CN105280467A - 射束照射装置及射束照射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高射束照射处理品质的技术。本发明的射束照射装置(10)具备：射束扫描器(26)，使带电粒子束(B)沿规定的扫描方向往复扫描；测定器(42)，能够测量射入到作为测量对象的区域的带电粒子的角度成分；及数据处理部，利用测定器(42)的测定结果，计算带电粒子束(B)的有效照射发射度。测定器(42)在沿扫描方向往复扫描的带电粒子束(B)通过作为测量对象的区域而射入到测定器(42)的时间内测量针对带电粒子束(B)的角度分布的时间变化值，数据处理部将测定器所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为位置信息来计算有效照射发射度。有效照射发射度表示针对假想射束的发射度，所述假想射束能够通过将沿扫描方向扫描而射入到作为测量对象的区域的带电粒子束的一部分相加而形成。

Description

射束照射装置及射束照射方法

技术领域

本申请主张基于2014年6月13日申请的日本专利申请第2014-122347号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种射束照射装置及射束照射方法。

背景技术

半导体器件的制造工序中，为了改变半导体的导电性的目的或改变半导体的晶体结构的目的等，标准地实施向半导体晶片注入离子的离子注入工序。离子注入工序中使用的装置称为离子注入装置，具有通过离子源生成离子并加速所生成的离子来形成离子束的功能、及将该离子束传输至注入处理室并向处理室内的晶片照射离子束的功能。这种离子注入装置为用于向对象物照射由离子或电子等带电粒子构成的带电粒子束的射束照射装置的一例。

作为表示相对于带电粒子束的前进方向会聚或发散的状态的指标，有称作“发射度”的概念。发射度例如通过将与射束轨道正交的平面内的位置x、和该位置上的带电粒子的前进方向与射束轨道所呈的角度θ标绘于x-θ平面的x-θ分布来规定。例如，利用拍摄元件测量通过小孔分离离子射束并且通过小孔的射束射入到荧光板而产生的发光，由此测量离子束的入射角度以及发射度(例如，参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-63874号公报

已知若射入到晶片的离子束的角度发生变化，则离子束与晶片的相互作用的方式发生变化，对离子注入的处理结果带来影响。因此，为了适当地控制离子注入工序，要求掌握离子束的角度信息。尤其，为了评价相对于整个晶片的离子注入处理的品质，了解对具有何种入射角度的离子在晶片的各地点照射何种程度变得很重要。换言之，从晶片的某个地点观察而非测量照射到晶片的离子束所具有的角度信息的视点时，要求测量射入到该地点的离子的角度信息的视点。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种提高射束照射处理品质的技术。

为了解决上述课题，本发明的一方式为一种射束照射装置，其用于向对象物照射带电粒子束，其中，具备：射束扫描器，使带电粒子束沿规定的扫描方向往复扫描；测定器，能够测量射入到作为测量对象的区域的带电粒子的角度成分；及数据处理部，利用测定器的测量结果，计算带电粒子束的有效照射发射度。测定器在沿扫描方向往复扫描的带电粒子束通过作为测量对象的区域而射入到测定器的时间内，测量针对带电粒子束的角度分布的时间变化值，数据处理部将测定器所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为位置信息来计算有效照射发射度，有效照射发射度为表示针对假想射束的扫描方向的发射度，所述假想射束能够通过将沿扫描方向扫描而射入到作为测量对象的区域的带电粒子束的一部分相加而形成。

本发明的另一方式为一种射束照射方法。该方法为用于向对象物照射带电粒子束的射束照射方法，其中，具备：使带电粒子束沿规定的扫描方向往复扫描的工序；利用能够测量射入到作为测量对象的区域的带电粒子的角度成分的测定器，在沿扫描方向往复扫描的带电粒子束通过作为测量对象的区域而射入到测定器的时间内测量针对带电粒子束的角度分布的时间变化值的工序；及将所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为位置信息来计算带电粒子束的有效照射发射度的工序。有效照射发射度表示针对假想射束的扫描方向的发射度，所述假想射束能够通过将沿扫描方向扫描而射入到作为测量对象的区域的带电粒子束的一部分相加而形成。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上的构成要件的任意组合或本发明的构成要件和表现形式，作为本发明的方式同样有效。

发明效果

根据本发明，能够提高射束照射处理的品质。

附图说明

图1是示意地表示被扫描的带电粒子束射入到对象物的照射面的情况的图。

图2是示意地表示构成带电粒子束的带电粒子的角度成分的图。

图3是表示带电粒子束的角度分布的一例的曲线图。

图4是表示被扫描的带电粒子束射入到微小区域的情况的图。

图5是示意地表示射入到微小区域的假想射束的图。

图6(a)是表示实施方式所涉及的射束照射装置的概略结构的顶视图，图6(b)是表示实施方式所涉及的射束照射装置的概略结构的侧视图。

图7是表示被往复移动的晶片与被往复扫描的射束之间的关系的主视图。

图8是表示角度检测部的概略结构的立体图。

图9是表示角度检测部的概略结构的剖视图。

图10是示意地表示被扫描的带电粒子束与角度检测部相互作用的情况的图。

图11是表示角度检测部所测量的角度分布的时间变化值的一例的曲线图。

图12是表示有效照射发射度的一例的曲线图。

图13是示意地表示被固定的带电粒子束与移动的角度检测部相互作用的情况的图。

图14(a)是表示带电粒子束的角度分布的时间变化值的一例的曲线图，图14(b)是表示带电粒子束的角度强度分布的一例的曲线图。

图15是表示发射度内的射束强度分布值的一例的曲线图。

图16是表示控制装置的功能结构的框图。

图17是表示射束照射装置的动作流程的流程图。

图中：A-照射面，B-带电粒子束，C1-照射范围，10-射束照射装置，26-射束扫描器，42-测定器，44-驱动装置，52-狭缝，54-集电极，56-测定回路，65-模式切换部，66-数据处理部，67-数据输出部。

