられるコレクタ電極５４ｂにより検知される荷電粒子の角度成分の中心値は、スリット５２とコレクタ電極５４のｚ方向の距離をＬ、コレクタ電極５４の間隔をＰとすると、θ２＝ａｒｃｔａｎ（２Ｐ／Ｌ）となる。一般化すると、中心のコレクタ電極５４ｄからｎ番目の位置に設けられるコレクタ電極により検知される荷電粒子の角度成分の中心値θｎは、θｎ＝ａｒｃｔａｎ（ｎＰ／Ｌ）となる。このようにして、それぞれのコレクタ電極５４ａ〜５４ｇは、スリット５２との幾何学的な配置関係により、異なる角度範囲に該当する角度成分の荷電粒子を検知する。 Each collector electrode 54 detects charged particles having an angle component corresponding to a predetermined angle range. For example, the central value of the angular component of the charged particles detected by the collector electrode 54b provided at the second position on the right side of the central collector electrode 54d is L, the distance in the z direction between the slit 52 and the collector electrode 54, and the collector electrode 54. If the interval of P is P, θ 2 = arctan (2P / L). When generalized, the central value θ n of the angular component of the charged particle detected by the collector electrode provided at the nth position from the central collector electrode 54d is θ n = arctan (nP / L). In this manner, the collector electrodes 54 a to 54 g detect charged particles having angular components corresponding to different angular ranges, depending on the geometrical arrangement relationship with the slit 52.

角度検出部５０は、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれに接続される測定回路５６を有する。測定回路５６は、コレクタ電極５４に荷電粒子が入射することにより生じる電流を検知し、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれからの電流値により、スリット５２に入射する荷電粒子ビームＢの角度分布を検出する。また、測定回路５６は、所定の計測時間にわたってコレクタ電極５４からの電流の時間変化値を検出する機能を有する。これにより、スリット５２に入射する荷電粒子ビームＢに関する角度分布の時間変化値を計測可能とする。さらに、測定回路５６は、コレクタ電極５４からの電流を計測時間にわたって積算することにより、ビームの角度分布の積算強度を検知する機能を有してもよい。   The angle detection unit 50 includes a measurement circuit 56 connected to each of the plurality of collector electrodes 54a to 54g. The measurement circuit 56 detects a current generated when the charged particles are incident on the collector electrode 54, and calculates an angular distribution of the charged particle beam B incident on the slit 52 based on the current values from each of the plurality of collector electrodes 54 a to 54 g. To detect. The measurement circuit 56 has a function of detecting a time change value of the current from the collector electrode 54 over a predetermined measurement time. As a result, it is possible to measure the time change value of the angular distribution related to the charged particle beam B incident on the slit 52. Furthermore, the measurement circuit 56 may have a function of detecting the integrated intensity of the angular distribution of the beam by integrating the current from the collector electrode 54 over the measurement time.

図１０は、走査される荷電粒子ビームと角度検出部５０が相互作用する様子を模式的に示す図である。角度検出部５０は、スリット５２の前面のｚ方向の位置がウェハの照射面Ａと同じ位置になるように配置されている。角度検出部５０は、スリット５２が位置ｘ１となるように配置されており、スリット５２にはＸ方向に走査される荷電粒子ビームＢ１、Ｂ５が入射している。スリット５２のｘ方向の幅はビーム径よりも小さいため、角度検出部５０に向かう荷電粒子ビームのうち、スリット５２のｘ方向の幅の内側に飛来する一部範囲の荷電粒子のみが角度検出部５０の内部に入ることとなる。例えば、ビーム中心が位置ｘ１よりも左側にある荷電粒子ビームＢ１の場合、ビーム中心よりも右側に位置する一部の荷電粒子のみがスリット５２に入射することとなる。また、ビーム中心が位置ｘ１よりも右側にある荷電粒子ビームＢ５の場合、ビーム中心よりも左側に位置する一部の荷電粒子のみがスリット５２に入射することとなる。角度検出部５０は、Ｘ方向に走査される荷電粒子ビームの少なくとも一部がスリット５２に入射するような期間、いいかえれば、荷電粒子ビームと角度検出部５０とが相互作用する期間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測する。 FIG. 10 is a diagram schematically showing how the charged particle beam to be scanned interacts with the angle detector 50. The angle detector 50 is arranged so that the position of the front surface of the slit 52 in the z direction is the same as the irradiation surface A of the wafer. Angle detection unit 50, the slits 52 are arranged such that the position x 1, the slit 52 is incident charged particle beam B1, B5 which is scanned in the X direction. Since the width in the x direction of the slit 52 is smaller than the beam diameter, only a part of the charged particles that fly inside the width in the x direction of the slit 52 out of the charged particle beam toward the angle detection unit 50 is the angle detection unit. 50 will enter. For example, when the charged particle beam B1 which beam center is to the left from the position x 1, and only a portion of the charged particles located on the right side of the beam center is incident on the slit 52. Further, in the case of the charged particle beam B5 whose beam center is on the right side of the position x1, only some of the charged particles located on the left side of the beam center are incident on the slit 52. The angle detector 50 is charged particles during a period in which at least a part of the charged particle beam scanned in the X direction is incident on the slit 52, in other words, over a period in which the charged particle beam and the angle detector 50 interact. The time change value of the angular distribution for the beam is measured.

図１１は、角度検出部５０が計測する角度分布の時間変化値の一例を示すグラフである。グラフに示す波形ａ〜ｇは、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれに接続される測定回路５６において検知される電流の時間変化値に対応する。波形ａ〜ｇで示される電流値のそれぞれは、スリット５２にそれぞれ異なる角度θｘで入射する荷電粒子の量に対応する。そのため、角度検出部５０による計測結果は、横軸を時間ｔ、縦軸を角度θｘとするグラフ上に表すことができる。   FIG. 11 is a graph illustrating an example of the time change value of the angle distribution measured by the angle detection unit 50. Waveforms ag shown in the graph correspond to the time change values of the current detected in the measurement circuit 56 connected to each of the plurality of collector electrodes 54a-54g. Each of the current values indicated by the waveforms a to g corresponds to the amount of charged particles incident on the slit 52 at different angles θx. Therefore, the measurement result by the angle detection unit 50 can be expressed on a graph with the horizontal axis representing time t and the vertical axis representing angle θx.

ここで、スリット５２を図４に示す微小領域Ｄに対応させると、角度検出部５０は、微小領域Ｄに入射する荷電粒子の角度成分θｘを経過時間ｔ１〜ｔ５にわたって計測しているということもできる。図４において、経過時間ｔとビーム中心の位置ｘの関係は、ビームの走査速度ｖ（ｔ）を用いると、ｘ＝∫ｖ（ｔ）ｄｔと表すことができる。また図４において、ビーム中心の位置ｘと、微小領域Ｄの位置ｘ１に対応するビームの径方向位置ｒｘは、ｒｘ＝ｘ１−ｘと表すことができるため、経過時間ｔから対応する径方向位置ｒｘに変換できる。これにより、図１１に示されるｔ−θｘ分布を、「実効照射エミッタンス」を表すｒｘ−θｘ分布に変換することができる。 Here, when the slit 52 is made to correspond to the minute region D shown in FIG. 4, the angle detection unit 50 measures the angular component θx of the charged particles incident on the minute region D over the elapsed time t1 to t5. it can. In FIG. 4, the relationship between the elapsed time t and the beam center position x can be expressed as x = ∫v (t) dt using the beam scanning speed v (t). Further, in FIG. 4, the beam center position x and the radial position rx of the beam corresponding to the position x 1 of the minute region D can be expressed as rx = x 1 −x. It can be converted into a directional position rx. Thereby, the t-θx distribution shown in FIG. 11 can be converted into an rx-θx distribution representing “effective irradiation emittance”.

