JP2005005028A - 荷電粒子の強度分布測定方法および装置、並びに半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファラデーカップの配列ピッチよりも細かく測定点を設定することで、精度のよいビーム強度分布を測定することで、ウェーハに対して均一なイオン注入を可能にする。
【解決手段】複数のファラデーカップ１１２が配列されたビーム強度測定部１１０を２次元的に移動させる２軸可動ステージ１２０を用いて、複数のファラデーカップ１１２が同一測定点に位置するように移動させビーム強度を測定する。演算処理部２００は、この同一測定点のデータにずれが生じないように、ファラデーカップ１１２の固有特性を校正するための補正値を求める。この後、ファラデーカップ１１２を、その配列ピッチよりも狭い間隔で測定点が与えられるように移動させながらビーム強度を測定する。演算処理部２００は、補正値に基づき測定データを校正し、校正後のデータを用いてビーム強度分布を求める。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置などの荷電粒子を用いた半導体製造装置に用いて好適な荷電粒子ビームの強度分布を測定する方法および装置、並びにこの装置を用いた半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板（以下ウェーハともいう）内にドービング領域を形成させるために、イオンビームによって不純物イオンを打ち込むイオン注入は従来から広く行なわれており、種々の方式が採用されている。たとえば、固定されたウェーハに対して静電偏向または電磁偏向によってイオンビームをＸ方向（水平方向）とＹ方向（垂直方向）とにスキャンする方法、イオンビームをスキャンさせるとともにウェーハもＸ方向とＹ方向とに機械的にスキャンさせる方法、イオンビームは固定しておきウェーハのみをＸ方向とＹ方向とに機械的にスキャンさせる方法などである。
【０００３】
しかしながら、従来のイオン注入装置は、半導体ウェーハの大口径化に伴って大型化する傾向にあり、この問題はウェーハＷが大口径になるほど顕著になり、イオン注入装置の設置面積、製造コストが飛躍的に増大する。また、小型化しようとしても、イオン注入の均一性が失われ易く、ウェーハの大口径化に充分に対処し得ないという問題がある。また、非特許文献１に記載のように、近年では、国内半導体製造は多品種少量生産のシステムＬＳＩへと移行しつつある。
【０００４】
【非特許文献１】
“ＬＳＩ製造システムで出し抜く”、日経マイクロデバイス、２００１年２月号、ｐ４５
【０００５】
このような課題を解消する一手法として、たとえば、ウェーハが３００ｍｍφまたはそれ以上の大口径のウェーハに対して均一注入条件でのイオン注入が可能であり、かつウェーハ内における半導体の１チップを注入単位としてイオン注入の条件を制御し得る小型のイオン注入技術が特許文献１に提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２８８６８０号公報
【０００７】
この特許文献１に記載の技術は、ステンシルイオン注入技術を用いたもので、多品種少量生産に適した製造技術の１つである。すなわち、この技術は、従来のレジストマスクを用いず、ステンシルマスクを用いて、ウェーハ上に作成されるデバイス１チップごとにイオン注入をなしえることを実現する。また、リソグラフィ工程やレジスト除去工程が不要になる技術であり、コストインパクトの大きい技術である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特許文献１に記載の技術では、ウェーハに作成されるデバイス全てのチップの特性を同一に製造するために、チップへのイオン注入時のビーム強度プロファイルを測定し確認している。そして、通常、そのビームプロファイル測定には、ビーム強度測定子としてのファラデーカップ１１２をファラデーベース１１４上に所定ピッチで縦横数列配置（図では１１２ａ他の計１６個を４×４で配列）した構造のビーム強度測定部１１０を、ビームライン上に移動させて所定の定位置に配置し、その定位置において荷電粒子ビーム強度を測定している。たとえば、図１３に示すように、１１２ａを始めとする計１６個のファラデーカップ１１２を４×４で２次元状に配列した構造のビーム強度測定部１１０を用いている。
【０００９】
しかしながら、このような測定手法では、以下のような問題があることが分かった。先ず、ファラデーベース１１４上に配列された個々のファラデーカップ１１２には固有特性があるため、同じ荷電粒子ビーム強度を測定しても異なる値となるという第１の問題がある。このため、イオン注入均一性の悪化につながってしまう。たとえば、図１３に示すファラデーカップ１１２ａ〜１１２ｄの４個を用いて同じ位置（同じビーム位置）の強度測定を行なった場合、図１４に示すように、同じビーム測定位置（図ではａ〜ｄの４箇所）でも、測定結果に差が生じている。
【００１０】
また、荷電粒子ビーム強度測定中はファラデーカップ１１２の位置を固定しているので、測定ピッチがファラデーカップ１１２の配列ピッチとなるので、測定ポイントが限定されてしまい、細かな測定ができないという第２の問題がある。加えて、特許文献１に示されている装置構造では、ファラデーカップ１１２を２次元状に配列しかつ固定配置しているので、空間的な荷電粒子ビーム強度測定が不可能であるという第３の問題がある。そして、これらの第２および第３の問題により、第１の問題と同様に、チップ内のイオン注入均一性に課題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ファラデーカップの配列位置に測定ポイントが固定されることなく、ビーム強度分布を測定できる仕組みを提案することを第１の目的とする。
【００１２】
また、本発明は、ファラデーカップの固有特性の影響を受けることなく、ビーム強度分布を測定できる仕組みを提案することを第２目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の手法は、上記第１の目的に対応するものであって、加速された荷電粒子が半導体基板の所定位置に注入される経路の途中に荷電粒子の強度を測定する測定子を移動させて測定を行なうようにした。測定子は、単一のものを用いてもよいし、一列あるいは複数列に配列させた構造としてもよい。
【００１４】
移動の態様としては、１次元状、２次元状、および３次元状の何れでもよい。１次元状に移動させるとライン状のビーム強度分布を測定でき、２次元状に移動させると平面的なビーム強度分布を測定でき、３次元状に移動させると空間的なビーム強度分布を測定できる。
【００１５】
