JPH0740476B2 - 荷電ビ−ム電流測定機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明はターゲットへの荷電ビーム照射時に、そのビー
ム電流を測定するファラデー構造において、 ターゲットへの荷電ビーム照射中は荷電ビームの電流値
を測定するための第１のファラデー構造に対し、ダーゲ
ットへの荷電ビーム照射時以外に荷電ビームの電流値を
測定するための第２のファラデー構造を電気的に切離し
てグラウンド電位とすることにより、 ドーズ量の不安定性を防止できると共に、ターゲット交
換後の真空度回復時間を短縮することができるようにし
たものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は荷電ビーム電流測定機構に係り、特にイオン注
入装置においてターゲットへのイオンビーム照射時にそ
のビーム電流を測定するファラデー機構に関する。

イオン注入装置ではターゲット上のウェーハへのドーズ
量を正確に測定することが要求され、そのためビーム電
流をできるだけ正確に測定するための荷電ビーム電流測
定機構が必要とされる。

〔従来の技術〕

従来の荷電ビーム電流測定機構の一例を第３図（最終
図）に示す。図中、１はターゲット（回転円盤）で、そ
の表面上には円周方向に複数個のウェーハ２が載置され
ている。３はリアファラデー電極で、ターゲット１に照
射されるイオンビームの電流値を測定するために設けら
れている。

リアファラデー電極３の更にイオンビーム入射側には、
リアバイアス電極４、ビームゲート５、フロントファラ
デー電極６とが夫々順番に設けられてある。リアバイア
ス電極４はリアファラデー電極３と共に第１のファラデ
ー構造を構成している。ビームゲート５はアルミニウム
製で、イオンビーム入射面にカーボン層が設けられてお
り、また開口部5a及び非開口部5bとを有し、更に図中、
上下方向に可動自在に構成されている。ビームゲート５
の開口部5aの大きさは、リアバイアス電極４及びリアフ
ァラデー電極３の開口部の外側端面にイオンビームが当
らないように適当な大きさに設定されてあり、ビームマ
スクを兼ねている。

フロントファラデー電極６はバイアス電極も兼ねてお
り、ビームゲート５と共に、ターゲット１へのイオンビ
ーム照射時以外にイオンビーム電流値を測定するための
第２のファラデー構造を構成している。

７はバイアス電源で、リアバイアス電極４及びフロント
ファラデー電極６に夫々負の直流電圧をバイアス電圧と
して印加する。更に、バイアス電源の正側端子は、ター
ゲット１、リアファラデー電極３及びビームゲート５と
共にビーム電流計８に接続されている。

上記構成の従来のハイブリッドスキャン方式の荷電ビー
ム電流測定機構において、注入しようとするイオンビー
ムによるビーム電流がどの程度であるかを予め知るた
め、及びイオンビームのウェーハ２に対するスキャンニ
ングが正規に行なわれるかどうかを確認するため、イオ
ン注入をウェーハ２に対して行なう前に、ビームゲート
５を図中、上方向へ移動してイオンビーム源（図示せ
ず）より外部の真空中に引き出され、更にフロントファ
ラデー電極６内を通過して入来したイオンビームを、ビ
ームゲート５の非開口部5bによりリアバイアス電極４以
降への通過を阻止した状態で粗い精度でビーム電流の測
定を行なう。この場合、ビームゲート５の非開口部5bに
衝突したイオンビームに応じたビーム電流値がビーム電
流計８に指示される。

注入しようとするイオンビームによるビーム電流の値の
概略がわかり、かつ、スキャンニングが正規に行なわれ
ていることが確認されると、次にビームゲート５が図
中、下方向に移動され、ビームゲート５の開口部5aとフ
ロントファラデー電極６、リアバイアス電極４、リアフ
ァラデー電極３の各開口部とが夫々連通せしめられる。
これにより、イオンビームはフロントファラデー電極
６、ビームゲート５の開口部5a、リアバイアス電極４及
びリアファラデー電極３を順番に通過してウェーハ２上
に照射せしめられる。

このときターゲット１は例えば一定方向に1000rpmで回
転しており、またイオンビームは１つのウェーハ２の直
径よりやや大なる範囲で水平方向に、例えば１往復当り
10秒の割合で往復走査せしめられる。また、ウェーハ２
上に照射されたイオンビームによるビーム電流はビーム
電流計８により測定される。