具体实施方式

以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，附图说明中，对相同要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下说明的结构为例示，并不限定本发明的范围。

在说明实施方式之前，对本发明的概要进行叙述。本实施方式所涉及的射束照射装置具备使带电粒子束往复扫描的射束扫描器、能够测量射入到作为测量对象的区域的带电粒子的角度成分的测定器、及利用测定器的测量结果计算带电粒子束的有效照射发射度的数据处理部。测定器在沿扫描方向往复扫描的带电粒子束通过作为测量对象的区域而射入到测定器的时间内测量针对带电粒子束的角度分布的时间变化值。数据处理部将测定器所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为位置信息来计算有效照射发射度。

本实施方式中，作为评价射入到对象物所处的特定区域的带电粒子束的角度信息的指标，计算“有效照射发射度”。其中，有效照射发射度表示针对假想射束的发射度，所述假想射束能够通过将沿扫描方向扫描而射入到某个特定区域的带电粒子束的一部分相加而形成。例如，使光斑状的带电粒子束往复扫描的同时进行照射时，在对象物的特定区域射入有被扫描的带电粒子束的一部分，射入到该区域的射束的一部分所具有的角度成分与伴随扫描的射束位置的变化一同逐渐变化。通过连续连结该逐渐变化的射束的一部分，假设射入到该地点的假想射束，并将该射束的发射度作为“有效照射发射度”来求出。

通常，若射入到对象物的带电粒子束的角度发生变化，则与射束的相互作用的方式发生变化，有可能对照射处理结果带来影响。因此，为了适当地控制射束照射工序，要求掌握带电粒子束的角度信息。本实施方式中，通过获得该“有效照射发射度”，更适当地评价用于射束照射处理的带电粒子束，提高射束照射处理品质。

首先，参考图1～图5对有效照射发射度的观点进行说明。

图1是示意地表示被扫描的带电粒子束B射入到对象物的照射面A的情况的图。具有光斑状射束剖面形状的带电粒子束B沿以箭头X表示的方向扫描，在扫描范围C中射入到对象物的照射面A。在本说明书中，为了便于说明，将设计上的带电粒子束B的前进方向设为z方向，将与z方向垂直的面定义为xy面。并且，扫描带电粒子束B时，将射束的扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。

并且，针对射束扫描方向，与以照射面A中的位置作为基准的x坐标系一同使用以带电粒子束B的射束中心O的位置作为基准的rx坐标系。x坐标系主要用于表示被扫描的带电粒子束B的射束位置，rx坐标系用于表示带电粒子束的角度信息。图1中，示出带电粒子束B的射束中心O位于x坐标系上的位置x₁的情况，此时的rx坐标系的原点为位置x₁。

图2是示意地表示构成带电粒子束B的带电粒子的角度成分的图。沿箭头Z的方向前进的带电粒子束B由大致沿z方向前进的带电粒子群形成，整体沿z方向前进。其中，构成带电粒子束B的各个带电粒子并不是全部沿z方向前进，而是分别具有固有的前进方向。如图2所示，当为如伴随射束的前进而扩散的带电粒子束B时，在相当于射束中心的rx坐标系的原点附近，沿着z轴前进的带电粒子的比例有可能会较多。另一方面，在远离射束中心的位置rx₁上，沿从z轴向x方向仅倾斜θ₁的方向前进的带电粒子的比例有可能较多，在位置rx₂上，沿从z轴向x方向仅倾斜θ₂的方向前进的带电粒子的比例有可能较多。如此，构成带电粒子束B的各个带电粒子能够具有与位置rx相应的角度成分。

图3是表示带电粒子束的角度分布的一例的曲线图，是将上述的位置rx与角度θx的关系曲线图化的图。各个位置rx上的带电粒子的角度θx上有一定宽度，通过标绘各个带电粒子所具有的位置rx与角度θx的关系，可获得标绘所占的范围E的外廓。该范围E的rx方向的宽度Wx与x方向的射束束径对应，θx方向的宽度Φ与射束的发散角对应。并且，范围E的面积值称为“发射度”。通常，“发射度”用于表示范围E的面积值，但在本说明书中，在广义上解释“发射度”这一词，还用作表示范围E的形状和通过范围E表示的位置rx与角度θx的关系性的用语。

通过测量该“发射度”，能够知道带电粒子束的角度特性，并且评价射入到照射有带电粒子束的地点的带电粒子的角度成分。例如，向对象物照射射束中心的位置被固定的未被扫描的带电粒子束时，可从图3所示的发射度得知射入到特定地点的带电粒子群的角度分布。另一方面，当被带电粒子束扫描时，特定地点与射束中心的相对位置关系随着时间经过而发生变化，因此为了准确地掌握射入到特定地点的带电粒子群的角度分布，需考虑其位置关系。

图4是表示被扫描的带电粒子束B1～B5射入到微小区域D的情况的图。本图中，对于与时间的经过一同沿+x方向扫描的带电粒子束，表示各时间t₁～t₅中的带电粒子束B1～B5的照射位置。带电粒子束B1～B5的射束中心O的位置沿+x方向前进，射入到设定有微小区域D的位置x₁的一部分射束的径向位置rx逐渐变化。其结果，在时间t₁，构成位于径向位置rx₁附近的射束B1的一部分F1的带电粒子射入到微小区域D。同样地，在时间t₂，位于径向位置rx₂附近的射束B2的一部分F2射入到微小区域D，在时间t₃，位于径向位置原点附近的射束B3的一部分F3射入到微小区域D。而且，在时间t₄，位于径向位置-rx₂附近的射束B4的一部分F4射入到微小区域D，在时间t₅，位于径向位置-rx₁附近的射束B5的一部分F5射入到微小区域D。