測定子の移動範囲は、測定対象の範囲を網羅するように２箇所以上に亘って移動させるとよい。また、ビーム強度測定時には、測定子を連続的に移動させつつ、この移動過程の任意の位置にてビーム強度を測定してもよいし、測定子を所定ピッチで段階的（ステップ状）に移動させ、移動後の各位置にてビーム強度を測定してもよい。何れにしても、測定子の配列位置に測定ポイントが固定されることのないように、また、その配列ピッチよりも細かく測定ポイントを与えるように、測定子を移動させてビーム強度を測定するものであればよい。
【００１６】
また、測定子を移動させるための構造としては、移動ステージを用いる構成、可動アーム（たとえばロボットアームなど）を用いる構成、あるいはこれらを組み合わせた構成など、様々な手法を採用し得る。
【００１７】
また、本発明に係る第２の手法は、上記第２の目的に対応するものであって、測定子によって得られたデータを、その固有特性を相殺する方向に補正するようにした。つまり、個々の測定データを校正する。校正後の測定データを用いてビーム強度分布を求めることで、分布特性測定の精度を高める。
【００１８】
複数個のビーム強度測定子を測定部に備える構造の場合、それらの何れか１つを基準とし、同一測定点での個々のデータのずれ分を補正すればよい。たとえば、同一測定点でのビーム強度に基づき、その測定強度比または差分を求め、その結果値を用いて固有特性を相殺する方向に補正すればよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
＜装置の全体構成＞
図１は、本発明に係る半導体製造装置の一実施形態を適用したイオン注入装置の構成例を概略的に示す側面図である。図示するイオン注入装置１は、それぞれシールドボックス２内に収容された高電圧部である高電圧ターミナル３および加速管５、シールドボックス２の外側に設けられたビームライン部６およびエンドステーション部８を備えて構成された真空系である。
【００２１】
高電圧ターミナル３内には、周知のイオン源３２および質量分離器３４が収容され、さらにスリット３５、ビーム遮断器３６、および可変スリット３７がこの順に配置されている。ビーム遮断器３６は、電圧を印加されることによりイオンビームＬを跳ね上げ、可変スリット３７へ向かうイオンビームＬを一時的に遮断する。
【００２２】
高電圧ターミナル３には周知の加速管５が取り付けられており、その後段となるビームライン部６には、集束レンズ６２、イオンビームＬを所定方向ａとａに略直交するｂ方向とに電磁的に微小角度スキャンさせるオクタポール・スキャナ６３、コンタミネーション粒子除去マグネット６４、集束レンズ６５、および非接触ビーム電流計６６が設けられている。
【００２３】
集束レンズ６２，６５は電磁式であるが、静電式としてもよい。イオンビームＬをスキャンさせる場合には集束レンズ６２を使用し、後述するイオンビームＬをスキャンさせない場合には集束レンズ６５を使用する。イオンビームＬのスキャンにはオクタポール・スキャナ６３以外の電磁偏向型スキャナを使用してもよく、勿論、静電偏向型スキャナを使用してもよい。
【００２４】
コンタミネーション粒子除去マグネット６４は、質量分離器３４以降においてイオンが残留ガスと衝突して電荷が変化したイオンや中性粒子を除去するものであり、イオンビームＬはコンタミネーション粒子除去マグネット６４によって下方へ角度９０度に曲げられている。そして、非接触ビーム電流計６６は、ビームライン部６の下端部の外周に設けた磁性コアとコイルによってイオンビームＬの電流を電磁気的に計測する。
【００２５】
エンドステーション部８内には、ビームライン部６側であるイオンビームＬの入射位置に、ビーム密度分布をモニタリングするためのビーム強度測定機構１００が設けられ、また、その下部には、ウェーハＷを保持する、たとえば固定台とこの固定台を移動させる駆動部などからなるウェーハ保持機構８２が設けられている。そして、ビーム強度測定機構１００とウェーハ保持機構８との間には、ウェーハ内に形成されるチップの形状より僅かに大きい開口またはチップの形状より小さい開口を有しチップの直上に位置するように固定または移動可能にステンシルマスクＭを配置するマスク配置機構部１０１が設けられている。
【００２６】
図示した例のビーム強度測定機構１００には、図示しないファラデーカップが設けられたビーム強度測定部（ファラデー本体）１１０と、このビーム強度測定部１１０をＸ方向（紙面奥行き方向）に移動させるＸ方向機械的駆動機構１０２ｘおよびこれに略直角なＹ方向（図示する左右方向）に移動させるＹ方向機械的駆動機構１０２ｙからなる稼働機構部１０２と、稼働機構部１０２を保持するステージ１０４とを備えている。
【００２７】
また、図示した例のマスク配置機構部１０１には、マスク１０５を保持しつつＸ方向（紙面奥行き方向）に移動させるＸ方向機械的駆動機構１０６ｘおよびこれに略直角なＹ方向（図示する左右方向）に移動させるＹ方向機械的駆動機構１０６ｙからなる稼働機構部１０６と、稼働機構部１０６を保持するステージ１０８とを備えている。
【００２８】
エンドステーション部８は、その天井部にウェーハ位置検出器８４が固定されている。ウェーハ位置検出器８４は、たとえばＣＣＤ撮像カメラで構成されており、ウェーハＷ内のアライメントマークを基準にしてウェーハ位置を検出する。ただしＣＣＤ撮像カメラに限らず、それ以外の検出器であってもよい。ウェーハ位置検出器８４からの位置検出信号は図示しない制御部へ入力され、制御部はウェーハ保持機構８２のＸ方向、Ｙ方向への機械的駆動機構、回転機構、およびティルト機構（それぞれ図示を割愛する）の作動を制御するようになっている。
【００２９】
ビーム強度測定機構１００のビーム強度測定部１１０は、イオン注入の前に、イオンビームＬの入射位置に挿入され、マスク配置機構部１０１に保持されているステンシルマスクＭをその直下へ配置させた後、ステンシルマスクＭの開口とイオンビームＬのスキャン領域との整合性の確認、およびステンシルマスクＭの開口内におけるビーム電流の密度分布の測定を行なうためのものである。イオンビームＬのスキャン領域が不適切な場合にはオクタポール・スキャナ６３の振幅が調整され、電流の密度分布が一様でない場合には、イオンビームのスキャン速度が調整される。
【００３０】
イオン注入時には、ウェーハ保持機構８にてウェーハＷを保持し、かつウェーハＷに形成されるチップの形状より僅かに大きい開口またはチップの形状より小さい開口を有するステンシルマスクＭをチップの直上に位置するように配置し、ウェーハ保持機構８２をＸ、Ｙ方向２次元でスキャンされるイオンビームＬの入射位置において、図示しない機械的駆動機構によってＸおよびＹの各方向への機械的にスキャンさせてイオン注入する。
【００３１】
このとき、先に測定しておいたビーム強度分布に基づき、所定のドーズ量がウェーハＷに、特にチップを注入単位として一様に得られるように、荷電粒子の注入を制御する。この制御は、プラテンの機械的スキャンの速度またはイオンビームのスキャン速度を調整することで行なう。
【００３２】
＜ビーム強度測定機構の構成；第１実施形態＞
