JP2000223436A

JP2000223436A - 粒子ビ―ムの発生並びに粒子ビ―ムの特性の測定及び調節

Info

Publication number: JP2000223436A
Application number: JP11308601A
Authority: JP
Inventors: Nasa Goggi Meran; ナサー−ゴッヂメーラン
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】アパーチャの寸法を変化させて粒子ビームの
特性を制御することのできるイオン打ち込み装置及び方
法を提供する。【解決手段】粒子源を含む機器によって粒子ビーム４
０を発生し、この粒子ビーム４０を被加工物の表面に指
向させることによって、被加工物を粒子で処理する。フ
ァラデーカップ・アセンブリ６０が、粒子ビームを遮断
するように配置されていて、粒子ビームの特性を測定す
る。ファラデーカップ・アセンブリ６０は、電荷を収集
するファラデーカップ６２と、帯電粒子をファラデーカ
ップ６２まで通過させるアパーチャ７２を有するアパー
チャ・アセンブリ７０とを備えている。ファラデーカッ
プ６０は、帯電粒子を遮断するようにアパーチャ・アセ
ンブリ６０に対して配置されている。アパーチャ・アセ
ンブリ６０は、アパーチャ７２のサイズを変化させるよ
うに構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子ビームを発生
させ、特に一つのファラデーカップ又は複数のファラデ
ーカップを用いて、粒子ビームの特性を測定し調節する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、粒子ビームは、種々の用
途に使用することができる。そのような用途の一つは、
イオン注入であって、イオン注入においては、イオンビ
ームを発生させて被加工物に指向させ、被加工物にイオ
ンを打ち込む。被加工物は、ウエーハ、その他の目標基
板とすることができる。イオンビームは、大きな断面
積、すなわち、約１ｃｍ^２以上の断面積、好ましくは、
約７ｃｍ^２以上の断面積を有することができる。そのよ
うなイオンビームは、走査機構と組み合わせて用いて、
広い面積にわたってイオンを堆積させることができる。
上記走査機構は、一つの方向におけるビームの磁気的な
走査と、別の方向における被加工物の機械的な走査を行
うように構成することができる。

【０００３】イオン注入プロセスの間には一般的に、被
加工物全体にわたって均一にイオンを打ち込むことが望
ましい。イオン注入プロセスにおけるこの均一性は、イ
オンビームが、その全走査領域において同一の特性を有
し、かつ全イオン注入プロセスの間において同一の特性
を有するということに依存する。しかしながら、イオン
ビームは、異なる走査点において異なった特性を有し、
かつイオン注入プロセスの間の異なる時間において異な
った特性を有する。従って、均一な注入を確保するため
には、イオンビームの特性を監視する必要があり、かつ
その特性に影響を与えるパラメータを調節する必要があ
る。加えて、幾つかの用途においては、新たな必要条件
及び特性に従って、イオンを打ち込むためのイオンビー
ムの特性を変更することが望ましい。例えば、新たな被
加工物に対して、イオンビーム電流を増大又は減少させ
ることが望ましい場合がある。この場合には、「飛行
中」に、すなわち、例えば新しいイオンビームのための
測定器具を再構成するために、注入プロセスを停止させ
ることなく、イオンビームの特性を変更することは、よ
り効率的でありより廉価であることがある。

【０００４】イオン注入プロセスの均一性は、被加工物
全体に供給された注入線量の値と、ウエーハ全体にわた
る線量の均一性とによって、特徴づけることができる。
注入線量（Ｄ）は、被加工物の単位面積当たりに供給さ
れたイオンの数として定義することができる。供給され
た線量の値は、イオンビーム電流の値に依存するので、
線量を監視して調節する一つの方法は、ファラデーカッ
プを用いてイオンビーム電流を監視することである。線
量が一旦決定されると、注入プロセスを支配するパラメ
ータを調節して、ビームの均一性における変動を補償す
ることができる。そのようなパラメータは、被加工物の
機械的な走査の速度と、イオンビーム電流を支配するパ
ラメータとを含むことができる。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、その一つの一般的な態様にお
いて、粒子ビームを発生させ、該粒子ビームを被加工物
の表面に指向させるための粒子源を含む機器よって、被
加工物を粒子で処理することを特徴としている。ファラ
デーカップ・アセンブリ（ファラデーカップ装置）は、
上記粒子ビームを遮断してその粒子ビームの特性を測定
するように、配置されている。上記ファラデーカップ・
アセンブリは、電荷を収集するためのファラデーカップ
と、アパーチャ（開口）を有するアパーチャ・アセンブ
リ（開口装置）とを備えており、上記アパーチャを通っ
て帯電粒子がファラデーカップまで移動するようになっ
ている。ファラデーカップは、帯電粒子を遮断するよう
にアパーチャ・アセンブリに対して相対的に配置されて
おり、アパーチャ・アセンブリは、上記アパーチャのサ
イズを変化させるように構成されている。本発明は、別
の態様において、ファラデーカップ・アセンブリを特徴
としている。

【０００６】本発明の実施の形態は、１又は２以上の以
下の特徴を備えることができる。可変アパーチャ・アセ
ンブリは、第２のアパーチャを有する第１のプレート
と、第３のアパーチャを有する第２のプレートとを備え
ている。第１のプレートは、第２のプレートに隣接して
配置されており、また、第２のアパーチャは、最初に述
べたアパーチャすなわち第１のアパーチャを形成するよ
うに第３のアパーチャに対して配置されており、更に、
第１及び第２のプレートは、互いに相対的に摺動可能で
あり、一方のプレートが他方のプレートに対して相対的
に摺動すると、第３のアパーチャに対する第２のアパー
チャの相対的な位置が変化し、これにより、第１のアパ
ーチャのサイズが変化するようになっている。

【０００７】本機器の少なくとも幾つかは、上記一方の
プレートに接続された駆動装置を備えており、この駆動
装置は、上記一方のプレートを上記他方のプレートに対
して相対的に摺動させる。上記駆動装置は、さらに、上
記他方のプレートに接続されていて、この他方のプレー
トを上記一方のプレートに対して相対的に摺動させる。
駆動装置は上記一方のプレート及び上記他方のプレート
を実質的に同じ距離だけ摺動させる。上記ファラデーカ
ップは、細長く、細長い第１の軸線によって特徴づけら
れ、そして、上記アパーチャは、細長く、細長い第２の
軸線によって特徴づけられる。これらカップ及び開口す
なわちアパーチャは、上記細長い第１及び第２の軸線が
互いに実質的に平行になるように配置されている。

【０００８】幾つかの実施の形態においては、粒子ビー
ムは、イオンビームであり、装置はさらに、イオンビー
ムを被加工物の表面に指向させると共にイオンビームを
走査する複数の磁石を備えている。イオンビームは、大
きな断面積、例えば、約１ｃｍ^２以上の断面積、好まし
くは、約７ｃｍ^２以上の断面積を有している。ビーム
は、０．０２（ｍＡ）（ＡＭＵ）^１／２（ＫｅＶ）
^−３／２程度のあるいはこれよりも大きなパービアンス
を有している。ビーム中のイオンは、アルゴン、窒素、
ホウ素、アルシン（ａｒｃｉｎ：水素化ヒ素）、ホスフ
ィン（リン化ヒ素）、リン、ヒ素及びアンチモンとする
ことができる。ビームは、リボン状のビームとすること
ができる。