假设不同射束位置x的带电粒子束B1～B5的发射度完全不发生变化，则有可能能够通过这些带电粒子束的发射度表示射入到微小区域D的带电粒子群的角度特性。然而，若由于扫描，射束位置x发生变化，则由于射束扫描器所施加的电场或磁场的影响和从射束扫描器至照射面A的射束行程差等，带电粒子束的发射度有可能发生变化。若与射束位置x相应地，带电粒子束B1～B5的发射度发生变化，则无法通过被扫描的带电粒子束B1～B5的任意发射度表示射入到微小区域D的带电粒子的角度特性。因此，本实施方式中，为了更准确地表示射入到微小区域D的带电粒子群的角度特性，导入了“假想射束”这一概念。

图5是示意地表示射入到微小区域D的假想射束Bv的图，相当于将图4所示的带电粒子束B1～B5的一部分F1～F5相加的图。图4及图5中，使用离散性经过时间t₁～t₅来例示性地示出了分割成5个部分的情况，但实际上，通过重叠按微小时间dt的经过分离的带电粒子的一部分来形成“假想射束Bv”。

在使该假想射束Bv扫描的同时进行照射的结果和与位置x对应地照射不同发射度的带电粒子束B1～B5的结果在微小区域D中一致。因此，只要能够计算针对该假想射束Bv的发射度就能够更准确地表示射入到微小区域D的带电粒子群的角度特性。本实施方式中，将针对该假想射束Bv的发射度作为以被照射物的视点表示的发射度，称为“有效照射发射度”。通过获得该“有效照射发射度”，能够更适当地评价射入到微小区域D的带电粒子群的角度特性，并提高射束照射处理品质。

接着，对本实施方式所涉及的射束照射装置10进行说明。图6是概略表示实施方式所涉及的射束照射装置10的图。图6(a)是表示射束照射装置10的概略结构的顶视图，图6(b)是表示射束照射装置10的概略结构的侧视图。

射束照射装置10构成为向对象物W的表面照射带电粒子束。本实施方式所涉及的射束照射装置10为构成为向对象物W进行离子注入处理的射束照射装置。对象物W例如为基板，例如为半导体晶片。因此，以下内容中为了便于说明，有时将对象物W称作晶片W，但这并不表示将注入处理的对象限定于特定物体。并且，本实施方式中，将射束照射装置10作为离子注入装置来进行说明，但在其他实施例中，也可构成为用于照射电子等离子以外的带电粒子的射束照射装置。

射束照射装置10构成为通过射束的往复扫描及晶片W的往复移动，遍及整个晶片W而照射带电粒子束B。相对于对象物W扫描带电粒子束B时，射束的往复扫描沿箭头X的方向进行，晶片W的往复移动沿箭头Y的方向进行。

射束照射装置10具备离子源12、射束线装置14及注入处理室16。离子源12构成为对射束线装置14赋予带电粒子束B。射束线装置14构成为从离子源12向注入处理室16传输离子。并且，射束照射装置10具备用于向离子源12、射束线装置14及注入处理室16提供所希望的真空环境的真空排气系统(未图示)。

射束线装置14例如从上游依次具备质量分析部18、可变孔径20、射束会聚部22、射束测量部24、射束扫描器26、平行化透镜30或射束平行化装置及角能量过滤器(AEF；AngularEnergyFilter)34。另外，射束线装置14的上游是指靠近离子源12的一侧，下游是指靠近注入处理室16(或射束阻挡器38)的一侧。

质量分析部18设置于离子源12的下游，构成为通过质量分析而从自离子源12引出的带电粒子束B选择必要的离子种类。可变孔径20为能够调整开口宽度的孔径，通过改变开口宽度来调整通过孔径的带电粒子束B的射束强度。射束会聚部22具备四极会聚装置(Q透镜)等会聚透镜，构成为会聚通过可变孔径20的带电粒子束B，由此整形为所希望的剖面形状。

射束测量部24是以能够取出和放入射束线上的方式配置并测定带电粒子束的强度以及电流的注入器旗标法拉第杯(InjectorflagFaradaycup)。射束测量部24具有测量射束电流的法拉第杯24b及使法拉第杯24b上下移动的驱动部24a。如图6(b)的虚线所示，在射束线上配置有法拉第杯24b时，带电粒子束B被法拉第杯24b切断。另一方面，如图6(b)的实线所示，从射束线上取下法拉第杯24b时，带电粒子束B的切断被解除。

射束扫描器26构成为提供射束的往复扫描，是沿x方向扫描被整形的带电粒子束B的偏转机构。射束扫描器26具有相对于x方向设置的扫描电极对28。扫描电极对28连接于可变电压电源(未图示)，通过使施加于扫描电极对28的电压周期性地发生变化，改变在电极间产生的电场来使带电粒子束B偏转。如此，带电粒子束B遍及x方向的扫描范围而被扫描。另外，图6(a)中，以箭头X例示出射束的扫描方向及扫描范围，以单点划线表示扫描范围中的带电粒子束B的多个轨迹。另外，射束扫描器26可以是通过施加磁场来扫描带电粒子束的磁场式偏转机构。

平行化透镜30构成为使被扫描的带电粒子束B的前进方向平行。平行化透镜30具有圆弧形状的多个P透镜电极32，所述P透镜电极的中央部设置有带电粒子束的通过狭缝。P透镜电极32连接于高压电源(未图示)，使通过电压施加而产生的电场作用于带电粒子束B，将带电粒子束B的前进方向调整为平行。

角能量过滤器(AEF)34构成为分析带电粒子束B的能量并向下方偏转所需能量的离子来引入注入处理室16。角能量过滤器34具有电场偏转用AEF电极对36。AEF电极对36连接于高压电源(未图示)。图6(b)中，通过对上侧的AEF电极施加正电压并对下侧的AEF电极施加负电压，使带电粒子束B向下方偏转。另外，角能量过滤器34可由磁场偏转用磁铁装置构成，也可由电场偏转用AEF电极对与磁铁装置的组合构成。