図２は、ビーム強度測定機構１００の第１実施形態を示す図である。ここで、図２（Ａ）は、第１実施形態のビーム強度測定機構１００の全体概要を示す。また、図２（Ｂ）は、ビーム強度測定機構１００に使用されるビーム密度分布モニタとしてのビーム強度測定部１１０の構成例を示す図である。
【００３３】
第１実施形態のビーム強度測定機構１００は、（ミニ）ファラデーカップ１１２を一列に配列させた構造を有するビーム強度測定部（ファラデー本体）１１０と、図１に示した稼働機構部１０２とステージ１０４とに対応し、ビーム強度測定部１１０を一定の傾きを維持した状態でＸ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている２軸可動（ＸＹ）ステージ１２０とを備えている。
【００３４】
これにより、ビーム強度測定機構１００は、ビーム強度測定部１１０をビーム照射領域のほぼ全面に対して、たとえば連続的にもしくは一定の間隔を持ってステップ状になど、２次元状に細かく移動させることで、２次元状に測定点を多数（任意の位置に）設定して、荷電粒子ビーム強度の細かな測定を行なうことが可能な荷電ビーム強度測定装置（ビームプロファイルモニタ）として構成されている。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように、２軸可動ステージ１２０の具体的な構成としては、ビーム強度測定部１１０をＸ方向に移動させるためのＸ方向機械的駆動機構１０２ｘの構造として、先ず、２軸可動ステージ１２０の支持ベースとしても機能するＸ軸方向移動用ベース１２２と、Ｘ軸方向移動用ベース１２２に固定されて取り付けられ、Ｘ軸方向の移動を規定するためのＸ軸方向に延在している長尺状のＸ軸方向レール１２４とを有する。また、Ｘ軸方向レール１２４に沿って移動可能に構成されＹ軸方向に延在しているＸ軸方向移動用ブロック１２６と、Ｘ軸方向移動用ベース１２２上に固定されているとともに、Ｘ軸方向移動用ブロック１２６の一端１２６ａに取り付けられた、Ｘ軸方向移動用ブロック１２６のＸ方向移動を駆動するための、たとえばアクチュエータやモータなどからなるＸ軸方向用駆動部１２８とを有する。Ｘ軸方向移動用ブロック１２６は、Ｙ軸方向移動用ベースとしての機能も備える。
【００３６】
また２軸可動ステージ１２０は、ビーム強度測定部１１０をＹ方向に移動させるためのＹ方向機械的駆動機構１０２ｙの構造として、先ずＸ軸方向移動用ブロック１２６に固定されて取り付けられ、Ｙ軸方向の移動を規定するためのＹ軸方向に延在している長尺状のＹ軸方向レール１３４を有する。また、Ｙ軸方向レール１３４に沿って移動可能に構成されたＹ軸方向移動用ブロック１３６と、Ｘ軸方向移動用ブロック１２６上に固定されているとともに、Ｙ軸方向移動用ブロック１３６の一端１３６ａに取り付けられた、Ｙ軸方向移動用ブロック１３６のＹ方向移動を駆動するための、たとえばアクチュエータやモータなどからなるＹ軸方向用駆動部１３８とを有する。
【００３７】
Ｙ軸方向移動用ブロック１３６には、ビーム強度測定部１１０が、取付けアーム１４２と固着部材１４４とを介して、その可動方向（駆動軸方向）であるＸ軸およびＹ軸の双方に対して一定の角度（傾き）を持って斜めに固定されて取り付けられている。
【００３８】
ビーム強度測定部１１０は、図２（Ｂ）に示すように、荷電粒子ビーム強度測定用の（ミニ）ファラデーカップ１１２と、このファラデーカップ１１２を数個一列に配列させて固定するファラデーベース１１４と、ファラデーカップ１１２により得られるビーム強度測定信号Ｓ１（アナログ値）を出力する配線などからなる信号出力部１１６とを有する。ファラデーカップ１１２の配列ピッチは、たとえば１０ｍｍ程度とする。個々のファラデーカップ１１２の大きさは、この配列ピッチを満足させ得る程度の大きさとする（当然にφ１０ｍｍ以下）。
【００３９】
図示した例では、ビーム強度測定部１１０は、４個のファラデーカップ１１２（それぞれ参照子ａ，ｂ，ｃ，ｄで示す）が一列にファラデーベース１１４上に配列されている。各ファラデーカップ１１２からは、それぞれビーム強度測定信号Ｓ１（それぞれ参照子ａ，ｂ，ｃ，ｄで示す）が出力される。なお、ここでは、ファラデーカップ１１２を一列に、すなわちファラデーカップ１１２を１次元（ライン）状に配列させた構造としているが、これに限らず、ファラデーカップ１１２を複数列に、すなわちファラデーカップ１１２を２次元（エリア）状に配列させた構造としてもよい。
【００４０】
第１実施形態のビーム強度測定機構１００は、このような２軸可動ステージ１２０を備えることで、ビーム強度測定部１１０が荷電粒子ビームライン上のビーム強度をＸＹ座標上の任意の位置にて測定できるようにビーム強度測定部１１０をＸ軸方向もしくはＹ軸方向に自由に可動できる構造をなしている。
【００４１】
また、任意の可動位置（すなわち測定点）にて荷電粒子ビーム強度を測定した後に、基準とするファラデーカップ１１２（たとえば１１２ａ）で測定した任意の測定点のビーム強度データ（測定対象点のビーム強度データ；たとえばＤ１ａ）と他のファラデーカップ１１２（たとえば１１２ａを除く１１２ｂ〜１１２ｄ）で同じ測定対象点を測定した測定点データ（たとえばＤ１ｂ〜Ｄ１ｄ）とを用いて、その測定対象点のビーム強度の校正値Ｄ２を演算する機能を有する。さらに、ビーム強度測定機構１００は、測定対象点の校正されたビーム強度データを用いて、真の荷電粒子ビーム強度分布を演算する機能を有する。
【００４２】
このような機能を備えることで、ビーム強度測定機構１００は、数個（本例では４個）のファラデーカップ１１２を、配列ピッチよりも狭いピッチで測定点を与えるように任意の位置に動かすことができる。よって、ファラデーカップ１１２の配列位置に拘わらず任意の測定点にてビーム強度モニタを行なうことで、細かな測定を行なうことを可能とし、これにより、モニタリング精度を上げることが可能になる。加えて、あるビームの同一測定点を複数のファラデーカップ１１２ａ〜１１２ｄで測定することで、各ファラデーカップ１１２ａ〜１１２ｄの固有特性を補正し、ビーム照射領域の均一性向上を図ることが可能になる。
【００４３】
これら、ビーム強度の校正値を算出する機能部分や、真の荷電粒子ビーム強度分布を演算する機能部分をなす演算処理部２００は、２軸可動ステージ１２０と一体的に設けられてもよいが、本実施形態では、イオン注入装置本体に設けられた構成としている。たとえば、装置本体の制御コンピュータがその機能を持つように構成される。
【００４４】
この第１実施形態の構成では、可動範囲はほぼ移動ステージによる可動方向の長さで規定されるので、ビーム強度分布を測定する際の測定点の設定に自由度がある。また、入手や製造が容易な移動ステージ構造を基本としているので、低コストで設置可能であり、メンテナンス回数が少なくて済む。
【００４５】
