KR102403769B1

KR102403769B1 - 빔조사장치 및 빔조사방법

Info

Publication number: KR102403769B1
Application number: KR1020150081702A
Authority: KR
Inventors: 미츠쿠니 츠키하라; 노리야스 이도; 노리유키 스에츠구
Original assignee: 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2022-05-30
Also published as: US20150364297A1; TW201546882A; JP6253524B2; CN105280467A; KR20150143328A; CN105280467B; JP2016004614A; US9449791B2; TWI644348B

Abstract

빔조사처리의 품질을 높이는 기술을 제공한다.
빔조사장치(10)는, 하전입자빔(B)을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 빔주사기(26)와, 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자의 각도성분을 계측 가능한 측정기(42)와, 측정기(42)의 계측 결과를 이용하여, 하전입자빔(B)의 실효조사 이미턴스를 산출하는 데이터처리부를 구비한다. 측정기(42)는, 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔(B)이 계측대상으로 하는 영역을 통과하여 측정기(42)에 입사하는 시간에 걸쳐, 하전입자빔(B)에 대한 각도분포의 시간변화치를 계측하고, 데이터처리부는, 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여 실효조사 이미턴스를 산출한다. 실효조사 이미턴스는, 주사방향으로 주사되어 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 이미턴스를 나타낸다.

Description

빔조사장치 및 빔조사방법{BEAM IRRADIATION APPARATUS AND BEAM IRRADIATION METHOD}

본 출원은, 2014년 6월 13일에 출원된 일본 특허출원 제2014-122347호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 빔조사장치 및 빔조사방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조공정에서는, 반도체의 도전성을 변화시킬 목적이나 반도체의 결정 구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이온주입공정에서 사용되는 장치는, 이온주입장치라고 불리며, 이온원에 의하여 이온을 생성하고, 생성한 이온을 가속하여 이온빔을 형성하는 기능과, 그 이온빔을 주입처리실까지 수송하여, 처리실 내의 웨이퍼에 이온빔을 조사하는 기능을 가진다. 이와 같은 이온주입장치는, 이온이나 전자 등의 하전입자로 구성되는 하전입자빔을 대상물에 조사하기 위한 빔조사장치의 일례이다.

하전입자빔의 진행방향에 대한 수렴 또는 발산의 상태를 나타내는 지표로서 "이미턴스"라고 불리는 것이 있다. 이미턴스는, 예를 들면, 빔궤도에 직교하는 평면 내에 있어서의 위치(x)와, 그 위치에 있어서의 하전입자의 진행방향과 빔궤도가 이루는 각도(θ)를, x-θ평면에 플롯한 x-θ분포에 의하여 규정된다. 예를 들면, 소형 구멍에 의하여 이온빔을 잘라냄과 함께, 소형 구멍을 통과한 빔이 형광판에 입사하는 것에 의한 발광을 촬상소자로 계측함으로써, 이온빔의 입사각도 내지 이미턴스가 계측된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2005-63874호

웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도가 변경되면, 이온빔과 웨이퍼와의 상호작용의 양태가 변화되어, 이온주입의 처리 결과에 영향을 주는 것이 알려져 있다. 따라서, 이온주입공정을 적절히 제어하기 위하여, 이온빔의 각도정보를 파악하는 것이 요구된다. 특히, 웨이퍼 전체에 대한 이온주입처리의 품질을 평가하기 위해서는, 웨이퍼의 각 지점에 어떠한 입사각도를 가지는 이온이 어느 정도 조사되었는지를 아는 것이 중요해진다. 바꾸어 말하면, 웨이퍼에 조사되는 이온빔이 가지는 각도정보를 계측한다는 시점이 아니라, 웨이퍼의 일 지점으로부터 보았을 때에, 그 지점에 입사하게 되는 이온의 각도정보를 계측한다는 시점이 요구된다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 빔조사처리의 품질을 높이는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 빔조사장치는, 하전입자빔을 대상물에 조사하기 위한 빔조사장치로서, 하전입자빔을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 빔주사기와, 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자의 각도성분을 계측 가능한 측정기와, 측정기의 계측 결과를 이용하여, 하전입자빔의 실효조사 이미턴스를 산출하는 데이터처리부를 구비한다. 측정기는, 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔이 계측대상으로 하는 영역을 통과하여 측정기에 입사하는 시간에 걸쳐, 하전입자빔에 대한 각도분포의 시간변화치를 계측하며, 데이터처리부는, 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여 실효조사 이미턴스를 산출하고, 실효조사 이미턴스는, 주사방향으로 주사되어 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 주사방향의 이미턴스를 나타낸다.

본 발명의 다른 양태는, 빔조사방법이다. 이 방법은, 하전입자빔을 대상물에 조사하는 빔조사방법으로서, 하전입자빔을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 단계와, 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자의 각도성분을 계측 가능한 측정기를 이용하여, 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔이 계측대상으로 하는 영역을 통과하여 측정기에 입사하는 시간에 걸쳐, 하전입자빔에 대한 각도분포의 시간변화치를 계측하는 단계와, 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여, 하전입자빔의 실효조사 이미턴스를 산출하는 단계를 포함한다. 실효조사 이미턴스는, 주사방향으로 주사되어 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 주사방향의 이미턴스를 나타낸다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 빔조사처리의 품질을 높일 수 있다.

도 1은 주사되는 하전입자빔이 대상물의 조사면에 입사하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 하전입자빔을 구성하는 하전입자의 각도성분을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 3은 하전입자빔의 각도분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4는 주사되는 하전입자빔이 미소영역에 입사하는 모습을 나타내는 도이다.
도 5는 미소영역에 입사하는 가상적인 빔다발을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6에 있어서, 도 6(a)는, 실시형태에 관한 빔조사장치의 개략 구성을 나타내는 상면도, 도 6(b)는, 실시형태에 관한 빔조사장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 7은 왕복운동되는 웨이퍼와 왕복주사되는 빔과의 관계를 나타내는 정면도이다.
도 8은 각도검출부의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 9는 각도검출부의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 10은 주사되는 하전입자빔과 각도검출부가 상호작용하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 11은 각도검출부가 계측하는 각도분포의 시간변화치의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실효조사 이미턴스의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 13은 고정되는 하전입자빔과 이동하는 각도검출부가 상호작용하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 14에 있어서, 도 14(a)는, 하전입자빔의 각도분포의 시간변화치의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 14(b)는, 하전입자빔의 각도강도분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는 이미턴스 내의 빔강도분포치의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16은 제어장치의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 17은 빔조사장치의 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

실시형태를 설명하기 전에, 본 발명의 개요를 서술한다. 본 실시형태에 관한 빔조사장치는, 하전입자빔을 왕복주사시키는 빔주사기와, 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자의 각도성분을 계측 가능한 측정기와, 측정기의 계측 결과를 이용하여 하전입자빔의 실효조사 이미턴스를 산출하는 데이터처리부를 구비한다. 측정기는, 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔이 계측대상으로 하는 영역을 통과하여 측정기에 입사하는 시간에 걸쳐, 하전입자빔에 대한 각도분포의 시간변화치를 계측한다. 데이터처리부는, 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여 실효조사 이미턴스를 산출한다.

본 실시형태에서는, 대상물의 어느 특정영역에 입사하는 하전입자빔의 각도정보를 평가하는 지표로서 "실효조사 이미턴스"를 산출한다. 여기에서, 실효조사 이미턴스란, 주사방향으로 주사되어 어느 특정영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 이미턴스를 나타낸다. 예를 들면, 스폿 형상의 하전입자빔을 왕복주사시키면서 조사하는 경우, 대상물의 특정영역에는, 주사되는 하전입자빔의 일부가 입사하고, 주사에 따른 빔위치의 변화와 함께 그 영역에 입사하는 빔의 일부가 가지는 각도성분이 변화되어 간다. 이 변화되어 가는 빔의 일부를 연속적으로 이어 맞춤으로써, 그 지점에 입사하는 가상적인 빔다발을 상정하고, 그 빔다발의 이미턴스를 "실효조사 이미턴스"로서 구한다.

일반적으로, 대상물에 입사하는 하전입자빔의 각도가 변경되면, 빔과의 상호작용의 양태가 변화되어, 조사처리의 결과에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 빔조사공정을 적절히 제어하기 위해서는, 하전입자빔의 각도정보를 파악하는 것이 요구된다. 본 실시형태에서는, 이 "실효조사 이미턴스"를 얻음으로써, 빔조사처리에 이용하는 하전입자빔을 보다 적절히 평가하여, 빔조사처리의 품질을 높인다.