図１２は、時間ｔ−位置ｒｘの変換処理により得られる実効照射エミッタンスＥＲの一例を示すグラフである。角度検出部５０が計測したビームの角度分布の時間変化値に含まれる時間ｔの情報を、径方向の位置ｒｘの情報に変換することにより実効照射エミッタンスＥＲを得ることができる。上述の式ｒｘ＝ｘ１−ｘで表されるように、ビーム中心の位置ｘとビームの径方向位置ｒｘとは正負が逆の関係にあるため、図１２に示すグラフは、図１１に示すグラフに対して左右が反転した形状となっている。この実効照射エミッタンスＥＲは、位置ｘ１におけるビームの角度特性を表すものであるから、この実効照射エミッタンスにより被照射物の視点でみた角度情報を評価できる。 Figure 12 is a graph showing an example of the effective radiation emittance E R obtained by the conversion processing time t- position rx. The information of time t the angle detection unit 50 are included in the time variation values of the angular distribution of the beam is measured, it is possible to obtain the effective radiation emittance E R by converting the information of the position rx in the radial direction. As expressed by the above-described equation rx = x 1 −x, the beam center position x and the radial position rx of the beam are in the opposite relationship, so the graph shown in FIG. 12 is shown in FIG. The left and right sides of the graph are reversed. The effective radiation emittance E R, since it represents the angular characteristics of the beam at position x 1, can be evaluated angle information viewed from the perspective of an object to be irradiated by the effective radiation emittance.

なお、角度検出部５０は、通常のエミッタンスを計測することとしてもよい。図１３は、固定される荷電粒子ビームＢと移動する角度検出部５０とが相互作用する様子を模式的に示す図である。本図では、図１０に示す様子とは対照的に、荷電粒子ビームＢは走査されずに特定のビーム位置ｘ１に固定され、角度検出部５０がＸ方向に移動している。角度検出部５０をＸ方向に移動させることにより、ビームの径方向位置ｒｘのそれぞれにおける角度分布を計測することができる。これにより、荷電粒子ビームＢの「エミッタンス」が得られる。 The angle detector 50 may measure normal emittance. FIG. 13 is a diagram schematically showing how the charged particle beam B to be fixed interacts with the moving angle detector 50. In this figure, in contrast to the state shown in FIG. 10, the beam B is fixed to a particular beam position x 1 without being scanned, the angle detection unit 50 is moving in the X direction. By moving the angle detector 50 in the X direction, it is possible to measure the angular distribution at each of the radial positions rx of the beam. Thereby, the “emittance” of the charged particle beam B is obtained.

つづいて、上述した実効照射エミッタンスを算出する制御装置６０の構成について説明する。図１６は、制御装置６０の機能構成を示すブロック図である。制御装置６０は、走査制御部６２と、計測制御部６４とを備える。   Next, the configuration of the control device 60 that calculates the effective irradiation emittance described above will be described. FIG. 16 is a block diagram illustrating a functional configuration of the control device 60. The control device 60 includes a scanning control unit 62 and a measurement control unit 64.

本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、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が、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。   Each block shown in the block diagram of the present specification can be realized in terms of hardware by an element such as a CPU of a computer or a mechanical device, and in terms of software, it can be realized by a computer program or the like. The functional block realized by those cooperation is drawn. Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by a combination of hardware and software.

走査制御部６２は、所定の制御波形をビーム走査器２６に出力し、出力した制御波形に基づいて荷電粒子ビームを往復走査させる。走査制御部６２は、制御波形の走査周期、波形形状などを制御することにより、荷電粒子ビームの走査態様を変化させる。走査制御部６２は、例えば、数Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度の走査周期を有する制御波形を生成し、ビーム走査器２６に出力する。   The scanning control unit 62 outputs a predetermined control waveform to the beam scanner 26, and reciprocates the charged particle beam based on the output control waveform. The scanning control unit 62 changes the scanning mode of the charged particle beam by controlling the scanning period and waveform shape of the control waveform. The scanning control unit 62 generates a control waveform having a scanning cycle of about several Hz to several kHz, for example, and outputs it to the beam scanner 26.

走査制御部６２は、時間ｔに対して走査速度ｖ（ｔ）が一定値となるような制御波形を出力してもよいし、時間ｔに対して走査速度ｖ（ｔ）が変化するような制御波形を出力してもよい。例えば、等速で荷電粒子ビームを往復させると、ビーム位置ｘによってビーム強度が異なることとなる場合に、走査速度を非等速にすることでビーム強度を均一化することができる。より具体的には、ビーム強度が相対的に大きい位置において走査速度を速くし、ビーム強度が相対的に小さい位置において走査速度を遅くすることでビーム強度を均一化できる。走査制御部６２は、強度検出部４８により計測したビーム強度分布を利用することで、ビーム強度を均一化させる非等速な走査速度を実現する制御波形を生成し、ビーム走査器２６に出力する。   The scanning control unit 62 may output a control waveform such that the scanning speed v (t) becomes a constant value with respect to the time t, or the scanning speed v (t) changes with respect to the time t. A control waveform may be output. For example, when the charged particle beam is reciprocated at a constant speed, the beam intensity can be made uniform by making the scanning speed non-uniform when the beam intensity varies depending on the beam position x. More specifically, the beam intensity can be made uniform by increasing the scanning speed at a position where the beam intensity is relatively high and decreasing the scanning speed at a position where the beam intensity is relatively small. The scanning control unit 62 uses the beam intensity distribution measured by the intensity detection unit 48 to generate a control waveform that realizes an inconstant scanning speed that makes the beam intensity uniform, and outputs the control waveform to the beam scanner 26. .

計測制御部６４は、測定器４２および駆動装置４４の動作を制御して測定器４２からビーム強度や角度分布を取得し、実効照射エミッタンスなどのビーム品質を評価するための各種指標を算出して出力する。計測制御部６４は、モード切替部６５と、データ処理部６６と、データ出力部６７とを含む。   The measurement control unit 64 controls the operation of the measuring device 42 and the driving device 44 to acquire the beam intensity and the angular distribution from the measuring device 42, and calculates various indexes for evaluating the beam quality such as effective irradiation emittance. Output. The measurement control unit 64 includes a mode switching unit 65, a data processing unit 66, and a data output unit 67.

モード切替部６５は、ビーム走査器２６、測定器４２および駆動装置４４の動作を制御して、荷電粒子ビームの角度分布に関する計測モードを切り替える。モード切替部６５は、実効照射エミッタンスを計測するための第１の計測モードと、エミッタンスを計測するための第２の計測モードとを提供する。   The mode switching unit 65 controls the operation of the beam scanner 26, the measuring device 42, and the driving device 44 to switch the measurement mode related to the angular distribution of the charged particle beam. The mode switching unit 65 provides a first measurement mode for measuring the effective irradiation emittance and a second measurement mode for measuring the emittance.