如此，射束线装置14向注入处理室16供给应照射于晶片W的带电粒子束B。

注入处理室16具备往复移动装置40(参考图7)，其保持1片或多片晶片W，并构成为根据需要对晶片W提供相对于带电粒子束B的相对移动(例如y方向)。图6中，通过箭头Y例示出晶片W的往复移动。并且，注入处理室16具备射束阻挡器38。在射束轨道上并不存在晶片W时，带电粒子束B射入到射束阻挡器38。

注入处理室16中设置有用于测量带电粒子束B在晶片W的表面中的射束强度或角度分布的测定器42。测定器42设为可动式，并构成为能够通过驱动装置44沿X方向移动。测定器42例如在离子注入时以不干涉晶片的方式避开，在晶片W不在照射位置时，插入到带电粒子束B的照射范围。测定器42在沿X方向移动的同时测量射束强度及角度分布，从而测量射束扫描方向的射束强度分布及角度分布随时间变化的值。测定器42的测量值发送至控制装置60。

控制装置60控制构成射束照射装置10的各设备的动作。控制装置60生成用于使带电粒子束往复扫描的控制波形并输出至射束扫描器26，并调整带电粒子束的扫描速度分布和扫描周期。并且，控制装置60获取测定器42所测量的射束强度和角度分布的时间变化值，计算并输出用于评价有效照射发射度等射束品质的各种指标。

图7是表示被往复移动的晶片W与被往复扫描的带电粒子束B之间的关系的主视图。图7中，带电粒子束B沿横向(X方向)往复扫描，晶片W被保持于往复移动装置40而沿纵向(Y方向)往复移动。图7中，通过图示最上位置的晶片W1与最下位置的晶片W2，示出往复移动装置40的动作范围。

并且，对于通过射束扫描器被扫描的带电粒子束B，通过图示扫描端位置的带电粒子束B_L、B_R的位置来示出带电粒子束的扫描范围C。带电粒子束B构成为能够超过配置有保持于往复移动装置40的晶片W的照射范围C1而过扫描至未向晶片W照射射束的非照射范围C2。另外，图7中，示出了扫描横长带电粒子束B的情况，但带电粒子束B的形状可以是纵长，也可以是接近圆形的形状。

并且，图7表示以能够沿X方向移动的方式构成的测定器42的测定范围。测定器42构成为能够至少遍及照射范围C1而测定。如图示，测定器42可包含强度检测部48及角度检测部50。强度检测部48为主要用于测量带电粒子束B的强度的检测部，例如由法拉第杯构成。角度检测部50为主要用于测量带电粒子束B的角度分布的检测部。强度检测部48及角度检测部50均配置成z方向的测量位置位于对象物的照射面A。

本实施方式中，排列配置强度检测部48与角度检测部50，并且通过驱动装置44沿x方向移动，由此能够遍及照射范围C1而同时测量带电粒子束B的强度及角度分布。驱动装置44需要数秒左右，优选需要1～2秒左右来使测定器42从照射范围C1的一端移动至另一端。由此，能够在数秒之内测量遍及整个照射范围C1的射束强度及发射度。另外，变形例中，可以不设置强度检测部48，而是由角度检测部50兼作射束强度的测量。

驱动装置44可包含用于检测测定器42的x方向的位置的位置检测部46。位置检测部46检测通过驱动装置44移动的测定器42的x方向的位置，并将所检测出的位置信息发送至控制装置60。通过设置位置检测部46，能够与检测位置对应地获取通过测定器42测量的射束强度及角度分布的信息。

图8是表示角度检测部50的概略结构的立体图，图9是表示角度检测部50的概略结构的剖视图。角度检测部50具有狭缝52及多个集电极54a～54g(以下，还总称为集电极54)。角度检测部50构成为针对射入到狭缝52的带电粒子检测相对于射束前进方向(z方向)的扫描方向(x方向)的角度成分θx。

狭缝52设置于角度检测部50的上表面50a，沿y方向具有细长的形状。狭缝52形成为x方向的宽度S小于带电粒子束的x方向的射束束径，划分作为测量对象的区域，从具有规定大小的射束中分离应测量的一部分成分。优选狭缝52具有x方向的宽度沿+z方向扩展的锥形状，以免挡住从狭缝52朝向集电极54倾斜射入的带电粒子。另一方面，狭缝52的y方向的宽度形成为大于带电粒子束的y方向的射束束径。由此，对于y方向，整个带电粒子束成为测量对象。

集电极54为沿y方向具有细长形状的棒状电极体，从设置有狭缝52的上表面50a沿z方向分开设置。多个集电极54a～54g的每一个相互沿x方向分开并以等间隔设置。本实施方式中，设置有7个集电极54，以设置于与狭缝52对置的位置的集电极54d为中心，在左右各配置有3个。优选集电极54设置成在y方向上比狭缝52更长，以便能够检测射入到狭缝52的所有带电粒子群。另外，集电极54的个数和配置仅为例示，角度检测部50可具有不同个数的集电极54。

各个集电极54检测具有符合规定的角度范围的角度成分的带电粒子。例如，就通过设置于中心集电极54d的右侧第2个位置的集电极54b检测的带电粒子的角度成分的中心值而言，若将狭缝52与集电极54的z方向的距离设为L，将集电极54的间隔设为P，则成为θ₂＝arctan(2P/L)。概括来讲，通过设置于从中心集电极54d开始第n个位置的集电极所检测的带电粒子的角度成分的中心值θ_n，成为θ_n＝arctan(nP/L)。如此，各个集电极54a～54g通过与狭缝52的几何学配置关系检测符合不同角度范围的角度成分的带电粒子。

