JP2000311867A - Method and device for beam measuring - Google Patents

Method and device for beam measuring

Info

Publication number
JP2000311867A
JP2000311867A JP11119987A JP11998799A JP2000311867A JP 2000311867 A JP2000311867 A JP 2000311867A JP 11119987 A JP11119987 A JP 11119987A JP 11998799 A JP11998799 A JP 11998799A JP 2000311867 A JP2000311867 A JP 2000311867A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
ion
faraday cup
electron beam
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11119987A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Takahashi
正人 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP11119987A priority Critical patent/JP2000311867A/en
Publication of JP2000311867A publication Critical patent/JP2000311867A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a beam measuring method, which can correctly measure the quantity of an ion beam which also includes the quantity of neutral particles, and a beam measuring device. SOLUTION: An electron gun 14 for radiating an electron beam 16 on the path of an ion beam 2 is kept provided in the vicinity of the side of the upstream of a Faraday cup 10 and an ionic current Ii, which is made to flow into the cup 10 in a state where the beam 16 is not emitted from the gun 14 is measured, an ionic current It, which is made to flow to the cup 10 in a state that the beam 16 is emitted from the gun 14, is measured. Moreover, a value IT converted the quantity of all neutral particles existing in the progressing path of the beam 16, which is incided in the cup 10, into a current is found on the basis of the following formula using an electron density (n) of the beam 16 at the time when this ionic current It is measured, a width (w) in the ion beam progressing direction of the beam 16 and the sectional area α of the beam at the time, when electrons in the beam 16 collide with the neutral particles exising in the progressing path of the beam 16 and the electrons are ionized. This processing is performed by an arithmetic control unit 20, for example. Equation is set to IT= It-Ii.exp(-nσw)}/ 1-exp(-nσw)}.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオン注
入装置、イオンドーピング装置(非質量分離型のイオン
注入装置)、イオンビームスパッタ装置、イオンビーム
照射併用薄膜形成装置等のイオンビーム照射装置に用い
られて、イオンビームの量を測定するビーム量測定方法
および装置に関し、より具体的には、イオンビームが残
留ガス中を通過することに伴って発生する中性粒子をも
含めたイオンビームの量を正確に測定する手段に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus such as an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus (non-mass separation type ion implantation apparatus), an ion beam sputtering apparatus, and a thin film forming apparatus with ion beam irradiation. More specifically, the present invention relates to a beam amount measuring method and apparatus for measuring the amount of an ion beam, and more specifically, the amount of an ion beam including neutral particles generated as the ion beam passes through a residual gas. And a means for accurately measuring.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のビーム量測定装置の従来例を図
5に示す。このビーム量測定装置は、測定しようとする
イオンビーム2を受けて入射イオンのイオン電流を測定
するファラデーカップ10と、その入口近傍に設けられ
たサプレッサ電極6と、その上流側に設けられたマスク
板4とを備えている。ファラデーカップ10には、この
例では、それに流れる電流を計測する電流計測器12が
接続されている。サプレッサ電極6には、サプレッサ電
源8から例えば−100V程度の負電圧が印加される。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a conventional example of this type of beam amount measuring apparatus. The beam amount measuring apparatus includes a Faraday cup 10 for receiving an ion beam 2 to be measured and measuring an ion current of incident ions, a suppressor electrode 6 provided near an entrance thereof, and a mask provided on an upstream side thereof. And a plate 4. In this example, a current measuring device 12 that measures a current flowing through the Faraday cup 10 is connected to the Faraday cup 10. A negative voltage of, for example, about −100 V is applied to the suppressor electrode 6 from the suppressor power supply 8.

【0003】イオンビーム2は、マスク板4の開口部5
を通り、更にサプレッサ電極6の開口部7を通ってファ
ラデーカップ10に入射する。それによって、ファラデ
ーカップ10に、入射イオンビーム2の量に応じたイオ
ン電流が流れるので、それを例えば電流計測器12によ
って計測する。これによって、イオンビーム2の量を電
流(ビーム電流)として測定することができる。
The ion beam 2 is applied to an opening 5 in a mask plate 4.
Pass through the opening 7 of the suppressor electrode 6 and enter the Faraday cup 10. As a result, an ion current corresponding to the amount of the incident ion beam 2 flows through the Faraday cup 10, and is measured by, for example, the current measuring device 12. Thus, the amount of the ion beam 2 can be measured as a current (beam current).

【0004】その場合、イオンビーム2がファラデーカ
ップ10に入射すると、ファラデーカップ10から2次
電子が放出されるので、そのままでは、この放出2次電
子が測定誤差を生じさせる。そこで、通常は、サプレッ
サ電極6を設けてそれに上記のような負電圧を印加し
て、上記2次電子放出を抑制したり、あるいは放出され
た2次電子を再びファラデーカップ10に押し戻したり
して、イオンビーム2の量を正確に測定することができ
るようにしている。
In such a case, when the ion beam 2 is incident on the Faraday cup 10, secondary electrons are emitted from the Faraday cup 10, so that the emitted secondary electrons cause a measurement error as it is. Therefore, usually, a suppressor electrode 6 is provided and a negative voltage as described above is applied to the suppressor electrode 6 to suppress the emission of the secondary electrons, or to push the emitted secondary electrons back to the Faraday cup 10 again. , The amount of the ion beam 2 can be accurately measured.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記イオンビーム2の
発生には、例えばイオン源が用いられる。イオン源にお
けるプラズマ生成には、ガスをイオン源内に導入して行
う方法が良く用いられる。また、イオン注入装置等で
は、基板(例えば半導体ウェーハ。以下同じ)のイオン
注入に伴うチャージアップ(帯電)を防止するために、
イオンビームに中性化用のプラズマを供給するプラズマ
フラッドガン(PFG)等が用いられることが多い。
The ion beam 2 is generated using, for example, an ion source. For generating plasma in the ion source, a method of introducing a gas into the ion source is often used. In addition, in an ion implantation apparatus or the like, in order to prevent charge-up (charging) accompanying ion implantation of a substrate (for example, a semiconductor wafer; the same applies hereinafter),
In many cases, a plasma flood gun (PFG) for supplying a neutralizing plasma to the ion beam is used.