第１の計測モードは、図１０に示すように荷電粒子ビームを往復走査させて、計測対象とする位置ｘ１における実効照射エミッタンスを計測するモードである。第１の計測モードでは、ビーム走査器２６により荷電粒子ビームＢが往復走査されるため、比較的短時間で図１１に示す角度分布の時間変化値が取得される。例えば、１ｋＨｚの周波数でビームを往復走査させる場合、荷電粒子ビームＢが走査範囲Ｃを往復するのにかかる時間は１ミリ秒であるため、計測に必要な時間は０．５ミリ秒以内である。この計測時間は、往復走査される荷電粒子ビームがスリット５２を通過するのにかかる時間ともいえる。本明細書において、第１の計測モードおける１回の計測時間を「第１の時間」ともいう。 The first measurement mode, the charged particle beam is reciprocally scanned as shown in FIG. 10 is a mode for measuring the effective radiation emittance at position x 1 to be measured. In the first measurement mode, since the charged particle beam B is reciprocally scanned by the beam scanner 26, the time change value of the angle distribution shown in FIG. 11 is acquired in a relatively short time. For example, when the beam is reciprocally scanned at a frequency of 1 kHz, the time required for the charged particle beam B to reciprocate the scanning range C is 1 millisecond, and therefore the time required for measurement is within 0.5 millisecond. . This measurement time can also be said to be the time taken for the charged particle beam that is reciprocally scanned to pass through the slit 52. In the present specification, one measurement time in the first measurement mode is also referred to as “first time”.

なお、第１の計測モードにおいて、駆動装置４４を駆動させることにより、角度検出部５０を照射範囲Ｃ１の一端から他端に向けて移動させてもよい。角度検出部５０を移動させながら複数の位置ｘにおいて角度分布の時間変化値を計測することにより、複数の位置ｘにおけるビームの角度分布データが連続的に取得される。例えば、照射範囲Ｃ１の一端から他端まで角度検出部５０を２秒間で移動させて、照射範囲Ｃ１の２０００点の位置ｘでデータを取得する場合、隣接する測定点に移動するのにかかる時間は１ミリ秒である。したがって、１ｋＨｚの周波数で荷電粒子ビームを往復走査させれば、それぞれの測定点において往路と復路のビーム双方が計測可能である。このように、駆動装置４４で角度検出部５０を移動させながらデータを取得し、位置検出部４６により検知するデータ取得位置を対応付けることにより、照射範囲Ｃ１の全体にわたるビームの角度分布データを短時間で取得できる。   In the first measurement mode, the angle detection unit 50 may be moved from one end to the other end of the irradiation range C1 by driving the driving device 44. By measuring the time change value of the angular distribution at the plurality of positions x while moving the angle detection unit 50, the angular distribution data of the beams at the plurality of positions x are continuously acquired. For example, when the angle detection unit 50 is moved from one end to the other end of the irradiation range C1 in 2 seconds and data is acquired at the 2000 positions x of the irradiation range C1, the time taken to move to an adjacent measurement point Is 1 millisecond. Therefore, if the charged particle beam is reciprocally scanned at a frequency of 1 kHz, both forward and backward beams can be measured at each measurement point. In this way, data is acquired while the angle detector 50 is moved by the drive device 44, and the data acquisition positions detected by the position detector 46 are associated with each other. Can be obtained at

また、第１の計測モードにおいて、荷電粒子ビームＢの走査速度や角度検出部５０の移動速度を調整することにより、それぞれの測定点の計測回数を増やしてもよい。例えば、角度検出部５０の移動速度を半分にしたり、ビーム走査器２６による走査速度を２倍にしたりすることで計測可能となる回数を２倍に増やしてもよい。さらに、同じ測定点における計測データを足し合わせることにより、計測データの信号対雑音比を高めてもよい。   In the first measurement mode, the number of measurement at each measurement point may be increased by adjusting the scanning speed of the charged particle beam B and the moving speed of the angle detection unit 50. For example, the number of times that the measurement can be performed may be doubled by halving the moving speed of the angle detection unit 50 or doubling the scanning speed of the beam scanner 26. Furthermore, the signal-to-noise ratio of the measurement data may be increased by adding the measurement data at the same measurement point.

また、第１の計測モードにおいて、角度検出部５０を用いた角度分布の計測と同時に、強度検出部４８を用いたビーム強度の計測を行ってもよい。第１の計測モードでは、照射範囲Ｃ１の全体にわたって測定器４２を移動させるため、同時測定により、照射範囲Ｃ１の全体にわたるビーム強度の均一性も同時に計測することができる。同時計測をすることにより、ビームの角度分布と強度を別個に計測する場合と比べて、双方の計測にかかる時間を短縮できる。   Further, in the first measurement mode, the beam intensity may be measured using the intensity detector 48 simultaneously with the measurement of the angle distribution using the angle detector 50. In the first measurement mode, since the measuring device 42 is moved over the entire irradiation range C1, the uniformity of the beam intensity over the entire irradiation range C1 can be simultaneously measured by simultaneous measurement. By performing simultaneous measurement, it is possible to reduce the time required for both measurements, compared to the case where the angular distribution and intensity of the beam are separately measured.

一方、第２の計測モードは、図１３に示すように荷電粒子ビームの往復走査を停止させ、角度検出部５０をｘ方向に移動させることにより、ビーム中心が位置ｘ１にあるビームのエミッタンスを計測するモードである。第２の計測モードでは、ビーム径に対応するｒｘ方向の範囲にわたって角度検出部５０を移動させながらビームの角度分布の時間変化値を取得する。そのため、第２の計測モードでは、１回の計測にかかる時間が第１の計測モードよりも相対的に長くなる。例えば、ｒｘ方向のビーム径が照射範囲Ｃ１の幅の１／１０〜１／１００程度であれば、１回の計測時間は、２０〜２００ミリ秒程度である。また、ｒｘ方向のビーム径が照射範囲Ｃ１の幅にほぼ等しいリボンビームの場合、１回の計測時間は２秒程度となる。この計測時間は、往復走査されない荷電粒子ビームが分布する走査方向の範囲を測定器が通過するのにかかる時間ともいえる。本明細書において、第２の計測モードおける１回の計測時間を「第２の時間」ともいう。 On the other hand, in the second measurement mode, as shown in FIG. 13, the reciprocating scanning of the charged particle beam is stopped, and the angle detection unit 50 is moved in the x direction, so that the emittance of the beam whose beam center is at the position x 1 is increased. This is a measurement mode. In the second measurement mode, the time change value of the angular distribution of the beam is acquired while moving the angle detection unit 50 over the range in the rx direction corresponding to the beam diameter. Therefore, in the second measurement mode, the time taken for one measurement is relatively longer than in the first measurement mode. For example, if the beam diameter in the rx direction is about 1/10 to 1/100 of the width of the irradiation range C1, one measurement time is about 20 to 200 milliseconds. Further, in the case of a ribbon beam whose beam diameter in the rx direction is substantially equal to the width of the irradiation range C1, one measurement time is about 2 seconds. This measurement time can also be said to be the time taken for the measuring instrument to pass through the range in the scanning direction where the charged particle beam that is not reciprocally scanned is distributed. In the present specification, one measurement time in the second measurement mode is also referred to as “second time”.