角度检测部50具有分别连接于多个集电极54a～54g的测定回路56。测定回路56检测通过带电粒子射入到集电极54而产生的电流，通过来自多个集电极54a～54g的每一个的电流值检测射入到狭缝52的带电粒子束B的角度分布。并且，测定回路56具有在规定测量时间内检测来自集电极54的电流随时间变化的值的功能。由此，能够测量与射入到狭缝52的带电粒子束B相关的角度分布的时间变化值。而且，测定回路56可具有通过在测量时间内积算来自集电极54的电流来检测射束的角度分布的积算强度的功能。

图10是示意地表示被扫描的带电粒子束与角度检测部50相互作用的情况的图。角度检测部50配置成狭缝52的前表面的z方向的位置位于与晶片的照射面A相同的位置。角度检测部50配置成狭缝52成为位置x₁，狭缝52中射入有沿X方向扫描的带电粒子束B1、B5。由于狭缝52的x方向的宽度小于射束束径，因此朝向角度检测部50的带电粒子束中，只有向狭缝52的x方向的宽度内侧飞来的一部分范围的带电粒子进入角度检测部50的内部。例如，当为射束中心比位置x₁更靠左侧的带电粒子束B1时，只有位于比射束中心更靠右侧的一部分带电粒子射入到狭缝52。并且，当为射束中心比位置x₁更靠右侧的带电粒子束B5时，只有位于比射束中心更靠左侧的一部分带电粒子射入到狭缝52。角度检测部50在如沿X方向被扫描的带电粒子束的至少一部分射入到狭缝52的期间，换言之，在带电粒子束与角度检测部50相互作用期间内，测量针对带电粒子束的角度分布的时间变化值。

图11是表示角度检测部50所测量的角度分布的时间变化值的一例的曲线图。曲线图所示的波形a～g与在连接于多个集电极54a～54g的每一个的测定回路56中被检测的电流的时间变化值对应。由波形a～g所示的电流值的每一个与以分别不同的角度θx射入到狭缝52的带电粒子的量对应。因此，基于角度检测部50的测量结果能够表示在将横轴设为时间t、将纵轴设为角度θx的曲线图上。

在此，若使狭缝52与图4所示的微小区域D对应，则角度检测部50还能够在经过时间t₁～t₅而测量射入到微小区域D的带电粒子的角度成分θx。图4中，若使用射束的扫描速度v(t)，则能够将经过时间t与射束中心的位置x的关系表示为x＝∫v(t)dt。并且，图4中，射束中心的位置x和与微小区域D的位置x₁对应的射束的径向位置rx能够表示为rx＝x₁-x，因此能够从经过时间t转换为所对应的径向位置rx。由此，能够将图11所示的t-θx分布转换为表示“有效照射发射度”的rx-θx分布。

图12是表示通过时间t-位置rx的转换处理获得的有效照射发射度E_R的一例的曲线图。通过将角度检测部50所测量的射束的角度分布的时间变化值中包含的时间t的信息转换为径向位置rx的信息，能够获得有效照射发射度E_R。如上述公式rx＝x₁-x所示，射束中心的位置x与射束的径向位置rx为正负相反的关系，因此图12所示的曲线图相对于图11所示的曲线图呈左右翻转的形状。该有效照射发射度E_R表示位置x₁的射束的角度特性，因此能够通过该有效照射发射度评价以被照射物的视点观察的角度信息。

另外，角度检测部50可设为测量通常的发射度。图13是示意地表示被固定的带电粒子束B与移动的角度检测部50相互作用的情况的图。本图中，与图10所示的情况对照地，带电粒子束B并未被扫描而是固定于特定的射束位置x₁，而角度检测部50沿X方向移动。通过使角度检测部50沿X方向移动，能够测量各个射束径向位置rx的角度分布。由此，获得带电粒子束B的“发射度”。

接着，对上述的计算有效照射发射度的控制装置60的结构进行说明。图16是表示控制装置60的功能结构的框图。控制装置60具备扫描控制部62及测量控制部64。

本说明书的框图中示出的各框，在硬件上能够通过以计算机的CPU为首的元件或机械装置实现，在软件上可通过计算机程序等实现，但在此描述通过它们的联合来实现的功能框。因此，本领域技术人员可理解这些功能框能够通过硬件、软件的组合而以各种方式实现。

扫描控制部62向射束扫描器26输出规定的控制波形，根据所输出的控制波形使带电粒子束往复扫描。扫描控制部62通过对控制波形的扫描周期、波形形状等进行控制，改变带电粒子束的扫描方式。扫描控制部62例如生成具有数Hz～数kHz左右的扫描周期的控制波形，并输出至射束扫描器26。

扫描控制部62可输出如扫描速度v(t)相对于时间t成为恒定值的控制波形，也可输出如扫描速度v(t)相对于时间t发生变化的控制波形。例如，若使带电粒子束以等速往复，则射束强度根据射束位置x而不同时，能够通过将扫描速度设为非等速来使射束强度均匀化。更具体而言，在射束强度相对较大的位置加快扫描速度，在射束强度相对较小的位置减慢扫描速度，由此能够使射束强度均匀化。扫描控制部62通过利用由强度检测部48测量的射束强度分布，生成实现使射束强度均匀化的非等速扫描速度的控制波形，并输出至射束扫描器26。

测量控制部64控制测定器42及驱动装置44的动作并从测定器42获取射束强度和角度分布，计算并输出有效照射发射度等用于评价射束品质的各种指标。测量控制部64包含模式切换部65、数据处理部66及数据输出部67。

模式切换部65控制射束扫描器26、测定器42及驱动装置44的动作，切换与带电粒子束的角度分布相关的测量模式。模式切换部65提供用于测量有效照射发射度的第1测量模式及用于测量发射度的第2测量模式。