【０００９】ファラデーカップ・アセンブリ、並びに、
粒子ビームを発生して導くための装置は、ファラデーカ
ップ・アセンブリによって収集された電荷を表す入力信
号を受信すると共に、装置の動作を制御する装置制御信
号を出力するように接続されている演算処理装置を更に
含む装置の一部を構成している。コンピュータが読取可
能な記憶装置は、ソフトウエアプログラムを記憶してお
り、このソフトウエアプログラムは、上記入力信号を処
理して出力装置制御信号を供給し、上記装置の動作を制
御するための命令を含んでいる。プロセッサは、上記ソ
フトウエアの命令にしたがって、ファラデーカップ・ア
センブリによって収集された電荷を表す信号を受信し、
この信号を処理して上記装置の動作を制御する信号を調
節するか否かを決定し、装置制御信号を調節することを
決定した場合には、イオン注入装置の制御信号を調節す
る。上記装置制御信号は、粒子ビームの電流及び均一性
の如き粒子ビームの特性を制御する装置への信号を含ん
でいる。

【００１０】上記演算処理装置は、さらに上記アパーチ
ャのサイズを変更するアパーチャ制御信号を出力するよ
うに接続することができ、上記ソフトウエアは、さらに
入力信号を処理して上記アパーチャのサイズを決定する
アパーチャ制御信号を出力するための命令も含んでい
る。演算処理装置は、上記ソフトウエアの命令にしたが
って、入力信号を処理して、アパーチャ制御信号の大き
さを変更するか否かを決定し、アパーチャのサイズを変
更することを決定した場合には、アパーチャ制御信号を
調節してアパーチャのサイズを変更する。

【００１１】電源に接続するための抑制電極が、ファラ
デーカップと可変開口アパーチャ・アセンブリとの間に
設けられており、上記電極は、帯電粒子をファラデーカ
ップへ移動させるためのアパーチャを有している。第１
のプレート又は第２のプレートに隣接し且つ該プレート
に接触した状態で、冷却プレートが設けられており、こ
の冷却プレートは接地されている。ファラデーカップ
は、グラファイトで構成されている。ファラデーカップ
列は、粒子ビームを遮断してその粒子ビームの特性を測
定するように配置されている。ファラデーカップ列は、
電荷を収集するための複数のファラデーカップと、複数
のアパーチャを有する可変アパーチャ・アセンブリとを
備えており、粒子ビームからの帯電粒子は上記複数のア
パーチャを通って複数のファラデーカップまで移動する
ようになっている。複数のファラデーカップの各々は、
上記複数のアパーチャの中の少なくとも一つのアパーチ
ャを通って移動する帯電粒子を遮断するように、可変ア
パーチャ・アセンブリに対して配置されている。アパー
チャ・アセンブリは、上記アパーチャの中の少なくとも
１つのアパーチャのサイズを変化させるように構成され
ている。最初に述べたファラデーカップ・アセンブリ
は、上記ファラデーカップ列の一部である。本発明は、
別の態様において、ファラデーカップ・アセンブリを特
徴としている。

【００１２】本発明の実施の形態は、以下の特徴の中の
１又は２以上の特徴を備えることができる。可変アパー
チャ・アセンブリは、複数の第２のアパーチャを有する
第１のプレートと、複数の第３のアパーチャを有する第
２のプレートとを備えており、上記第１のプレートは、
上記複数の第２のアパーチャが最初に述べた複数のアパ
ーチャすなわち複数の第１のアパーチャを形成するよう
に上記複数の第３のアパーチャに対して位置決めされる
ように、上記第２のプレートに隣接して配置されてい
る。上記第１及び第２のプレートは、相対的に摺動する
ことができ、一方のプレートが他方のプレートに対して
摺動すると、上記複数の第３のアパーチャに対する上記
複数の第２のアパーチャの位置が変動し、これにより、
上記第１の複数のアパーチャのサイズが変化するように
なっている。

【００１３】上記一方のプレートを上記他方のプレート
に対して相対的に摺動させる駆動装置が設けられてい
る。この駆動装置は、上記一方のプレートに接続された
第１のアームと、上記他方のプレートに接続された第２
のアームと、回転軸線を有する回転ホイールとを備えて
おり、駆動装置は、上記第１のアームを動かして上記摺
動を生じさせ、また、上記第２のアームを動かして上記
摺動を生じさせるようになっており、上記第１及び第２
のアームの一端部は、上記回転軸線からある距離に位置
する第１及び第２の接続点において、上記ホイールに枢
動可能に接続されており、また、上記第１及び第２のア
ームの他端部は、上記プレートの一方に枢動可能に接続
されている。

【００１４】少なくとも一列のファラデーカップ列を形
成する配列で上記複数のファラデーカップを収容するよ
うに、ハウジングが設けられている。ファラデーカップ
は細長く、細長い軸線によって特徴づけられており、上
記アパーチャは細長く、細長い軸線によって特徴づけら
れている。ファラデーカップ及びアパーチャは、ファラ
デーカップの細長い軸線がアパーチャの細長い軸線の少
なくとも１つに対して実質的に平行になるように、互い
に配置されている。本発明は、別の態様において、帯電
粒子の流れの電荷を収集してこれを測定するためのファ
ラデーカップに係り、ファラデーカップへの帯電粒子の
流れを制御するアパーチャのサイズを変化させることを
特徴としている。

【００１５】本発明の実施の形態は、以下の１又は２以
上の特徴を備えている。粒子ビームが発生され、選択さ
れた特徴に従って被加工物に指向される。ファラデーカ
ップは、粒子ビームの経路中に位置しており、粒子ビー
ムの少なくとも一部は、上記アパーチャを通って移動し
て、粒子の流れを供給する。次に、ファラデーカップに
よって収集された電荷が測定される。上記アパーチャの
サイズが変えられて、ファラデーカップに到達する上記
粒子ビームの一部の断面積のサイズが変化する。

【００１６】上記アパーチャのサイズは、測定された電
荷の値に応じて変えられる。上記アパーチャのサイズが
変化すると、測定された電荷の値すなわち電荷測定値
は、所定の信号対雑音比を表す予め選択された値に向か
う傾向を有している。電荷の測定は、更にファラデーカ
ップにより収集された電荷の値を積算することを含んで
いる。

【００１７】幾つかの実施の形態において、電荷を測定
する工程及びアパーチャのサイズを変化させる工程は、
コンピュータからの命令に応答して実行される。電荷測
定値が積算され、その積算値は粒子ビームの電流を表
す。上記積算値を予め選択された値と比較して、これら
値の間の差を決定する。次に、選択された特性を上記決
定された差に基づいて変動させる。

【００１８】幾つかの実施の形態において、電荷測定値
を積算する工程、電荷を測定する工程及び電荷測定値を
予め選択された値と比較する工程は、コンピュータによ
って実行される。アパーチャのサイズを変化させる工程
及び選択された特性を変化させる工程は、コンピュータ
からの命令に応答して実行される。電荷測定値を予め選
択された値と比較して、これら値の間の差を決定する。
上記電荷測定値は、ビームのプロファイル（輪郭）を表
している。選択された特性は、上記決定された差に基づ
いて変化される。

【００１９】幾つかの実施の形態において、電荷を測定
する工程及び電荷測定値を予め選択された値と比較する
工程は、コンピュータによって実行される。アパーチャ
の寸法を変化させる工程及び選択された特性を変化させ
る工程は、コンピュータからの命令に応答して実行され
る。本発明の他の特徴及び利点は、好ましい実施の形態
に関する以下の記載（図面を含む）、並びに、請求の範
囲から明らかとなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、イオン注入装置１０の例
を示しており、このイオン注入装置は、半導体ウエーハ
２４の如き被加工物の表面全体にわたってイオンを極め
て均一に堆積させるために使用される。そのようなイオ
ン注入装置のビーム線の一般的な特徴は、例えば、米国
特許第５，３９３，９８４号（以下において、「’９８
４特許」と称する）、並びに、同一人に譲渡された米国
特許出願である出願番号０９／０８３，８１４（発明の
名称：イオン源、出願日：１９９８年５月２２日）、出
願番号０９／０８３，７０７（発明の名称：電荷の中性
化によるイオン注入、出願日：１９９８年５月２２
日）、出願番号０８／９８２，２１０（発明の名称：デ
ューティサイクル調整を使用した信号の伝送、出願日：
１９９７年１２月１日）、及び、出願番号０９／０８
３，７０６（発明の名称：イオンビームの空間電荷中性
化、出願日：１９９８年５月２２日）に開示されてい
る。上記’９８４特許並びに上述の各米国特許出願は、
ここで参照することによりその全体が本明細書に組み込
まれるものとする。