また、ファラデーカップ１１２を移動させて測定を行なう構成であるので、測定対象エリア全面にファラデーカップ１１２を配列させる必要がなく、少ない数のファラデーカップ１１２で、測定対象エリア全面のビーム強度分布を測定できる利点もある。また、ファラデーベース１１４上の何れかのファラデーカップ１１２が故障した際には、その故障箇所を使用せずに、故障箇所相当部分の測定点のデータを他のファラデーカップ１１２で代用して測定できる利点もある。
【００４６】
＜ビーム強度測定機構の構成；第２実施形態＞
図３は、ビーム強度測定機構１００の第２実施形態の全体概要を示す図である。第２実施形態のビーム強度測定機構１００は、２軸可動ステージ１２０に代えて、ＸＹ方向へ動くアームを有するアーム機構１５０を備え、これにより、第１実施形態と同様に、ビーム強度測定部１１０をビーム照射領域のほぼ全面に対して、２次元状に細かく移動させることで、２次元状に測定点を多数設定して、荷電粒子ビーム強度の細かな測定を行なうことが可能な荷電ビーム強度測定装置として構成されている。
【００４７】
図３に示すように、アーム機構１５０の具体的な構成としては、アーム機構１５０の支持ベースとしても機能するロボットアーム固定部１５２と、複数本のロボットアーム（本例では２本；それぞれ１５４，１５５で示す）と、複数個のアーム稼動用回転軸（本例では３個；それぞれ１５６，１５７，１５８で示す）とを有する。アーム機構１５０は、図１のＸ方向機械的駆動機構１０２ｘおよびＹ方向機械的駆動機構１０２ｙの機能をなす。
【００４８】
第１のアーム稼動用回転軸１５６は、ロボットアーム固定部１５２上と第１のロボットアーム１５４の一方の端部１５４ａに位置して、このアーム稼動用回転軸１５６を支点としてロボットアーム１５４を回動可能に取り付けられている。第２のアーム稼動用回転軸１５７は、第１のロボットアーム１５４の他方の端部１５４ｂと第２のロボットアーム１５５の一方の端部１５５ａとに位置して、アーム稼動用回転軸１５７を支点として２つのロボットアーム１５４，１５５を回動可能に取り付けられている。
【００４９】
また第３のアーム稼動用回転軸１５８は、第２のロボットアーム１５５の他方の端部１５５ｂとビーム強度測定部１１０を支持する取付けアーム１４２の一方の端部１４２ａとに位置して、アーム稼動用回転軸１５８を支点としてロボットアーム１５５とビーム強度測定部１１０とを回動可能に取り付けられている。
【００５０】
なお、ビーム強度測定部１１０は、ロボットアーム１５５の動きに拘わらず、アーム稼動用回転軸１５８を支点として図示するＲ方向に回動可能である。アーム稼動用回転軸１５６，１５７，１５８には図示しないモータなどの駆動部が設けられる。
【００５１】
第１のアーム稼動用回転軸１５６はロボットアーム固定部１５２に固定されているので、そのＸおよびＹの各座標位置が移動不可能にされているのに対して、第２および第３のアーム稼動用回転軸１５７，１５８は、ＸおよびＹの各座標位置が移動可能になっている。
【００５２】
ここで、第２実施形態のビーム強度測定機構１００では、アーム機構１５０が稼働するときに、ファラデーカップ１１２を一列に配列させた第１実施形態と同様の構造を有するビーム強度測定部１１０を一定の傾きを維持した状態でＸ方向およびＹ方向に移動可能である。加えて、アーム稼動用回転軸１５８を支点として図示するＲ方向にビーム強度測定部１１０を回動可能に構成されているので、アーム機構１５０が稼働中に第３のアーム稼動用回転軸１５７のＸおよびＹの各座標位置が移動する際と固定された状態の何れにおいても、ビーム強度測定部１１０のＸ軸およびＹ軸に対する傾きを可変に構成されている。
【００５３】
第２実施形態のビーム強度測定機構１００は、このようなアーム機構１５０を備えることで、第１実施形態の構成と同様に、ビーム強度測定部１１０が荷電粒子ビームライン上のビーム強度をＸＹ座標上の任意の位置にて測定できるように、ビーム強度測定部１１０をＸ軸方向もしくはＹ軸方向に自由に可動できる構造をなしている。ビーム強度測定部１１０からは、ＸＹ座標中の任意の測定点にて測定したビーム強度データＳ１が演算処理部２００に送られる。
【００５４】
この第２実施形態の構成では、可動範囲はほぼアームが届く範囲内に規定されるので、第１実施形態と同様に、測定点の自由度が高い。すなわち、ファラデーカップ１１２の配列ピッチよりも狭いピッチで測定点を与えるように、ファラデーカップ１１２を任意の位置に動かすことができる。また、ステージ機構よりは入手が困難ではあるものの、コンパクトに構成できる利点がある。また、アーム稼動用回転軸１５６，１５７，１５８を自在継ぎ手構造にするだけで、３次元移動への展開ができる利点もある。
【００５５】
＜ビーム強度測定機構の構成；第３実施形態＞
図４は、ビーム強度測定機構１００の第３実施形態の全体概要を示す図である。第３実施形態のビーム強度測定機構１００は、第１実施形態の２軸可動ステージ１２０に代えて、一方向（本例ではＹ方向）にのみビーム強度測定部１１０を移動可能な１軸可動ステージ１７０とビーム強度測定部１１０の可動部に回転機構を備え、これにより、第１実施形態と同様に、ビーム強度測定部１１０をビーム照射領域のほぼ全面に対して、２次元状に細かく移動させることで、２次元状に測定点を多数設定して、荷電粒子ビーム強度の細かな測定を行なうことが可能な荷電ビーム強度測定装置として構成されている。
【００５６】
図４に示すように、１軸可動ステージ１７０の具体的な構成としては、ほぼ、第１実施形態の２軸可動ステージ１２０におけるＹ軸方向の機構のみを備えた構成となっている。すなわち、先ず図示しない所定のステージ（Ｘ軸方向移動用ベース１２２でもよい）に固定されて取り付けられ、Ｙ軸方向に延在しているＹ軸方向移動用ベース１７２（Ｘ軸方向移動用ブロック１２６でもよい）と、Ｙ軸方向移動用ベース１７２に固定されて取り付けられ、Ｙ軸方向の移動を規定するためのＹ軸方向に延在している長尺状のＹ軸方向レール１７４を有する。
【００５７】
また、Ｙ軸方向レール１７４に沿って移動可能に構成されたＹ軸方向移動用ブロック１７６と、Ｙ軸方向移動用ベース１７２上に固定されているとともに、Ｙ軸方向移動用ブロック１７６の一端１７６ａに取り付けられた、Ｙ軸方向移動用ブロック１７６のＹ方向移動を駆動するための、たとえばアクチュエータやモータなどからなるＹ軸方向用駆動部１７８とを有する。
【００５８】
Ｙ軸方向移動用ブロック１７６には、ビーム強度測定部１１０が、取付けアーム１８２、固着部材１８４、および取付けアーム１８２と固着部材１８４との間に設けられた回転軸１８６を介して、回転軸１８６を支点として図示するＲ方向に回動可能に取り付けられている。回転軸１８６には図示しないモータなどの駆動部が設けられる。
【００５９】
第３実施形態のビーム強度測定機構１００は、このような１軸可動ステージ１７０を備えることで、第１実施形態の構成と同様に、ビーム強度測定部１１０が荷電粒子ビームライン上のビーム強度をＸＹ座標上の任意の位置にて測定できるように、ビーム強度測定部１１０をＹ軸方向に自由に可動できるとともに、回転軸１８６を支点としてＲ方向に回動可能な構造をなしている。ビーム強度測定部１１０からは、ＸＹ座標中の任意の測定点にて測定したビーム強度データＳ１が演算処理部２００に送られる。