モード切替部６５は、第１の計測モードと第２の計測モードとの間で計測モードを切り替える際に、ビーム走査器２６および駆動装置４４の動作を変更するとともに、測定器４２による１回の計測時間を「第１の時間」と「第２の時間」との間で切り替える。つまり、モード切替部６５は、測定回路５６による１回の計測時間を切り替えることにより、計測モードの切り替えを実現する。   When switching the measurement mode between the first measurement mode and the second measurement mode, the mode switching unit 65 changes the operations of the beam scanner 26 and the driving device 44 and performs one-time operation by the measuring instrument 42. The measurement time is switched between “first time” and “second time”. That is, the mode switching unit 65 realizes switching of measurement modes by switching one measurement time by the measurement circuit 56.

データ処理部６６は、角度検出部５０が計測したビームの角度分布の時間変化値に含まれる時間ｔの情報を位置ｒｘの情報に変換して、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスを算出する。データ処理部６６は、第１の計測モードでビームの角度データが取得された場合、データが取得された測定点の位置ｘにおけるビームの走査速度ｖ（ｘ）を用いて、「第１の時間」にわたる時間ｔを位置ｒｘに変換する。例えば、ビームの走査速度ｖ（ｘ）が非等速である場合、スリット５２の位置ｘに応じて異なる非等速のビーム走査速度を用いて変換処理をする。一方、第２の計測モードでビームの角度データが取得された場合、データ処理部６６は、角度検出部５０の移動速度を用いて、「第２の時間」にわたる時間ｔを位置ｒｘに変換する。   The data processing unit 66 converts the information on the time t included in the time change value of the angular distribution of the beam measured by the angle detection unit 50 into the information on the position rx, and calculates the effective irradiation emittance or emittance. When the angle data of the beam is acquired in the first measurement mode, the data processing unit 66 uses the beam scanning speed v (x) at the position x of the measurement point from which the data is acquired, Is converted to a position rx. For example, when the beam scanning speed v (x) is non-constant, the conversion process is performed using a non-constant beam scanning speed that varies depending on the position x of the slit 52. On the other hand, when the beam angle data is acquired in the second measurement mode, the data processing unit 66 converts the time t over the “second time” into the position rx using the moving speed of the angle detection unit 50. .

データ処理部６６は、角度検出部５０が計測した角度分布の時間変化値を時間について積分することにより、ビームの角度強度分布を算出してもよい。図１４（ａ）は、荷電粒子ビームの角度分布の時間変化値の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、荷電粒子ビームの角度強度分布の一例を示すグラフである。図１４（ｂ）に示すビームの角度強度分布は、図１４（ａ）のグラフにおける斜線で示される時間変化の積分値をビームの積算強度Ｉとすることで得られる。なお、測定回路５６がコレクタ電極５４からの電流値を時間積算する機能を有する場合には、角度検出部５０から取得される積算された電流値をビームの角度強度分布としてもよい。   The data processing unit 66 may calculate the angular intensity distribution of the beam by integrating the time change value of the angular distribution measured by the angle detection unit 50 with respect to time. FIG. 14A is a graph showing an example of the time change value of the angular distribution of the charged particle beam, and FIG. 14B is a graph showing an example of the angular intensity distribution of the charged particle beam. The angular intensity distribution of the beam shown in FIG. 14B can be obtained by setting the integrated value of the time change indicated by the oblique lines in the graph of FIG. If the measurement circuit 56 has a function of integrating the current value from the collector electrode 54 over time, the integrated current value acquired from the angle detection unit 50 may be used as the angular intensity distribution of the beam.

また、データ処理部６６は、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスを算出するだけでなく、エミッタンス内の強度分布値を算出してもよい。図１５は、エミッタンス内の強度分布値の一例を示すグラフである。この強度分布値は、位置ｒｘの軸および角度θｘの軸に、ビーム強度Ｉの軸を加えた３次元のグラフとして可視化され、図１５では、ビーム強度Ｉの高さを破線で示す等高線で示している。エミッタンス内の強度分布値を算出することにより、特定の位置ｘに入射する荷電粒子に関する角度情報をより詳細に得ることができる。   Further, the data processing unit 66 may calculate not only the effective irradiation emittance or emittance but also the intensity distribution value in the emittance. FIG. 15 is a graph showing an example of an intensity distribution value in emittance. This intensity distribution value is visualized as a three-dimensional graph obtained by adding the axis of the beam intensity I to the axis of the position rx and the axis of the angle θx, and in FIG. 15, the height of the beam intensity I is indicated by a contour line indicated by a broken line. ing. By calculating the intensity distribution value in the emittance, the angle information regarding the charged particles incident on the specific position x can be obtained in more detail.

また、データ処理部６６は、算出した実効照射エミッタンスやエミッタンスが所定条件を満たすか否か判定してもよい。データ処理部６６は、例えば、算出した実効照射エミッタンスを解析して、照射範囲Ｃ１の全体にわたってビームの角度分布にばらつきが生じていないかを判定してもよい。データ処理部６６は、ビームの角度分布のばらつきが一定値以内に収まっており、算出した実効照射エミッタンスが所定条件を満たすと判定する場合に、ビーム照射処理が可能であると判断し対象物へのビーム照射を開始させてもよい。   The data processing unit 66 may determine whether the calculated effective irradiation emittance or emittance satisfies a predetermined condition. For example, the data processing unit 66 may analyze the calculated effective irradiation emittance to determine whether or not there is variation in the angular distribution of the beam over the entire irradiation range C1. The data processing unit 66 determines that the beam irradiation process is possible when the variation in the angular distribution of the beam is within a certain value and the calculated effective irradiation emittance satisfies a predetermined condition, and determines that the beam irradiation process is possible. The beam irradiation may be started.

データ出力部６７は、データ処理部６６が算出した実効照射エミッタンスまたはエミッタンスに関するデータを出力する。データ出力部６７は、制御装置６０が有する表示装置に、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスをグラフ化して表示する。例えば、図１３に示されるように、ｒｘ軸とθｘ軸を有する座標系に実効照射エミッタンスを描画して表示する。データ出力部６７は、上述したビームの角度強度分布、エミッタンス内の強度分布値のグラフなどを表示してもよい。また、データ出力部６７は、表示装置に表示するだけでなく、データそのものを制御装置６０の外部に出力してもよい。   The data output unit 67 outputs the effective irradiation emittance calculated by the data processing unit 66 or data related to emittance. The data output unit 67 graphs and displays the effective irradiation emittance or emittance on the display device of the control device 60. For example, as shown in FIG. 13, the effective irradiation emittance is drawn and displayed on a coordinate system having an rx axis and a θx axis. The data output unit 67 may display the above-described angular intensity distribution of the beam, a graph of intensity distribution values in emittance, and the like. The data output unit 67 may not only display the data on the display device but also output the data itself to the outside of the control device 60.