ここで、イオンビームがターゲット１及びウェーハ２に
衝突した際に発生する二次電子による電流がビーム電流
として加算されないように、リアバイアス電極４がバイ
アス電源７よりの負の直流電圧でバイアスされているた
め、注入イオンビームによるビーム電流のみが測定され
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記の従来の荷電ビーム電流測定機構は、イ
オンビームの注入中に、注入されたイオンビームの一部
がビームゲート５の開口部5a以外の所に衝突してリアバ
イアス電極４への通過を阻止されることがある。この場
合は、ビームゲート５の開口部5a以外の所に衝突したイ
オンビームの一部によるビーム電流が、ビームゲート５
を介してビーム電流計８に供給されるため、上記イオン
ビームの一部はターゲット１及びウェーハ２に照射され
ていないにも拘らず、ビーム電流として測定されること
となり、ドーズ量誤差（不足）を生じるという問題点を
有していた。

しかも、そのドーズ量誤差はビームゲート５の開口部5a
以外の所に当るイオンビーム量がその都度異なるため、
不定であり、ビームサイズの変化に伴い、ドーズ量の不
安定性を引起していた。

本発明は上記の点に鑑みて創作されたもので、ドーズ量
誤差の少ないビーム電流の測定ができる荷電ビーム電流
測定機構を提供することを目的する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の荷電ビーム電流測定機構は、第１及び第２のフ
ァラデー構造と電流計とからなる機構において、ターゲ
ットへの荷電ビーム照射中は第１のファラデー構造の荷
電ビーム入射側に設けられた第２のファラデー構造をす
べて第１のファラデー構造と電気的に切離してグラウン
ド電位とする手段を設けたものである。

〔作用〕

第２のファラデー構造は、ターゲットに照射中の荷電ビ
ームの電流値を測定するための第１のファラデー構造の
荷電ビーム入射側に設けられ、ターゲットへの荷電ビー
ム照射中は荷電ビームを開口部を通して第１のファラデ
ー構造に導き、ターゲットへの荷電ビーム照射時以外に
荷電ビーム電流値を測定するときは非開口部により荷電
ビームの第１のファラデー構造への通過を阻止する。す
なわち、第２のフアラデー構造は荷電ビームを第１のフ
ァラデー構造へ通過させたり、遮断したりするシャッタ
ー機能を有すると共に、前記開口部によって前記第１の
ファラデー構造のビームマスクを兼ねた構造とされてい
る。

上記の第２のファラデー構造は、荷電ビームのターゲッ
トへの照射中は、第１のファラデー構造と電気的に切離
され、グラウンド電位とされる。これにより、荷電ビー
ムのターゲットへの照射中において、荷電ビームの一部
が第２のファラデー構造に当ってターゲットへ照射され
なくても、第２のファラデー構造に当った荷電ビーム分
のビーム電流は前記電流計に供給されることはなく、電
流計にはターゲットに実際に照射された荷電ビーム分の
ビーム電流が流れる。

〔実施例〕

第１図は本発明機構の一実施例の構成図を示す。同図
中、第３図の同一構成部分には同一符号を付し、その説
明を適宜省略する。第１図において、スキャンマグネッ
ト等（図示せず）により、イオンビームは水平方向にス
キャン（走査）され、ウェーハ２の幅をカバーするよう
に照射される。従って、リアファラデー電極３、リアバ
イアス電極４、ビームゲート５の開口部5a、フロントフ
ァラデー電極６は、それらの開口部（通路）のイオンビ
ームの注入方向に対して直角方向の断面形状が横長とな
る。

また、S₁及びS₂は夫々２つの固定接点ａ及びｂを有する
スイッチで、ビームゲート５の上下動に連動して切換わ
る構成とされている。スイッチS₁の固定接点ａはリアバ
イアス電極４とバイアス電極７の負側端子との接続点に
接続されている。また、スイッチS₁の固定接点ｂとスイ
ッチS₂の固定接点ｂとは共に接地されている。

更に、スイッチS₂の固定接点ａはターゲット１、リアフ
ァラデー電極３、ビーム電流計８の非接地側端子及びバ
イアス電源７の正側端子の共通接続点に接続されてい
る。また更に、スイッチS₁の共通接点はフロントファラ
デー電極６に接続され、スイッチS₂の共通接点はビーム
ゲート５に接続されている。

第１図はビームゲート開、すなわち、イオンビームがビ
ームゲート５の開口部を通過し、更にリアバイアス電極
４、リアファラデー電極３を各々通過してターゲット１
上にイオンビームが照射されている状態を示している。
このときは、イオンビームの注入が行なわれ、かつ、ビ
ーム電流計８にはターゲット１上に照射されたイオンビ
ームによるビーム電流が表示されることは前記した通り
である。また、このときは第１図に示すようにスイッチ
S₁及びS₂は共に固定接点ｂ側に接続されている。