먼저, 실효조사 이미턴스에 대하여, 도 1~도 5를 참조하면서 서술한다.

도 1은, 주사되는 하전입자빔(B)이 대상물의 조사면(A)에 입사하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다. 스폿 형상의 빔단면 형상을 가지는 하전입자빔(B)은, 화살표(X)로 나타나는 방향으로 주사되어, 주사범위(C)에 있어서 대상물의 조사면(A)에 입사하고 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상, 설계상의 하전입자빔(B)의 진행방향을 z방향으로 하고, z방향에 수직인 면을 xy면으로 정의한다. 또, 하전입자빔(B)을 주사하는 경우에 있어서, 빔의 주사방향을 x방향으로 하고, z방향 및 x방향에 수직인 방향을 y방향으로 한다.

또, 빔주사방향에 대하여 조사면(A)에 있어서의 위치를 기준으로 하는 x좌표계와 함께, 하전입자빔(B)의 빔중심(O)의 위치를 기준으로 하는 rx좌표계를 이용한다. x좌표계는, 주로 주사되는 하전입자빔(B)의 빔위치를 나타내기 위하여 사용하고, rx좌표계는, 하전입자빔의 각도정보를 나타내기 위하여 사용한다. 도 1에서는, 하전입자빔(B)의 빔중심(O)이 x좌표계에 있어서의 위치(x₁)에 위치하고 있는 모습을 나타내고 있으며, 이 때의 rx좌표계의 원점은 위치(x₁)이다.

도 2는, 하전입자빔(B)을 구성하는 하전입자의 각도성분을 모식적으로 나타내는 도이다. 화살표(Z)방향으로 나아가는 하전입자빔(B)은, 대체로 z방향으로 진행하는 하전입자군에 의하여 형성되고, 전체적으로 z방향으로 진행한다. 단, 하전입자빔(B)을 구성하는 하전입자의 각각은, 모두 z방향으로 진행하고 있는 것은 아니며, 각각이 고유의 진행방향을 가진다. 도 2에 나타내는 바와 같이 빔의 진행에 따라 확산을 가지는 하전입자빔(B)의 경우, 빔중심에 상당하는 rx좌표계의 원점 부근에서는, z축을 따라 진행하는 하전입자의 비율이 높을 수도 있다. 한편, 빔중심으로부터 떨어진 위치(rx₁)에 있어서는, z축으로부터 x방향으로 θ₁만큼 경사진 방향으로 진행하는 하전입자의 비율이 높고, 위치(rx₂)에 있어서는, z축으로부터 x방향으로 θ₂만큼 경사진 방향으로 진행하는 하전입자의 비율이 높을 수도 있다. 이와 같이, 하전입자빔(B)을 구성하는 하전입자의 각각은, 위치(rx)에 따른 각도성분을 가질 수 있다.

도 3은, 하전입자빔의 각도분포의 일례를 나타내는 그래프이며, 상기 서술한 위치(rx)와 각도(θx)의 관계를 그래프화한 것이다. 각각의 위치(rx)에 있어서의 하전입자의 각도(θx)에는 일정한 폭이 있어, 각각의 하전입자가 가지는 위치(rx)와 각도(θx)의 관계를 플롯함으로써, 플롯이 차지하는 범위(E)의 외곽이 얻어진다. 이 범위(E)의 rx방향의 폭(Wx)은, x방향의 빔직경에 대응하고, θx방향의 폭(Φ)은, 빔의 확산각에 대응한다. 또 범위(E)의 면적치는, "이미턴스"라고 불린다. 일반적으로 "이미턴스"는, 범위(E)의 면적치를 나타내는 것으로서 이용되지만, 본 명세서에서는, "이미턴스"라는 말을 넓게 해석하여, 범위(E)의 형상이나 범위(E)에 의하여 나타나는 위치(rx)와 각도(θx)의 관계성을 나타내는 용어로서도 이용한다.

이 "이미턴스"를 계측함으로써, 하전입자빔의 각도특성을 알게 됨과 함께, 하전입자빔이 조사되는 지점에 입사하는 하전입자의 각도성분을 평가할 수 있다. 예를 들면, 빔중심의 위치가 고정된 주사되지 않는 하전입자빔을, 대상물에 조사하는 경우, 도 3에 나타내는 이미턴스로부터, 특정지점에 입사하는 하전입자군의 각도분포를 알 수 있다. 한편, 하전입자빔이 주사되는 경우, 특정지점과 빔중심과의 상대적인 위치관계가 시간 경과와 함께 변화하기 때문에, 특정지점에 입사하는 하전입자군의 각도분포를 정확하게 파악하려면, 그 위치관계를 고려할 필요가 생긴다.

도 4는, 주사되는 하전입자빔(B1~B5)이 미소영역(D)에 입사하는 모습을 나타내는 도이다. 본 도면에서는, 시간의 경과와 함께 +x방향으로 주사되는 하전입자빔에 대하여, 각 시간(t₁~t₅)에 있어서의 하전입자빔(B1~B5)의 조사위치를 나타내고 있다. 하전입자빔(B1~B5)의 빔중심(O)의 위치는 +x방향으로 진행하고, 미소영역(D)이 설정되는 위치(x₁)에 입사하는 빔의 일부의 직경방향위치(rx)는 변화되어 간다. 그 결과, 시간(t₁)에 있어서, 직경방향위치(rx₁)의 근방에 있는 빔(B1)의 일부(F1)를 구성하는 하전입자가 미소영역(D)에 입사한다. 마찬가지로, 시간(t₂)에 있어서 직경방향위치(rx₂)의 근방에 있는 빔(B2)의 일부(F2)가, 시간(t₃)에 있어서 직경방향위치의 원점 근방에 있는 빔(B3)의 일부(F3)가, 미소영역(D)에 입사한다. 또한, 시간(t₄)에 있어서 직경방향위치(-rx₂)의 근방에 있는 빔(B4)의 일부(F4)가, 시간(t₅)에 있어서 직경방향위치(-rx₁)의 근방에 있는 빔(B5)의 일부(F5)가, 미소영역(D)에 입사한다.

만일, 빔위치(x)가 상이한 하전입자빔(B1~B5)의 이미턴스가 전혀 변함이 없다면, 미소영역(D)에 입사하는 하전입자군의 각도특성은, 이들 하전입자빔의 이미턴스에 의하여 나타내는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 주사에 의하여 빔위치(x)가 변경되면, 빔주사기가 인가하는 전계 또는 자계의 영향이나 빔주사기로부터 조사면(A)까지의 빔의 행로차 등에 의하여, 하전입자빔의 이미턴스가 변화할 수 있다. 빔위치(x)에 따라 하전입자빔(B1~B5)의 이미턴스가 변화하면, 미소영역(D)에 입사하는 하전입자의 각도특성은, 주사되는 하전입자빔(B1~B5) 중 어느 이미턴스로는 나타낼 수 없다. 따라서, 본 실시형태에서는, 미소영역(D)에 입사하는 하전입자군의 각도특성을 보다 정확하게 나타내기 위하여, "가상적인 빔다발"이라는 개념을 도입한다.

도 5는, 미소영역(D)에 입사하는 가상적인 빔다발(Bv)을 모식적으로 나타내는 도이며, 도 4에 나타내는 하전입자빔(B1~B5)의 일부(F1~F5)를 서로 합친 것에 상당한다. 도 4 및 도 5에서는, 이산적인 경과시간(t₁~t₅)을 이용하여 예시적으로 5분할했을 경우를 나타내고 있지만, 실제로는, 미소시간 dt의 경과 시마다 잘려나가는 하전입자의 일부를 서로 중첩함으로써 "가상적인 빔다발(Bv)"이 형성된다.