【００２１】イオン注入装置１０は、イオン源１２と、
引出し電極１４と、分析磁石１６と、走査磁石１８と、
コリメータ磁石２０と、プラズマ電荷中和器２２と、ウ
エーハ２４とを備えている。図１のイオン注入装置１０
は、リボン状のビームを発生し、このビームは、幾つか
の実施の形態においては、１ｋｅＶから１００ｋｅＶま
でのエネルギ範囲を有している。ビームは、’９８４特
許に説明されているように、高電流かつ高パービアンス
のビームである（幾つかの実施の形態においては、ビー
ムは、０．０２（ｍＡ）（ａｍｕ）^１／２（ｋｅＶ）
^−３／２程度あるいはそれよりも大きなパービアンスを
有している）。ある種の実施の形態におけるビーム電流
は、約１０マイクロアンペアから約４０ミリアンペアま
での範囲を有している。イオン注入装置１０は、イオン
ビーム４０をウエーハ２４上を磁気的に走査する。他の
実施の形態においては、ビームを静電的に走査すること
ができる。

【００２２】イオン注入装置のイオン源１２は、バーナ
ス型（Ｂｅｒｎａｓｔｙｐｅ）のイオン源、フリーマ
ン（Ｆｒｅｅｍａｎ）のイオン源、又は、マイクロ波Ｅ
ＣＲイオン源を含む、任意のタイプのイオン発生源とす
ることができる。イオン源１２は、アルゴン、窒素、解
離型ホウ素（ＢＦ_３の形としての）、アルシン（水素化
ヒ素）、及び、ホスフィン（リン化水素）の如きガスを
含む、正に帯電した注入用のイオンを発生する。固形物
のイオンは蒸着の後に注入されることもある。そのよう
な固体は、リン、ヒ素及びアンチモンを含む。他の物質
を注入することもできる。イオンは、オリフィスから出
て、引出し電極１４によって抽出される。抽出電極は、
イオン源に比較して負の電位を有している。引出し電極
１４の形状及び位置は、良好に形成されたイオンビーム
が電極から出るようなものである。

【００２３】次に、分析磁石１６が、イオン運動量対電
荷の比（Ｍｖ／Ｑ：ｖはイオンの速度、Ｑはイオンの電
荷、Ｍはイオンの質量）に従って望ましくない不純物を
除去することにより、イオンビームを分析する。そし
て、走査磁石１８は、イオンビームをビームの経路に対
して直交する方向に走査する。その走査範囲は、約４０
０ｍｍである。このイオンビームの走査の後に、コリメ
ータ磁石２０は、ビームの中のイオンの経路が全走査範
囲にわたって概ね平行になるように、イオンビームの方
向を再調整する。

【００２４】図示の実施の形態においては、イオンビー
ムは、リボン状の幅の広いビームであって、イオン源に
おいて９０ｍｍ、またウエーハにおいて６０ｍｍのビー
ム高さ（すなわち、ビームの断面積の長軸に沿うビーム
の長さ）を有しており、一方、直交する短軸に沿う寸法
は、イオン源において２．５ｍｍ、またウエーハにおい
て１０ｍｍである。しかしながら、他のビームは、ウエ
ーハにおいて大きなビーム断面積、例えば、約１ｃｍ^２
以上の断面積、好ましくは、約７ｃｍ^２以上の断面積を
与えることになる、種々の寸法を有することができる。
そのようなビームは、リボン状とすることができる。そ
のようなビームは、円形、楕円形又は他の形状の断面を
有することができる。

【００２５】イオン注入装置１０は、最大で３００ｍｍ
の直径を有するウエーハにイオン注入を行うことができ
るように、そのサイズが決定されている。エンドステー
ション２６は、ウエーハに対するビームの入射角度の範
囲内の予め選択された角度、好ましくは、イオンビーム
に対して直角な入射角度から１０°未満の角度までの角
度にウエーハ２４を保持する。エンドステーション２６
は、またウエーハを機械的に動かしてウエーハを第２の
方向に走査する。この第２の方向は、ウエーハが着座し
ている平面にあって磁気的な走査方向に対して直角であ
る。ウエーハの機械的な走査方向及びイオンビームの磁
気的な走査方向は、互いに実質的に直交するようにでき
る。

【００２６】エンドステーション２６は、また以下に説
明するファラデーカップ列５０を備えている。図２Ａ及
び図２Ｂに概略的に示すように、ファラデーカップ５０
は、ウエーハ２４の下流側に位置している。図２Ａは、
イオンビーム４０によってイオン注入を受けるように配
置されているウエーハ２４を示している。図２Ｂは、イ
オン注入を受けた後にイオンビーム４０の経路から取り
除かれた後のウエーハ２４を示している。ウエーハ２４
（傾斜した状態にある）の輪郭２４’が、イオンビーム
電流の測定の間のファラデーカップ列５０の位置に対す
るイオン注入の間のウエーハ２４の可能な位置を示して
いる。ウエーハ２４を取り除くと、ファラデーカップ列
５０はイオンビーム４０の経路の中に位置し、測定値の
読み取りを行うために、粒子を遮断して電荷を収集す
る。ファラデーカップ列５０が後退可能であること、す
なわち、ファラデーカップ列は、ビーム電流の測定を行
う位置へ動き、測定の後に、その測定位置から後退する
ことができることに注意する必要がある。ファラデーカ
ップ列５０は、その後退位置においては、ビームの経路
から離れた位置に位置することになる。

【００２７】図２Ｃ及び図２Ｄは、別の実施の形態のエ
ンドステーション２６におけるウエーハ２４に対するフ
ァラデーカップ列５０の位置を示している。この実施の
形態においては、ファラデーカップ列５０は、ウエーハ
２４と概ね同じ平面に位置している。幾つかの実施の形
態においては、ファラデーカップ列５０は、ウエーハ２
４と同じ態様でイオンビームを遮断するように傾斜し、
ウエーハ２４と同様に機械的な走査を受けることができ
る。この実施の形態におけるファラデーカップ列５０は
後退可能であり、ウエーハ２４が取り除かれたときに、
測定を行う位置に置かれる。ファラデーカップ列５０
は、運転中にはウエーハ２４と同じ平面にあるので、フ
ァラデーカップ列５０による測定値は、ウエーハ２４に
与えられるイオン注入線量を正確に反映する。

【００２８】図３、図４、図５Ａ及び図５Ｂを参照する
と、ファラデーカップ列５０は、列をなして配置された
一列のファラデーカップ・アセンブリ６０を有してい
る。各々のファラデーカップ・アセンブリは、ハウジン
グ６４の中に設けられたファラデーカップ６２と、他の
ファラデーカップ・アセンブリ６０と共有する多数の部
品とを備えている。これらの共有される部品は、抑制電
極６６、冷却プレート６８、及び、複数の可変アパーチ
ャ７２を形成する可変アパーチャ・アセンブリ７０であ
る。可変アパーチャ・アセンブリ７０は、さらに上方プ
レート７４Ａと、下方プレート７４Ｂと、駆動装置すな
わち駆動機構７５とを備えている。駆動装置７５は、上
方プレート７４Ａ及び下方プレート７４Ｂを互いに相対
的に摺動させ、これにより、後に詳細に説明するよう
に、アパーチャ７２のサイズ（寸法）を変化させる。駆
動装置７５は、アーム７６Ａ，７６Ｂと、回転表面７８
と、モータ８２とを備えている。上方プレート７４Ａ
は、二次的な電子放出／汚染を減少させる、グラファイ
ト（黒鈴）又はガラス質グラファイトから構成すること
ができる。

