JPH01251547A - 荷電粒子ビームの平行走査評価モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンビームや電子ビーム等の荷電粒子ビー
ムをターゲットに入射させる際のビームの平行走査用の
評価モニタ装置に関するものであり、特に平行走査型イ
オン注入装置に有利に利用される。

［従来の技術］ 周知のようにイオン注入技術は、イオンを加速して試料
表面に照射させることにり不純物ドーピングや材料合成
等を行うものであり、試料表面の状態に影響されずにド
ーピングでき、きわめて高精度でしかも清浄な不純物添
加技術であり、この特徴を生かしてＬＳＩ　、超ＬＳＩ
素子の製造や合金または非晶質材料の合成等に利用され
ている。

ところで、イオン注入装置は、一般にイオン源と、イオ
ン源で生成されたイオンから所要の運動エネルギと質量
とをもったイオンを取り出す質量分析系と、取り出した
イオンを加速する加速系と、集束レンズ系と、Ｙ方向走
査電極およびＸ方向走査電極を備えた偏向走査系と、イ
オン注入すべきターゲットを収容した試料室とから成っ
ており、ターゲット全面に一様にイオン打ち込みを行う
ためにイオンビームの掃引領域内にファラデーカップを
設け、これにより打ち込みビームをモニタし、ビームの
径、偏向幅、位置合わせやビーム電流の設定等の制御を
行うようにされている。

また電子ビーム露光装置や走査電子間ＩＲ鏡のような電
子ビーム応用装置においてターゲット上で電子ビームを
二次元的に走査する際にもビームの径、偏向幅、位置合
わせやビーム電流の設定等の制御を行うためファラデー
ゲージを用いてファラデーゲージに入射する電子ビーム
を検出し、それに基いて必要な調整や制御を行うように
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のイオン注入装置や電子ビーム応用装置におけるビ
ームモニタ装置では、ビームの集束状態、ビーム電流及
び走査状態〈ビームがターゲットの全面をカバーできる
ように走査しているか否か）を測定することはできるが
、ビームを平行走査する場合にビームがターゲットに対
して平行にしかもターゲットの全面に入射しているがど
うがは測定することができない。

例えば、イオンビームを平行走査する場合、パラメータ
として中性粒子除去用面内す極零圧、平行走査用の多重
＃ｌ電極の各電極電圧があり、これらの電圧はイオンの
エネルギによって変化する。

そのなめ従来の装置ではこれらの電圧を調整してもビー
ムが平行になったかどうかを判定することができなかっ
た。

ところで、近年イオン注入技術においてウェハの１２１
　Ａｍ化が進み、パターン幅が狭くなるにつれてシャド
ーイングが問題となってきた。このため、ウェハの全面
にわたって一定の方向がらイオン注入を行う必要がある
。

またウェハの微細化に伴ってトレンチのアスペクト比が
大きくなってきており、このようなトレンチの底部にイ
オン注入する場合、注入すべきイオンビームが閤向角θ
をもっていると底部全域に及ばない、これはウェハを回
転させながら注入することによっである程度緩和できる
が、十分てはない、またトレンチの側面への注入におい
ては、シャドーイングを防ぐためトレンチのアスペクト
比に応じてウェハを傾けているが−様な注入分布を得る
ことは困難であり、しがちトレンチの側面に対して斜め
にイオンを注入すると、注入されずに跳ね返ってくるイ
オンもあったり、あるいはイオン注入されない側面がで
てくる恐れがある。

すなわち、ウェハが６インチ、８インチと大口径化し、
４Ｍビット、１６Ｍビットと線幅が小さくなるにつれて
平行イオンビームでイオン注入を行うことが望まれるよ
うになってきた。