以上の構成を有するビーム照射装置１０の動作を説明する。図１７は、ビーム照射装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。計測モードが第１の計測モードであれば（Ｓ１２のＹ）、往復走査される荷電粒子ビームに対して角度分布の時間変化値を計測し（Ｓ１４）、計測した角度分布の時間情報を位置情報に変換することにより、走査ビームの実効照射エミッタンスを算出する（Ｓ１６）。計測モードが第１の計測モードではなく（Ｓ１２のＮ）、第２の計測モードであれば（Ｓ１８のＹ）、走査されない固定ビームに対して角度分布の時間変化値を計測し（Ｓ２０）、計測した角度分布の時間情報を位置情報に変換することにより、固定ビームのエミッタンスを算出する（Ｓ２２）。算出した実効照射エミッタンスまたはエミッタンスを出力し（Ｓ２４）、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスがビーム照射処理の開始条件を満たしていれば（Ｓ２６のＹ）、ビーム照射処理を開始する（Ｓ２８）。ビーム照射処理の開始条件を満たしていなければ（Ｓ２６のＮ）、Ｓ２８をスキップして本フローを終了する。また、Ｓ１８において第２の計測モードでなければ（Ｓ１８のＮ）、Ｓ２０〜Ｓ２８をスキップして本フローを終了する。   The operation of the beam irradiation apparatus 10 having the above configuration will be described. FIG. 17 is a flowchart showing an operation flow of the beam irradiation apparatus 10. If the measurement mode is the first measurement mode (Y in S12), the time change value of the angular distribution is measured for the charged particle beam that is reciprocally scanned (S14), and the time information of the measured angular distribution is the position information. By converting to, the effective irradiation emittance of the scanning beam is calculated (S16). If the measurement mode is not the first measurement mode (N in S12) and is the second measurement mode (Y in S18), the time change value of the angular distribution is measured for the fixed beam that is not scanned (S20). The emittance of the fixed beam is calculated by converting the time information of the measured angular distribution into position information (S22). The calculated effective irradiation emittance or emittance is output (S24). If the effective irradiation emittance or emittance satisfies the beam irradiation processing start condition (Y in S26), the beam irradiation processing is started (S28). If the beam irradiation processing start condition is not satisfied (N in S26), S28 is skipped and this flow is terminated. If it is not the second measurement mode in S18 (N in S18), S20 to S28 are skipped and this flow is terminated.

本実施の形態によれば、角度検出部５０をビーム走査方向に移動させながらビームの角度分布を計測するため、ビームの照射範囲Ｃ１の全体にわたるビームの角度情報を短時間で計測できる。照射範囲Ｃ１にわたってビームが走査されている場合には、角度検出部５０のスリット５２の位置における仮想的なビーム束に対して角度分布の時間変化値を計測できるため、照射対象物からみた実効照射エミッタンスを算出できる。これにより、対象物に対してビーム照射処理する前に照射範囲Ｃ１の全体にわたる実効照射エミッタンスを得ることができる。これにより、照射範囲全体にわたって適切なビームが対象物に照射されるか否かを事前確認できる。したがって、本実施の形態によれば、ビームの角度情報をスポット的に計測する場合と比べてビーム照射処理の品質を高めることができる。   According to the present embodiment, since the angle distribution of the beam is measured while moving the angle detection unit 50 in the beam scanning direction, the angle information of the beam over the entire irradiation range C1 of the beam can be measured in a short time. When the beam is scanned over the irradiation range C1, the time variation value of the angular distribution can be measured with respect to the virtual beam bundle at the position of the slit 52 of the angle detection unit 50. Therefore, the effective irradiation viewed from the irradiation object. Emittance can be calculated. Thereby, the effective irradiation emittance over the entire irradiation range C1 can be obtained before performing beam irradiation processing on the object. Thereby, it can be confirmed in advance whether or not an appropriate beam is irradiated onto the object over the entire irradiation range. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the quality of the beam irradiation process as compared with the case where the beam angle information is measured in a spot manner.

荷電粒子ビームをビーム走査器２６により往復走査させる場合、走査ビームを平行化する平行化レンズ３０の電圧値などによって、対象物に入射するビームの角度分布がビーム位置によって異なってしまう場合がある。平行化レンズ３０は、走査ビームの進行方向を走査方向（ｘ方向）に変化させてビームの平行化を実現しているため、特に、ｘ方向の角度分布がビーム位置によって変わりやすい。例えば、半導体ウェハにイオンを注入する工程であれば、角度分布のばらつきによりウェハ上のｘ方向の位置によってイオン注入の態様が異なることとなり、ウェハ全体に均一なイオン注入ができなくなるおそれがある。そうすると、歩留まりが低下してしまうかもしれない。   When the charged particle beam is reciprocally scanned by the beam scanner 26, the angular distribution of the beam incident on the object may differ depending on the beam position depending on the voltage value of the collimating lens 30 that collimates the scanning beam. Since the collimating lens 30 realizes the collimation of the beam by changing the traveling direction of the scanning beam in the scanning direction (x direction), the angular distribution in the x direction is particularly easily changed depending on the beam position. For example, in the process of implanting ions into a semiconductor wafer, the ion implantation mode varies depending on the position in the x direction on the wafer due to variations in angular distribution, and there is a possibility that uniform ion implantation cannot be performed on the entire wafer. Then, the yield may decrease.

本実施の形態では、走査ビームを用いる場合においてビーム位置による角度が変わりやすい走査方向（ｘ方向）の角度分布を計測しているため、対象物の照射前にビーム角度分布の走査方向の均一性を確認できる。仮に、ビーム角度分布の均一性が十分でない場合には、事前にビームライン装置１４の設定を変更するなどしてビーム角度分布の均一性を高めることができる。これにより、ビーム照射処理の品質を高めることができる。   In this embodiment, when the scanning beam is used, the angle distribution in the scanning direction (x direction) in which the angle depending on the beam position is easily changed is measured. Can be confirmed. If the uniformity of the beam angle distribution is not sufficient, the uniformity of the beam angle distribution can be increased by changing the setting of the beam line device 14 in advance. Thereby, the quality of beam irradiation processing can be improved.

また、本実施の形態では、ビーム角度分布の均一性を計測するのと同時に、ビーム強度の均一性を計測できる。照射物の全体にわたって均一なビーム照射処理を施すには、ビームの角度分布のみならずビーム強度が均一であることも重要である。本実施の形態では、ビームの強度と角度分布を同時に計測できるため、それぞれを個別に計測する場合と比べて計測時間を短縮化できる。これにより、ビーム照射前の計測時間を短縮し、ビーム照射装置１０の生産性を高めることができる。   Further, in the present embodiment, the uniformity of the beam intensity can be measured simultaneously with the measurement of the uniformity of the beam angle distribution. In order to perform a uniform beam irradiation process over the entire irradiated object, it is important that not only the angular distribution of the beam but also the beam intensity is uniform. In this embodiment, since the beam intensity and the angular distribution can be measured simultaneously, the measurement time can be shortened compared to the case where each is measured individually. Thereby, the measurement time before beam irradiation can be shortened, and the productivity of the beam irradiation apparatus 10 can be improved.

また、本実施の形態では、ビームの角度分布の計測モードとして第１の計測モードおよび第２の計測モードを用意しているため、走査ビームだけでなく固定ビームの角度分布も計測可能である。これにより、対象物からみた角度情報のみならず、ビーム自体の角度情報を得ることができる。なお、他の実施例においては、第１の計測モードと第２の計測モードのいずれかのみを用意してもよい。   In the present embodiment, since the first measurement mode and the second measurement mode are prepared as the beam angular distribution measurement modes, not only the scanning beam but also the fixed beam angular distribution can be measured. Thereby, not only the angle information seen from the object but also the angle information of the beam itself can be obtained. In other embodiments, only one of the first measurement mode and the second measurement mode may be prepared.

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明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たものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合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、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。   As described above, the present invention has been described with reference to the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or replaced. Those are also included in the present invention. Further, based on the knowledge of those skilled in the art, it is possible to appropriately change the combination and processing order in each embodiment and to add various modifications such as various design changes to the embodiment. Added embodiments may also fall within the scope of the present invention.