이 가상적인 빔다발(Bv)을 주사시키면서 조사한 결과는, 위치(x)에 따라 이미턴스가 상이한 하전입자빔(B1~B5)을 조사한 결과와 미소영역(D)에 있어서 일치한다. 따라서, 이 가상적인 빔다발(Bv)에 대한 이미턴스를 산출할 수 있으면, 미소영역(D)에 입사하는 하전입자군의 각도특성을 보다 정확하게 나타낼 수 있다. 본 실시형태에서는, 이 가상적인 빔다발(Bv)에 대한 이미턴스를, 피조사물의 시점에서 나타낸 이미턴스로서 "실효조사 이미턴스"라고 부른다. 이 "실효조사 이미턴스"를 얻음으로써, 미소영역(D)에 입사하는 하전입자군의 각도특성을 보다 적절히 평가하여, 빔조사처리의 품질을 높일 수 있다.

이어서, 본 실시형태에 관한 빔조사장치(10)에 대하여 설명한다. 도 6은, 실시형태에 관한 빔조사장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 6(a)는, 빔조사장치(10)의 개략 구성을 나타내는 상면도이며, 도 6(b)는, 빔조사장치(10)의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

빔조사장치(10)는, 대상물(W)의 표면에 하전입자빔을 조사하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에 관한 빔조사장치(10)는, 대상물(W)에 이온주입처리를 하도록 구성되는 빔조사장치이다. 대상물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 대상물(W)을 웨이퍼(W)라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입처리의 대상을 특정의 물체로 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 또, 본 실시형태에서는 빔조사장치(10)를 이온주입장치로서 설명하지만, 다른 실시예에 있어서는, 전자 등의 이온 이외의 하전입자를 조사하기 위한 빔조사장치로서 구성되어 있어도 된다.

빔조사장치(10)는, 빔의 왕복주사 및 웨이퍼(W)의 왕복운동에 의하여 웨이퍼(W)의 전체에 걸쳐 하전입자빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다. 하전입자빔(B)을 대상물(W)에 대하여 주사하는 경우에 있어서, 빔의 왕복주사는 화살표(X)방향으로 행해지고, 웨이퍼(W)의 왕복운동은 화살표(Y)방향으로 행해진다.

빔조사장치(10)는, 이온원(12)과, 빔라인장치(14)와, 주입처리실(16)을 구비한다. 이온원(12)은, 하전입자빔(B)을 빔라인장치(14)에 부여하도록 구성되어 있다. 빔라인장치(14)는, 이온원(12)으로부터 주입처리실(16)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 또, 빔조사장치(10)는, 이온원(12), 빔라인장치(14), 및 주입처리실(16)에 원하는 진공 환경을 제공하기 위한 진공 배기계(도시하지 않음)를 구비한다.

빔라인장치(14)는, 예를 들면, 상류로부터 순서대로, 질량분석부(18), 가변 애퍼처(20), 빔수렴부(22), 빔계측부(24), 빔주사기(26), 평행화 렌즈(30) 또는 빔평행화 장치, 및, 각도에너지필터(AEF; Angular Energy Filter)(34)를 구비한다. 다만, 빔라인장치(14)의 상류란, 이온원(12)에 가까운 쪽을 가리키고, 하류란 주입처리실(16)(또는 빔스토퍼(38))에 가까운 쪽을 가리킨다.

질량분석부(18)는, 이온원(12)의 하류에 마련되어 있으며, 이온원(12)으로부터 인출된 하전입자빔(B)으로부터 필요한 이온종을 질량분석에 의하여 선택하도록 구성되어 있다. 가변 애퍼처(20)는, 개구폭을 조정 가능한 애퍼처이며, 개구폭을 변경함으로써 애퍼처를 통과하는 하전입자빔(B)의 빔강도를 조정한다. 빔수렴부(22)는, 4중극 수렴장치(Q렌즈) 등의 수렴렌즈를 구비하고 있으며, 가변 애퍼처(20)를 통과한 하전입자빔(B)을 수렴함으로써 원하는 단면 형상으로 정형하도록 구성되어 있다.

빔계측부(24)는, 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되어, 하전입자빔의 강도 내지 전류를 계측하는 인젝터 플래그 패러데이컵이다. 빔계측부(24)는, 빔전류를 계측하는 패러데이컵(24b)과, 패러데이컵(24b)을 상하로 이동시키는 구동부(24a)를 가진다. 도 6(b)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 빔라인 상에 패러데이컵(24b)을 배치한 경우, 하전입자빔(B)은 패러데이컵(24b)에 의하여 차단된다. 한편, 도 6(b)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 패러데이컵(24b)을 빔라인 상으로부터 벗어나게 한 경우, 하전입자빔(B)의 차단이 해제된다.

빔주사기(26)는, 빔의 왕복주사를 제공하도록 구성되어 있으며, 정형된 하전입자빔(B)을 x방향으로 주사하는 편향수단이다. 빔주사기(26)는, x방향에 대향하여 마련되는 주사전극쌍(28)을 가진다. 주사전극쌍(28)은 가변전압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있어, 주사전극쌍(28)에 인가되는 전압을 주기적으로 변화시킴으로써, 전극간에 발생하는 전계를 변화시켜 하전입자빔(B)을 편향시킨다. 이렇게 하여, 하전입자빔(B)은, x방향의 주사범위에 걸쳐 주사된다. 다만, 도 6(a)에 있어서 화살표(X)에 의하여 빔의 주사방향 및 주사범위를 예시하고, 주사범위에서의 하전입자빔(B)의 복수의 궤적을 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 다만, 빔주사기(26)는, 자계를 인가함으로써 하전입자빔을 주사하는 자계식의 편향수단이어도 된다.

평행화 렌즈(30)는, 주사된 하전입자빔(B)의 진행방향을 평행으로 하도록 구성되어 있다. 평행화 렌즈(30)는, 중앙부에 하전입자빔의 통과 슬릿이 마련된 원호형상의 복수의 P렌즈전극(32)을 가진다. P렌즈전극(32)은, 고압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 전압 인가에 의하여 발생하는 전계를 하전입자빔(B)에 작용시켜, 하전입자빔(B)의 진행방향을 평행으로 정렬한다.

각도에너지필터(AEF)(34)는, 하전입자빔(B)의 에너지를 분석하고 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향하여 주입처리실(16)로 인도하도록 구성되어 있다. 각도에너지필터(34)는, 전계편향용의 AEF전극쌍(36)을 가진다. AEF전극쌍(36)은, 고압전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 6(b)에 있어서, 상측의 AEF전극에 정전압, 하측의 AEF전극에 부전압을 인가시킴으로써, 하전입자빔(B)을 하방으로 편향시킨다. 다만, 각도에너지필터(34)는, 자계편향용의 자석장치로 구성되어도 되고, 전계편향용의 AEF전극쌍과 자석장치의 조합으로 구성되어도 된다.

이와 같이 하여, 빔라인장치(14)는, 웨이퍼(W)에 조사되어야 할 하전입자빔(B)을 주입처리실(16)에 공급한다.

주입처리실(16)은, 1매 또는 복수 매의 웨이퍼(W)를 지지하며, 하전입자빔(B)에 대한 상대이동(예를 들면, y방향)을 필요에 따라 웨이퍼(W)에 제공하도록 구성되는 왕복운동장치(40)(도 7 참조)를 구비한다. 도 6에 있어서, 화살표(Y)에 의하여 웨이퍼(W)의 왕복운동을 예시한다. 또, 주입처리실(16)은, 빔스토퍼(38)를 구비한다. 빔궤도 상에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 경우에는, 하전입자빔(B)은 빔스토퍼(38)에 입사한다.

주입처리실(16)에는, 하전입자빔(B)의 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 빔의 강도나 각도분포를 계측하기 위한 측정기(42)가 마련된다. 측정기(42)는, 가동식으로 되어 있어, 구동장치(44)에 의하여 X방향으로 이동 가능하게 구성된다. 측정기(42)는, 예를 들면, 이온주입 시에는 웨이퍼와 간섭하지 않도록 대피되고, 웨이퍼(W)가 조사위치에 없을 때에는 하전입자빔(B)의 조사범위에 삽입된다. 측정기(42)는, X방향으로 이동시키면서 빔의 강도 및 각도분포를 계측하여, 빔주사방향의 빔의 강도분포 및 각도분포의 시간변화치를 계측한다. 측정기(42)의 계측치는, 제어장치(60)에 보내진다.

제어장치(60)는, 빔조사장치(10)를 구성하는 각 기기의 동작을 제어한다. 제어장치(60)는, 하전입자빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형을 생성하여 빔주사기(26)에 출력하고, 하전입자빔의 주사속도 분포나 주사주기를 조정한다. 또, 제어장치(60)는, 측정기(42)가 계측한 빔의 강도나 각도분포의 시간변화치를 취득하고, 실효조사 이미턴스 등의 빔 품질을 평가하기 위한 각종 지표를 산출하여 출력한다.