このような観点から、本発明はイオンビームや電子ビー
ム等の荷電粒子ビームを平行走査する際の上述のような
課題を解決しようとするものであり、従って、その目的
は、荷電粒子ビームを平行走査する際にターゲットに対
するビームの平行入射及びターゲットの全域へのビーム
の均一入射を制御できる荷電粒子ビームの平行走査評価
モニタ装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の第一の発明によ
る荷電粒子ビームの平行走査評価モニタ装置は、荷電粒
子ビームを平行走査する電極組立体と、この電極組立体
と荷電粒子ビームで照射されるターゲットとの間で電極
組立体の中心軸線に垂直に待避可能に位置決めされ、水
平方向及び垂直方向の直径上相対した周縁部分にそれぞ
れ少なくとも一つの荷電粒子ビーム透過開口を備えたフ
ァラデーフラグと、ファラデーフラグにおける各荷電粒
子ビーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビームを検出
する各荷電粒子ビーム透過開口に組合さった少なくとも
一つのビーム検出手段と、ビーム検出手段によって検出
された各荷電粒子ビーム透過開口を透過してきた荷電粒
子ビームを測定する測定手段とを有することを特徴とし
ている。

また本発明の第二の発明による荷電粒子ビームの平行走
査評価モニタ装置は、荷電粒子ビームを平行走査する電
極組立体と、この電極組立体と荷電粒子ビームで照射さ
れるターゲットとの間で電極組立体の中心軸線に垂直に
待避可能に位置決めされ、水平方向及び垂直方向の直径
上相対した周縁部分にそれぞれ少なくとも一つの荷電粒
子ビーム透過開口を備えたファラデーフラグと、ファラ
デーフラグにおける各荷電粒子ビーム透過開口を透過し
てきた荷電粒子ビームを検出する各荷電粒子ビーム透過
開口に組合さった少なくとも一つのビーム検出手段と、
ビーム検出手段によって検出された各荷電粒子ビーム透
過開口を透過してきた荷電粒子ビームを測定する測定手
段と、測定手段で測定された荷電粒子ビームの状態に応
じてファラデーフラグの入射側に設けられたマスクの位
置調整を行うマスク位置調整手段とを有することを特徴
としている。

さらに、本発明の第三の発明による荷電粒子ビームの平
行走査評価モニタ装置は、荷電粒子ビームを平行走査す
る電極組立体と、この電極組立体と荷電粒子ビームで照
射されるターゲットとの間で電極組立体の中心軸線に垂
直に待避可能に位置決めされ、水平方向及び垂直方向の
直径上相対した周縁部分にそれぞれ少なくとも一つの荷
な粒子ビーム透過開口を備えたファラデーフラグと、フ
ァラデーフラグにおける各荷電粒子ビーム透過開口を透
過してきた荷電粒子ビームを検出する各荷電粒子ビーム
透過開口に組合さった少なくとも一つのビーム検出手段
と、ビーム検出手段によって検出された各荷電粒子ビー
ム透過開口を透過してきた荷電粒子ビームを測定する測
定手段と、測定手段で測定された荷電粒子ビームの状態
に応じてターゲットへの荷電粒子ビームの入射を止める
インターロック手段とを有することを特徴としている。

本発明の各発明において、ファラデーフラグの水平方向
及び垂直方向の直径上相対した周縁部分にそれぞれ設け
られた各荷電粒子ビーム透過開口は好ましくは隣接して
同心円状に対を成して形成された円弧状スリットまたは
小孔から成り得る。

またビーム検出手段はファラデーフラグの各荷電粒子ビ
ーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビームの電流を検
出するビーム電流検出電極または荷電粒子ビームの電流
の大きさと共に位置を検出する固***置検出器から成る
ことができる。

さらに、各荷電粒子ビーム透過開口は単一の小孔から成
り得、その場合にはビーム検出手段は各小孔の後方に位
置し、組合さった小孔を透過してきた荷電粒子ビームの
電流を検出する多極電極から成り得る。