【００２９】上述のように、各々のファラデーカップ・
アセンブリ６０は、ファラデーカップ６２と、対応する
アパーチャ７２とを備えている。各々のファラデーカッ
プ６２は、電荷を収集するための実質的な電極であり、
典型的には、電流測定装置と直列に接地電位に接続され
ている。ファラデーカップ６２の形態、幾何学的形状及
び寸法は、本明細書に開示する形態等には限定されるも
のではなく、用途に応じて変更することができる。この
実施の形態においては、ファラデーカップ６２は、グラ
ファイトから形成されていて、アパーチャ７２の列の正
面に配置されている。各々のファラデーカップ６２は、
アパーチャを通って移動する電荷がそのカップによって
遮断されるように、アパーチャ７２の中の一つのアパー
チャに対して相対的に位置決めされている。可変アパー
チャ・アセンブリ７０は、イオンビーム４０の帯電粒子
を通過させてファラデーカップ６２に到達させるように
する、複数のアパーチャ７２を形成している。後に詳細
に説明するように、アパーチャ７２の幅、従ってアパー
チャ７２のサイズは可変であって、注入プロセスの間に
要求に応じて変えることができる。

【００３０】特に図３に示すように、ファラデーカップ
列５０は、直線的な列として配列された多数のファラデ
ーカップ・アセンブリ６０を有している。一般的に、フ
ァラデーカップ列５０は、イオンビーム４０の走査経路
全体にわたって伸長するように、配置されていて、イオ
ンビーム４０の経路全体に沿ってイオンビームから読取
り値を得ることができる。アパーチャ７２及びファラデ
ーカップ６２は一般的に、アパーチャ７２に対して平行
な軸線に沿うビームの予想最大寸法よりも大きい。これ
により、ビーム全体からの帯電粒子がファラデーカップ
６２に確実に入ることになる。

【００３１】ファラデーカップ６２及びアパーチャ７２
は、一般的に、両端の対のファラデーカップ６２Ａ，６
２Ｂ及び対応する対のアパーチャ７３Ａ，７３Ｂを除い
て、均一に間隔をおいて配置されている。ファラデーカ
ップの対６２Ａ，６２Ｂ、並びに対応するアパーチャの
対７３Ａ，７３Ｂは、他のファラデーカップ６２及びア
パーチャ７２の場合よりも、互いにより近接して配置さ
れている。この配置は、イオンビーム４０がイオンビー
ム４０の走査経路の端部に位置するアパーチャ７２を通
過しない場合に、誤った読取り値を得る結果を減少させ
る助けをする。上述の場合には、イオンビーム４０は、
両方の走査方向において対応するファラデーカップ６２
に連続的に衝突して、そのカップから出ることはない。
換言すれば、イオンビーム４０は、他のファラデーカッ
プ６２の場合の二倍の長さの時間にわたって、そのファ
ラデーカップに衝突することになる。後に説明するよう
に、幾つかの場合には、電荷測定値は、収集した電荷の
積算値であるので、走査の終端においてファラデーカッ
プ６２から得られる読取り値は、ファラデーカップ列５
０の他のファラデーカップ６２の読取り値の二倍程度大
きくなる。従って、そのような読取り値は無視しなけれ
ばならない。そのような場合には、走査の終端にある各
対のファラデーカップにおいて、アパーチャ７２及びフ
ァラデーカップ６２は、互いに近接して配置されている
ので、その対の中の他方のファラデーカップ６２からの
読取り値は、その走査経路の終端におけるビーム特性の
正確な評価として用いることができる。

【００３２】一般的に、各々のアパーチャ７２は、イオ
ンビームの粒子を通過させて対応するファラデーカップ
６２に到達させることのできる、開口である。可変アパ
ーチャ・アセンブリ７０は、アパーチャ７２の開口領域
の幅を変えることによってアパーチャ７２のサイズを変
化させることができるように、設計され且つ構成されて
いる。各々のアパーチャ７２は、上方プレート７４Ａの
アパーチャ７２Ａの中の一つのアパーチャ、並びに、下
方プレート７４Ｂのアパーチャ７２Ｂの中の対応する一
つのアパーチャによって形成されている。上述のよう
に、プレート７４Ａ，７４Ｂは、互いに関して摺動可能
なように構成され且つ配置されている。アパーチャ７２
のサイズがどのようにして変化するかを理解するため
に、上方プレート７４Ａのアパーチャ７２Ａの中の一つ
のアパーチャ、及び、下方プレート７４Ｂのアパーチャ
７４Ａの中の対応する一つのアパーチャを考えてみる。
これらのアパーチャ７２Ａ，７２Ｂの整合の度合いが大
きくなるか又は小さくなると、幅、従って、イオンビー
ム４０が通過する開口領域のサイズは、それぞれ大きく
あるいは小さくなる。また、アパーチャ７２Ａ，７２Ｂ
の整合の度合いが大きくなるかあるいは小さくなると、
アパーチャ７２の中心軸線は、ファラデーカップ６２の
比較的中心に維持される。

【００３３】例えば、図５Ａは、プレート７４Ａ，７４
Ｂが移動して、幅ｗ１がアパーチャ７２の有効開口領域
の幅になっている状態を示している。一方、図５Ｂは、
プレート７４Ａ，７４Ｂがある距離だけ摺動して、アパ
ーチャ７２Ａ，７２Ｂが実質的に整合され、アパーチャ
７２の有効幅がｗ２になっている状態を示している。従
って、図５Ａのファラデーカップ６２によって任意の時
間に測定されるビーム電流測定値は、図５Ｂのファラデ
ーカップ６２によって測定されるビーム電流測定値より
も、イオンビーム４０の狭い部分だけの値に相当する分
だけ小さい。

【００３４】ファラデーカップ列５０は、イオンビーム
４０が走査の時点の軸線８４に実質的に沿って移動する
ように、イオンビーム４０に対して位置決めされている
が、イオンビーム４０の経路は、上記軸線から発散する
ことができることを理解する必要がある。従って、アパ
ーチャ７２は、イオンビーム４０に対して大きく又は小
さく見えることがある。しかしながら、上記発散は一般
的に重要ではない。また、他の実施の形態においては、
アパーチャ７２を形成する構造は、そのアパーチャのサ
イズがビームの入射角が変化しても全く変化しないよう
に構成することができることにも注意する必要がある。

【００３５】プレート７４Ａ，７４Ｂを相対的に摺動さ
せて、幅、従ってアパーチャ７２の寸法を変化させるた
めの機構を以下に説明する。プレート７４Ａ，７４Ｂは
各々、アーム７６Ａ，７６Ｂの一端部に取り付けられて
いる。アーム７６Ａ，７６Ｂの他端部は、回転表面７８
（この場合にはディスク）の回転中心８０から離れた位
置で上記回転表面７８に枢動可能に接続されている。モ
ータ８２が、回転表面７８を回転させて、アーム７６
Ａ，７６Ｂを反対方向に動かすことができる。一方、こ
れらアームの運動は、プレート７６Ａ，７６Ｂを互いに
関して反対方向に摺動させる。プレート７６Ａ，７６Ｂ
が互いに関して相対的に摺動すると、アパーチャ７２Ａ
及びこれらに対応するアパーチャ７２Ｂがより大きく又
はより小さく整合され、アパーチャ７２の幅及びサイズ
はそれに応じて変化する。プレート７４Ａ，７４Ｂは、
共に、互いに関して実質的に同じ距離だけ摺動するの
で、アパーチャ７２は、それぞれの寸法が変化する際
に、実質的に中心に位置する（すなわち、図５Ａ及び図
５Ｂに示す軸線８４上にセンタリングされる）状態を維
持することに注意する必要がある。