도 7은, 왕복운동되는 웨이퍼(W)와 왕복주사되는 하전입자빔(B)과의 관계를 나타내는 정면도이다. 도 7에 있어서, 하전입자빔(B)은 가로방향(X방향)으로 왕복주사되고, 웨이퍼(W)는 왕복운동장치(40)에 지지되어 세로방향(Y방향)으로 왕복운동된다. 도 7에서는, 최상위치의 웨이퍼(W1)와 최하위치의 웨이퍼(W2)를 도시함으로써, 왕복운동장치(40)의 동작범위를 나타내고 있다.

또, 빔주사기에 의하여 주사되는 하전입자빔(B)에 대하여, 주사단 위치의 하전입자빔(B_L, B_R)의 위치를 도시함으로써 하전입자빔의 주사범위(C)를 나타내고 있다. 하전입자빔(B)은, 왕복운동장치(40)에 지지되는 웨이퍼(W)가 배치되는 조사범위(C1)를 넘어, 웨이퍼(W)에 빔이 조사되지 않는 비조사범위(C2)까지 오버스캔이 가능하게 되도록 구성된다. 다만, 도 7에서는, 가로로 긴 하전입자빔(B)이 주사되는 모습을 나타내고 있지만, 하전입자빔(B)의 형상은, 세로로 길어도 되고, 원형에 가까운 형상이어도 된다.

또, 도 7은, X방향으로 이동 가능하게 구성되는 측정기(42)의 측정범위를 나타내고 있다. 측정기(42)는, 적어도 조사범위(C1)에 걸쳐 측정 가능하게 되도록 구성된다. 측정기(42)는, 도시되는 바와 같이, 강도검출부(48)와 각도검출부(50)를 포함해도 된다. 강도검출부(48)는, 주로 하전입자빔(B)의 강도를 계측하기 위한 검출부이며, 예를 들면, 패러데이컵에 의하여 구성된다. 각도검출부(50)는, 주로 하전입자빔(B)의 각도분포를 계측하기 위한 검출부이다. 강도검출부(48) 및 각도검출부(50)는, 모두 z방향의 계측위치가 대상물의 조사면(A)에 위치하도록 배치된다.

본 실시형태에서는, 강도검출부(48)와 각도검출부(50)를 나열하여 배치함과 함께, 구동장치(44)에 의하여 x방향으로 이동시킴으로써, 하전입자빔(B)의 강도와 각도분포를 조사범위(C1)에 걸쳐 동시에 계측할 수 있도록 하고 있다. 구동장치(44)는, 조사범위(C1)의 일단으로부터 타단까지 수 초 정도, 바람직하게는, 1~2초 정도를 들여 측정기(42)를 이동시킨다. 이로써, 조사범위(C1)의 전체에 걸친 빔의 강도 및 이미턴스를 수 초 이내로 계측 가능하게 한다. 다만, 변형예에 있어서는, 강도검출부(48)가 마련되어 있지 않고, 각도검출부(50)가 빔강도의 계측을 겸하는 것으로 해도 된다.

구동장치(44)는, 측정기(42)의 x방향의 위치를 검출하기 위한 위치검출부(46)를 포함해도 된다. 위치검출부(46)는, 구동장치(44)에 의하여 이동하는 측정기(42)의 x방향의 위치를 검출하여, 검출한 위치정보를 제어장치(60)에 송신한다. 위치검출부(46)를 마련함으로써, 측정기(42)에 의하여 계측되는 빔의 강도 및 각도분포의 정보를, 검출위치와 대응지어 취득할 수 있다.

도 8은, 각도검출부(50)의 개략 구성을 나타내는 사시도이며, 도 9는, 각도검출부(50)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 각도검출부(50)는, 슬릿(52)과, 복수의 컬렉터전극(54a~54g)(이하, 총칭하여 컬렉터전극(54)이라고도 함)을 가진다. 각도검출부(50)는, 슬릿(52)에 입사하는 하전입자에 대하여, 빔진행방향(z방향)에 대한 주사방향(x방향)의 각도성분(θx)을 검출하도록 구성되어 있다.

슬릿(52)은, 각도검출부(50)의 상면(50a)에 마련되어 있으며, y방향으로 가늘고 긴 형상을 가진다. 슬릿(52)은, x방향의 폭(S)이 하전입자빔의 x방향의 빔직경보다 작아지도록 형성되어 있으며, 계측대상으로 하는 영역을 구획하여, 소정의 크기를 가지는 빔 중에서 계측해야 할 일부 성분을 잘라낸다. 슬릿(52)은, 슬릿(52)으로부터 컬렉터전극(54)을 향하여 비스듬하게 입사하는 하전입자를 차단하지 않도록, +z방향으로 x방향의 폭이 확대되는 테이퍼형상을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 슬릿(52)의 y방향의 폭은, 하전입자빔의 y방향의 빔직경보다 커지도록 형성되어 있다. 이로써, y방향에 대해서는, 하전입자빔의 전체가 계측대상이 된다.

컬렉터전극(54)은, y방향으로 가늘고 긴 형상을 가지는 봉형상의 전극체이며, 슬릿(52)이 마련되는 상면(50a)으로부터 z방향으로 떨어져 마련된다. 복수의 컬렉터전극(54a~54g)의 각각은, 서로 x방향으로 이간하여 등간격으로 마련된다. 본 실시형태에서는, 컬렉터전극(54)은 7개 마련되어 있으며, 슬릿(52)에 대향하는 위치에 마련되는 컬렉터전극(54d)을 중심으로 하여, 좌우에 3개씩 배치된다. 컬렉터전극(54)은, 슬릿(52)에 입사하는 하전입자군의 전체를 검출할 수 있도록, 슬릿(52)보다 y방향으로 길게 마련되는 것이 바람직하다. 다만, 컬렉터전극(54)의 수나 배치는 예시에 지나지 않으며, 각도검출부(50)는, 상이한 개수의 컬렉터전극(54)을 가져도 된다.

각각의 컬렉터전극(54)은, 소정의 각도범위에 해당하는 각도성분을 가지는 하전입자를 검지한다. 예를 들면, 중심의 컬렉터전극(54d)의 우측 2번째의 위치에 마련되는 컬렉터전극(54b)에 의하여 검지되는 하전입자의 각도성분의 중심치는, 슬릿(52)과 컬렉터전극(54)의 z방향의 거리를 L, 컬렉터전극(54)의 간격을 P로 하면, θ₂=arctan(2P/L)이 된다. 일반화하면, 중심의 컬렉터전극(54d)으로부터 n번째의 위치에 마련되는 컬렉터전극에 의하여 검지되는 하전입자의 각도성분의 중심치(θ_n)는, θ_n=arctan(nP/L)이 된다. 이와 같이 하여, 각각의 컬렉터전극(54a~54g)은, 슬릿(52)과의 기하학적인 배치관계에 의하여, 상이한 각도범위에 해당하는 각도성분의 하전입자를 검지한다.

각도검출부(50)는, 복수의 컬렉터전극(54a~54g)의 각각에 접속되는 측정회로(56)를 가진다. 측정회로(56)는, 컬렉터전극(54)에 하전입자가 입사함으로써 발생하는 전류를 검지하여, 복수의 컬렉터전극(54a~54g)의 각각으로부터의 전류치에 의하여, 슬릿(52)에 입사하는 하전입자빔(B)의 각도분포를 검출한다. 또, 측정회로(56)는, 소정의 계측시간에 걸쳐 컬렉터전극(54)으로부터의 전류의 시간변화치를 검출하는 기능을 가진다. 이로써, 슬릿(52)에 입사하는 하전입자빔(B)에 관한 각도분포의 시간변화치를 계측 가능하게 한다. 또한, 측정회로(56)는, 컬렉터전극(54)으로부터의 전류를 계측시간에 걸쳐 적산함으로써, 빔의 각도분포의 적산강도를 검지하는 기능을 가져도 된다.