如图10所示，第1测量模式是使带电粒子束往复扫描来测量作为测量对象的位置x₁中的有效照射发射度的模式。第1测量模式中，通过射束扫描器26，带电粒子束B被往复扫描，因此在比较短时间内获取图11所示的角度分布的时间变化值。例如，以1kHz的频率使射束往复扫描时，带电粒子束B在扫描范围C内往复所需的时间为1毫秒，因此测量所需的时间为0.5毫秒以内。该测量时间还称为被往复扫描的带电粒子束通过狭缝52所需的时间。本说明书中，还将第1测量模式中的1次测量时间称为“第1时间”。

另外，第1测量模式中，可通过使驱动装置44驱动来使角度检测部50从照射范围C1的一端朝向另一端移动。通过使角度检测部50移动的同时在多个位置x测量角度分布的时间变化值，连续获取多个位置x的射束的角度分布数据。例如，使角度检测部50以2秒钟从照射范围C1的一端移动至另一端，并在照射范围C1的2000点的位置x获取数据时，移动到相邻的测定点所需的时间为1毫秒。因此，若使带电粒子束以1kHz的频率往复扫描，则能够在各个测定点测量去路和回路的射束双方。如此，通过驱动装置44使角度检测部50移动的同时获取数据，并对通过位置检测部46检测的数据获取位置建立对应关系，由此能够在短时间内获取遍及整个照射范围C1的射束的角度分布数据。

并且，第1测量模式中，可通过调整带电粒子束B的扫描速度和角度检测部50的移动速度来增加各个测定点的测量次数。例如，将角度检测部50的移动速度减半，或者将基于射束扫描器26的扫描速度设为2倍，从而将能够测量的次数增加为2倍。而且，还可通过将相同测定点的测量数据相加来提高测量数据的信噪比。

并且，在第1测量模式中，可在使用角度检测部50测量角度分布的同时进行使用强度检测部48的射束强度的测量。第1测量模式中，使测定器42遍及整个照射范围C1而移动，因此通过同时测定还能够同时测量遍及整个照射范围C1的射束强度的均匀性。通过进行同时测量，与分别测量射束的角度分布与强度时相比，能够缩短双方的测量所需的时间。

另一方面，如图13所示，第2测量模式是停止带电粒子束的往复扫描并使角度检测部50沿x方向移动来测量射束中心位于位置x₁的射束的发射度的模式。第2测量模式中，使角度检测部50遍及与射束束径对应的rx方向的范围移动的同时获取射束的角度分布的时间变化值。因此，在第2测量模式中，1次测量所需的时间与第1测量模式相比变得相对较长。例如，若rx方向的射束束径为照射范围C1的宽度的1/10～1/100左右，则1次测量时间为20～200毫秒左右。并且，当为rx方向的射束束径与照射范围C1的宽度大致相等的带状射束时，1次测量时间为2秒左右。该测量时间还称为测定器通过分布有未被往复扫描的带电粒子束的扫描方向的范围所需的时间。本说明书中，还将第2测量模式中的1次测量时间称为“第2时间”。

模式切换部65在第1测量模式与第2测量模式之间切换测量模式时，改变射束扫描器26及驱动装置44的动作，并且在“第1时间”与“第2时间”之间切换基于测定器42的1次测量时间。即，模式切换部65通过切换基于测定回路56的1次测量时间，实现测量模式的切换。

数据处理部66将角度检测部50所测量的射束的角度分布的时间变化值中所包含的时间t的信息转换为位置rx的信息，计算有效照射发射度或发射度。在第1测量模式中获取到射束的角度数据时，数据处理部66使用获取到数据的测定点的位置x的射束的扫描速度v(x)，将“第1时间”内的时间t转换为位置rx。例如，当射束的扫描速度v(x)为非等速时，根据狭缝52的位置x利用不同的非等速的射束扫描速度进行转换处理。另一方面，在第2测量模式中获取到射束的角度数据时，数据处理部66利用角度检测部50的移动速度将“第2时间”内的时间t转换为位置rx。

数据处理部66可通过针对时间对角度检测部50所测量的角度分布的时间变化值进行积分来计算射束的角度强度分布。图14(a)是表示带电粒子束的角度分布的时间变化值的一例的曲线图，图14(b)是表示带电粒子束的角度强度分布的一例的曲线图。图14(b)所示的射束的角度强度分布可通过将图14(a)的曲线图中以斜线表示的时间变化的积分值作为射束的积算强度I来获得。另外，当测定回路56具有对来自集电极54的电流值进行时间积算的功能时，可将从角度检测部50获取的已积算的电流值作为射束的角度强度分布。

并且，数据处理部66不仅计算有效照射发射度或发射度，也可以计算发射度内的强度分布值。图15是表示发射度内的强度分布值的一例的曲线图。该强度分布值可视化为在位置rx的轴及角度θx的轴上加上射束强度I的轴的3维曲线图，图15中，以用虚线表示的等高线表示射束强度I的高度。通过计算发射度内的强度分布值，能够更详细地获得与射入到特定位置x的带电粒子相关的角度信息。

并且，数据处理部66可判定计算出的有效照射发射度或发射度是否满足规定条件。数据处理部66例如可分析计算出的有效照射发射度来判定遍及整个照射范围C1在射束的角度分布上有无偏差产生。在判定为射束的角度分布的偏差落在一定值以内，并且计算出的有效照射发射度满足规定条件时，数据处理部66可判断为能够进行射束照射处理并开始向对象物照射射束。

数据输出部67输出与数据处理部66计算出的有效照射发射度或发射度相关的数据。数据输出部67将有效照射发射度或发射度曲线图化并显示于控制装置60所具有的显示装置上。例如，如图12所示，在具有rx轴及θx轴的坐标系中描绘有效照射发射度来显示。数据输出部67可显示上述的射束的角度强度分布、发射度内的强度分布值的曲线图等。并且，数据输出部67不仅在显示装置上显示，也可向控制装置60的外部输出数据本身。