一方、イオン注入を始める前に注入しようとするイオン
ビームによるビーム電流値の測定などを行なう場合は、
ビームゲート５は第１図中、上方へ移動され、その非開
口部5bによりフロントファラデー電極６を通過して入来
したイオンビームのリアバイアス電極４への通過を阻止
する（すなわち、ビームゲート閉となる）。

このビームゲート閉のときは、ビームゲート５の移動に
連動してスイッチS₁及びS₂が夫々固定接点ａ側に切換接
続される。従って、ビームゲート閉のときは第３図に示
した従来の機構と同一の結線となるので、その説明は省
略し、従来の機構と結線が異なるビームゲート開の場合
の動作について次に説明する。

ビームゲート開の場合、前記したようにスイッチS₁及び
S₂は各々固定接点ｂ側に切換接続されるから、フロント
ファラデー電極６及びビームゲート５が各々リアバイア
ス電極４及びリアファラデー電極３と電気的に切離さ
れ、グラウンド電位とされる。

一方、このときはイオンビーム源（図示せず）よりのイ
オンビームはフロントファラデー電極６、ビームゲート
５の開口部5a、リアバイアス電極４及びリアファラデー
電極３を夫々順次に通過してターゲット１及びウェーハ
２上に照射されるが、その注入されるイオンビームの一
部がビームゲート５の開口部5a以外の個所に当りその通
過が阻止されることがある。

この場合、ビームゲート５はスイッチS₂を介してグラウ
ンド電位とされており、かつ、リアファラデー電極３、
リアバイアス電極４及びビーム電流計８と夫々電気的に
切離されているので、ビームゲート５によりその通過が
阻止された上記の注入イオンビームの一部によるビーム
電流は、ビーム電流計８に流れることはない。このた
め、ビーム電流計８によりターゲット１に照射されたイ
オンビームによるビーム電流のみが正確に測定される。

ところで、ビームゲート開のときに注入イオンビームの
一部がビームゲート５の開口部5a以外の個所に当ること
に起因して生ずるビーム電流測定誤差を除去するには、
ビームゲート５のみをビームゲート開のときにグラウン
ド電位に切換え、フロントファラデー電極６に関しては
結線の切換えを行なわず、従来と同様にバイアス電源７
の負側端子に常時接続しておくようにすることも考えら
れる（これを説明の便宜上方式Ａというものとする）。

しかし、この方式Ａでは、イオンビームがビームゲート
５に照射されたときに生じる二次イオンや、ビームライ
ン中で残留ガスより生じる低エネルギーイオンがフロン
トファラデー電極６に流入し、これによりビーム電流計
８の被測定ビーム電流がターゲット１に照射されたイオ
ンビームによるビーム電流値より増加し、ドーズ量の誤
差の発生及びドーズ量の不安定性が発生することを、本
発明者は見出した。

上記方式Ａの問題点はフロントファラデー電極６とリア
バイアス電極４のバイアス電源７を共用している点にあ
るから、そこでフロントファラデー電極６に対して負の
直流電圧を供給するバイアス電源はバイアス電源７とは
別に設け、かつ、その別に設けたバイアス電源の正側端
子はビーム電流計８に結線しないようにすることが考え
られる（これを説明の便宜上、方式Ｂというものとす
る）。

この方式Ｂによれば、前記した二次イオンや、低エネル
ギーイオンは上記の別のバイアス電源によって負にバイ
アスされているフロントファラデー電極６によってバイ
パスされることとなり、一見好都合である。しかし、こ
の方式Ｂでは、真空度が悪く、残留ガスが多い場合、イ
オンの一部がイオンビーム中でチャージを失って中性ビ
ーム化するのに対し、運動エネルギーは失っていないの
でドーズ量は変化せず、このため、ビーム電流計８によ
り測定される被測定ビーム電流の値が小さくなる分最終
的ドーズ量は逆に多くなり、やはりドーズ量誤差を生じ
てしまう。

これに対し、本発明によれば、上記方式Ａ及びＢの問題
点も解決できるものであり、これにつき第２図と共に更
に詳細に説明する。

第２図は被測定ビーム電流I_Bとビーム測定機構の圧力と
の関係を示しており、前記方式Ａの場合は曲線Ｉで示す
如く、低圧力のとき（すなわち、高真空とき）には、残
留ガスが極めて少なく、一定のドーズ量に相当する所定
値の被測定ビーム電流I_Bが得られる。しかし、圧力が高
くなると（すなわち、真空度が低くなると）残留ガスが
多くなり、それにより生じる低エネルギーイオンにより
前記した如く被測定ビーム電流I_Bが増加し、第２図に破
線IVで示す一定のドーズ量に対して大きく異なる被測定
ビーム電流値となってしまう。この結果、方式Ａでは被
測定ビーム電流値を前記高真空時の所定値になるように
注入イオンビーム量を制御するので、ドーズ量は注入す
べき本来の値より低下する。