도 10은, 주사되는 하전입자빔과 각도검출부(50)가 상호작용하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다. 각도검출부(50)는, 슬릿(52)의 전면의 z방향의 위치가 웨이퍼의 조사면(A)과 동일한 위치가 되도록 배치되어 있다. 각도검출부(50)는, 슬릿(52)이 위치(x₁)가 되도록 배치되어 있으며, 슬릿(52)에는 X방향으로 주사되는 하전입자빔(B1, B5)이 입사하고 있다. 슬릿(52)의 x방향의 폭은 빔직경보다 작기 때문에, 각도검출부(50)를 향하는 하전입자빔 중, 슬릿(52)의 x방향의 폭의 내측으로 날아오는 일부 범위의 하전입자만이 각도검출부(50)의 내부에 들어가게 된다. 예를 들면, 빔중심이 위치(x₁)보다 좌측에 있는 하전입자빔(B1)의 경우, 빔중심보다 우측에 위치하는 일부의 하전입자만이 슬릿(52)에 입사하게 된다. 또, 빔중심이 위치(x₁)보다 우측에 있는 하전입자빔(B5)의 경우, 빔중심보다 좌측에 위치하는 일부의 하전입자만이 슬릿(52)에 입사하게 된다. 각도검출부(50)는, X방향으로 주사되는 하전입자빔의 적어도 일부가 슬릿(52)에 입사하는 기간, 바꾸어 말하면, 하전입자빔과 각도검출부(50)가 상호작용하는 기간에 걸쳐, 하전입자빔에 대한 각도분포의 시간변화치를 계측한다.

도 11은, 각도검출부(50)가 계측하는 각도분포의 시간변화치의 일례를 나타내는 그래프이다. 그래프에 나타내는 파형(a~g)은, 복수의 컬렉터전극(54a~54g)의 각각에 접속되는 측정회로(56)에 있어서 검지되는 전류의 시간변화치에 대응한다. 파형(a~g)으로 나타나는 전류치의 각각은, 슬릿(52)에 각각 상이한 각도(θx)로 입사하는 하전입자의 양에 대응한다. 이로 인하여, 각도검출부(50)에 의한 계측 결과는, 가로축을 시간(t), 세로축을 각도(θx)로 하는 그래프 상에 나타낼 수 있다.

여기에서, 슬릿(52)을 도 4에 나타내는 미소영역(D)에 대응시키면, 각도검출부(50)는, 미소영역(D)에 입사하는 하전입자의 각도성분(θx)을 경과시간(t₁~t₅)에 걸쳐 계측하고 있다고도 할 수 있다. 도 4에 있어서, 경과시간(t)과 빔중심의 위치(x)의 관계는, 빔의 주사속도 v(t)를 이용하면, x=∫v(t)dt로 나타낼 수 있다. 또 도 4에 있어서, 빔중심의 위치(x)와, 미소영역(D)의 위치(x₁)에 대응하는 빔의 직경방향위치(rx)는, rx=x₁-x로 나타낼 수 있기 때문에, 경과시간(t)으로부터 대응하는 직경방향위치(rx)로 변환할 수 있다. 이로써, 도 11에 나타나는 t-θx분포를, "실효조사 이미턴스"를 나타내는 rx-θx분포로 변환할 수 있다.

도 12는, 시간(t)-위치(rx)의 변환처리에 의하여 얻어지는 실효조사 이미턴스(E_R)의 일례를 나타내는 그래프이다. 각도검출부(50)가 계측한 빔의 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간(t)의 정보를, 직경방향의 위치(rx)의 정보로 변환함으로써 실효조사 이미턴스(E_R)를 얻을 수 있다. 상기 서술한 식 rx=x₁-x로 나타나는 바와 같이, 빔중심의 위치(x)와 빔의 직경방향위치(rx)는 정부가 반대인 관계에 있기 때문에, 도 12에 나타내는 그래프는, 도 11에 나타내는 그래프에 대하여 좌우가 반전된 형상으로 되어 있다. 이 실효조사 이미턴스(E_R)는, 위치(x₁)에 있어서의 빔의 각도특성을 나타내는 것이기 때문에, 이 실효조사 이미턴스에 의하여 피조사물의 시점에서 본 각도정보를 평가할 수 있다.

다만, 각도검출부(50)는, 통상의 이미턴스를 계측하는 것으로 해도 된다. 도 13은, 고정되는 하전입자빔(B)과 이동하는 각도검출부(50)가 상호작용하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다. 본 도면에서는, 도 10에 나타내는 모습과는 대조적으로, 하전입자빔(B)은 주사되지 않고 특정의 빔위치(x₁)에 고정되고, 각도검출부(50)가 X방향으로 이동하고 있다. 각도검출부(50)를 X방향으로 이동시킴으로써, 빔의 직경방향위치(rx)의 각각에 있어서의 각도분포를 계측할 수 있다. 이로써, 하전입자빔(B)의 "이미턴스"가 얻어진다.

이어서, 상기 서술한 실효조사 이미턴스를 산출하는 제어장치(60)의 구성에 대하여 설명한다. 도 16은, 제어장치(60)의 기능 구성을 나타내는 블록도이다. 제어장치(60)는, 주사제어부(62)와, 계측제어부(64)를 구비한다.

본 명세서의 블록도에 있어서 나타나는 각 블록은, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 CPU를 비롯한 소자나 기계장치로 실현할 수 있고, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의하여 실현되지만, 여기에서는, 그들의 연계에 의하여 실현되는 기능 블록을 그리고 있다. 따라서, 이들 기능 블록이 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 형태로 실현될 수 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

주사제어부(62)는, 소정의 제어파형을 빔주사기(26)로 출력하고, 출력한 제어파형에 근거하여 하전입자빔을 왕복주사시킨다. 주사제어부(62)는, 제어파형의 주사주기, 파형 형상 등을 제어함으로써, 하전입자빔의 주사 양태를 변화시킨다. 주사제어부(62)는, 예를 들면, 수 Hz~수 kHz 정도의 주사주기를 가지는 제어파형을 생성하여, 빔주사기(26)로 출력한다.

주사제어부(62)는, 시간(t)에 대하여 주사속도 v(t)가 일정치가 되는 제어파형을 출력해도 되고, 시간(t)에 대하여 주사속도 v(t)가 변화하는 제어파형을 출력해도 된다. 예를 들면, 등속으로 하전입자빔을 왕복시키면, 빔위치(x)에 의하여 빔강도가 상이해지는 경우에, 주사속도를 비등속으로 함으로써 빔강도를 균일화할 수 있다. 보다 구체적으로는, 빔강도가 상대적으로 큰 위치에 있어서 주사속도를 빠르게 하고, 빔강도가 상대적으로 작은 위치에 있어서 주사속도를 느리게 함으로써 빔강도를 균일화할 수 있다. 주사제어부(62)는, 강도검출부(48)에 의하여 계측한 빔강도분포를 이용함으로써, 빔강도를 균일화시키는 비등속의 주사속도를 실현하는 제어파형을 생성하여, 빔주사기(26)로 출력한다.

계측제어부(64)는, 측정기(42) 및 구동장치(44)의 동작을 제어하여 측정기(42)로부터 빔강도나 각도분포를 취득하고, 실효조사 이미턴스 등의 빔 품질을 평가하기 위한 각종 지표를 산출하여 출력한다. 계측제어부(64)는, 모드전환부(65)와, 데이터처리부(66)와, 데이터출력부(67)를 포함한다.

모드전환부(65)는, 빔주사기(26), 측정기(42) 및 구동장치(44)의 동작을 제어하여, 하전입자빔의 각도분포에 관한 계측모드를 전환한다. 모드전환부(65)는, 실효조사 이미턴스를 계측하기 위한 제1 계측모드와, 이미턴스를 계측하기 위한 제2 계측모드를 제공한다.

제1 계측모드는, 도 10에 나타내는 바와 같이 하전입자빔을 왕복주사시켜, 계측대상으로 하는 위치(x₁)에 있어서의 실효조사 이미턴스를 계측하는 모드이다. 제1 계측모드에서는, 빔주사기(26)에 의하여 하전입자빔(B)이 왕복주사되기 때문에, 비교적 단시간에 도 11에 나타내는 각도분포의 시간변화치가 취득된다. 예를 들면, 1kHz의 주파수로 빔을 왕복주사시키는 경우, 하전입자빔(B)이 주사범위(C)를 왕복하는 데 걸리는 시간은 1밀리초이기 때문에, 계측에 필요한 시간은 0.5밀리초 이내이다. 이 계측시간은, 왕복주사되는 하전입자빔이 슬릿(52)을 통과하는 데 걸리는 시간이라고도 할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 제1 계측모드에 있어서의 1회의 계측시간을 "제1 시간"이라고도 한다.