【0006】いずれにしても、イオンビーム照射装置で
は、ガスを用いる場合が多く、従ってイオンビーム2の
経路中の残留ガス圧は、不可避的にある程度高くなる。
イオンビーム2が残留ガス中を通過すると、ガス分子と
の間で荷電変換が起こり、イオンビーム2の一部は高速
な中性粒子となる。これを図中に中性粒子3で示す。
In any case, gas is often used in the ion beam irradiation apparatus, so that the residual gas pressure in the path of the ion beam 2 inevitably increases to some extent.
When the ion beam 2 passes through the residual gas, charge conversion occurs between gas molecules and a part of the ion beam 2 becomes high-speed neutral particles. This is shown as neutral particles 3 in the figure.

【0007】ところが、ファラデーカップ10は入射粒
子を電気的に測定する、即ち入射イオンのイオン電流を
測定するものであるから、中性粒子3が入射してもそれ
を測定することはできない。従って、イオンビーム2と
共に中性粒子3が入射している場合、ファラデーカップ
10で測定した電流量よりも実際は多くの粒子が入射し
ていることになる。この現象は、イオンビーム2の経路
中の真空度が悪くなればなるほど顕著になる。
However, since the Faraday cup 10 electrically measures incident particles, that is, measures the ion current of incident ions, even if the neutral particles 3 are incident, they cannot be measured. Therefore, when the neutral particles 3 are incident together with the ion beam 2, more particles are actually incident than the current amount measured by the Faraday cup 10. This phenomenon becomes more remarkable as the degree of vacuum in the path of the ion beam 2 becomes worse.

【0008】その結果、例えば、イオン注入装置におい
て上記ビーム量測定装置を用いて基板に対する注入量
(ドーズ量)の測定や制御を行う場合、その測定や制御
が不正確になる。具体的には、入射中性粒子3の量だけ
注入量過多(オーバードーズ)となり、デバイス形成等
の基板処理に支障を来す。
As a result, for example, when measuring or controlling the implantation amount (dose amount) to the substrate using the above-mentioned beam amount measuring device in the ion implantation apparatus, the measurement and control become inaccurate. More specifically, the injection amount is excessive (overdose) by the amount of the incident neutral particles 3, which hinders substrate processing such as device formation.

【0009】これに対して、特開昭63−221282
号公報には、中性粒子をファラデーカップの上流側でイ
オン化するイオン化手段を設ける技術が記載されてい
る。このイオン化手段は、一対のイオン化電極およびそ
れに電圧を印加するバイアス電源から成る。このイオン
化手段を用いれば、中性粒子をイオン化してファラデー
カップに入射させることができる。
On the other hand, Japanese Unexamined Patent Publication No.
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-176,086 describes a technique for providing an ionization means for ionizing neutral particles upstream of a Faraday cup. This ionization means comprises a pair of ionization electrodes and a bias power supply for applying a voltage thereto. With this ionization means, neutral particles can be ionized and incident on the Faraday cup.

【0010】しかし、上記のようなイオン化手段を設け
ても、中性粒子を100%イオン化することは不可能で
ある。従って、ファラデーカップによって測定された電
流量は、実際の入射粒子量に比べると小さい値として測
定されることになり、依然として、前述した注入量の測
定や制御が不正確になるという課題は存在している。
[0010] However, it is impossible to ionize the neutral particles by 100% even if the above ionization means is provided. Therefore, the amount of current measured by the Faraday cup is measured as a value smaller than the actual amount of incident particles, and there is still a problem that the measurement and control of the injection amount described above become inaccurate. ing.

【0011】そこでこの発明は、中性粒子をも含めたイ
オンビームの量を正確に測定することのできるビーム量
測定方法および装置を提供することを主たる目的とす
る。
Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide a beam amount measuring method and apparatus capable of accurately measuring the amount of an ion beam including neutral particles.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明に係るビーム量
測定方法は、前記ファラデーカップの上流側近傍におい
て前記イオンビームの経路に電子ビームを照射する電子
銃を設けておき、この電子銃から電子ビームを射出しな
い状態で前記ファラデーカップに流れるイオン電流Ii
を測定し、前記電子銃から電子ビームを射出した状態で
前記ファラデーカップに流れるイオン電流It を測定
し、更にこのイオン電流It を測定したときの前記電子
ビームの電子密度n、当該電子ビームの前記イオンビー
ム進行方向の幅w、および当該電子ビーム中の電子がそ
の進行経路中に存在する中性粒子に衝突してそれをイオ
ン化する時の断面積σを用いて、次の数1に基づいて前
記ファラデーカップに入射する全粒子量の電流換算値I
T を求めることを特徴としている。
According to a beam amount measuring method according to the present invention, an electron gun for irradiating an electron beam to a path of the ion beam near an upstream side of the Faraday cup is provided, and the electron gun transmits the electron beam from the electron gun. Ion current I i flowing through the Faraday cup without emitting a beam
The measures, said from the electron gun electron beam to measure the ion current I t flowing through the Faraday cup in the injection state, further the electron density n of the electron beam when measuring the ion current I t, the electron beam Using the width w in the traveling direction of the ion beam and the cross-sectional area σ when the electrons in the electron beam collide with the neutral particles existing in the traveling path and ionize it. Current conversion value I of the total amount of particles incident on the Faraday cup based on
It is characterized by finding T.