【００３６】プレート７４Ａ，７４Ｂを相対的に摺動さ
せる駆動機構の別の実施の形態においては、アーム７６
Ａ，７６Ｂは、これらアームをプレート７４Ａ，７４Ｂ
と同じ平面において直線的に動かすための通常の駆動機
構に接続することができる。そのような通常の機構は、
空圧駆動式、油圧駆動式、歯車駆動式、又は、ベルト駆
動式の通常の機構を含むことができる。

【００３７】上述のように、ファラデーカップ・アセン
ブリ６０は、冷却プレート６８及び抑制電極６６を共有
している。冷却プレート６８は、列をなす開口を有して
おり、これら開口は、アパーチャ７２と整合されてい
て、アパーチャ７２を通過する粒子が阻害されることな
く冷却プレート６８を通過することができるようになっ
ている。冷却プレート６８の各々の開口は、アパーチャ
７２の最大開口領域の寸法よりも大きな寸法を有するの
が好ましい。

【００３８】冷却プレート６８は、下方プレート７４Ｂ
に隣接し且つ該下方プレートに接触した状態で配置され
ている。上方及び下方のプレート７４Ａ、７４Ｂは、各
々、グラファイトの如き導電材料から形成されている。
作動の間に、上方プレート７４Ａは、イオンビームのイ
オンに衝突される。この衝突は２つの効果を有してい
る。第一に、正の電荷が常時プレート７４に与えられ
る。第二に、プレート７４Ａによって止められたイオン
は、エネルギをプレート７４Ａに放出し、プレート７４
Ａを加熱する。冷却プレート６８は、上記２つの効果を
相殺する助けをする。作動の間に、冷却プレート６８は
接地（アース）されており、これにより、プレート７４
Ａ，７４Ｂも接地されることになる。従って、冷却プレ
ート６８は、プレート７４Ａに供給された電荷を接地へ
流すことを可能とする。また、冷却プレート６８は、ヒ
ートシンクとして作用し、プレート７４Ａ，７４Ｂの冷
却を助ける。

【００３９】抑制電極６６は、ファラデーカップ６２と
可変アパーチャ・アセンブリ７０との間に配置されてい
る。抑制電極６６は、一列の開口を有しており、これら
開口は、アパーチャ７２を通過するビームがファラデー
カップ６２に到達できるようにしている。作動の間に、
抑制電極６６は、負の電位に維持される。抑制電極６６
は、その電荷によって、二次電子がファラデーカップ６
２から出ることを阻止する。この実施の形態においては
静電的な抑制電極が使用されているが、他の実施の形態
は、二次電子の抑制を行うために磁界又は電磁界を用い
ることができることに注意する必要がある。

【００４０】図４を参照すると、ファラデーカップ６２
は、種々の回路構成で種々のタイプの測定を行うように
接続することができる。この場合には、ファラデーカッ
プ６２は、それぞれ２つの回路構成で２つのタイプの測
定（ビーム電流及びビームプロファイル）を行うように
接続されている。第１の回路構成において、各ファラデ
ーカップ６２からの信号は、通常の回路を用いるように
構成された積分器８２に接続されている。積分器からの
信号は、接地（アース）に直列に接続されたオシロスコ
ープ又は電流計などの測定／表示装置８４に供給され
る。測定／表示装置８４は、コンピュータとするか、あ
るいは、コンピュータの構成要素とすることができる。
この回路構成は、後に詳細に説明するように、各ファラ
デーカップ６２からイオンビームの電流測定値を得るこ
とを可能にする。第２の回路構成においては、各ファラ
デーカップ６２からの信号は、積分されることなくすな
わち集積されることなく、測定／表示装置８４へ直接供
給される。この回路構成は、後に詳細に説明するよう
に、イオンビームのプロファイル（輪郭）を測定するこ
とを可能にする。

【００４１】可変アパーチャを有するファラデーカップ
列の実施の形態の構造を説明したので、イオン注入の間
にファラデーカップ列５０を用いてイオンビームの特性
を測定して調節する方法を以下に説明する。より詳細に
は、ファラデーカップ列５０を用いるこれらの方法によ
れば、ファラデーカップ列５０を用いてイオンビームの
特性を測定し、被加工物に供給される全線量の値及びそ
の線量の均一性を共に決定することができる。次に、こ
れらの値を用いて、イオンビームの特性を調節し、選択
された線量が被加工物に確実に供給され、その供給され
た線量が確実に被加工物全体にわたって均一に与えられ
るようにする。また、これらの方法は、イオンビームの
特性を測定して調節するという意味において説明され
る。その理由は、そのような特性は、イオン注入プロセ
スの間にこの注入プロセスを停止させることなく、異な
る注入条件に応じて異なるバッチの被加工物に注入を行
うように変更される。

【００４２】上述のように、ファラデーカップ列５０を
用いて、被加工物に供給される全線量の値及びその線量
の均一性を共に決定することができる。全線量の値を決
定することにより、所望の線量の値を得るためにイオン
ビーム電流を調節することができる。後に詳細に説明す
るように、全線量の値はビーム電流を測定することによ
って決定される。次に、この測定値を用いて、被加工物
に供給される線量を決定することができる。

【００４３】線量の均一性を決定することにより、被加
工物全体にわたる線量の均一性を増大させるようにビー
ム特性を変更することができる。被加工物に供給される
線量の均一性は、ビームの走査経路にわたるイオンビー
ム電流の均一性並びにビームの断面および走査経路全体
にわたるビームプロファイルの均一性を含む種々の要素
に依存している。従って、これらの値を測定して、線量
の均一性を決定すると共に、所望の均一性を得るために
イオン注入装置１０の動作を支配するパラメータを調節
する方法を決定することが望ましい。しかしながら、上
記２つのタイプの測定値の各々は、電荷を測定するため
に使用されるファラデーカップに異なる特性を要求す
る。

【００４４】一方、上記測定値の各々について以下に説
明する。最初に、イオンビーム電流の測定作業を考えて
みる。図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、ファラデーカッ
プ及びイオンビームは、ビーム全体が開口を通り、かつ
ファラデーカップが、全ビーム電流を測定することがで
きるように寸法が設定される。しかしながら、図７Ａ及
び図７Ｂを参照すると、ファラデーカップ及びイオンビ
ームは、またファラデーカップとの入射平面におけるビ
ームの断面積がファラデーカップに対する開口よりも大
きくなるように、寸法（サイズ）を設定することができ
る。従って、カップは、図６Ａ及び図６Ｂにおけるよう
にビーム全体からの電荷ではなく、イオンビームの特定
の部分、すなわち一部分からの電荷を測定する。よっ
て、図７Ａ及び図７Ｂの場合においてビームの電流を得
るために、上述の測定された電荷の値、すなわち電荷測
定値を積算する。

【００４５】電荷測定値は、雑音成分と信号成分とを有
している。図８Ａ及び図８Ｂは、ファラデーカップ・ア
センブリ６０から積算された信号を表すグラフであり、
図８Ａのグラフに関する信号対雑音比ＳＮＲ１は、図８
Ｂのグラフに関する信号対雑音比ＳＮＲ２よりも小さ
い。図８Ａ及び図８Ｂから明らかなように、ファラデー
カップ６２からの信号が積算された場合には、最終的な
積算値は、２つの成分、すなわち、図８Ａ及び図８Ｂの
グラフの領域８２Ａ，８２Ｂによって示される積算され
た信号成分と、領域８４Ａ，８４Ｂによって示される積
算された雑音成分とから構成されている。信号対雑音比
が増大すると、それぞれの積算値の比も増大する。従っ
て、信号対雑音比が大きくなればなるほど、積算された
最終的な測定値は、信号成分及びイオンビーム電流をよ
り正確に表すことになる。よって、イオンビーム電流を
測定する場合には、信号対雑音比を最適に増大させるの
が望ましく、その際には、信号対雑音比が、正確なイオ
ンビーム電流の測定値を与えるように先に決定された閾
値よりも小さくならないようにするのが好ましい。