【００６０】
この第３実施形態の構成では、可動範囲はほぼビーム強度測定部１１０の回動範囲内に規定されるので、第１や第２実施形態よりも、測定点の自由度が劣るものの、コンパクトに構成できる利点がある。また、回転軸１８６を自在継ぎ手構造にするだけで、３次元移動への展開ができる利点もある。
【００６１】
＜３次元状移動への変形＞
なお、上述した第１〜第３の各ビーム強度測定機構１００では、互いに直交するＸ軸およびＹ軸で規定されるＸＹ座標面上にてビーム強度測定部１１０を任意の位置に２次元（エリア）状に移動可能な構成としていたが、Ｘ軸およびＹ軸の双方に対して直交するＺ軸にも駆動可能な構成を加えることで、２次元（エリア）状に限らず、３次元（空間）状にビーム強度測定部１１０を移動可能な構成とすることもできる。
【００６２】
たとえば、第１実施形態の構成であれば、Ｘ軸方向移動用ベース１２２をＺ軸方向に移動させる駆動機構を追加すればよい。また、第２実施形態の構成であれば、ロボットアーム固定部１５２をＺ軸方向に移動させる駆動機構を追加すればよい。あるいは、アーム稼動用回転軸１５６，１５７，１５８をたとえば球状部材を利用した自在継ぎ手に代えるとともに駆動部を設けることで、ロボットアーム１５４，１５５をＸ，Ｙ、Ｚの各方向へ（すなわち３次元（空間）状に）自在に動くアーム機構としてもよい。また、第３実施形態の構成であれば、Ｙ軸方向移動用ベース１７２をＺ軸方向に移動させる駆動機構を追加すればよい。また、第２や第３の各実施形態の構成の場合、可動範囲が狭くなるが、ビーム強度測定部１１０側の回転軸であるアーム稼動用回転軸１５８や回転軸１８６のみを自在継ぎ手に代えるとともに駆動部を設けることで、この自在継ぎ手を支点として、ビーム強度測定部１１０のみが３次元状に動く機構としてもよい。
【００６３】
＜ビーム強度校正機構とビーム強度分布演算機構＞
図５は、ビーム強度の校正値を算出する機能部分や、真の荷電粒子ビーム強度分布を演算する機能部分をなす演算処理部２００の一構成例を示す機能ブロック図である。演算処理部２００は、先ず、２軸可動ステージ１２０のＸ軸方向用駆動部１２８およびＹ軸方向用駆動部１３８を制御する測定位置制御部２０２を有する。
【００６４】
また演算処理部２００は、測定位置制御部２０２の制御の元でビーム強度測定部１１０により測定された荷電粒子ビーム強度データ（アナログ値の測定信号）Ｓ１を取り込みデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部２０４と、このビーム強度測定部１１０により得られた測定信号Ｓ１のデジタルデータＤ１に基づいてファラデーカップ１１２の固有特性を補正する校正値演算部２０６と、校正値演算部２０６により補正（校正）されたビーム強度データＤ２を用いて、真の荷電粒子ビーム強度分布Ｄ３を演算する強度分布演算部２０８とを有する。
【００６５】
測定位置制御部２０２は、ビーム強度測定部１１０をビーム照射領域のほぼ全面に対して、たとえば連続的にもしくは一定の間隔を持ってステップ状になど、２次元状に細かく移動させることで、２次元状に測定点を多数（任意の位置に）設定し、各測定点におけるビーム強度測定信号Ｓ１を測定する。このとき、測定位置制御部２０２は、ある１つのファラデーカップ１１２（たとえば図２（Ｂ）の１１２ａ）の荷電粒子ビーム強度測定を行なった地点において、他の複数個あるファラデーカップ１１２（たとえば図２（Ｂ）の１１２ｂ〜１１２ｄ）でもビーム強度測定を可能なように、Ｘ軸方向用駆動部１２８とＹ軸方向用駆動部１３８を制御することで、ビーム強度測定部１１０を動かす。
【００６６】
校正値演算部２０６は、このようにして得られる同一の任意の測定点についての、複数のファラデーカップ１１２ａ〜１１２ｄからのビーム強度信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づき、その測定強度比または差分を採ることで、校正対象のファラデーカップ１１２の固有特性を補正する。
【００６７】
＜測定および校正の具体例；第１例＞
図６は、上記構成のビーム強度測定機構１００と演算処理部２００とを用いることでなされる荷電粒子ビーム強度測定を行なう処理の第１例を説明する図である。この第１例の測定処理は、平面状（２次元状）のビーム強度分布を測定する手法であって、上述した第１および第２実施形態のビーム強度測定機構１００とともに用いるのに好適な手法である。
【００６８】
先ず測定位置制御部２０２は、ビーム強度測定機構１００のＸ軸方向やＹ軸方向へ動く２軸可動ステージ１２０あるいはアーム機構１５０を用いて、図６（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向の荷電粒子ビーム強度測定（モニタリング）を行ないながらＹ軸方向用駆動部１３８などを制御してビーム強度測定部１１０を位置ａから位置ｂへと、Ｙ軸方向に動かす。この後、Ｘ軸方向用駆動部１２８およびＹ軸方向用駆動部１３８などを制御して、ビーム強度測定部１１０を位置ｂから位置ｃに動かす。このときには荷電粒子ビーム強度測定は必ずしも必要ではない。そして、Ｘ軸方向の荷電粒子ビーム強度測定（モニタリング）を行ないながら、Ｘ軸方向用駆動部１２８などを制御して、ビーム強度測定部１１０を位置ｃから位置ｄへと、Ｘ軸方向に動かす。
【００６９】
このＸ軸方向移動中における測定点は、先のＹ軸方向移動中における測定点と同じ位置となるようにする。図６（Ｂ）に示すように、本例では、測定点ａｂ，ａｃ，ａｄなどとする。
【００７０】
異なる測定点ａｂ，ａｃ，ａｄでの各ファラデーカップで取得した実測値は、本来は測定点ごとに同一データが得られるはずであるが、ファラデーの固有差の影響によりばら付きを持つ。一方、ビーム強度分布測定の際には、測定データの絶対値の精度は必要ではなく、何れのファラデーカップ１１２で測定しても、同一のデータが得られることが保証できれば十分である。そこで、演算処理部２００では、各測定点での基準ファラデーに対するばら付きを求め、これに対して補正を掛けてファラデーの固有差の影響による誤差をなくす。基準ファラデーに対するばら付きを求めることは、所定のファラデーを基準ファラデーとする正規化処理（換算処理）に相当する。測定点を異なる位置に複数設定するのは、測定位置の影響も加味することで、校正の精度を高めるためである。勿論、校正精度が劣るものの、同一測定点にて１回好ましくは複数回測定して校正するようにしても構わない。
【００７１】
たとえば、先ず校正値演算部２０６は、基準のファラデーカップ１１２でビーム強度測定部１１０のＹ軸移動時に測定した任意の測定点のデータＤ１、たとえばファラデーカップ１１２ａを基準ファラデーとした測定点ａｂ，ａｃ，ａｄにて測定したデータＤ１ａｂ，Ｄ１ａｃ，Ｄ１ａｄと、残りのファラデーカップ１１２ｂ〜１１２ｄで同じ測定点ａｂ，ａｃ，ａｄをビーム強度測定部１１０のＸ軸移動時に測定した測定したデータＤ１ｂｂ，Ｄ１ｃｃ，Ｄ１ｄｄとを用いて、その強度比または差分値にて、他のファラデーカップ１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄとの校正値Ｄ２を演算する。