【0013】[0013]

【数1】IT ={It −Ii ・exp(−nσw)}/
{1−exp(−nσw)}
## EQU1 ## I T = {I t −I i · exp (−nσw)} /
{1-exp (-nσw)}

【0014】この発明に係るビーム量測定装置は、前記
ファラデーカップの上流側近傍において前記イオンビー
ムの経路に電子ビームを照射する電子銃と、この電子銃
から電子ビームを射出しない状態で前記ファラデーカッ
プに流れるイオン電流Ii 、前記電子銃から電子ビーム
を射出した状態で前記ファラデーカップに流れるイオン
電流It 、このイオン電流It を測定したときの前記電
子ビームの電子密度n、当該電子ビームの前記イオンビ
ーム進行方向の幅w、および当該電子ビーム中の電子が
その進行経路中に存在する中性粒子に衝突してそれをイ
オン化する時の断面積σを用いて、上記数1に基づいて
前記ファラデーカップに入射する全粒子量の電流換算値
T を求める演算制御装置とを備えることを特徴として
いる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a beam amount measuring apparatus for irradiating an electron beam on a path of the ion beam near an upstream side of the Faraday cup, and the Faraday cup without emitting the electron beam from the electron gun. the ion current I i flows, the electron gun ion current flowing through the Faraday cup while emitting the electron beam from the I t, the electron density n of the electron beam when measuring the ion current I t, of the electron beam Using the width w in the traveling direction of the ion beam and the cross-sectional area σ when electrons in the electron beam collide with and neutralize neutral particles existing in the traveling path, based on the above equation 1, It is characterized in that it comprises an arithmetic control unit for determining the current conversion value I T of the total amount of particles incident on the Faraday cup.

【0015】上記測定方法および測定装置によれば、電
子銃から射出した電子ビームによって、イオンビームと
共に進行する中性粒子をイオン化してファラデーカップ
に入射させることができる。従って、その入射粒子量
を、イオン電流として、ファラデーカップによって測定
することができる。
According to the above-described measuring method and measuring device, neutral particles traveling with the ion beam can be ionized by the electron beam emitted from the electron gun and can be incident on the Faraday cup. Therefore, the amount of the incident particles can be measured by a Faraday cup as an ion current.

【0016】この場合、上記電子ビームによる中性粒子
のイオン化率は、100%である必要はない。上記数1
には、イオン化された一部の中性粒子の量から全中性粒
子の量を求める要素が含まれている。
In this case, the ionization rate of the neutral particles by the electron beam does not need to be 100%. Equation 1 above
Includes an element for determining the amount of all neutral particles from the amount of some ionized neutral particles.

【0017】従って、この発明によれば、電子ビームに
よる中性粒子のイオン化率の大小に拘わらずに、ファラ
デーカップに入射する全粒子量を、即ち中性粒子をも含
めたイオンビームの量を、正確に測定することができ
る。
Therefore, according to the present invention, the total amount of particles incident on the Faraday cup, that is, the amount of the ion beam including neutral particles, regardless of the degree of ionization of the neutral particles by the electron beam, is determined. , Can be measured accurately.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るビーム量
測定方法を実施するビーム量測定装置の一例を示す図で
ある。図5に示した従来例と同一または相当する部分に
は同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違
点を主に説明する。
FIG. 1 is a view showing an example of a beam amount measuring apparatus for implementing a beam amount measuring method according to the present invention. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

【0019】このビーム量測定装置は、前述したファラ
デーカップ10の上流側近傍に、より具体的には前記マ
スク板4とサプレッサ電極6との間に設けられていて、
イオンビーム2の経路に、それに交差(例えば直交)す
る方向から電子ビーム16を照射する電子銃14を備え
ている。この電子銃14は、この例では電子銃電源18
によって駆動される。
This beam amount measuring apparatus is provided near the upstream side of the above-mentioned Faraday cup 10, more specifically, between the mask plate 4 and the suppressor electrode 6.
An electron gun 14 for irradiating an electron beam 16 from a direction intersecting (for example, orthogonally) to the path of the ion beam 2 is provided. The electron gun 14 is an electron gun power supply 18 in this example.
Driven by

【0020】更に、この電子銃14(具体的にはその電
子銃電源18)を制御すると共に、この電子銃14およ
びファラデーカップ10からの情報に基づいて、以下に
説明するような演算制御を行う演算制御装置20を備え
ている。電子銃14およびファラデーカップ10からの
情報(信号)は、この例では電子銃電源18および電流
計測器12を経由して演算制御装置20に取り込まれ
る。
Further, while controlling the electron gun 14 (specifically, the electron gun power supply 18), based on the information from the electron gun 14 and the Faraday cup 10, the following arithmetic control is performed. An arithmetic and control unit 20 is provided. Information (signal) from the electron gun 14 and the Faraday cup 10 is taken into the arithmetic and control unit 20 via the electron gun power supply 18 and the current measuring device 12 in this example.