［作　　　用］ このように構成した本発明の各発明による荷電粒子ビー
ムの平行走査評価モニタ装置においては、走査電極組立
体からマスクを通って入ってきたビームはファラデーフ
ラグの上下左右にそれぞれ設けられた荷電粒子ビーム透
過開口を通って関連したビーム検出手段により検出され
る。ビーム検出手段で検出された各荷電粒子ビームは真
空外に設けられる測定手段によってその大きさや位置を
測定され、これらの測定結果に基いて荷電粒子ビームが
ターゲットに対して平行にかつその全域に入射し得るか
どうかを容易に判定することができる。

この判定操作後、荷電粒子ビームの平行度や走査範囲等
が許容範囲内にあれば、ファラデーフラグを荷電粒子ビ
ームの通路から退避させ、ターゲットに対して荷電粒子
ビームが入射される。

また、本発明の第二の発明では、マスク位置調整手段に
より、測定手段で測定された荷電粒子ビームの状態に応
じてファラデーフラグの入射側に設けられたマスクは位
置調整され、それにより荷電粒子ビームを中心軸線に対
して所要の位置に位置決めすることができる。

さらに、本発明の第三の発明では、測定手段で測定され
た荷電粒子ビームの状態が許容状態にない場合にインタ
ーロックをかけてビームがターゲットに到達しないよう
にされる。

［実　施　例］ 以下添付図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。

第１図には本発明を平行走査型イオン注入装置に適用し
た実施例を示し、１はイオン源で生成され、質量分離さ
れ、加速され、集束されてきたイオンビームから中性粒
子を除去するための偏向電極、２．３は偏向電極１の後
方に位置され、ビームを平行走査する第１、第２走査電
極で、それぞれ爪型［！電極から成り得る。４はマスク
、５はマスク４と組合さった二次電子抑制バイアス電極
、６はマスク４をｘ、ｙ方向に位置調整するマスク位置
調整手段を構成しているｘ、ｙ方向駆動機構で、このｘ
、ｙ方向駆動機構６は真空の外に配置され得る。７はフ
ァラデーフラグで、ビームの軸線方向に対して垂直な作
動位置と点線で略示した退避位置との間で動き得るよう
にされている。ファラデーフラグ７は第２図に示すよう
にその中心に中心開口８を備え、そしてその周囲部の左
右上下部分には、それぞれ隣接して同心円状に対を成し
て円弧状スリット９ａ、９ｂ、１０ａ　、１０ｂ　、１
１ａ、１１ｂ　、１２ａ　、１２ｂが形成されており、
これらの円弧状スリット９ａ、９ｂ、１０ａ　、１０ｂ
　、１１ａ　、１１ｂ、１２ａ　、１２ｂは荷電粒子ビ
ーム透過開口を構成している。

ファラデーフラグ７の中心開口８の後側には第３図に示
すようにこの中心開口８を通ってきたイオンビームの集
束性を検出する検出器１３が収り付けられ、通常この検
出器１３はビーム電流を検出するようにされている。ま
たファラデーフラグ７の左右上下部分に設けられた各円
弧状スリット９ａ、９ｂ、１０ａ　、１０ｂ　、１１ａ
　、１１ｂ　、１２ａ　、１２ｂの後側には、各円弧状
スリットを通過してきたイオンビームのビーム電流を検
出するビーム電流検出電極（図面には、そのうちの四つ
を符号１４ａ　、１４ｂ、１５ａ　、１５ｂで示す）が
取り付けられている。これらのビーム電流検出電極は真
空外に設けられ得るビーム電流測定手段１６（第１図）
に接続され、このビーム電流測定手段１６は各ビーム電
流検出電極で検出されたビーム電流の大きさを測定し、
その測定結果に応じてマスク４に対するマスク位置調整
手段６に駆動制御信号を送るようにされている。

さらに、ファラデーフラグ７の後方には第１図に示すよ
うにターゲットを成すウェハ１７を支持するプラテン１
８が設けられ、このプラテン１８は図示したイオン打ち
込み位置と点線で略示する準備位置との間で回動できる
ようにされている。