【００４６】第二に、ビームプロファイルの測定作業を
考えてみる。ビーム電流の測定値の精度とは対照的に、
ビームプロファイルの測定値の精度は、高い信号対雑音
比をもつことに対する依存度が低い。その理由は、プロ
ファイルを測定するファラデーカップからの信号が積算
されないからである。

【００４７】ビームプロファイルを測定する際には、フ
ァラデーカップのアパーチャの幅が、測定値の分解能を
決定する。図９Ａ及び図９Ｂは、このことを示してい
る。図９Ａ及び図９Ｂは、単一のファラデーカップから
のビームプロファイルの読取り値を表すグラフであり、
図９Ａのアパーチャの幅Ｗ１は、図９Ｂのアパーチャの
幅Ｗ２よりも大きい。図９Ａのビームプロファイルの読
取り値は、幅Ｗ１が大きいので、図９Ｂのビームプロフ
ァイルの読取り値ほどには精細な分解能をもっていな
い。というのは、より大きなビームの断面が各時点にお
いて測定されるからである。従って、ビームプロファイ
ルを測定する場合には、小さなアパーチャ開度がより望
ましい。

【００４８】従って、上記２つのタイプの測定を同じイ
オンビームに関して行うことは、上述の測定値の一つを
採取するように各々設計された、２組の機器を必要とす
ることになる。また、注入プロセスの間にイオン注入装
置の運転を停止することなくイオンビームの特性を変更
することが望ましい場合には、特定の特性を有するイオ
ンビームに関して上述の測定値を正確に採取するように
設計された機器が、別の組の特性を有するイオンビーム
から測定値を採取するのに必ずしも適していないとい
う、別の問題が生ずる。

【００４９】ファラデーカップ５０を用いて、異なる特
性を有するイオンビームに関して両方のタイプの測定値
を正確に採取することができる。ファラデーカップ列５
０を用いて、高い信号対雑音比でビームの電流を測定す
ることができ、かつ、狭いアパーチャ開度を用いてその
ビームのビームプロファイルを測定することができる。
更に、ファラデーカップ列５０を用いて、イオンビーム
の特性が「飛行中」に、すなわち、ビームの発生及び指
向を停止することなく、変更されるので、イオンビーム
の正確な電流及びプロファイルの測定を行うことができ
る。ファラデーカップ列５０を用いて上述のような測定
を行ってイオンビームを変更し、均一なビーム電流及び
ビームプロファイルを得るための方法を以下に説明す
る。

【００５０】上述のように、イオンビーム電流の正確な
測定値を得るためには、信号対雑音比が、正確な測定値
を得るための所定の閾値を下回ってはならない。しかし
ながら、信号対雑音比は、一般的に、イオンビーム電流
が減少するにつれて減少する。小さな電流を有するビー
ム（例えば、約１０マイクロアンペアよりも小さく、場
合によっては約１０ナノアンペアよりも大きな電流を有
するビーム）に関しては、信号対雑音比は、望ましいレ
ベルを下回ることができ、実際に、信号を識別すること
ができなくなる程度まで小さくなることがある。

【００５１】信号対雑音比を増大させるためには、以下
に説明する方法にしたがって、ファラデーカップ列５０
のアパーチャ７２のサイズ（寸法）を変更する。一般的
に、イオンビーム電流の減少は、信号対雑音比を減少さ
せる。というのは、ファラデーカップ６２及びファラデ
ーカップ列５０によって収集された電荷Ｑが、電流の減
少に伴って減少するからである。代表的なファラデーカ
ップ６２における電荷Ｑは、下式（この式は、簡略化さ
れた式であって、Ｑの値を決定する際には、エッジ効果
等の如き他の要素も考慮することがあることに注意する
必要がある）によって概ね評価することができる。Ｑ＝（Ｉ×ｗ）／Ｖ（式１）上式において、Ｖは、各走査サイクルの間にイオンビー
ム４０が移動した距離を走査サイクルの期間で除した値
に等しい走査速度であり、Ｑはファラデーカップによっ
て収集された電荷の積算値であり、ｗはビームが直角入
射すると仮定した場合のアパーチャ７２の開口領域の開
度の幅である。

【００５２】従って、上述の収集された電荷値は、アパ
ーチャ７２の幅を増大させることにより、すなわち、ｗ
を増大させることにより、増大させることができる。収
集された電荷値Ｑとアパーチャの幅との間の関係は、感
度式によって表すことができる。Ｓ_{Ｑ−アパーチャ幅}＝（ｄＱ／ｄｔ）／（ｄアパーチャ幅／ｄｔ）（式２）上式は、アパーチャ７２の幅の変化値に対する収集され
た電荷値の相対感度を示している。これら２つの変数の
間の関係は、通常、非直線的であることに注意する必要
がある。

【００５３】しかしながら、アパーチャ７２の幅が変化
すると、測定値に現れる雑音の値も変化する。雑音の値
は、少なくとも２つの成分、すなわち、固定雑音値及び
変動雑音値を含んでいる。固定雑音値は、アパーチャ７
２の幅が変化しても大きく変化することはない。固定雑
音値の発生源は、機器の雑音を含んでいる。従って、固
定雑音に対する信号の比（信号対固定雑音比）を増大さ
せるためには、アパーチャ幅を増大させて収集された電
荷値Ｑを増大させることであり、これによって信号対固
定雑音比を増大させることができる。

【００５４】しかしながら、種々の要素によって、アパ
ーチャ７２の幅が変化することにともなって、変動雑音
値は変化する。そのような要素の一つは、アパーチャ７
２の幅である。変動雑音値の発生源は、イオン注入装置
における二次粒子放出の如き、ファラデーカップの外部
の発生源である。上記二次粒子放出は、アパーチャ７２
の幅が増大すると増大する。従って、アパーチャ７２の
幅を増大させると、上記雑音成分の値を増大させること
ができる。この増大が、収集された電荷値Ｑの増大より
も比例的にすなわち相対的に大きい場合には、変動雑音
値に対する信号の比（信号対変動雑音比）、並びに、全
体的な信号対雑音比が低下する。

【００５５】図１０は、信号対雑音比とアパーチャ７２
の幅との間の関係を表すグラフである。容易に理解でき
るように、グラフ９０は、信号対雑音比とアパーチャ７
２の幅との間の関係が非直線的な関係であることを示し
ている。（グラフ９０の形状は、測定されているイオン
ビーム及びイオン注入装置の特定の形態を含む、種々の
要素に依存することを理解する必要がある。グラフ９０
に基づくと、アパーチャの幅が増大すると、アパーチャ
７２の幅に依存して、信号対雑音比が増大又は減少す
る。

【００５６】イオンビーム電流の正確な読み取りを行う
ためにアパーチャの幅をどの程度増大させるかを決定す
る一つの技法は、測定された電荷閾値、あるいは、適正
な信号対雑音比をもたらすことが経験又は計算に基づい
て分かっているそのような値の範囲を決定することであ
る。次に、注入の操作の間に、測定された電荷値が測定
された電荷閾値を下回るかあるいは上記範囲から逸脱す
ると、アパーチャ７２の幅を増大させてこれを補償す
る。このようにして、アパーチャ７２の幅は、必要なだ
け広げられる。これにより、アパーチャ７２を広げるこ
とによって、信号対雑音比が減少する可能性が低下す
る。