【００７２】
そして、強度比を用いて校正値を算出する場合、以下のようにする。すなわち、先ず、基準とするファラデーＡで任意の測定点ｉのビーム強度を測定して得たデータ値Ｄ１_{α ｉ}と他のファラデーＢで同じ測定点を測定して得たデータ値Ｄ１_{β ｉ}を用いて、下記式（１）に従って校正補正を行なう。なお、“ｎ”は測定点の箇所数であり、この測定箇所数ｎで除算することで、平均値を用いて校正補正を行なう。
【数１】

【００７３】
そして、上記式（１）により得られる校正値を用いた場合、たとえばファラデーＢの生の測定データＤ１_{β ｂ}に対する校正後のデータ（換算値）Ｄ２_{β ｂ}は、下記式（２）に従って求められる。
【数２】

【００７４】
また、差分を用いて校正値を算出する場合、式（３）に従って校正補正を行ない、式（４）に従って校正データ（換算値）を求める。
【数３】

【数４】

【００７５】
ここでは、ファラデーカップ１１２ａを基準ファラデーとするファラデーカップ１１２ｂの測定データに対する校正について説明したが、基準ファラデーをファラデーカップ１１２ｃあるいは１１２ｄにしてもよい。また、他のファラデーカップ１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｄについても、所定のファラデーカップ１１２を基準ファラデーとして、同様にして測定を行なうことで、それぞれの校正値Ｄ２_{β ａ}，Ｄ２_{β ｃ}，Ｄ２_{β ｄ}を演算することが可能である。こうすることで、校正値演算部２０６は、測定子としての個々のファラデーカップ１１２の固有特性による影響（測定誤差）を排除することができる。
【００７６】
なお、この校正処理は、ビーム強度分布測定の都度行なう必要は必ずしもなく、所定のタイミングで行なうだけでも十分である。校正値を適宜チェックし直すことで、ビーム測定系やイオン注入装置の異常を検知することも可能となる。
【００７７】
強度分布演算部２０８は、このようにして得られたビーム強度測定信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ，Ｓ１ｄの各校正値Ｄ２βを用いて、ファラデーカップ測定子ごとの固有特性による影響を排除した真の荷電粒子ビーム強度分布を演算する。すなわち、同じ測定点でのビーム強度測定データを用いてファラデーカップの固有特性をキャンセル可能な補正を行なうことで、真のビームプロファイル結果を得ることができる。
【００７８】
以上の説明から分かるように、校正のための測定点の設定の際には、ビーム強度測定部１１０の傾き角と各ファラデーカップ１１２の配列ピッチとを考慮して設定する必要がある。なお、ビーム強度測定部１１０をＸ軸およびＹ軸の双方に対して傾けているので、移動方向に直交する測定点のピッチは、ファラデーカップ１１２のファラデーベース１１４上における配列ピッチよりも狭くすることができる利点がある（詳しくは後述する）。また、所定の測定点における測定が異なる時間に行なわれることとなるので、ビーム強度測定部１１０の移動中に、個々の測定データに対する前処理を行なっておくことができる利点もある。なお、傾き角を４５度に設定すれば、たとえば基準ファラデー１１２ａについての測定点ｂと、基準ファラデー１１２ｂについての測定点ｃと、基準ファラデー１１２ｃについての測定点ｄなどというように、複数の測定点におけるビーム強度測定信号Ｓ１の取得を同時に行なうことができる。
【００７９】
校正後の実際の測定に際しては、測定点の設定ピッチは自由である。たとえば、ビーム強度測定部１１０を所定方向に連続的に移動させつつ測定を行なってもよい。あるいは、所定の移動ピッチでビーム強度測定部１１０を移動させ、その移動ピッチごとに測定を行なってもよい。何れにしても、ファラデーカップ１１２の配列ピッチよりも狭い間隔で測定点を設定するように、２次元状にビーム強度測定部１１０を移動させた所定位置にて（実質的に動きながら）測定を行なうものであればよく、連続的な移動に限らず、ステップ状の移動でも構わない。
【００８０】
＜測定および校正の具体例；第２例＞
図７は、荷電粒子ビーム強度測定を行なう処理の第２例を説明する図である。この第２例の測定処理は、第１例と同様に平面状（２次元状）のビーム強度分布を測定する手法であって、上述した第３実施形態のビーム強度測定機構１００とともに用いるのに好適な手法である。
【００８１】
先ず測定位置制御部２０２は、ビーム強度測定機構１００の１軸可動ステージ１７０を用いて、図７（Ａ）に示すように、荷電粒子ビーム強度測定（モニタリング）を行ないながら回転軸１８６を制御してビーム強度測定部１１０を位置ａから位置ｂへと回動（９０°回転）させる。この後、Ｙ軸方向の荷電粒子ビーム強度測定（モニタリング）を行ないながら、Ｙ軸方向用駆動部１７８を制御して、ビーム強度測定部１１０を位置ｂから位置ｃへと、Ｙ軸方向に動かす。Ｙ軸方向移動中における測定点は、先のビーム強度測定部１１０を回動させている際の測定点と同じ位置となるようにする。図７（Ｂ）に示すように、本例では、測定点ｂａ，ｃｂ，ｄｃなどとする。
【００８２】
以下、第１例と同様にして、所定のファラデーカップ１１２を基準のファラデーカップとして測定した任意の測定点のデータと、他のファラデーカップ１１２で同じ測定点を測定したデータとを用いて、両者の強度比または差分値にて他のファラデーカップ１１２を校正する。そして、強度分布の実測値に対して校正することで、ファラデーカップ測定子ごとの固有特性による影響を排除した真の荷電粒子ビーム強度分布を得る。
【００８３】
＜測定および校正の具体例；第３例＞
図８は、荷電粒子ビーム強度測定を行なう処理の第３例を説明する図である。この第３例の測定処理は、第１例や第２例とは異なり、空間状（３次元状）のビーム強度分布を測定する手法である。ビーム強度測定機構１００を３次元状に移動可能に構成したものとともに用いるのに好適な手法である。
【００８４】
先ず、上述した第１例もしくは第２例のような方法に準じてビーム強度測定部１１０を移動させて測定を行なうことで、任意の平面の荷電粒子ビーム平面強度を測定する。この後、ビーム強度測定部１１０を所定ピッチでＺ軸方向へ動かして、再度、ビーム平面強度分布を同様にして測定する。これらを繰り返すことで、荷電粒子ビーム強度を３次元的に測定することができる。すなわち、Ｚ軸方向（高さ方向）にビーム強度測定部１１０が動くことで、荷電粒子ビーム強度の空間強度が、高さが変わることでどう変化しているかを測定することができる。
【００８５】