また、第１図においてブロック１９はインターロック手
段で、各ビーム電流検出電極で検出されたビーム電流の
大きさを測定するビーム電流測定手段１６の測定結果に
応じてファラデーフラグ７の回動軸７ａの駆動を制御す
るインターロック制御信号を発生するように構成されて
いる。すなわち、各ビーム電流検出電極にあるレベル以
上のビーム電流がきているかどうかおよび各ビーム電流
検出電極におけるそれぞれのビーム電流レベルが揃って
いるかどうかがチエツクされ、異常の場合にはインター
ロック手段１９はファラデーフラグ７の回動軸７ａの駆
動を阻止してファラデーフラグ７が倒れないようにしイ
オン注入を阻止させると共に再調整を命するアラームを
発生してオペレータに知らせるように機能し得る。

このように構成した図示実施例の動作について第４図〜
第７図を参照して説明する。

いよ簡単のためにＸ方向の左側の一対の円弧状スリット
９ａ、９ｂを通るイオンビームについて考えて見ると、
イオンビームが平行である場合には第４図に示すように
検出され測定される電流は予定の同じ高レベルの値とし
てでてくる。しかしイオンビームが傾きをもって入射し
てきた場合には第５図に示すようにビーム電流値は低く
なる。

次にＸ方向の左右の内側の円弧状スリット９ｂ、１０ｂ
を通るイオンビームについて考察すると、両スリット９
ｂ、１０ｂを通るイオンビームが共に平行な場合には第
６図に示すように同じ高レベルの電流値が得られる。し
かし例えば右側におけるイオンビームが傾いている場合
には第７図に示すように左右違った大きさのビーム電流
が測定されることになる。

このようにして全体としてはＸ方向の左右内側の円弧状
スリット９ｂ、１０ｂ及びｙ方向の上下内側の円弧状ス
リット１１ｂ　、１２ｂを通るイオンビームのビーム電
流が全て等しい場合にイオンビームは平行に入射してい
ると判定でき、またＸ方向の左右外側の円弧状スリット
９ａ、１０ａ及びｙ方向の上下外側の円弧状スリット１
１ａ　、　１２ａを通るイオンビームのビームを流が全
て等しい場合にイオンビームは中心軸線に対して予定の
範囲内で片寄りなしに平行走査が行われていると判定で
きる。

第８図には本発明の変形実施例を示し、この変形実施例
では第１図〜第３図の実施例における八つのビーム電流
検出電極の代わりに左右上下の各対の円弧状スリット（
第８図にはそのうちの一対だけを符号２０ａ　、２０ｂ
で示す）に対して共通に単一の固***置検出器２１がフ
ァラデーフラグ７から一定の距Ｍａの位置に設けられて
いる。各固***置検出器は各円弧状スリットを通過して
きたイオンビームのビーム電流とビームの傾きとを検出
し、イオンビームの平行度を検出できるようにしている
。すなわち、第８図において固***置検出器はビーム電
流とデータｂとを検出でき、それにより、ビームの傾き
（平行からのづれ）θは、ｔａｎθ＝ｂ／ａからａが一
定であるので算出できる。このθの値がある範囲、例え
ば±０．５４を越えたときにはインターロック手段を作
動させてイオンビームがターゲットに入射しないように
され得る。なお、第８図の実施例において、固***置検
出器は高感度であるので、ファラデーフラグ７に設けら
れる各円弧状スリットはできるだけ細く形成される。

第９図、第１０図及び第１１図にはビーム検出手段に多
極電極を利用した実施例を示し、この場合にはファラデ
ーフラグ７に設けられるビーム透過開口は前述の各実施
例におけるような円弧状スリットに代えて小孔２２ａ　
、２２ｂで構成されており、内側の小孔２２ｂの後方に
第１０図及び第１１図に示すように五極電極２３が配置
されている。この実施例では、小孔２２を通過してきた
イオンビームが五極電極２３中央の電極部２３ａに当た
った場合そのイオンビームは平行であると判定でき、そ
れ以外の電極部２３ｂ〜２３ｅに当たった場合にはイオ
ンビームは傾きをもっていると判定される。なお、外側
の小孔２２ａの後方には図示してないが第１図〜第３図
に示す実施例の場合と同様にビーム走査の範囲を求める
ための電極が設けられる。