【００５７】イオンビーム電流の測定値を得た後に、ビ
ーム電流の値を用いて、イオンビームによって被加工物
に供給された全体的な線量並びに走査経路における分布
線量及びその均一性を決定することができる。イオンビ
ーム電流は、最初に、下式（式１に基づく）によって評
価される。Ｉ_算定値＝（Ｑ_測定値×Ｖ）／Ｗ（式３）次に、上記算定値を用いて、下式に基づき算定線量を決
定することができる。Ｄ_算定値＝（Ｉ_算定値×Ｔ×ｎ）／（ｅ×Ａ）（式４）上式において、Ｄ_算定値は算定された線量（算定線量）
であり、Ｉ_算定値は算定された電流（算定電流）であ
り、Ｔは走査時間であり、ｎは走査回数であり、ｅは注
入されたイオン当たりの平均電荷であり、Ａはウエーハ
の面積である。次に、算定線量の値を用いて、ウエーハ
に供給された全線量を決定することができる。また、算
定線量の値を用いて、走査の各点における線量、従っ
て、走査経路にわたる線量の均一性を決定することもで
きる。

【００５８】次に、ファラデーカップ列５０を用いて、
全走査経路に関するおよび走査の特定の時点に関するビ
ーム電流の正確なプロファイルを測定する方法を説明す
る。最初に、アパーチャ７２の幅を狭めて、許容できる
所定の信号対雑音比が与えられる最も狭い幅を得る。ど
の程度狭いアパーチャ７２を形成することができるかを
決定するために、許容できる信号対雑音比に関する電流
値を決定し、アパーチャの幅をその電流値に到達するま
で変化させる。上述のように、信号はビームプロファイ
ルの測定を行うために積算されないので、この場合にお
ける信号対雑音比は、イオンビーム電流の読み取りを行
うために必要とされる程には高くする必要がない。

【００５９】狭い幅によって、高分解能でのビームプロ
ファイルの測定ができる。次いで、測定されたビームプ
ロファイルを用いて、イオンビームにおけるビーム電流
の変動、従って、被加工物へのイオンの密度の変動を決
定することができる。

【００６０】ファラデーカップ列５０を用いてビームの
特性を測定する方法を上に説明したが、次に、ファラデ
ーカップ列５０を用いてイオンビームの電流及びプロフ
ァイルを測定し、注入プロセスの間にビーム特性が変化
する場合にイオンビームの均一性及び注入線量を決定す
る方法を説明する。この方法によれば、新たな注入基準
に関してイオンビームの特性が変化すると、アパーチャ
７２を調節して、高い信号対雑音比で電流測定値を得
る。この測定値を用いて、被加工物に供給される全線
量、並びに、走査経路にわたる線量の均一性を計算す
る。次に、アパーチャ７２を狭めて、最小限許容できる
信号対雑音比でビームプロファイルを測定する。次い
で、これら測定値を用いて、ビームプロファイル及び走
査経路にわたる線量の均一性を計算する。これらの測定
値の結果に基づき、イオン注入装置の操作を支配してビ
ームの均一性に影響を与える種々のパラメータを調節
し、均一性を増大させると同時に、被加工物に供給され
る線量についての所望値を得る。調節することのできる
パラメータは、種々の磁石を制御する電流、イオン源電
極の電位、加速電位及び減速電位を含んでいる。従っ
て、イオン注入装置１０をこの方法にしたがって作動さ
せる場合には、イオン注入装置１０を用い、イオン注入
装置１０又はその測定装置を再構成するためにイオン注
入装置１０を停止させることなく、一つのビームから別
のビームまで変化する２つの異なるビーム特性を用いる
ことにより、被加工物への注入を行うことができる。

【００６１】他の実施の形態は、請求の範囲に記載の範
囲内に入る。例えば、イオン注入装置１０を作動させる
上述の方法、特に、ビームを監視して制御するためにフ
ァラデーカップ列５０を作動させる方法は、コンピュー
タを用いて自動化することができる。図１１を参照する
と、ファラデーカップ６２からの電荷測定信号１０２
が、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース、及び、信号変
換器１０４に供給され、この信号変換器は、上記信号を
前処理して、変換された信号すなわち変換信号１０２’
を演算処理装置１０６に与える。記憶装置１０８に記憶
されたソフトウエアプログラム１１２を実行する演算処
理装置１０６が、ファラデーカップ列５０からの変換信
号１０２’を処理する。その処理の結果にしたがって、
演算処理装置１０６は、適正な制御信号１１０’をＩ／
Ｏインターフェース及び信号変換器１０４に与える。Ｉ
／Ｏインターフェース及び信号変換器１０４は、上記信
号をファラデーカップ列５０のアパーチャ７２を調節す
るための制御信号１１０に変換する。また、信号１０
２’の処理作業の結果にしたがって、演算処理装置１０
６はＩ／Ｏインターフェース及び信号変換器１０４に制
御信号１１２’を与える。Ｉ／Ｏインターフェース及び
信号変換器１０４は、上記信号を制御信号１１２に変換
し、これら制御信号は、イオン注入装置１０の種々の構
成要素に送信されて、イオンビームの特性を調節する。

【００６２】図１２は、プログラム１１２を実行する際
に演算処理装置１０６が採用するステップのフローチャ
ートである。ユーザは最初に、被加工物に供給すべき所
望の線量すなわち所望線量を選択する。演算処理装置１
０６は、信号１０２を受信した後に、イオンビーム電流
を決定する（ステップ２０２）。イオンビーム電流が、
イオンビーム電流の測定値に関して許容できる信号対雑
音比を与える電流値の範囲内にない場合（ステップ２０
２）には、演算処理装置１０６は、イオンビーム電流が
その範囲よりも上にあるか否かを決定する（ステップ２
０４）。イオンビーム電流が上記範囲よりも上にある場
合（ステップ２０６）には、演算処理装置１０６は、制
御信号１１０をファラデーカップ列５０に供給して、ア
パーチャ７２のサイズ（寸法）を減少させる（ステップ
２１０）。イオンビーム電流が上記範囲よりも上にない
場合、すなわち、イオンビーム電流が上記範囲よりも下
にある場合（ステップ２０６）には、演算処理装置１０
６は、制御信号１１０をファラデーカップ列５０に供給
して、アパーチャ７２のサイズを増大させる（ステップ
２０８）。ステップ２０２から２１０は、電流測定値が
許容できる信号対雑音比を生じさせる値の範囲内に入る
まで繰り返される（ステップ２０４）。

【００６３】測定電流の測定値が上記範囲内に入ってい
る場合には、演算処理装置１０６は、イオンビーム電流
の測定値を用いて、被加工物に供給される全線量の算定
値、並びに、走査経路を横断する線量の均一性を示す各
ファラデーカップにおける線量を計算する（ステップ２
１２）。演算処理装置１０６は、供給される全線量の値
をオペレータの入力値と比較する。これら全線量と入力
値が実質的に同じでなければ（ステップ２１４）、演算
処理装置１０６は、供給される全線量の値とオペレータ
の入力値との間の差に基づいて、制御信号１１２をイオ
ン注入装置１０に供給し、全線量の値がオペレータの入
力値に向かうようにする（ステップ２１６）。演算処理
装置１０６は、次に、ステップ２０２に進む。