对具有以上结构的射束照射装置10的动作进行说明。图17是表示射束照射装置10的动作流程的流程图。若测量模式为第1测量模式(S12的是)，则相对于被往复扫描的带电粒子束测量角度分布的时间变化值(S14)，并将所测量的角度分布的时间信息转换为位置信息，由此计算扫描射束的有效照射发射度(S16)。若测量模式不是第1测量模式(S12的否)，而是第2测量模式(S18的是)，则相对于未被扫描的固定射束测量角度分布的时间变化值(S20)，将所测量的角度分布的时间信息转换为位置信息，由此计算固定射束的发射度(S22)。输出计算出的有效照射发射度或发射度(S24)，若有效照射发射度或发射度满足射束照射处理的开始条件(S26的是)，则开始射束照射处理(S28)。若不满足射束照射处理的开始条件(S26的否)，则跳过S28而结束本流程。并且，若在S18中不是第2测量模式(S18的否)，则跳过S20～S28而结束本流程。

根据本实施方式，使角度检测部50沿射束扫描方向移动的同时测量射束的角度分布，因此能够在较短时间内测量遍及整个射束的照射范围C1的射束的角度信息。当遍及照射范围C1而扫描有射束时，能够相对于角度检测部50的狭缝52的位置的假想射束测量角度分布的时间变化值，因此能够计算从照射对象物观察的有效照射发射度。由此，能够在相对于对象物进行射束照射处理之前获得遍及整个照射范围C1的有效照射发射度。由此，能够事前确认是否遍及整个照射范围而向对象物照射适当的射束。因此，根据本实施方式，与以光斑测量射束的角度信息时相比，能够提高射束照射处理的品质。

通过射束扫描器26使带电粒子束往复扫描时，由于使扫描射束平行化的平行化透镜30的电压值等，有时会导致射入到对象物的射束的角度分布根据射束位置而有所不同。平行化透镜30沿扫描方向(x方向)改变扫描射束的前进方向来实现射束的平行化，因此尤其x方向的角度分布易根据射束位置而改变。例如，若是向半导体晶片注入离子的工序，则由于角度分布的偏差，离子注入方式根据晶片上的x方向的位置而有所不同，有可能无法对整个晶片进行均匀的离子注入。如此一来，有可能导致成品率下降。

本实施方式中，当使用扫描射束时，测量基于射束位置的角度易发生变化的扫描方向(x方向)的角度分布，因此能够在向对象物照射之前确认射束角度分布的扫描方向的均匀性。假设射束角度分布的均匀性并不充分时，能够在事前改变射束线装置14的设定等来提高射束角度分布的均匀性。由此，能够提高射束照射处理品质。

并且，本实施方式中，能够在测量射束角度分布的均匀性的同时测量射束强度的均匀性。为了遍及整个照射物而实施均匀的射束照射处理，不仅是射束角度分布，射束强度的均匀也很重要。本实施方式中，能够同时测量射束强度与角度分布，因此与分别测量每一个时相比，能够缩短测量时间。由此，能够缩短射束照射之前的测量时间，并提高射束照射装置10的生产性。

并且，本实施方式中，作为射束的角度分布的测量模式准备有第1测量模式及第2测量模式，因此不仅是扫描射束，还能够测量固定射束的角度分布。由此，不仅是从对象物观察的角度信息，还能够获得射束本身的角度信息。另外，其他实施例中，也可只准备第1测量模式与第2测量模式中的任一个。

以上，参考上述各实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式，适当组合各实施方式的结构或置换的内容也包含于本发明。并且，能够根据本领域技术人员的知识对各实施方式的组合或处理顺序进行适当重组或对实施方式添加各种设计变更等变形，但添加有这种变形的实施方式也可包含于本发明的范围内。

上述实施方式中，示出了角度检测部50构成为能够测量x方向的角度分布的情况。在其他实施例中，也可构成为角度检测部50能够测量y方向的角度分布。角度检测部50例如可具有沿x方向细长的狭缝及沿y方向相互分开排列的多个集电极。并且，角度检测部50也可构成为能够测量x方向及y方向双方的角度分布。角度检测部50例如可具有能够测量x方向的角度分布的x方向检测部及能够测量y方向的角度分布的y方向检测部。

Claims (22)

1.一种射束照射装置，其用于向对象物照射带电粒子束，其特征在于，具备：

射束扫描器，使所述带电粒子束沿规定的扫描方向往复扫描；

测定器，能够测量射入到作为测量对象的区域的带电粒子的角度成分；及

数据处理部，利用所述测定器的测量结果，计算带电粒子束的有效照射发射度，

所述测定器在沿所述扫描方向往复扫描的带电粒子束通过作为所述测量对象的区域而射入到所述测定器的时间内，测量针对所述带电粒子束的角度分布的时间变化值，

所述数据处理部将所述测定器所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为位置信息来计算所述有效照射发射度，

所述有效照射发射度表示针对假想射束的所述扫描方向的发射度，所述假想射束能够通过将沿所述扫描方向扫描而射入到作为所述测量对象的区域的带电粒子束的一部分相加而形成。

2.根据权利要求1所述的射束照射装置，其特征在于，

所述射束照射装置还具备驱动装置，其能够使所述测定器沿所述扫描方向移动来使作为所述测量对象的区域沿所述扫描方向移动，

所述测定器在沿所述扫描方向移动的同时测量所述往复扫描的带电粒子束的角度分布的时间变化值，

所述数据处理部将所述测定器所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为所述扫描方向的位置信息来计算所述有效照射发射度。

3.根据权利要求2所述的射束照射装置，其特征在于，

所述驱动装置具有位置检测部，其能够遍及所述带电粒子束的所述扫描方向的照射范围而移动所述测定器，并能够检测所述测定器的所述扫描方向的位置，

所述数据处理部与所述位置检测部检测的所述测定器的位置对应地计算所述有效照射发射度。

4.根据权利要求3所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定器遍及所述带电粒子束的所述照射范围而测量所述扫描方向的多个位置的所述角度分布的时间变化值，