【0021】荷電変換によって生じてイオンビーム2と
共に進行する前述した高速な中性粒子3は、マスク板4
を通過すると、電子銃14から射出された電子ビーム1
6中の電子と衝突して、一部イオン化される。このイオ
ン化した粒子は、イオンビーム2とほぼ同じ運動エネル
ギーを持っているので、そのまま直進してファラデーカ
ップ10に入射する。これによって、ファラデーカップ
10および電流計測器12には、入射したイオンの量に
応じた電流が流れるので、入射イオン量を測定すること
ができる。勿論このときにも、ファラデーカップ10か
ら2次電子が発生するけれども、通常のイオンビームの
場合と同様に、サプレッサ電極6によって抑制されるの
で問題はない。
The high-speed neutral particles 3 generated by the charge conversion and traveling together with the ion beam 2
, The electron beam 1 emitted from the electron gun 14
It collides with the electrons in 6 and is partially ionized. The ionized particles have almost the same kinetic energy as the ion beam 2, and thus go straight and enter the Faraday cup 10. As a result, a current corresponding to the amount of incident ions flows through the Faraday cup 10 and the current measuring device 12, so that the amount of incident ions can be measured. Of course, also in this case, although the secondary electrons are generated from the Faraday cup 10, there is no problem because the secondary electrons are suppressed by the suppressor electrode 6 as in the case of the normal ion beam.

【0022】しかし、電子ビーム16を用いる場合で
も、全ての中性粒子3をイオン化する(即ちイオン化率
を100%にする)ことは一般的に困難である。従っ
て、単に電子銃14を設けただけでは、ファラデーカッ
プ10によって、入射全粒子量を正確に測定することは
困難である。これを解決するために、この発明では次の
ような手段を採用している。
However, even when the electron beam 16 is used, it is generally difficult to ionize all the neutral particles 3 (that is, set the ionization rate to 100%). Therefore, it is difficult to accurately measure the total amount of incident particles with the Faraday cup 10 simply by providing the electron gun 14. To solve this, the present invention employs the following means.

【0023】即ち、まず、この例では演算制御装置20
によって電子銃14から電子ビーム16を射出しないよ
うに電子銃電源18を制御して、そのときにファラデー
カップ10に流れるイオン電流Ii を測定し、その値を
演算制御装置20に取り込む。このイオン電流Ii は、
イオンビーム2による電流(イオンビーム電流)のみで
ある。
That is, first, in this example, the arithmetic and control unit 20
By controlling the electron gun power supply 18 so as not to emit electron beams 16 from the electron gun 14, then the measured ion current I i flowing through the Faraday cup 10, it takes in the value to the arithmetic and control unit 20. This ion current I i is
Only the current by the ion beam 2 (ion beam current).

【0024】次に、この例では演算制御装置20によっ
て所定のエネルギーEおよび所定の電子ビーム電流Ie
を有する電子ビーム16を電子銃14から射出するよう
に電子銃電源18を制御する。これによって、イオンビ
ーム2と共に進行する中性粒子3の一部は電子ビーム1
6によってイオン化されてファラデーカップ10に入射
する。ファラデーカップ10にはイオンビーム2も勿論
入射する。このときにファラデーカップ10に流れるイ
オン電流It を測定し、その値を演算制御装置20に取
り込む。このイオン電流It は、上記イオン電流I
i と、電子ビーム16によってイオン化された一部の中
性粒子による電流との和である。従って、イオン化され
た一部の中性粒子による電流In は次式で表される。
Next, in this example, a predetermined energy E and a predetermined electron beam current I e are calculated by the arithmetic and control unit 20.
The electron gun power supply 18 is controlled so that an electron beam 16 having Thereby, a part of the neutral particles 3 traveling with the ion beam 2
6 and is incident on the Faraday cup 10. Of course, the ion beam 2 also enters the Faraday cup 10. In this case by measuring the ion current I t flowing through the Faraday cup 10, it takes in the value to the arithmetic and control unit 20. This ion current It is equal to the ion current I.
It is the sum of i and the current due to some neutral particles ionized by the electron beam 16. Accordingly, the current I n by neutral particles of partially ionized is represented by the following equation.

【0025】[0025]

【数2】In =It −Ii [Number 2] I n = I t -I i

【0026】また、ファラデーカップ10に入射する全
中性粒子量の電流換算値をIN とすると、次式の関係が
成立する。ここで、nは上記イオン電流It を測定した
ときの電子ビーム16の電子密度、wは当該電子ビーム
16のイオンビーム進行方向の幅(図2参照)、σは当
該電子ビーム16がその進行経路中に存在する中性粒子
に衝突してそれをイオン化する時の断面積(衝突断面
積)である。
Further, when the current conversion value of total neutral particle amount incident on the Faraday cup 10 and I N, the following relationship is established. Here, n (see FIG. 2) is the electron density of the electron beam 16 when measuring the ion current I t, w is the ion beam traveling direction of the electron beam 16 width, sigma is the electron beam 16 that proceeds This is the cross-sectional area (collision cross-section) when neutral particles existing in the path collide and are ionized.

【0027】[0027]

【数3】 In =It −Ii =IN {1−exp(−nσw)}Equation 3] I n = I t -I i = I N {1-exp (-nσw)}

【0028】この数3から次式が導き出される。The following equation is derived from the equation (3).

【0029】[0029]

【数4】 IN =(It −Ii )/{1−exp(−nσw)}Equation 4] I N = (I t -I i ) / {1-exp (-nσw)}

【0030】最終的に求める値は、即ちファラデーカッ
プ10に入射する全粒子量の電流換算値IT は、次式で
表される。
[0030] Finally, determine values or current converted value I T of the total amount of particles entering the Faraday cup 10 is expressed by the following equation.