【００６４】しかしながら、演算処理装置１０６が、供
給される全線量の値がオペレータによって入力された値
と実質的に同じであると決定した場合（ステップ２１
４）には、演算処理装置１０６は、次に、ビームプロフ
ァイルの測定及び分析を行う。この測定及び分析を行う
ことにより、演算処理装置１０６は、制御信号１１０を
ファラデーカップ列５０に送信して、ビームプロファイ
ルの読取り値を得るために許容される最も低い信号対雑
音比になるようにアパーチャ７２のサイズ（寸法）を減
少させる（ステップ２１８）。演算処理装置１０６は、
次に、各々のファラデーカップの位置において走査経路
にわたるビームプロファイルの測定及び分析を行う（ス
テップ２２０）。ビームプロファイルが、各々のファラ
デーカップの位置において走査経路にわたる方向におい
て十分に均一でなく、従って許容できない場合、あるい
は、走査経路にわたる線量の均一性が許容できない場合
（ステップ２２２）には、演算処理装置１０６は、測定
値、並びに、これら測定値と許容できる結果を与えるよ
うに予め決定された値との間の差に基づいて、制御信号
１１２をイオン注入装置に供給する（ステップ２１
６）。しかしながら、ビームプロファイル及び線量の均
一性が、十分に均一であり、従って、許容できる場合
（ステップ２２２）には、演算処理装置１０６は、新し
い線量レベルでの被加工物へのイオンの注入を続行す
る。

【００６５】また、本明細書に開示されるファラデーカ
ップ・アセンブリ及びファラデーカップ列の実施の形態
は、幅の広い電子ビーム機械及び中性ビーム機械の如
き、イオン注入装置以外の機械に使用することができ
る。上記実施の形態は、また、イオンビームの経路に沿
う他の工程、あるいは、他の構成要素で使用することも
できる。例えば、ファラデーカップ・アセンブリ及びフ
ァラデーカップ列は、分析磁石又はコリメータ磁石の後
で使用することができる。ファラデーカップ・アセンブ
リ及びファラデーカップ列は、また、多数のウエーハを
回転ディスクの外周部に置くことによって機械的な走査
作業が行われる。「バッチシステム」として一般的に知
られている、エンドステーションで使用することもでき
る。

【００６６】本発明の詳細な説明に関連して本発明を説
明したが、上の記載は、例示的なものであって、請求の
範囲に規定される本発明の範囲を限定する意図はもたな
いことを理解する必要がある。他の態様、利点及び実施
の形態が、請求の範囲に含まれている。

【００６７】アパーチャ７２のサイズ及び形状が上に開
示したものに限定されるものではないことを理解する必
要がある。サイズに関しては、図６Ａ及び図６Ｂ並びに
図７Ａ及び図７Ｂが、アパーチャ７２の２つの例示的な
サイズを示している。図６Ａ及び図６Ｂにおいては、ア
パーチャ７２のサイズは、ビーム断面のサイズよりも大
きい。これとは対照的に、図７Ａ及び図７Ｂにおいて
は、アパーチャ７２のサイズは、ビームの断面よりも小
さい。形状に関しては、アパーチャ７２は、例えば、円
形又は楕円形にすることができる。また、種々の異なる
機構及び設計を用いて、アパーチャを構成し、アパーチ
ャのサイズを変化させることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子ビームを発生させ、ファラデーカップを用いて粒子
ビームの特性を測定し、粒子ビームの特性を所望のもの
に調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオン注入装置及びそのビーム経路の概略平面
図である。

【図２】図２Ａ乃至図２Ｄは、図１のイオン注入装置の
エンドステーションの２つの実施の形態におけるファラ
デーカップ列の半導体ウエーハに対する位置を示す側面
図である。

【図３】ファラデーカップ列の斜視図である。

【図４】図２Ａ及び図２Ｂのファラデーカップ列の一部
の断面図である。

【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、図２Ａ及び図２Ｂのファ
ラデーカップ列における単一のファラデーカップの断面
図である。

【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、異なるサイズを有するイ
オンビームと幾つかの実施の形態のファラデーカップ・
アセンブリのアパーチャのサイズとの間の関係を示して
いる。

【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、異なるサイズを有するイ
オンビームと幾つかの実施の形態のファラデーカップ・
アセンブリのアパーチャのサイズとの間の関係を示して
いる。

【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、ファラデーカップ・アセ
ンブリから積算された信号を２つの異なるアパーチャ幅
に関して示すグラフである。

【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、ファラデーカップ・アセ
ンブリからのビームのプロファイルの読取り値を２つの
異なるアパーチャ幅に関して示すグラフである。

【図１０】信号対雑音比とアパーチャ７２の幅との関係
を示すグラフである。

【図１１】イオン注入装置制御システムの概略図であ
る。

【図１２】図１１に示すイオン注入装置の制御システム
の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０イオン注入装置２４被加工物（ウエーハ）２６エンドステーション４０イオンビーム５０ファラデーカップ列６０ファラデーカップ・アセンブリ６２ファラデーカップ６２Ａ，６２Ｂファラデーカップ６４ハウジング６８冷却プレート７０可変アパーチャ・アセンブリ７２可変アパーチャ７３Ａ，７３Ｂアパーチャ７４加熱プレート７４Ａ，７４Ｂプレート７５駆動装置７６Ａ，７６Ｂアーム７８回転表面８２積分器８４測定／表示装置１０４信号変換器１０６演算処理装置１１２ソフトウエアプログラム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を粒子で処理する処理装置であ
って、粒子ビームを発生させて該粒子ビームを被加工物の表面
に指向させる粒子源をを含む装置と、前記粒子ビームを遮断して該粒子ビームの特性を測定す
るように配置された第１のファラデーカップ・アセンブ
リとを備え、該第１のファラデーカップ・アセンブリは、電荷を収集するためのファラデーカップと、帯電粒子を通過させて該帯電粒子が前記ファラデーカッ
プまで移動するようにする第１のアパーチャを有する可
変アパーチャ・アセンブリとを含んでおり、前記ファラデーカップは、前記帯電粒子を遮断するよう
に前記アパーチャ・アセンブリに対して配置されてお
り、前記アパーチャ・アセンブリは、前記第１のアパーチャ
のサイズを変化させるように構成されていることを特徴
とする処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の処理装置において、前記可変アパーチャ・アセンブリは、第２のアパーチャを有する第１のプレートと、第３のアパーチャを有する第２のプレートとを備えてお
り、前記第１のプレートは、前記第２のアパーチャが前記第
３のアパーチャに対して相対的に位置決めされて前記第
１のアパーチャを形成するように、前記第２のプレート
に隣接して配置されており、前記第１及び第２のプレートは、互いに相対的に摺動す
ることができ、一方のプレートを他方のプレートに対し
て摺動させると、前記第３のアパーチャに対する前記第
２のアパーチャの相対的な位置が変化し、これにより、
前記第１のアパーチャのサイズが変化するように構成さ
れていることを特徴とする処理装置。
【請求項３】請求項１に記載の処理装置において、前記ファラデーカップ・アセンブリによって収集された
電荷を表す入力信号を受信すると共に、装置制御信号を
出力して当該処理装置の動作を制御するように接続され
たプロセッサと、前記入力信号を処理して当該処理装置の動作を制御する
ための命令を含むソフトウエアプログラムを記憶する、
コンピュータが読取可能な記憶装置とを備えており、前記プロセッサは、前記ソフトウエアの前記命令にした
がって、前記ファラデーカップ・アセンブリによって収
集された電荷を表す信号を受信し、該信号を処理して当
該処理装置の動作を制御する前記信号を調節するか否か
を決定し、前記装置制御信号を調節することを決定した
場合には、前記装置制御信号を調節するように構成され
ていることを特徴とする処理装置。
【請求項４】請求項１に記載の処理装置において、電源に接続される抑制電極を備えており、該抑制電極
は、前記ファラデーカップと前記可変開口アパーチャ・
アセンブリとの間に配置されていると共に、前記帯電粒
子を前記ファラデーカップまで通過させるためのアパー
チャを有することを特徴とする処理装置。
【請求項５】帯電粒子の流れの電荷を収集して該電荷
を測定するためのファラデーカップを準備する工程と、前記ファラデーカップに対する前記帯電粒子の流れを制
御するアパーチャのサイズを変化させる工程とを備える
ことを特徴とする方法。