다만, 제1 계측모드에 있어서, 구동장치(44)를 구동시킴으로써, 각도검출부(50)를 조사범위(C1)의 일단으로부터 타단을 향하여 이동시켜도 된다. 각도검출부(50)를 이동시키면서 복수의 위치(x)에 있어서 각도분포의 시간변화치를 계측함으로써, 복수의 위치(x)에 있어서의 빔의 각도분포 데이터가 연속적으로 취득된다. 예를 들면, 조사범위(C1)의 일단으로부터 타단까지 각도검출부(50)를 2초간 이동시켜, 조사범위(C1)의 2000점의 위치(x)에서 데이터를 취득하는 경우, 인접하는 측정점으로 이동하는 데 걸리는 시간은 1밀리초이다. 따라서, 1kHz의 주파수로 하전입자빔을 왕복주사시키면, 각각의 측정점에 있어서 왕로와 복로의 빔 쌍방을 계측 가능하다. 이와 같이, 구동장치(44)로 각도검출부(50)를 이동시키면서 데이터를 취득하여, 위치검출부(46)에 의하여 검지하는 데이터 취득위치를 대응지음으로써, 조사범위(C1)의 전체에 걸친 빔의 각도분포 데이터를 단시간에 취득할 수 있다.

또, 제1 계측모드에 있어서, 하전입자빔(B)의 주사속도나 각도검출부(50)의 이동속도를 조정함으로써, 각각의 측정점의 계측 횟수를 늘려도 된다. 예를 들면, 각도검출부(50)의 이동속도를 반으로 하거나, 빔주사기(26)에 의한 주사속도를 2배로 하거나 함으로써 계측 가능하게 되는 횟수를 2배로 늘려도 된다. 또한, 동일한 측정점에 있어서의 계측데이터를 서로 합침으로써, 계측데이터의 신호대잡음비를 높여도 된다.

또, 제1 계측모드에 있어서, 각도검출부(50)를 이용한 각도분포의 계측과 동시에, 강도검출부(48)를 이용한 빔강도의 계측을 행해도 된다. 제1 계측모드에서는, 조사범위(C1)의 전체에 걸쳐 측정기(42)를 이동시키기 때문에, 동시 측정에 의하여, 조사범위(C1)의 전체에 걸친 빔강도의 균일성도 동시에 계측할 수 있다. 동시 계측을 함으로써, 빔의 각도분포와 강도를 별개로 계측하는 경우에 비하여, 쌍방의 계측에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

한편, 제2 계측모드는, 도 13에 나타내는 바와 같이 하전입자빔의 왕복주사를 정지시키고, 각도검출부(50)를 x방향으로 이동시킴으로써, 빔중심이 위치(x₁)에 있는 빔의 이미턴스를 계측하는 모드이다. 제2 계측모드에서는, 빔직경에 대응하는 rx방향의 범위에 걸쳐 각도검출부(50)를 이동시키면서 빔의 각도분포의 시간변화치를 취득한다. 이로 인하여, 제2 계측모드에서는, 1회의 계측에 걸리는 시간이 제1 계측모드보다 상대적으로 길어진다. 예를 들면, rx방향의 빔직경이 조사범위(C1)의 폭의 1/10~1/100 정도이면, 1회의 계측시간은, 20~200밀리초 정도이다. 또, rx방향의 빔직경이 조사범위(C1)의 폭과 대략 동일한 리본빔의 경우, 1회의 계측시간은 2초 정도가 된다. 이 계측시간은, 왕복주사되지 않는 하전입자빔이 분포하는 주사방향의 범위를 측정기가 통과하는 데 걸리는 시간이라고도 할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 제2 계측모드에 있어서의 1회의 계측시간을 "제2 시간"이라고도 한다.

모드전환부(65)는, 제1 계측모드와 제2 계측모드와의 사이에서 계측모드를 전환할 때에, 빔주사기(26) 및 구동장치(44)의 동작을 변경함과 함께, 측정기(42)에 의한 1회의 계측시간을 "제1 시간"과 "제2 시간"과의 사이에서 전환한다. 즉, 모드전환부(65)는, 측정회로(56)에 의한 1회의 계측시간을 전환함으로써, 계측모드의 전환을 실현한다.

데이터처리부(66)는, 각도검출부(50)가 계측한 빔의 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간(t)의 정보를 위치(rx)의 정보로 변환하여, 실효조사 이미턴스 또는 이미턴스를 산출한다. 데이터처리부(66)는, 제1 계측모드에서 빔의 각도 데이터가 취득된 경우, 데이터가 취득된 측정점의 위치(x)에 있어서의 빔의 주사속도 v(x)를 이용하여, "제1 시간"에 걸친 시간(t)을 위치(rx)로 변환한다. 예를 들면, 빔의 주사속도 v(x)가 비등속인 경우, 슬릿(52)의 위치(x)에 따라 상이한 비등속의 빔주사속도를 이용하여 변환처리를 행한다. 한편, 제2 계측모드에서 빔의 각도 데이터가 취득된 경우, 데이터처리부(66)는, 각도검출부(50)의 이동속도를 이용하여, "제2 시간"에 걸친 시간(t)을 위치(rx)로 변환한다.

데이터처리부(66)는, 각도검출부(50)가 계측한 각도분포의 시간변화치를 시간에 대하여 적분함으로써, 빔의 각도강도분포를 산출해도 된다. 도 14(a)는, 하전입자빔의 각도분포의 시간변화치의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 14(b)는, 하전입자빔의 각도강도분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 14(b)에 나타내는 빔의 각도강도분포는, 도 14(a)의 그래프에 있어서의 사선으로 나타나는 시간 변화의 적분치를 빔의 적산강도(I)로 함으로써 얻어진다. 다만, 측정회로(56)가 컬렉터전극(54)으로부터의 전류치를 시간 적산하는 기능을 가지는 경우에는, 각도검출부(50)로부터 취득되는 적산된 전류치를 빔의 각도강도분포로 해도 된다.

또, 데이터처리부(66)는, 실효조사 이미턴스 또는 이미턴스를 산출할 뿐만 아니라, 이미턴스 내의 강도분포치를 산출해도 된다. 도 15는, 이미턴스 내의 강도분포치의 일례를 나타내는 그래프이다. 이 강도분포치는, 위치(rx)의 축 및 각도(θx)의 축에, 빔강도(I)의 축을 추가한 3차원의 그래프로서 가시화되며, 도 15에서는, 빔강도(I)의 높이를 파선으로 나타내는 등고선으로 나타내고 있다. 이미턴스 내의 강도분포치를 산출함으로써, 특정의 위치(x)에 입사하는 하전입자에 관한 각도정보를 보다 상세하게 얻을 수 있다.

또, 데이터처리부(66)는, 산출한 실효조사 이미턴스나 이미턴스가 소정 조건을 충족하는지 아닌지 판정해도 된다. 데이터처리부(66)는, 예를 들면, 산출한 실효조사 이미턴스를 해석하여, 조사범위(C1)의 전체에 걸쳐 빔의 각도분포에 편차가 발생하고 있지 않은지를 판정해도 된다. 데이터처리부(66)는, 빔의 각도분포의 편차가 일정치 이내에 들어가 있어, 산출한 실효조사 이미턴스가 소정 조건을 충족한다고 판정되는 경우에, 빔조사처리가 가능하다고 판단하여 대상물로의 빔조사를 개시시켜도 된다.

데이터출력부(67)는, 데이터처리부(66)가 산출한 실효조사 이미턴스 또는 이미턴스에 관한 데이터를 출력한다. 데이터출력부(67)는, 제어장치(60)가 가지는 표시장치에, 실효조사 이미턴스 또는 이미턴스를 그래프화하여 표시한다. 예를 들면, 도 12에 나타나는 바와 같이, rx축과 θx축을 가지는 좌표계에 실효조사 이미턴스를 묘화하여 표시한다. 데이터출력부(67)는, 상기 서술한 빔의 각도강도분포, 이미턴스 내의 강도분포치의 그래프 등을 표시해도 된다. 또, 데이터출력부(67)는, 표시장치에 표시할 뿐만 아니라, 데이터 자체를 제어장치(60)의 외부로 출력해도 된다.