ところで第１図〜第３図に示す実施例では、各円弧状ス
リットに対して一つづってビーム電流検出電極が設けら
れているが、八つの円弧状スリットに共通に単一のビー
ム電流検出電極を設け、走査周波数を同期させることに
より測定できるようにしてもよい。

また図示の各実施例において、ビーム検出手段によって
検出されそして測定手段で測定されたイオンビームの状
態に応じてマスク４に対するマスク位置調整手段６を駆
動させるようにしているが、当然平行走査系あるいはそ
れより前段の各部を調整するように構成することもでき
る。

なお、図示実施例はいずれも平行走査型イオン注入装置
に適用した場合について例示してきたが、本発明は当然
電子ビーム露光装置や走査電子順徴鏡のような電子ビー
ム応用装置にも同様に適用できる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明の第一、第二、第三の
発明による荷電粒子ビームの平行走査状態モニタ装置に
おいては、平行走査する電極組立体からの荷電粒子ビー
ムをファラデーフラグの水平方向及び垂直方向の直径上
相対した周縁部分にそれぞれ設けた少なくとも一つの荷
電粒子ビーム透過開口を通して備えたビーム検出手段で
検出し、そしてビーム状態を測定手段で測定するように
構成しているので、平行走査状態や走査範囲を容易に判
定することができ、知識や経験の浅いオペレータでもビ
ーム波形を観察しながら、平行度の優れたビーム調整を
容易にかつ簡単に行うことができる。その結果、例えば
６インチ、８インチと大口径でしかも４Ｍビット、１６
Ｍビットと線幅が小さいウェハに対するイオン注入をシ
ャドーイング等の問題を実質的に伴わずに平行イオンビ
ームによって行うことができるようになる。

また、本発明の第二の発明ではビーム状態を測定手段で
測定したビーム状態に応じてファラデーフラグの入射側
に設けられたマスクの位置調整を行うように構成してい
るので、ビームの平行度及び走査範囲のずれを自動的に
フィードパ・ｙりして常にターゲットに入射するビーム
の平行度及び走査範囲を予定の許容範囲内に保つことが
できる。