上述の実施の形態においては、角度検出部５０がｘ方向の角度分布を計測可能となるように構成される場合を示した。他の実施例においては、角度検出部５０がｙ方向の角度分布を計測可能となるように構成されてもよい。角度検出部５０は、例えば、ｘ方向に細長いスリットと、ｙ方向に互いに離間して並べられる複数のコレクタ電極を有してもよい。また、角度検出部５０がｘ方向およびｙ方向の双方の角度分布が計測可能に構成されてもよい。角度検出部５０は、例えば、ｘ方向の角度分布が計測可能なｘ方向検出部と、ｙ方向の角度分布が計測可能なｙ方向検出部とを有してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the angle detection unit 50 is configured to be able to measure the angle distribution in the x direction has been described. In another embodiment, the angle detection unit 50 may be configured to measure the angle distribution in the y direction. The angle detection unit 50 may include, for example, slits that are elongated in the x direction and a plurality of collector electrodes that are spaced apart from each other in the y direction. Further, the angle detection unit 50 may be configured to be able to measure both the x-direction and y-direction angle distributions. The angle detection unit 50 may include, for example, an x-direction detection unit that can measure the angular distribution in the x-direction and a y-direction detection unit that can measure the angular distribution in the y-direction.

Ａ…照射面、Ｂ…荷電粒子ビーム、Ｃ１…照射範囲、１０…ビーム照射装置、２６…ビーム走査器、４２…測定器、４４…駆動装置、５２…スリット、５４…コレクタ電極、５６…測定回路、６５…モード切替部、６６…データ処理部、６７…データ出力部。   A ... Irradiation surface, B ... Charged particle beam, C1 ... Irradiation range, 10 ... Beam irradiation device, 26 ... Beam scanner, 42 ... Measuring device, 44 ... Drive device, 52 ... Slit, 54 ... Collector electrode, 56 ... Measurement Circuit, 65... Mode switching unit, 66... Data processing unit, 67.