一方、方式Ｂの場合は第２図に曲線IIで示す如く、低圧
力時にはドーズ量に相当する所定値の被測定ビーム電流
I_Bが得られるが、圧力が高くなると（真空度が悪くなる
と）、イオンビーム中で発生する中性ビームの増加によ
り、被測定ビーム電流の値は、破線IVで示す一定のドー
ズ量に相当するビーム電流値よりも大きく低下してしま
う。この結果、方式Ｂでは被測定ビーム電流値を前記高
真空時の所定値になるように注入イオンビーム量を制御
するので、ドーズ量は注入すべき本来の値より増加する
こととなる。従って、方式Ａ及びＢの場合はいずれもド
ーズ量誤差を生じ、またドーズ量が不安定である。

これに対し、本発明によれば、イオン注入時にはビーム
ゲート５及びフロントファラデー電極６の両方をリアフ
ァラデー電極３及びリアバイアス電極４と夫々電気的に
切離してグラウンド電位にしているので、真空度が悪く
なると、低エネルギーイオンのリアバイアス電極４への
流入による被測定ビーム電流I_Bの増加と、中性ビームの
増加による被測定ビーム電流I_Bの減少とが同時に生じ、
これらは本発明者の試作実験によれば略相殺されること
が確められた。

従って、本発明によれば、イオン注入時の被測定ビーム
電流I_Bは真空度が悪くなっても、第２図に実線IIIで示
す如く、一定ドーズ量（破線IVで示す）に対応した誤差
の極めて小さな電流値が得られる。

このことは、本発明によれば、真空度が悪く残留ガス圧
の比較的高い状態（例えば10^-5Torrオーダー）でも、ド
ーズ量測定精度を確保できることを意味する。これによ
り、ターゲット１やウェーハ２の交換時には一旦真空を
破るが、本発明ではターゲット１やウェーハ２の交換後
の真空度回復時間を短縮することができ、処理量を増大
することができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば実施例の如き静電サプレッションを用いたフ
ァラデー機構ではなく、磁場サプレッションを用いたフ
ァラデー機構にも適用することができる。また、イオン
ビーム以外の他の荷電ビームのビーム電流測定機構にも
本発明を適用することができるものである。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、荷電ビームのターゲット
への照射中において、荷電ビームの一部が第２のファラ
デー構造に当ってターゲットへ照射されない場合にも、
実際にターゲットに照射された荷電ビーム分のビーム電
流を測定することができるので、ドーズ量誤差やドーズ
量の不安定性のない正確なビーム電流の測定を行なうこ
とができる。また、真空度が悪くても所定のドーズ量測
定精度を確保することができ、ターゲット変換後の真空
回復時間を短縮することができ、これによりイオン注入
等の処理量を増大することができる等の数々の特長を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明機構の一実施例を示す構成図、 第２図は本発明機構と他の機構との被測定ビーム電流対
圧力特性を対比して示す図、 第３図は従来機構の一例を示す構成図である。 図において、 １はターゲット（回転円板）、 ２はウェーハ、 ３はリアファラデー電極、 ４はリアバイアス電極、 ５はビームゲート、 5aは開口部、 5bは非開口部、 ６はフロントファラデー電極、 ７はバイアス電源、 ８はビーム電流計、 S₁,S₂はスイッチである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲット（１）に照射中の荷電ビームの
   電流値を測定するための第１のファラデー構造（3,4）
   と、 該第１のファラデー構造（3,4）の荷電ビーム入射側に
   設けられ、前記ターゲット（１）への荷電ビーム照射中
   は該荷電ビームをビームマスクを兼ねた開口部を通して
   該第１のファラデー構造（3,4）に導き、前記ターゲッ
   ト（１）への荷電ビーム照射時以外に荷電ビームの電流
   値を測定するときは非開口部により該荷電ビームの該第
   １のファラデー構造（3,4）への通過を阻止する第２の
   ファラデー構造（5,6）と、 該第１及び愛２のファラデー構造（３〜６）に接続され
   た電流計（８）とよりなる荷電ビーム電流測定機構にお
   いて、 前記ターゲット（１）への荷電ビーム照射中は前記第２
   のファラデー構造（5,6）をすべて前記第１のファラデ
   ー構造（3,4）と電気的に切離してグラウンド電位とす
   る手段（S₁,S₂）を設けたことを特徴とする荷電ビーム
   電流測定機構。