【0031】[0031]

【数5】IT =Ii +IN ## EQU5 ## I T = I i + I N

【0032】この数5と上記数4とから、ファラデーカ
ップ10に入射する全粒子量の電流換算値IT は、次式
で表される。
[0032] From this number 5 and the number 4 which, current conversion value I T of the total amount of particles entering the Faraday cup 10 is expressed by the following equation.

【0033】[0033]

【数6】IT ={It −Ii ・exp(−nσw)}/
{1−exp(−nσw)}
## EQU6 ## I T = {I t −I i · exp (−nσw)} /
{1-exp (-nσw)}

【0034】この数6は、先に示した数1と同じもので
あり、この式に基づくことによって、電子ビーム16に
よる中性粒子3のイオン化率の大小に拘わらずに、ファ
ラデーカップ10に入射する全粒子量を、即ち中性粒子
3をも含めたイオンビーム2の量を、正確に測定するこ
とができる。
The equation (6) is the same as the equation (1) described above. Based on this equation, the incident light on the Faraday cup 10 is obtained regardless of the ionization rate of the neutral particles 3 by the electron beam 16. , Ie, the amount of the ion beam 2 including the neutral particles 3 can be accurately measured.

【0035】その結果、例えば、イオン注入装置におい
て上記のような測定方法あるいは測定装置を用いて基板
に対する注入量の測定や制御を行えば、その測定や制御
が正確になるので、オーバードーズの発生を防止するこ
とができ、デバイス形成等の基板処理を高品質で行うこ
とが可能になる。
As a result, for example, if the measurement or control of the amount of implantation into the substrate is performed by using the above-described measuring method or measuring device in an ion implantation apparatus, the measurement and control become accurate, and the occurrence of overdose occurs. And substrate processing such as device formation can be performed with high quality.

【0036】上記数6(即ち数1)の演算等の処理は、
演算制御装置20以外で行っても良いが、この例では演
算制御装置20が行う。従ってこの例では、演算制御装
置20によって上記全粒子量の電流換算値IT を求める
ことができる。
The processing such as the calculation of the above equation 6 (that is, the equation 1) is as follows.
Although it may be performed by a device other than the arithmetic and control unit 20, the arithmetic and control unit 20 performs the process in this example. Thus, in this example, the arithmetic and control unit 20 can determine the current conversion value I T of the total particle weight.

【0037】なお、上記断面積σは、例えば、前もって
測定しておいても良いし、文献に記載されている値を用
いても良い。上記電子密度nおよび幅wも、例えば、予
め測定しておけば良い。あるいは、電子密度nは、次の
ようにして求めても良い。
The cross-sectional area σ may be measured in advance, for example, or a value described in a literature may be used. The electron density n and the width w may be measured in advance, for example. Alternatively, the electron density n may be obtained as follows.

【0038】即ち、電子ビーム16の断面積をS(図2
参照)、電子ビーム16の速さをv、電気素量をeとす
ると、電子ビーム電流Ie は次式で表される。
That is, the sectional area of the electron beam 16 is represented by S (FIG. 2).
Assuming that the speed of the electron beam 16 is v and the elementary charge is e, the electron beam current I e is expressed by the following equation.

【0039】[0039]

【数7】Ie =envS[Mathematical formula-see original document] Ie = envS

【0040】電子ビーム16のエネルギーをE、電子の
質量をmとすると、次式の関係が成立する。
Assuming that the energy of the electron beam 16 is E and the mass of the electrons is m, the following relationship is established.

【0041】[0041]

【数8】mv2 /2=eE[Equation 8] mv 2/2 = eE

【0042】この数8と上記数7とから、電子ビーム1
6の電子密度nを求めることができ、次式のようにな
る。
From equation (8) and equation (7), the electron beam 1
The electron density n of 6 can be obtained, and is given by the following equation.

【0043】[0043]

【数9】n=(Ie /eS)√(m/2eE)N = (I e / eS) √ (m / 2eE)

【0044】この数9の演算も、例えば、演算制御装置
20において行い、それを上記数6中の電子密度nに用
いても良い。
The calculation of equation (9) may be performed, for example, by the arithmetic and control unit 20, and may be used for the electron density n in equation (6).

【0045】また、この発明では、中性粒子3のイオン
化に電子銃14を用いているので、前記公報に記載され
ているイオン化電極およびバイアス電源から成るイオン
化手段を用いる場合に比べて、次のような利点がある。
Further, in the present invention, since the electron gun 14 is used for ionizing the neutral particles 3, compared with the case of using the ionization means including the ionization electrode and the bias power source described in the above publication, the following is provided. There are such advantages.

【0046】即ち、上記イオン化電極およびバイアス電
源から成るイオン化手段は、中性粒子がイオン化電極付
近を通過する際に、正にバイアスされたイオン化電極に
よって中性粒子から電子を剥ぎ取ってイオン化するもの
であるため、中性粒子をイオン化するのが容易ではな
く、イオン化効率を高めるためには、かなり大きなバイ
アス電圧を印加する必要があり、それに伴って、バイア
ス電源の大容量化、イオン化電極付近での絶縁破壊等の
問題を惹き起こす可能性がある。
That is, the ionization means comprising the ionization electrode and the bias power source is configured to strip off electrons from the neutral particles by the positively biased ionization electrode and ionize the neutral particles when passing near the ionization electrode. Therefore, it is not easy to ionize neutral particles, and to increase ionization efficiency, it is necessary to apply a fairly large bias voltage. This may cause problems such as dielectric breakdown.