本発明の一態様は、以下の通りである。
（項１） 荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置であって、
前記荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、
計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器と、
前記測定器の計測結果を用いて、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、
を備え、
前記測定器は、前記走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過して前記測定器に入射する時間にわたって、前記荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測し、
前記データ処理部は、前記測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して前記実効照射エミッタンスを算出し、
前記実効照射エミッタンスは、前記走査方向に走査されて前記計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての前記走査方向のエミッタンスを表すことを特徴とするビーム照射装置。
（項２） 前記測定器を前記走査方向に移動させて前記計測対象とする領域を前記走査方向に移動可能とする駆動装置をさらに備え、
前記測定器は、前記走査方向に移動しながら前記往復走査される荷電粒子ビームの角度分布の時間変化値を計測し、
前記データ処理部は、前記測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を前記走査方向の位置情報に変換して前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする項１に記載のビーム照射装置。
（項３） 前記駆動装置は、前記荷電粒子ビームの前記走査方向の照射範囲にわたって前記測定器を移動可能とし、前記測定器の前記走査方向の位置が検知可能な位置検知部を有しており、
前記データ処理部は、前記位置検知部が検知する前記測定器の位置に対応づけて前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする項２に記載のビーム照射装置。
（項４） 前記測定器は、前記荷電粒子ビームの前記照射範囲にわたって前記走査方向の複数位置における前記角度分布の時間変化値を計測し、
前記データ処理部は、前記荷電粒子ビームの前記照射範囲にわたって前記走査方向の複数位置における前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする項３に記載のビーム照射装置。
（項５） 前記ビーム走査器および前記駆動装置の動作を制御して、前記荷電粒子ビームの角度分布に関する計測モードを切り替えるモード切替部をさらに備え、
前記モード切替部は、
前記ビーム走査器により前記荷電粒子ビームを往復走査させ、前記走査方向に往復走査される荷電粒子ビームについて角度分布の時間変化値を前記測定器に計測させる第１の計測モードと、
前記ビーム走査器による前記荷電粒子ビームの往復走査を停止させるとともに、前記測定器を前記走査方向に移動させることにより、往復走査されない荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を前記測定器に計測させる第２の計測モードとを、有し、
前記データ処理部は、前記第１の計測モードにおいて前記実効照射エミッタンスを算出し、前記第２の計測モードにおいて前記往復走査されない荷電粒子ビームのエミッタンスを算出することを特徴とする項２から４のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項６） 前記第１の計測モードは、往復走査される荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過するのにかかる第１の時間にわたって前記測定器による計測をするものであり、
前記第２の計測モードは、往復走査されない荷電粒子ビームが位置する前記走査方向の範囲を前記測定器が通過するのにかかる第２の時間にわたって前記測定器による計測をするものであり、
前記モード切替部は、前記測定器による測定時間を、前記第１の時間よりも相対的に長い前記第２の時間に変更することにより、前記第１の計測モードから前記第２の計測モードに切り替えることを特徴とする項５に記載のビーム照射装置。
（項７） 前記データ処理部は、前記荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過するときの前記走査方向の走査速度を用いて、前記時間情報を前記位置情報に変換することを特徴とする項１から６のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項８） 前記ビーム走査器は、前記走査方向の位置に応じて前記走査速度が変化しうるように、前記荷電粒子ビームを非等速な走査速度で往復走査させ、
前記データ処理部は、前記非等速な走査速度を用いて、前記時間情報を前記位置情報に変換することを特徴とする項７に記載のビーム照射装置。
（項９） 前記ビーム走査器は、前記荷電粒子ビームを所定の走査周期で往復走査させ、
前記測定器は、前記走査周期と同期して前記角度分布の時間変化値を複数回計測することを特徴とする項１から８のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項１０） 前記データ処理部は、前記走査周期と同期して複数回計測した前記角度分布の時間変化値を足し合わせて前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする項９に記載のビーム照射装置。
（項１１） 前記測定器は、前記荷電粒子ビームの照射範囲にわたって前記角度分布の時間変化値を計測するとともに、前記荷電粒子ビームの照射範囲にわたって前記荷電粒子ビームのビーム強度を測定し、前記走査方向のビーム強度の均一性を計測することを特徴とする項１から１０のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項１２） 前記データ処理部の算出結果を出力するデータ出力部をさらに備え、
前記出力部は、前記算出した実効照射エミッタンスを、前記走査方向の軸および前記角度成分の軸を有する座標系に可視化することを特徴とする項１から１１のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項１３） 前記測定器は、
前記走査方向の交差方向に細長い形状を有して前記計測対象とする領域を区画するスリットと、
前記交差方向に細長い形状を有し、前記スリットからビーム進行方向に離れて、前記走査方向に並んで配置される複数のコレクタ電極と、を有し、
前記スリットを通過する荷電粒子を前記複数のコレクタ電極により検出して、前記角度分布の時間変化値を計測することを特徴とする項１から１２のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項１４） 前記複数のコレクタ電極は、前記スリットよりも前記交差方向の長さが長いことを特徴とする項１３に記載のビーム照射装置。
（項１５） 前記測定器は、前記スリットの前面が前記対象物のビーム照射面とビーム進行方向に一致する位置に配置可能となるように構成されており、前記ビーム照射面を通過する荷電粒子ビームについて前記角度分布の時間変化値を計測することを特徴とする項１３または１４に記載のビーム照射装置。
（項１６） 前記測定器は、前記角度分布の時間変化値を計測するためのコレクタ電極とは別に、前記荷電粒子のビーム強度を計測するためのファラデーカップを有し、
前記ファラデーカップは、前記対象物のビーム照射面とビーム進行方向に一致する位置に配置可能となるように構成されていることを特徴とする項１３から１５のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項１７） 前記測定器は、前記複数のコレクタ電極に接続され、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を個別に測定可能となるように構成される測定回路をさらに有し、
前記データ処理部は、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を用いて、前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする項１３から１６のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項１８） 前記測定回路は、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を一定時間にわたって積算することで得られる積算電流量が測定可能となるように構成されており、
前記データ処理部は、前記積算電流量を用いて、前記荷電粒子ビームに関する前記走査方向の角度分布を算出することを特徴とする項１７に記載のビーム照射装置。
（項１９） 前記データ処理部は、前記測定器が計測した角度分布の時間変化値を時間について積分することにより、前記荷電粒子ビームに関する前記走査方向の角度分布を算出することを特徴とする項１から１７のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項２０） 前記データ処理部の算出結果を出力するデータ出力部をさらに備え、
前記出力部は、前記算出した角度分布を、前記荷電粒子ビームのビーム強度を示す軸および前記角度成分の軸を有する座標系に可視化することを特徴とする項１８または１９に記載のビーム照射装置。
（項２１） 前記データ処理部は、前記算出した実効照射エミッタンスが所定条件を満たすか否かを判定し、前記所定条件を満たすと判定する場合に前記対象物への荷電粒子ビームの照射を開始させることを特徴とする項１から２０のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
（項２２） 荷電粒子ビームを対象物に照射するビーム照射方法であって、
荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させることと、
計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器を用いて、前記走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過して前記測定器に入射する時間にわたって、前記荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測することと、
計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出することと、
を備え、
前記実効照射エミッタンスは、前記走査方向に走査されて前記計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての前記走査方向のエミッタンスを表すことを特徴とするビーム照射方法。 One embodiment of the present invention is as follows.
(Claim 1) A beam irradiation apparatus for irradiating an object with a charged particle beam,
A beam scanner for reciprocally scanning the charged particle beam in a predetermined scanning direction;
A measuring instrument capable of measuring the angular component of charged particles incident on the region to be measured;
Using the measurement result of the measuring device, a data processing unit that calculates the effective irradiation emittance of the charged particle beam,
With
The measuring device measures the time change value of the angular distribution of the charged particle beam over the time when the charged particle beam reciprocally scanned in the scanning direction passes through the region to be measured and enters the measuring device. And
The data processing unit calculates the effective irradiation emittance by converting the time information included in the time change value of the angular distribution measured by the measuring device into position information,
The effective irradiation emittance represents the emittance in the scanning direction of a virtual beam bundle that can be formed by adding a part of the charged particle beam that is scanned in the scanning direction and incident on the measurement target region. A beam irradiation apparatus characterized by that.
(Claim 2) The apparatus further includes a drive device that moves the measuring device in the scanning direction to move the region to be measured in the scanning direction,
The measuring device measures the time change value of the angular distribution of the charged particle beam that is reciprocally scanned while moving in the scanning direction,
2. The data processing unit according to claim 1, wherein the effective irradiation emittance is calculated by converting time information included in a time change value of an angular distribution measured by the measuring device into position information in the scanning direction. Beam irradiation equipment.
(Claim 3) The driving device includes a position detection unit that can move the measuring device over the irradiation range of the charged particle beam in the scanning direction and detect the position of the measuring device in the scanning direction. ,
The beam irradiation apparatus according to claim 2, wherein the data processing unit calculates the effective irradiation emittance in association with a position of the measuring device detected by the position detection unit.
(Item 4) The measuring device measures time change values of the angular distribution at a plurality of positions in the scanning direction over the irradiation range of the charged particle beam,
The beam irradiation apparatus according to claim 3, wherein the data processing unit calculates the effective irradiation emittance at a plurality of positions in the scanning direction over the irradiation range of the charged particle beam.
(Item 5) A mode switching unit that controls operations of the beam scanner and the driving device to switch a measurement mode related to the angular distribution of the charged particle beam,
The mode switching unit
A first measurement mode in which the charged particle beam is reciprocally scanned by the beam scanner, and the measurement device measures a time change value of an angular distribution of the charged particle beam reciprocally scanned in the scanning direction;
The reciprocating scanning of the charged particle beam by the beam scanner is stopped and the measuring device is moved in the scanning direction to measure the time change value of the angular distribution of the charged particle beam that is not reciprocally scanned to the measuring device. A second measurement mode to be
The data processing unit calculates the effective irradiation emittance in the first measurement mode, and calculates the emittance of the charged particle beam that is not reciprocally scanned in the second measurement mode. The beam irradiation apparatus as described in any one of Claims.
(Claim 6) In the first measurement mode, the measurement is performed by the measuring device over a first time required for the charged particle beam to be reciprocally scanned to pass through the region to be measured,
In the second measurement mode, measurement is performed by the measurement device over a second time required for the measurement device to pass through a range in the scanning direction where a charged particle beam that is not reciprocally scanned is positioned,
The mode switching unit changes from the first measurement mode to the second measurement mode by changing the measurement time by the measuring instrument to the second time that is relatively longer than the first time. Item 6. The beam irradiation apparatus according to Item 5, which is switched.
(Item 7) The data processing unit converts the time information into the position information by using a scanning speed in the scanning direction when the charged particle beam passes through the region to be measured. Item 7. The beam irradiation apparatus according to any one of Items 1 to 6.
(Item 8) The beam scanner reciprocates the charged particle beam at a non-constant scanning speed so that the scanning speed can be changed according to the position in the scanning direction,
The beam irradiation apparatus according to claim 7, wherein the data processing unit converts the time information into the position information using the non-constant scanning speed.
(Item 9) The beam scanner reciprocates the charged particle beam at a predetermined scanning period,
The beam irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the measuring instrument measures a time change value of the angular distribution a plurality of times in synchronization with the scanning cycle.
(Item 10) The beam according to Item 9, wherein the data processing unit calculates the effective irradiation emittance by adding time change values of the angular distribution measured a plurality of times in synchronization with the scanning cycle. Irradiation device.
(Item 11) The measuring device measures a time change value of the angular distribution over an irradiation range of the charged particle beam, measures a beam intensity of the charged particle beam over the irradiation range of the charged particle beam, and performs the scanning. Item 11. The beam irradiation apparatus according to any one of Items 1 to 10, wherein the uniformity of the beam intensity in the direction is measured.
(Item 12) A data output unit that outputs a calculation result of the data processing unit,
The beam irradiation according to any one of claims 1 to 11, wherein the output unit visualizes the calculated effective irradiation emittance in a coordinate system having an axis in the scanning direction and an axis of the angle component. apparatus.
(Claim 13) The measuring instrument is
A slit having an elongated shape in the crossing direction of the scanning direction and partitioning the region to be measured;
A plurality of collector electrodes having an elongated shape in the intersecting direction and arranged in the scanning direction apart from the slit in the beam traveling direction;
The beam irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein charged particles passing through the slit are detected by the plurality of collector electrodes, and a time change value of the angular distribution is measured.
(Item 14) The beam irradiation apparatus according to Item 13, wherein the plurality of collector electrodes are longer in the intersecting direction than the slits.
(Item 15) The measuring device is configured such that the front surface of the slit can be arranged at a position that coincides with the beam irradiation surface of the object in the beam traveling direction, and charged particles that pass through the beam irradiation surface. Item 15. The beam irradiation apparatus according to Item 13 or 14, wherein a time change value of the angular distribution is measured for the beam.
(Item 16) The measuring device has a Faraday cup for measuring the beam intensity of the charged particles separately from the collector electrode for measuring the time change value of the angular distribution,
Item 16. The beam irradiation according to any one of Items 13 to 15, wherein the Faraday cup is configured to be disposed at a position that coincides with a beam irradiation surface of the object in a beam traveling direction. apparatus.
(Item 17) The measuring device may further include a measuring circuit connected to the plurality of collector electrodes and configured to be able to individually measure a time change value of a current detected in each of the plurality of collector electrodes. Have
The data processing unit calculates the effective irradiation emittance using a time change value of a current detected in each of the plurality of collector electrodes. Beam irradiation device.
(Claim 18) The measurement circuit is configured to be able to measure an integrated current amount obtained by integrating a time change value of a current detected in each of the plurality of collector electrodes over a certain period of time.
18. The beam irradiation apparatus according to claim 17, wherein the data processing unit calculates an angular distribution in the scanning direction with respect to the charged particle beam using the accumulated current amount.
(Item 19) The data processing unit calculates the angle distribution in the scanning direction related to the charged particle beam by integrating the time change value of the angle distribution measured by the measuring device with respect to time. The beam irradiation apparatus according to any one of 1 to 17.
(Item 20) A data output unit that outputs a calculation result of the data processing unit,
Item 20. The beam irradiation apparatus according to Item 18 or 19, wherein the output unit visualizes the calculated angular distribution in a coordinate system having an axis indicating a beam intensity of the charged particle beam and an axis of the angular component. .
(Item 21) The data processing unit determines whether or not the calculated effective irradiation emittance satisfies a predetermined condition, and starts irradiation of the charged particle beam to the object when determining that the predetermined condition is satisfied. Item 21. The beam irradiation apparatus according to any one of Items 1 to 20, wherein:
(Item 22) A beam irradiation method for irradiating an object with a charged particle beam,
Reciprocating a charged particle beam in a predetermined scanning direction;
Using a measuring device capable of measuring the angular component of charged particles incident on the measurement target region, the charged particle beam reciprocated in the scanning direction passes through the measurement target region and enters the measuring device. Measuring a time change value of an angular distribution for the charged particle beam over a period of time,
Converting the time information included in the time change value of the measured angular distribution into position information, calculating the effective irradiation emittance of the charged particle beam,
With
The effective irradiation emittance represents the emittance in the scanning direction of a virtual beam bundle that can be formed by adding a part of a charged particle beam that is scanned in the scanning direction and is incident on the measurement target region. The beam irradiation method characterized by the above-mentioned.