なお、所定のファラデーカップ１１２を基準ファラデーとして他のファラデーカップ１１２を校正する（２次元的位置をも加味した）手法と同様にして、３次元的な測定位置をも加味した校正を行なう際にも、上記空間強度測定と同様にして移動測定を行なうことで可能である。
【００８６】
＜測定および校正の具体例；第３例＞
図９は、ビーム強度測定部１１０をＸ軸およびＹ軸の双方に対して傾けて（斜め配置で）移動させることの優位点について説明する図である。図９（Ａ）に示すように、斜め配置で移動させると、モニタリング領域内では、移動によって各ファラデーカップ１１２の重なり（格子点）により形成される２次元格子状の測定点のピッチが、ファラデーベース１１４上におけるファラデーカップ１１２の配列ピッチよりも狭くなる。加えて、回転軸などを用いず、Ｘ，Ｙ方向の動き、すなわちビーム強度測定部１１０を斜め配置した状態を維持したままでの平行移動だけで、異なるファラデーの軌道を重ねることができる。このことは、固有特性の影響を排除するための校正測定に際して、ファラデーカップ１１２の移動をＸＹステージで構成できることを意味する。ＸＹステージは、機構が簡易であるから、ビーム強度測定機構１００を簡素化し、コストダウンすることができる。
【００８７】
一方、図９（Ｂ）に示すように、斜め配置を維持した状態での移動ができない構成の場合、移動によって各ファラデーカップ１１２の重なり（格子点）により形成される測定点のピッチは、ファラデーベース１１４上におけるファラデーカップ１１２の配列ピッチと同じになる。
【００８８】
また、図９（Ａ）と同様に測定点を２次元格子状に設定しようとすれば、位置ａ→位置ｂ→回転→位置ｃ→位置ｄというように、回転軸を支点とするファラデーベース１１４の９０度回転移動が必要になる。このことは、ファラデーカップ１１２の移動を、ＸＹステージだけでなく、回転機構を用いて実現しなければならないことを意味し、ビーム強度測定機構１００の構成が大掛かりになり、コストアップを招く。
【００８９】
なお、上記説明は、校正のための測定に関してであり、ビーム強度分布の測定の際には、測定ピッチを自由に設定できる。よって、図９（Ｂ）の構成であっても、ファラデーカップ１１２の配列ピッチよりも細かいピッチで測定点を設定しビーム強度分布を測定することは可能である。
【００９０】
以上説明したように、上記各実施形態のビーム強度測定機構１００に依れば、ビーム強度測定部１１０を移動させて、任意の測定点にてビーム強度測定信号Ｓ１を得ることを可能な構成にしたので、先ず、連続的あるいは自在に設定した細かなピッチでの荷電粒子ビーム強度分布測定が可能になる。また、イオンビームの平面強度を正確で細かく測定可能になることで、イオン注入装置などでビームを注入する際、注入ビーム強度を正確にかつ細かく補正することが可能となり、注入の均一性向上を図ることができる。
【００９１】
また、それぞれ異なる複数のファラデーカップ１１２にてビーム強度測定信号Ｓ１を取得し、得られる複数のビーム強度測定信号を用いて所定の演算手法に基づいて補正するようにすることで、荷電粒子ビーム測定ごとにファラデーカップの固有特性を測定することができる。荷電粒子ビーム測定ごとにファラデーカップの校正値を算出することで荷電粒子ビームの平面あるいは空間強度データの校正計算ができる。この結果、正確な荷電粒子ビームの任意の平面あるいは空間強度を測定することが可能となる。また、校正値を適宜チェックし直すことで、注入装置またはビーム測定系の異常を検知することも可能になる。また、荷電粒子ビーム測定ごとにファラデーカップの固有特性を測定でき、校正値を算出でき、補正が可能であるので、注入均一性の悪化を招くことがなくなる。また、ファラデーカップの固有特性の影響を気にすることなく部品を調達し、安定したビームプロファイル結果を得られる荷電粒子ビーム強度測定系を実現する（組み立てる）ことが可能になる。
【００９２】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９３】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００９４】
たとえば、上記実施形態では、ビーム強度測定部１１０を２次元状もしくは３次元状に移動させて測定することで、ファラデーカップ１１２の固有特性を校正していたが、ビーム強度測定部１１０を１次元状にのみ移動させて測定することで、固有特性を校正してもよい。この場合、測定位置の影響を加味した校正とはならないものの、移動制御機構や演算処理が簡易になる利点がある。
【００９５】
図１０は、その仕組みを説明する図である。ここでは、Ｘ軸方向にビーム強度測定部１１０を移動させた場合を例示している。たとえば、複数のファラデーカップ１１２にてビーム強度を測定する際に、何れも、補正値算出用ビーム強度測定点（Ｘ１，Ｙ１）を測定点とする。そして、たとえば、先ず、ファラデーカップ１１２ａで、測定点（Ｘ１，Ｙ１）のビーム強度を測定した後、ファラデーカップ１１２ｂが測定点（Ｘ１，Ｙ１）に位置するようにＸ方向にビーム強度測定部１１０を移動させ、ファラデーカップ１１２ｂでビーム強度を測定する。以下同様にして、ファラデーカップ１１２ｃが測定点（Ｘ１，Ｙ１）に位置するようにＸ方向にビーム強度測定部１１０を移動させ、ファラデーカップ１１２ｃでビーム強度を測定し、さらに、ファラデーカップ１１２ｄが測定点（Ｘ１，Ｙ１）に位置するようにＸ方向にビーム強度測定部１１０を移動させ、ファラデーカップ１１２ｄでビーム強度を測定する。
【００９６】
こうすることで、複数のファラデーカップ１１２にて同一測定点のデータを取得できるので、これら複数のデータに基づいて、ファラデーカップ１１２の固有特性の影響を除去する校正を行なうことができる。なお、校正のための測定に限らず、ビーム強度の１次元分布（ライン分布）を測定する際にも、上述と同様に、一定方向のみにビーム強度測定部１１０を移動させればよい。その場合の測定ピッチは自由である。ステップ状に移動させて測定することに限らず、連続的に移動させつつ、任意の位置で測定を行なってもよい。何れにしても、ビーム強度測定部１１０を移動させて測定することができるので、ファラデーカップ１１２の配列ピッチよりも細かいピッチで測定点を設定し測定を行なうことができる。
【００９７】
上記実施形態では、ビーム強度測定部１１０を移動させて測定することで、基準ファラデーと校正対象のファラデーの各データ（校正のための基礎データ）を取得していたが、校正のための基礎データの取得は、必ずしもこのような手法に限らない。
【００９８】
たとえば、図１１（Ａ）に示すように、微小サイズのファラデーカップ１１３を複数個（図では１１３ａ〜１１３ｉの９個）を配置した構成のビーム強度測定部１１０としてもよい。各微小ファラデーカップ１１３ａ〜１１３ｉの集合体が、上記実施形態で示したファラデーカップ１１２のそれぞれ（１１２ａ〜１１２ｄ）に対応すると考えればよい。校正の際には、上記実施形態で示した測定点に対応する位置に、微小ファラデーカップ１１３の集合体を配置し、ほぼ同一測定点における微小ファラデーカップ１１３の何れか（たとえば１１３ａ）を基準ファラデーとして、他の微小ファラデーカップ１１３（たとえば１１３ｂ〜１１３ｉ）を校正する。