【0047】これに対して、この発明のように電子銃1
4からの電子ビーム16を用いる場合は、電子ビーム1
6のエネルギーは数十eV程度、せいぜい高くても10
0eV程度で良いので、電子銃14および電子銃電源1
8は小容量のもので済む。また、絶縁破壊の問題も無
い。更に、電子ビーム16の量を正確に制御することが
できるだけでなく、中性粒子3がイオン化する割合も正
確に求めることができるので、中性粒子の量を正確に求
めることができる。
On the other hand, as in the present invention, the electron gun 1
When the electron beam 16 from the electron beam 4 is used, the electron beam 1
The energy of 6 is about several tens of eV, and at most 10
Since about 0 eV is sufficient, the electron gun 14 and the electron gun power supply 1
8 requires only a small capacity. Also, there is no problem of dielectric breakdown. Further, not only can the amount of the electron beam 16 be accurately controlled, but also the ratio of the neutral particles 3 to be ionized can be determined accurately, so that the amount of the neutral particles can be determined accurately.

【0048】ところで、上記電子ビーム16中の電子
や、電子ビーム16と中性粒子3との衝突によって生成
された電子がファラデーカップ10に入射すると、その
分、測定誤差を生じさせることになる。しかし、電子ビ
ーム16との衝突によって生成される電子のエネルギー
はせいぜい数eV程度である。また、電子ビーム16の
エネルギーも、中性粒子3のイオン化エネルギー程度に
すれば良いので、例えばイオン化エネルギーの高いネオ
ン(21.45eV)の場合も25eV程度で良い。従
って、サプレッサ電極6に−100V〜−50V程度の
電圧を印加しておけば、上記電子がサプレッサ電極6を
通過してファラデーカップ10に入射することを防止す
ることができる。
When the electrons in the electron beam 16 or the electrons generated by the collision of the electron beam 16 with the neutral particles 3 enter the Faraday cup 10, a measurement error is caused accordingly. However, the energy of the electrons generated by the collision with the electron beam 16 is at most about several eV. Also, the energy of the electron beam 16 may be about the ionization energy of the neutral particles 3. For example, in the case of neon (21.45 eV) having a high ionization energy, the energy may be about 25 eV. Therefore, if a voltage of about −100 V to −50 V is applied to the suppressor electrode 6, the electrons can be prevented from passing through the suppressor electrode 6 and entering the Faraday cup 10.

【0049】また仮に、電子ビーム16付近の電位がサ
プレッサ電極6の電位に対してあまり大きく差がなけれ
ば、電子ビーム16中の電子はサプレッサ電極6を通過
する可能性があるけれども、その場合は、例えば図3に
示す例のように、第2サプレッサ電極22を電子銃14
とサプレッサ電極6との間に追加して、これに第2サプ
レッサ電源24から負電圧を印加するようにしても良
い。その場合、例えば、サプレッサ電極6には−100
V程度、第2サプレッサ電極22には−50V程度を印
加すれば良く、そのようにすれば、電子が仮に第2サプ
レッサ電極22を通過してもサプレッサ電極6によって
阻止されるので、ファラデーカップ10に入射すること
はない。
If the potential in the vicinity of the electron beam 16 does not greatly differ from the potential of the suppressor electrode 6, electrons in the electron beam 16 may pass through the suppressor electrode 6, but in that case, For example, as shown in FIG. 3, the second suppressor electrode 22 is connected to the electron gun 14.
In addition, a negative voltage may be applied from the second suppressor power supply 24 to the gap between the power supply and the suppressor electrode 6. In this case, for example, -100 is applied to the suppressor electrode 6.
V and about −50 V may be applied to the second suppressor electrode 22. In such a case, even if electrons pass through the second suppressor electrode 22, the electrons are blocked by the suppressor electrode 6. Will not be incident.

【0050】また、前述したファラデーカップ10は、
上記例のように1個でも良いし、複数個が一列に並んで
いても良い。図4は、5個のファラデーカップ10が縦
一例に並んだ場合の例である。この場合、個々のファラ
デーカップ10に対して電子銃14を一つずつ設けても
良いし、図4に示す例のように1個の電子銃14でまか
なっても良い。
The Faraday cup 10 described above is
The number may be one, as in the above example, or a plurality may be arranged in a line. FIG. 4 is an example of a case where five Faraday cups 10 are arranged in a vertical example. In this case, one electron gun 14 may be provided for each Faraday cup 10, or one electron gun 14 may be used as in the example shown in FIG.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電子銃
から射出した電子ビームによって、イオンビームと共に
進行する中性粒子をイオン化してファラデーカップに入
射させることができ、しかもその入射粒子量に基づいて
全中性粒子の量を求めることができるので、電子ビーム
による中性粒子のイオン化率の大小に拘わらずに、ファ
ラデーカップに入射する全粒子量を、即ち中性粒子をも
含めたイオンビームの量を、正確に測定することができ
る。
As described above, according to the present invention, neutral particles traveling along with an ion beam can be ionized by the electron beam emitted from the electron gun and incident on the Faraday cup. The amount of all neutral particles can be determined based on the total particle amount incident on the Faraday cup regardless of the magnitude of the ionization rate of the neutral particles by the electron beam, that is, including the neutral particles. The amount of the ion beam can be accurately measured.