이상의 구성을 가지는 빔조사장치(10)의 동작을 설명한다. 도 17은, 빔조사장치(10)의 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다. 계측모드가 제1 계측모드이면(S12의 Y), 왕복주사되는 하전입자빔에 대하여 각도분포의 시간변화치를 계측하고(S14), 계측한 각도분포의 시간정보를 위치정보로 변환함으로써, 주사빔의 실효조사 이미턴스를 산출한다(S16). 계측모드가 제1 계측모드가 아니라(S12의 N), 제2 계측모드이면(S18의 Y), 주사되지 않는 고정빔에 대하여 각도분포의 시간변화치를 계측하고(S20), 계측한 각도분포의 시간정보를 위치정보로 변환함으로써, 고정빔의 이미턴스를 산출한다(S22). 산출한 실효조사 이미턴스 또는 이미턴스를 출력하고(S24), 실효조사 이미턴스 또는 이미턴스가 빔조사처리의 개시 조건을 충족하고 있으면(S26의 Y), 빔조사처리를 개시한다(S28). 빔조사처리의 개시 조건을 충족하고 있지 않으면(S26의 N), S28을 스킵하고 본 플로를 종료한다. 또, S18에 있어서 제2 계측모드가 아니면(S18의 N), S20~S28를 스킵하고 본 플로를 종료한다.

본 실시형태에 의하면, 각도검출부(50)를 빔주사방향으로 이동시키면서 빔의 각도분포를 계측하기 때문에, 빔의 조사범위(C1)의 전체에 걸친 빔의 각도정보를 단시간에 계측할 수 있다. 조사범위(C1)에 걸쳐 빔이 주사되고 있는 경우에는, 각도검출부(50)의 슬릿(52)의 위치에 있어서의 가상적인 빔다발에 대하여 각도분포의 시간변화치를 계측할 수 있기 때문에, 조사 대상물로부터 본 실효조사 이미턴스를 산출할 수 있다. 이로써, 대상물에 대하여 빔조사처리하기 전에 조사범위(C1)의 전체에 걸친 실효조사 이미턴스를 얻을 수 있다. 이로써, 조사범위 전체에 걸쳐 적절한 빔이 대상물에 조사되는지 아닌지를 사전에 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 빔의 각도정보를 스폿적으로 계측하는 경우에 비하여 빔조사처리의 품질을 높일 수 있다.

하전입자빔을 빔주사기(26)에 의하여 왕복주사시키는 경우, 주사빔을 평행화하는 평행화 렌즈(30)의 전압치 등에 의하여, 대상물에 입사하는 빔의 각도분포가 빔위치에 따라 상이해지는 경우가 있다. 평행화 렌즈(30)는, 주사빔의 진행방향을 주사방향(x방향)으로 변화시켜 빔의 평행화를 실현하고 있기 때문에, 특히, x방향의 각도분포가 빔위치에 따라 변경되기 쉽다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정이면, 각도분포의 편차에 의하여 웨이퍼 상의 x방향의 위치에 따라 이온주입의 양태가 상이해져, 웨이퍼 전체에 균일한 이온주입을 할 수 없게 될 우려가 있다. 그러면, 수율이 저하되어 버릴 수도 있다.

본 실시형태에서는, 주사빔을 이용하는 경우에 있어서 빔위치에 따른 각도가 변경되기 쉬운 주사방향(x방향)의 각도분포를 계측하고 있기 때문에, 대상물의 조사 전에 빔각도분포의 주사방향의 균일성을 확인할 수 있다. 만일, 빔각도분포의 균일성이 충분하지 않은 경우에는, 사전에 빔라인장치(14)의 설정을 변경하거나 하여 빔각도분포의 균일성을 높일 수 있다. 이로써, 빔조사처리의 품질을 높일 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 빔각도분포의 균일성을 계측함과 동시에, 빔강도의 균일성을 계측할 수 있다. 조사물의 전체에 걸쳐 균일한 빔조사처리를 실시하려면, 빔의 각도분포뿐만 아니라 빔강도가 균일한 것도 중요하다. 본 실시형태에서는, 빔의 강도와 각도분포를 동시에 계측할 수 있기 때문에, 각각을 개별적으로 계측하는 경우에 비하여 계측시간을 단축화할 수 있다. 이로써, 빔조사 전의 계측시간을 단축하여, 빔조사장치(10)의 생산성을 높일 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 빔의 각도분포의 계측모드로서 제1 계측모드 및 제2 계측모드를 마련하고 있기 때문에, 주사빔뿐만 아니라 고정빔의 각도분포도 계측 가능하다. 이로써, 대상물로부터 본 각도정보뿐만 아니라, 빔 자체의 각도정보를 얻을 수 있다. 다만, 다른 실시예에 있어서는, 제1 계측모드와 제2 계측모드 중 어느 하나만을 마련해도 된다.

이상, 본 발명을 상기 서술한 각 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 각 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 재조합하는 것이나 각종 설계 변경 등의 변형을 실시형태에 대하여 더하는 것도 가능하며, 그러한 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

상기 서술한 실시형태에 있어서는, 각도검출부(50)가 x방향의 각도분포를 계측 가능하게 되도록 구성되는 경우를 나타냈다. 다른 실시예에 있어서는, 각도검출부(50)가 y방향의 각도분포를 계측 가능하게 되도록 구성되어도 된다. 각도검출부(50)는, 예를 들면, x방향으로 가늘고 긴 슬릿과, y방향으로 서로 이간하여 나열된 복수의 컬렉터전극을 가져도 된다. 또, 각도검출부(50)가 x방향 및 y방향의 쌍방의 각도분포가 계측 가능하게 구성되어도 된다. 각도검출부(50)는, 예를 들면, x방향의 각도분포를 계측 가능한 x방향 검출부와, y방향의 각도분포를 계측 가능한 y방향 검출부를 가져도 된다.

A…조사면
B…하전입자빔
C1…조사범위
10…빔조사장치
26…빔주사기
42…측정기
44…구동장치
52…슬릿
54…컬렉터전극
56…측정회로
65…모드전환부
66…데이터처리부
67…데이터출력부