所述数据处理部遍及所述带电粒子束的所述照射范围而计算所述扫描方向的多个位置的所述有效照射发射度。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述射束照射装置还具备模式切换部，其控制所述射束扫描器及所述驱动装置的动作来切换与所述带电粒子束的角度分布相关的测量模式，

所述模式切换部具有：

第1测量模式，通过所述射束扫描器使所述带电粒子束往复扫描，使所述测定器针对沿所述扫描方向往复扫描的带电粒子束测量角度分布的时间变化值；及

第2测量模式，停止基于所述射束扫描器的所述带电粒子束的往复扫描，并且使所述测定器沿所述扫描方向移动，由此使所述测定器测量针对未被往复扫描的带电粒子束的角度分布的时间变化值，

所述数据处理部在所述第1测量模式中计算所述有效照射发射度，并在所述第2测量模式中计算所述未被往复扫描的带电粒子束的发射度。

6.根据权利要求5所述的射束照射装置，其特征在于，

所述第1测量模式中，在被往复扫描的带电粒子束通过作为所述测量对象的区域所需的第1时间内进行基于所述测定器的测量，

所述第2测量模式中，在所述测定器通过未被往复扫描的带电粒子束所处的所述扫描方向的范围所需的第2时间内进行基于所述测定器的测量，

所述模式切换部将基于所述测定器的测定时间变更为比所述第1时间相对较长的所述第2时间，由此从所述第1测量模式切换为所述第2测量模式。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述数据处理部利用所述带电粒子束通过作为所述测量对象的区域时的所述扫描方向的扫描速度，将所述时间信息转换为所述位置信息。

8.根据权利要求7所述的射束照射装置，其特征在于，

所述射束扫描器使所述带电粒子束以非等速扫描速度往复扫描，以便所述扫描速度可根据所述扫描方向的位置相应地发生变化，

所述数据处理部利用所述非等速扫描速度将所述时间信息转换为所述位置信息。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述射束扫描器使所述带电粒子束以规定的扫描周期往复扫描，

所述测定器与所述扫描周期同步地对所述角度分布的时间变化值进行多次测量。

10.根据权利要求9所述的射束照射装置，其特征在于，

所述数据处理部将与所述扫描周期同步地测量多次的所述角度分布的时间变化值相加来计算所述有效照射发射度。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定器遍及所述带电粒子束的照射范围而测量所述角度分布的时间变化值，并且遍及所述带电粒子束的照射范围而测定所述带电粒子束的射束强度，并测量所述扫描方向的射束强度的均匀性。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述射束照射装置还具备数据输出部，其输出所述数据处理部的计算结果，

所述输出部将所述计算出的有效照射发射度可视化为具有所述扫描方向的轴及所述角度成分的轴的坐标系。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定器具有：

狭缝，沿所述扫描方向的交叉方向具有细长形状，对所述作为测量对象的区域进行划分；及

多个集电极，沿所述交叉方向具有细长形状，从所述狭缝沿射束前进方向分离，沿所述扫描方向排列配置，

由所述多个集电极检测通过所述狭缝的带电粒子来测量所述角度分布的时间变化值。

14.根据权利要求13所述的射束照射装置，其特征在于，

所述多个集电极的所述交叉方向的长度比所述狭缝更长。

15.根据权利要求13或14所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定器构成为能够配置在所述狭缝的前表面与所述对象物的射束照射面在射束前进方向上一致的位置，对通过所述射束照射面的带电粒子束测量所述角度分布的时间变化值。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定器具有与用于测量所述角度分布的时间变化值的集电极不同的用于测量所述带电粒子的射束强度的法拉第杯，

所述法拉第杯构成为能够配置于与所述对象物的射束照射面在射束前进方向上一致的位置。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定器还具有测定回路，其连接于所述多个集电极，并构成为能够分别测定在所述多个集电极的每一个中检测的电流的时间变化值，

所述数据处理部利用在所述多个集电极的每一个中检测的电流的时间变化值计算所述有效照射发射度。

18.根据权利要求17所述的射束照射装置，其特征在于，

所述测定回路构成为能够测定积算电流量，所述积算电流量通过在一定时间内积算在所述多个集电极的每一个中检测的电流的时间变化值来获得，

所述数据处理部利用所述积算电流量计算与所述带电粒子束相关的所述扫描方向的角度分布。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述数据处理部通过针对时间对所述测定器所测量的角度分布的时间变化值进行积分，计算与所述带电粒子束相关的所述扫描方向的角度分布。

20.根据权利要求18或19所述的射束照射装置，其特征在于，

所述射束照射装置还具备数据输出部，其输出所述数据处理部的计算结果，

所述输出部将所述计算出的角度分布可视化为具有表示所述带电粒子束的射束强度的轴及所述角度成分的轴的坐标系。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的射束照射装置，其特征在于，

所述数据处理部判定所述计算出的有效照射发射度是否满足规定条件，当判定为满足所述规定条件时，开始向所述对象物照射带电粒子束。

22.一种射束照射方法，其向对象物照射带电粒子束，其特征在于，具备：

使带电粒子束沿规定的扫描方向往复扫描的工序；

利用能够测量射入到作为测量对象的区域的带电粒子的角度成分的测定器，在沿所述扫描方向往复扫描的带电粒子束通过所述作为测量对象的区域而射入到所述测定器的时间内测量针对所述带电粒子束的角度分布的时间变化值的工序；及

将所测量的角度分布的时间变化值中所包含的时间信息转换为位置信息来计算带电粒子束的有效照射发射度的工序，

所述有效照射发射度表示针对假想射束的所述扫描方向的发射度，所述假想射束能够通过将沿所述扫描方向扫描而射入到作为所述测量对象的区域的带电粒子束的一部分相加而形成。