【0052】しかも、中性粒子のイオン化に電子銃から
の電子ビームを用いるので、イオン化電極およびそれ用
のバイアス電源を用いる場合に比べて、電源等が小容量
のもので済み、高電圧を使用しなくて済むので絶縁破壊
等の問題もなく、かつ中性粒子量の算出も正確になる。
Further, since the electron beam from the electron gun is used for ionizing the neutral particles, the power supply and the like need only have a small capacity and use a high voltage as compared with the case where an ionization electrode and a bias power supply therefor are used. Since there is no need to carry out the process, there is no problem such as dielectric breakdown, and the calculation of the amount of neutral particles becomes accurate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係るビーム量測定方法を実施するビ
ーム量測定装置の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a beam amount measuring device for implementing a beam amount measuring method according to the present invention.

【図2】図1中のイオンビームと電子ビームとの関係を
模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a relationship between an ion beam and an electron beam in FIG.

【図3】この発明に係るビーム量測定方法を実施するビ
ーム量測定装置の他の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing another example of the beam amount measuring device for performing the beam amount measuring method according to the present invention.

【図4】一列に並んだ複数のファラデーカップを備える
ビーム量測定装置の例を示す正面図である。
FIG. 4 is a front view illustrating an example of a beam amount measurement device including a plurality of Faraday cups arranged in a line.

【図5】従来のビーム量測定装置の一例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional beam amount measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 イオンビーム 3 中性粒子 10 ファラデーカップ 12 電流計測器 14 電子銃 16 電子ビーム 18 電子銃電源 20 演算制御装置 2 Ion beam 3 Neutral particle 10 Faraday cup 12 Current measuring device 14 Electron gun 16 Electron beam 18 Electron gun power supply 20 Arithmetic controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01J 37/04 H01J 37/04 A 37/244 37/244 37/317 37/317 C Fターム(参考) 2G088 FF08 FF13 GG25 GG27 GG30 JJ08 JJ11 JJ31 KK24 KK27 KK28 4K029 DE00 EA00 5C030 AA02 AB05 5C033 NN08 NP08 5C034 CC01 CD07 CD10 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01J 37/04 H01J 37/04 A 37/244 37/244 37/317 37/317 CF term (reference) 2G088 FF08 FF13 GG25 GG27 GG30 JJ08 JJ11 JJ31 KK24 KK27 KK28 4K029 DE00 EA00 5C030 AA02 AB05 5C033 NN08 NP08 5C034 CC01 CD07 CD10

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射イオンのイオン電流を測定するファ
ラデーカップにイオンビームを入射させて当該イオンビ
ームのビーム量を測定する方法において、 前記ファラデーカップの上流側近傍において前記イオン
ビームの経路に電子ビームを照射する電子銃を設けてお
き、 この電子銃から電子ビームを射出しない状態で前記ファ
ラデーカップに流れるイオン電流Ii を測定し、前記電
子銃から電子ビームを射出した状態で前記ファラデーカ
ップに流れるイオン電流It を測定し、更にこのイオン
電流It を測定したときの前記電子ビームの電子密度
n、当該電子ビームの前記イオンビーム進行方向の幅
w、および当該電子ビーム中の電子がその進行経路中に
存在する中性粒子に衝突してそれをイオン化する時の断
面積σを用いて、次式に基づいて前記ファラデーカップ
に入射する全粒子量の電流換算値IT を求めることを特
徴とするビーム量測定方法。 IT ={It −Ii ・exp(−nσw)}/{1−exp
(−nσw)}
1. A method of measuring a beam amount of an ion beam by injecting an ion beam into a Faraday cup for measuring an ion current of incident ions, comprising: an electron beam in a path of the ion beam near an upstream side of the Faraday cup; may be provided an electron gun for irradiating, this from the electron gun in a state which does not emit electron beam to measure the ion current I i flowing through the Faraday cup, flowing through the Faraday cup while emitting the electron beam from the electron gun measuring the ion current I t, further the electron density n of the electron beam, the ion beam traveling direction of the width w of the electron beam, and electrons its progress in the electronic beam at the time of measuring the ion current I t Using the cross section σ when colliding with the neutral particles existing in the path and ionizing it, based on the following formula Beam quantity measuring method characterized by determining the total amount of particles current conversion value I T which enters the serial Faraday cup. I T = {I t −I i · exp (−nσw)} / {1−exp
(-Nσw)}
【請求項2】 入射イオンのイオン電流を測定するファ
ラデーカップにイオンビームを入射させて当該イオンビ
ームのビーム量を測定する装置において、 前記ファラデーカップの上流側近傍において前記イオン
ビームの経路に電子ビームを照射する電子銃と、 この電子銃から電子ビームを射出しない状態で前記ファ
ラデーカップに流れるイオン電流Ii 、前記電子銃から
電子ビームを射出した状態で前記ファラデーカップに流
れるイオン電流It 、このイオン電流It を測定したと
きの前記電子ビームの電子密度n、当該電子ビームの前
記イオンビーム進行方向の幅w、および当該電子ビーム
中の電子がその進行経路中に存在する中性粒子に衝突し
てそれをイオン化する時の断面積σを用いて、次式に基
づいて前記ファラデーカップに入射する全粒子量の電流
換算値IT を求める演算制御装置とを備えることを特徴
とするビーム量測定装置。 IT ={It −Ii ・exp(−nσw)}/{1−exp
(−nσw)}
2. An apparatus for measuring a beam amount of an ion beam by injecting an ion beam into a Faraday cup for measuring an ion current of incident ions, comprising: an electron beam in a path of the ion beam near an upstream side of the Faraday cup. An ion current I i flowing through the Faraday cup without emitting an electron beam from the electron gun, an ion current I t flowing through the Faraday cup while emitting an electron beam from the electron gun, electron density n of the electron beam when measuring the ion current I t, collide with neutral particles the ion beam traveling direction of the width w of the electron beam, and electrons in the electron beam is present in the traveling path Then, it is incident on the Faraday cup based on the following equation using the cross-sectional area σ when ionizing it. Beam quantity measuring device, characterized in that it comprises an arithmetic control unit for determining the current conversion value I T of the total grain volume. I T = {I t −I i · exp (−nσw)} / {1−exp
(-Nσw)}
JP11119987A 1999-04-27 1999-04-27 Method and device for beam measuring Pending JP2000311867A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11119987A JP2000311867A (en) 1999-04-27 1999-04-27 Method and device for beam measuring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11119987A JP2000311867A (en) 1999-04-27 1999-04-27 Method and device for beam measuring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000311867A true JP2000311867A (en) 2000-11-07