Claims

하전입자빔을 대상물에 조사하기 위한 빔조사장치로서,
상기 하전입자빔을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 빔주사기와,
상기 주사방향의 교차방향으로 가늘고 긴 형상을 가지고 계측대상으로 하는 영역을 구획하는 슬릿과, 상기 교차방향으로 가늘고 긴 형상을 가지고, 상기 슬릿으로부터 빔진행방향으로 떨어져, 상기 주사방향으로 나란히 배치되는 복수의 컬렉터전극을 가지는 측정기와, 상기 측정기의 계측 결과를 이용하여, 하전입자빔의 실효조사 이미턴스를 산출하는 데이터처리부
를 구비하고,
상기 측정기는, 상기 왕복주사되는 하전입자빔이 상기 슬릿의 개구 영역을 상기 주사방향으로 통과하는 시간에 걸쳐, 상기 슬릿에 입사하여 상기 복수의 컬렉터전극에서 검출되는 하전입자빔의 각도분포의 시간변화치를 계측하고,
상기 데이터처리부는, 상기 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여 상기 실효조사 이미턴스를 산출하고,
상기 실효조사 이미턴스는, 상기 주사방향으로 주사되어 상기 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 상기 주사방향의 이미턴스를 나타내는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
하전입자빔을 대상물에 조사하기 위한 빔조사장치로서,
상기 하전입자빔을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 빔주사기와,
상기 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔이 계측대상으로 하는 영역을 통과하여 측정기에 입사하는 시간에 걸쳐, 상기 주사방향으로 이동하면서 상기 왕복주사되는 하전입자빔의 각도분포의 시간변화치를 계측하는 측정기와,
상기 하전입자빔의 상기 주사방향의 조사범위에 걸쳐 상기 측정기를 이동 가능하게 하고, 상기 측정기의 상기 주사방향의 위치를 검지 가능한 위치검지부를 가지는 구동장치와,
상기 위치검지부가 검지하는 상기 측정기의 위치에 대응지어 하전입자빔의 실효조사 이미턴스를 산출하는 데이터처리부
를 구비하고,
상기 데이터처리부는, 상기 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 상기 주사방향의 위치정보로 변환하여 상기 실효조사 이미턴스를 산출하고,
상기 실효조사 이미턴스는, 상기 주사방향으로 주사되어 상기 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 상기 주사방향의 이미턴스를 나타내는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 2에 있어서,
상기 측정기는, 상기 하전입자빔의 상기 조사범위에 걸쳐 상기 주사방향의 복수 위치에 있어서의 상기 각도분포의 시간변화치를 계측하고,
상기 데이터처리부는, 상기 하전입자빔의 상기 조사범위에 걸쳐 상기 주사방향의 복수 위치에 있어서의 상기 실효조사 이미턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
하전입자빔을 대상물에 조사하기 위한 빔조사장치로서,
상기 하전입자빔을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 빔주사기와,
상기 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔이 계측대상으로 하는 영역을 통과하여 측정기에 입사하는 시간에 걸쳐, 상기 주사방향으로 이동하면서 상기 왕복주사되는 하전입자빔의 각도분포의 시간변화치를 계측하는 측정기와,
상기 측정기를 상기 주사방향으로 이동시켜 상기 계측대상으로 하는 영역을 상기 주사방향으로 이동 가능하게 하는 구동장치와,
상기 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여 실효조사 이미턴스를 산출하는 데이터처리부
를 구비하고,
상기 실효조사 이미턴스는, 상기 주사방향으로 주사되어 상기 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 상기 주사방향의 이미턴스를 나타내고,
상기 빔주사기 및 상기 구동장치의 동작을 제어하여, 상기 하전입자빔의 각도분포에 관한 계측모드를 전환하는 모드전환부를 더욱 구비하고,
상기 모드전환부는,
상기 빔주사기에 의하여 상기 하전입자빔을 왕복주사시켜, 상기 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔에 대하여 각도분포의 시간변화치를 상기 측정기에 계측시키는 제1 계측모드와,
상기 빔주사기에 의한 상기 하전입자빔의 왕복주사를 정지시킴과 함께, 상기 측정기를 상기 주사방향으로 이동시킴으로써, 왕복주사되지 않는 하전입자빔에 대한 각도분포의 시간변화치를 상기 측정기에 계측시키는 제2 계측모드를 가지며,
상기 데이터처리부는, 상기 제1 계측모드에 있어서 상기 실효조사 이미턴스를 산출하고, 상기 제2 계측모드에 있어서 상기 왕복주사되지 않는 하전입자빔의 이미턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 계측모드는, 왕복주사되는 하전입자빔이 상기 계측대상으로 하는 영역을 통과하는 데 걸리는 제1 시간에 걸쳐 상기 측정기에 의한 계측을 하는 것이고,
상기 제2 계측모드는, 왕복주사되지 않는 하전입자빔이 위치하는 상기 주사방향의 범위를 상기 측정기가 통과하는 데 걸리는 제2 시간에 걸쳐 상기 측정기에 의한 계측을 하는 것이며,
상기 모드전환부는, 상기 측정기에 의한 측정 시간을, 상기 제1 시간보다 상대적으로 긴 상기 제2 시간으로 변경함으로써, 상기 제1 계측모드로부터 상기 제2 계측모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터처리부는, 상기 하전입자빔이 상기 계측대상으로 하는 영역을 통과할 때의 상기 주사방향의 주사속도를 이용하여, 상기 시간정보를 상기 위치정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 6에 있어서,
상기 빔주사기는, 상기 주사방향의 위치에 따라 상기 주사속도가 변화할 수 있도록, 상기 하전입자빔을 비등속의 주사속도로 왕복주사시키고,
상기 데이터처리부는, 상기 비등속의 주사속도를 이용하여, 상기 시간정보를 상기 위치정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔주사기는, 상기 하전입자빔을 소정의 주사주기로 왕복주사시키고,
상기 측정기는, 상기 주사주기와 동기하여 상기 각도분포의 시간변화치를 복수 회 계측하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 8에 있어서,
상기 데이터처리부는, 상기 주사주기와 동기하여 복수 회 계측한 상기 각도분포의 시간변화치를 서로 합쳐 상기 실효조사 이미턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정기는, 상기 하전입자빔의 조사범위에 걸쳐 상기 각도분포의 시간변화치를 계측함과 함께, 상기 하전입자빔의 조사범위에 걸쳐 상기 하전입자빔의 빔강도를 측정하여, 상기 주사방향의 빔강도의 균일성을 계측하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터처리부의 산출 결과를 출력하는 데이터출력부를 더욱 구비하고,
상기 데이터출력부는, 상기 산출한 실효조사 이미턴스를, 상기 주사방향의 축 및 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자의 각도성분의 축을 가지는 좌표계에 가시화하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 컬렉터전극은, 상기 슬릿보다 상기 교차방향의 길이가 긴 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 측정기는, 상기 슬릿의 전면이 상기 대상물의 빔조사면과 빔진행방향으로 일치하는 위치에 배치 가능하게 되도록 구성되어 있으며, 상기 빔조사면을 통과하는 하전입자빔에 대하여 상기 각도분포의 시간변화치를 계측하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 측정기는, 상기 각도분포의 시간변화치를 계측하기 위한 컬렉터전극과는 별도로, 상기 하전입자의 빔강도를 계측하기 위한 패러데이컵을 가지고,
상기 패러데이컵은, 상기 대상물의 빔조사면과 빔진행방향으로 일치하는 위치에 배치 가능하게 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 측정기는, 상기 복수의 컬렉터전극에 접속되어, 상기 복수의 컬렉터전극의 각각에 있어서 검출되는 전류의 시간변화치를 개별적으로 측정 가능하게 되도록 구성되는 측정회로를 더욱 가지고,
상기 데이터처리부는, 상기 복수의 컬렉터전극의 각각에 있어서 검출되는 전류의 시간변화치를 이용하여, 상기 실효조사 이미턴스를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 15에 있어서,
상기 측정회로는, 상기 복수의 컬렉터전극의 각각에 있어서 검출되는 전류의 시간변화치를 일정시간에 걸쳐 적산함으로써 얻어지는 적산 전류량을 측정 가능하게 되도록 구성되어 있으며,
상기 데이터처리부는, 상기 적산 전류량을 이용하여, 상기 하전입자빔에 관한 상기 주사방향의 각도분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터처리부는, 상기 측정기가 계측한 각도분포의 시간변화치를 시간에 대하여 적분함으로써, 상기 하전입자빔에 관한 상기 주사방향의 각도분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 16에 있어서,
상기 데이터처리부의 산출 결과를 출력하는 데이터출력부를 더욱 구비하고,
상기 데이터출력부는, 상기 산출한 각도분포를, 상기 하전입자빔의 빔강도를 나타내는 축 및 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자의 각도성분의 축을 가지는 좌표계에 가시화하는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터처리부는, 상기 산출한 실효조사 이미턴스가 소정 조건을 충족하는지 아닌지를 판정하여, 상기 소정 조건을 충족한다고 판정하는 경우에 상기 대상물로의 하전입자빔의 조사를 개시시키는 것을 특징으로 하는 빔조사장치.
하전입자빔을 대상물에 조사하는 빔조사방법으로서,
하전입자빔을 소정의 주사방향으로 왕복주사시키는 단계와,
상기 주사방향의 교차방향으로 가늘고 긴 형상을 가지고 계측대상으로 하는 영역을 구획하는 슬릿과, 상기 교차방향으로 가늘고 긴 형상을 가지고, 상기 슬릿으로부터 빔진행방향으로 떨어져, 상기 주사방향으로 나란히 배치되는 복수의 컬렉터전극을 가지는 측정기를 이용하여, 상기 주사방향으로 왕복주사되는 하전입자빔이 상기 슬릿을 통과하는 시간 동안 상기 슬릿을 통과하는 하전입자를 상기 복수의 컬렉터전극에 의해 검출하여, 상기 하전입자빔에 대한 각도분포의 시간변화치를 계측하는 단계와,
계측한 각도분포의 시간변화치에 포함되는 시간정보를 위치정보로 변환하여, 하전입자빔의 실효조사 이미턴스를 산출하는 단계
를 포함하고,
상기 실효조사 이미턴스는, 상기 주사방향으로 주사되어 상기 계측대상으로 하는 영역에 입사하는 하전입자빔의 일부를 서로 합침으로써 형성될 수 있는 가상적인 빔다발에 대한 상기 주사방향의 이미턴스를 나타내는 것을 특징으로 하는 빔조사방법.
삭제
삭제