さらに、本発明の第三の発明によれば、ビーム波形を演
算することにより、ビームが許容範囲を越える傾きをも
つ場合にインターロックをかけ、ターゲットにビームが
入射すいるのを阻止することができ、それにより作業の
ロスや製品の歩留まりを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略線図、第２図及び
第３図はそれぞれ第１図の装置の要部の正面図及び断面
図、第４図〜第７図は動作説明図、第８図は本発明の変
形実施例を示す部分概略図、第９図〜第１１図はそれぞ
れ本発明の別の実施例を示す要部の正面図、部分断面側
面図及び動作説明図である。 図　　　中 ２．３：平行走査電極組立体 ４：マスク ６：マスク位１調整手段 ７：ファラデーフラグ ９ａ〜１２ｂ＝荷電粒子ビーム透過開口１４ａ　〜１５
ｂ　：ビーム検出手段 １６：ビーム測定手段 １７：ターゲット １９：インターロック手段 ２０ａ　、２０ｂ　：荷電粒子ビーム透過開口２１：ビ
ーム検出手段 ２２ａ　、２２ｂ　：荷電粒子ビーム透過開口２３：ビ
ーム検出手段 第２図　　　第３０ 第４０ 第８図　　　　第９０ 第１０図　　　　　　第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子ビームを平行走査する電極組立体と、この
   電極組立体と荷電粒子ビームで照射されるターゲットと
   の間で電極組立体の中心軸線に垂直に待避可能に位置決
   めされ、水平方向及び垂直方向の直径上相対した周縁部
   分にそれぞれ少なくとも一つの荷電粒子ビーム透過開口
   を備えたファラデーフラグと、ファラデーフラグにおけ
   る各荷電粒子ビーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビ
   ームを検出する各荷電粒子ビーム透過開口に組合さった
   少なくとも一つのビーム検出手段と、ビーム検出手段に
   よって検出された各荷電粒子ビーム透過開口を透過して
   きた荷電粒子ビームを測定する測定手段とを有すること
   を特徴とする荷電粒子ビームの平行走査評価モニタ装置
   。 ２、ファラデーフラグの水平方向及び垂直方向の直径上
   相対した周縁部分にそれぞれ設けられた各荷電粒子ビー
   ム透過開口が隣接して同心円状に対を成して形成された
   円弧状スリットから成る請求項１に記載の荷電粒子ビー
   ムの平行走査評価モニタ装置。 ３、各荷電粒子ビーム透過開口が隣接して同心円状に対
   を成して形成された小孔から成る請求項１に記載の荷電
   粒子ビームの平行走査評価モニタ装置。 ４、ビーム検出手段がファラデーフラグの各荷電粒子ビ
   ーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビームの電流を検
   出するビーム電流検出電極から成る請求項１に記載の荷
   電粒子ビームの平行走査評価モニタ装置。 ５、ビーム検出手段がファラデーフラグの各荷電粒子ビ
   ーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビームの電流の大
   きさと共に位置を検出する固***置検出器から成る請求
   項１に記載の荷電粒子ビームの平行走査評価モニタ装置
   。 ６、各荷電粒子ビーム透過開口が単一の小孔から成り、
   またビーム検出手段が各小孔の後方に位置し、組合さっ
   た小孔を透過してきた荷電粒子ビームの電流を検出する
   多極電極から成る請求項１に記載の荷電粒子ビームの平
   行走査評価モニタ装置。 ７、荷電粒子ビームを平行走査する電極組立体と、この
   電極組立体と荷電粒子ビームで照射されるターゲットと
   の間で電極組立体の中心軸線に垂直に待避可能に位置決
   めされ、水平方向及び垂直方向の直径上相対した周縁部
   分にそれぞれ少なくとも一つの荷電粒子ビーム透過開口
   を備えたファラデーフラグと、ファラデーフラグにおけ
   る各荷電粒子ビーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビ
   ームを検出する各荷電粒子ビーム透過開口に組合さった
   少なくとも一つのビーム検出手段と、ビーム検出手段に
   よって検出された各荷電粒子ビーム透過開口を透過して
   きた荷電粒子ビームを測定する測定手段と、測定手段で
   測定された荷・電粒子ビームの状態に応じてファラデー
   フラグの入射側に設けられたマスクの位置調整を行うマ
   スク位置調整手段とを有することを特徴とする荷電粒子
   ビームの平行走査評価モニタ装置。 ８、荷電粒子ビームを平行走査する電極組立体と、この
   電極組立体と荷電粒子ビームで照射されるターゲットと
   の間で電極組立体の中心軸線に垂直に待避可能に位置決
   めされ、水平方向及び垂直方向の直径上相対した周縁部
   分にそれぞれ少なくとも一つの荷電粒子ビーム透過開口
   を備えたファラデーフラグと、ファラデーフラグにおけ
   る各荷電粒子ビーム透過開口を透過してきた荷電粒子ビ
   ームを検出する各荷電粒子ビーム透過開口に組合さった
   少なくとも一つのビーム検出手段と、ビーム検出手段に
   よって検出された各荷電粒子ビーム透過開口を透過して
   きた荷電粒子ビームを測定する測定手段と、測定手段で
   測定された荷電粒子ビームの状態に応じてターゲットへ
   の荷電粒子ビームの入射を止めるインターロック手段と
   を有することを特徴とする荷電粒子ビームの平行走査評
   価モニタ装置。