Family

ID=14775114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11119987A Pending JP2000311867A (en) 1999-04-27 1999-04-27 Method and device for beam measuring

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000311867A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960498B2 (en) 2002-07-04 2005-11-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Doping method, doping apparatus, and control system for doping apparatus
WO2006089021A2 (en) * 2005-02-16 2006-08-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam measurement apparatus and method
KR100646552B1 (en) 2005-12-28 2006-11-15 동부일렉트로닉스 주식회사 A measuring device of dose shift using faraday cup
KR100835487B1 (en) * 2006-10-18 2008-06-04 동부일렉트로닉스 주식회사 Interlocking method of ion implantation equipment
US7442631B2 (en) 2005-02-10 2008-10-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Doping method and method of manufacturing field effect transistor
CN108615666A (en) * 2016-12-09 2018-10-02 上海凯世通半导体股份有限公司 Beam detection device
CN111722263A (en) * 2020-06-15 2020-09-29 电子科技大学 Faraday cup design for high-power electron beam spot measurement
CN113163564A (en) * 2021-04-30 2021-07-23 中国科学院电工研究所 Electron beam processing device with static elimination function
CN108615666B (en) * 2016-12-09 2024-04-19 上海凯世通半导体股份有限公司 Beam current detection device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7361912B2 (en) 2002-07-04 2008-04-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Doping method, doping apparatus, and control system for doping apparatus
US6960498B2 (en) 2002-07-04 2005-11-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Doping method, doping apparatus, and control system for doping apparatus
US7442631B2 (en) 2005-02-10 2008-10-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Doping method and method of manufacturing field effect transistor
JP2008530759A (en) * 2005-02-16 2008-08-07 バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド Ion beam measuring apparatus and method
WO2006089021A3 (en) * 2005-02-16 2007-02-15 Varian Semiconductor Equipment Ion beam measurement apparatus and method
WO2006089021A2 (en) * 2005-02-16 2006-08-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam measurement apparatus and method
KR101191941B1 (en) 2005-02-16 2012-10-17 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. Ion beam measurement apparatus and method
KR100646552B1 (en) 2005-12-28 2006-11-15 동부일렉트로닉스 주식회사 A measuring device of dose shift using faraday cup
KR100835487B1 (en) * 2006-10-18 2008-06-04 동부일렉트로닉스 주식회사 Interlocking method of ion implantation equipment
CN108615666A (en) * 2016-12-09 2018-10-02 上海凯世通半导体股份有限公司 Beam detection device
CN108615666B (en) * 2016-12-09 2024-04-19 上海凯世通半导体股份有限公司 Beam current detection device
CN111722263A (en) * 2020-06-15 2020-09-29 电子科技大学 Faraday cup design for high-power electron beam spot measurement
CN111722263B (en) * 2020-06-15 2022-08-23 电子科技大学 Faraday cup design for high-power electron beam spot measurement
CN113163564A (en) * 2021-04-30 2021-07-23 中国科学院电工研究所 Electron beam processing device with static elimination function

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5576538A (en) Apparatus and method for ion beam neutralization
US5319212A (en) Method of monitoring ion beam current in ion implantation apparatus for use in manufacturing semiconductors
JP4196309B2 (en) Neutral particle detector, dose measurement control device for ion implanter, and method for detecting neutral particles
US7718978B2 (en) Ion source and method for operating same
US7791049B2 (en) Ion implantation apparatus
JPS5824745B2 (en) Beam current measuring device
JPH0567450A (en) Ion implantation apparatus
JP2009295475A (en) Ion injecting device and beam orbit correction method
JP2000311867A (en) Method and device for beam measuring
JPH06506794A (en) Ion beam blanking device and method
EP0203573B1 (en) Electron beam-excited ion beam source
JP2756704B2 (en) Charge neutralizer in ion beam irradiation equipment
JPH05234562A (en) Ion beam neutralizing device
JP3403383B2 (en) Ion source control method and ion source control device
JP3460242B2 (en) Negative ion implanter
US8049168B2 (en) Time-of-flight segmented Faraday
JPH0535537B2 (en)
JP3460241B2 (en) Negative ion implanter
JPS62154544A (en) Ion processor
JPH1027568A (en) Ion implanting device
JPH0665200B2 (en) High-speed atomic beam source device
EP0491311B1 (en) Ion implanting apparatus and method
JPH11154485A (en) Mass spectrograph and ion implantation device equipped with it
JPH07312190A (en) Electric field ionized ion source
JPH1116849A (en) Method and device for ion implantation