Claims (7)

荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置であって、
前記荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、
前記走査方向がスリット幅となるスリットと、前記スリットからビーム進行方向に離れて前記走査方向に並んで配置される複数のコレクタ電極と、を有する測定器と、
前記測定器の計測結果を用いて荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、を備え、
前記測定器は、前記往復走査される荷電粒子ビームが前記スリットの開口領域を前記走査方向に通過する時間にわたって、前記スリットに入射して前記複数のコレクタ電極で検出される荷電粒子数の時間変化値を計測し、
前記データ処理部は、前記測定器が計測した時間変化値に含まれる時間情報を前記走査方向の位置情報に変換して前記実効照射エミッタンスを算出し、
前記実効照射エミッタンスは、前記走査方向に走査されて前記開口領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての前記走査方向のエミッタンスを表すことを特徴とするビーム照射装置。 A beam irradiation apparatus for irradiating an object with a charged particle beam,
A beam scanner for reciprocally scanning the charged particle beam in a predetermined scanning direction;
A measuring instrument having a slit whose scanning direction is a slit width, and a plurality of collector electrodes arranged in the scanning direction apart from the slit in the beam traveling direction;
A data processing unit that calculates the effective irradiation emittance of the charged particle beam using the measurement result of the measuring device, and
The measuring device changes the number of charged particles detected by the plurality of collector electrodes by being incident on the slit over a time period in which the charged particle beam to be reciprocally scanned passes through the opening area of the slit in the scanning direction. Measure the value,
The data processing unit calculates the effective irradiation emittance by converting time information included in the time change value measured by the measuring instrument into position information in the scanning direction,
The effective irradiation emittance represents the emittance in the scanning direction of a virtual beam bundle that can be formed by adding a part of charged particle beams that are scanned in the scanning direction and incident on the aperture region. A beam irradiation device. 前記複数のコレクタ電極の前記走査方向と交差する交差方向の長さは、前記スリットの開口領域の前記交差方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載のビーム照射装置。   2. The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the length of the plurality of collector electrodes in the intersecting direction intersecting the scanning direction is longer than the length of the opening region of the slit in the intersecting direction. 前記測定器は、前記スリットの前面が前記対象物のビーム照射面とビーム進行方向に一致する位置に配置可能となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のビーム照射装置。   3. The beam irradiation according to claim 1, wherein the measuring device is configured so that a front surface of the slit can be disposed at a position that coincides with a beam irradiation surface of the object in a beam traveling direction. apparatus. 前記荷電粒子のビーム強度を計測するためのファラデーカップをさらに備え、
前記ファラデーカップは、前記対象物のビーム照射面とビーム進行方向に一致する位置に配置可能となるように構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のビーム照射装置。 A Faraday cup for measuring the beam intensity of the charged particles;
The beam irradiation according to any one of claims 1 to 3, wherein the Faraday cup is configured to be disposed at a position that coincides with a beam irradiation surface of the object in a beam traveling direction. apparatus. 前記測定器は、前記複数のコレクタ電極に接続され、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を個別に測定可能となるように構成される測定回路をさらに有し、
前記データ処理部は、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を用いて、前記実効照射エミッタンスを算出す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ビーム照射装置。 The measuring device further includes a measuring circuit connected to the plurality of collector electrodes and configured to be able to individually measure a time change value of a current detected in each of the plurality of collector electrodes,
The said data processing part calculates the said effective irradiation emittance using the time change value of the electric current detected in each of these several collector electrodes, The one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. Beam irradiation equipment. 前記測定回路は、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を一定時間にわたって積算することで得られる積算電流量が測定可能となるように構成されており、
前記データ処理部は、前記積算電流量を用いて、前記荷電粒子ビームに関する前記走査方向の角度分布を算出することを特徴とする請求項５に記載のビーム照射装置。 The measurement circuit is configured to be able to measure an accumulated current amount obtained by integrating a time change value of a current detected in each of the plurality of collector electrodes over a certain period of time,
The beam irradiation apparatus according to claim 5, wherein the data processing unit calculates an angular distribution of the charged particle beam in the scanning direction using the accumulated current amount. 前記データ処理部は、前記荷電粒子ビームが前記スリットの開口領域を通過するときの前記走査方向の走査速度を用いて、前記時間情報を前記位置情報に変換することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のビーム照射装置。   The data processing unit converts the time information into the position information using a scanning speed in the scanning direction when the charged particle beam passes through an opening region of the slit. The beam irradiation apparatus as described in any one of Claim 6.
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