【００９９】
こうすることで、ファラデーベース１１４を移動させることなく、複数の微小ファラデーカップ１１３にて同一測定点のデータを取得できるので、これら複数のデータに基づいて、ファラデーカップ１１３の固有特性の影響を除去する校正を行なうことができる。
【０１００】
また、ビーム強度分布測定時には、ほぼ同一測定点のファラデーカップ１１３ａ〜１１３ｉのデータ値に基づき、たとえば平均値やメディアン値（中央値）などを使用して分布を特定することとすれば、測定精度がさらに増す。また、ファラデーカップ１１３ａ〜１１３ｉの何れかに故障が発生した場合には、その故障カップを使用しないこととしても、校正やビーム強度分布測定に不都合が生じない利点もある。
【０１０１】
また、図１１（Ｂ）に示すように、それぞれ異なるファラデーベース１１４ａ，１１４ｂを回転軸１１４ｃを支点として回動自在に設け、各ファラデーベース１１４ａ，１１４ｂ上に、ファラデーカップ１１２を所定ピッチで配列した構成のビーム強度測定部１１０とすることもできる。この場合、校正の際には、ファラデーベース１１４ａ，１１４ｂを回転させることで、同一測定点に対して、ファラデーカップ１１２を実質的に交換する構成とする。一方、ビーム強度分布測定の際には、ファラデーベース１１４ａ，１１４ｂの何れか一方の上に配されたファラデーカップ１１２ａ〜１１２ｄを用いる。
【０１０２】
こうすることで、複数の微小ファラデーカップ１１２にて同一測定点のデータを取得できるので、これら複数のデータに基づいて、ファラデーカップ１１２の固有特性の影響を除去する校正を行なうことができる。また、ファラデーベース１１４ａ，１１４ｂの何れか一方の何れかのファラデーカップ１１２に故障が発生した場合には、ファラデーベース１１４ａ，１１４ｂを切り換えて測定することができる利点もある。
【０１０３】
なお、上記説明は、何れも、ビーム強度分布測定だけでなく、ファラデーカップの固有特性を排除するための校正用の基礎データ取得をも考慮したものであるが、校正機構を考慮することは必ずしも必須ではない。この場合、少なくともファラデーカップを細かく移動させることで、測定点を細かく設定する構造を有していればよく、異なるファラデーカップで同一測定点のデータを取得する構造を必要としない。
【０１０４】
たとえば、上記実施形態では、複数のファラデーカップ１１２がファラデーベース１１４上に所定ピッチで一列または複数列に配列させた構造のビーム強度測定部１１０を、１次元状、２次元状、もしくは３次元状に、ビーム照射領域のほぼ全面に対して移動可能な構造とすることで、１次元状、２次元状、もしくは３次元状に荷電粒子ビーム強度分布を測定可能な荷電ビーム強度分布測定装置（ビームプロファイルモニタ）を形成していたが、これに限らず、単一のファラデーカップ１１２のみでビーム強度測定部１１０を形成してもよい。
【０１０５】
この場合、ビーム強度測定部１１０を、１次元状、２次元状、もしくは３次元状に移動（走査）させて測定を行なうことでも、ビーム強度分布を測定可能である。単一のファラデーカップ１１２のみで測定するので、測定されたビーム強度分布には、固有特性によるばら付きの影響は生じないと考えてよい。
【０１０６】
たとえば、図１２（Ａ）に示すように、ＸＹステージの２軸可動ステージ１２０を備えた上記第１実施形態に対する変形例を構成することができる。このように、複数のファラデーカップ１１２を使用して２軸可動ステージ１２０を利用したビーム強度測定機構１００を構成したときと同様に、図１２（Ａ）に示すように、ＸＹステージを利用してビーム強度測定機構１００を構成すれば、コストダウンでき、またメンテナンス回数が少なくて済む利点が得られる。
【０１０７】
また、図１２（Ｂ）に示すように、アーム機構１５０を備えた上記第２実施形態に対する変形例を構成することもできる。なお、これらの変形例に限らず、第３実施形態のビーム強度測定機構１００に対しても、単一のファラデーカップ１１２のみを用いた構造に、同様に変形可能である。
【０１０８】
なお、複数個のファラデーカップ１１２を用いる上記第１〜第３の各実施形態と、単一のファラデーカップ１１２を用いる変形例との組合せとして、たとえば、当初は、複数個のファラデーカップ１１２にて測定を行なうとともに、何れかのファラデーカップ１１２が故障した際には他のファラデーカップ１１２で代用して測定することとすれば、最後の１個が故障するまで使用を継続することができる利点も得られる。
【０１０９】
なお、上記実施形態では、ビーム強度測定部１１０を移動させる機構を利用して、ファラデーカップ１１２の固有特性を校正する仕組みを説明したが、ファラデーカップ１１２の固有特性を校正する点にのみ着目すれば、複数のファラデーカップ１１２を同一測定点に配する仕組みは別として、上記実施形態で説明したデータ校正の仕組みは、ファラデーカップ１１２が固定配置されている装置にも適用可能である。
【０１１０】
たとえば、ビーム強度分布測定用のファラデーカップ１１２とは別に校正専用の基準ファラデーカップ１１２を用意して、所定の移動手段を用いて基準ファラデーカップ１１２を固定配置されたファラデーカップ１１２の位置とほぼ同じ位置に移動させて測定してもよい。こうすることで、基準ファラデーカップ１１２により得られる測定結果と固定配置されたファラデーカップ１１２の測定結果のずれを相殺するように補正することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に依れば、ファラデーカップを移動させて任意の測定点にてビーム強度を測定して得たデータに基づいてビーム強度分布を測定するようにしたので、ファラデーカップを固定的に配列した構造のものよりも細かなピッチでの荷電粒子ビーム強度分布測定が可能になる。平面的移動に限らず、空間的に移動させることで、空間的な荷電粒子ビーム強度分布を測定することも可能になる。これにより、イオン注入装置などでビームを注入する際、注入ビーム強度を精度よく制御することが可能となり、注入の均一性向上を図ることができる。
【０１１２】
また、複数のファラデーカップを用いて測定を行なう際には、それぞれによって取得された個々の測定データに対して、所定の基準ファラデーを元にして、固有特性を相殺する方向に補正するようにしたので、ばら付きなく測定することができる。すなわち、同じ位置にて荷電粒子ビーム強度を測定すれば、何れのファラデーカップで測定しても同じ強度データを得ることができ、結果として、精度のよい分布測定を行なうことができ、注入の均一性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体製造装置の一実施形態を適用したイオン注入装置の構成例を概略的に示す側面図である。
【図２】ビーム強度測定機構の第１実施形態を示す図である。
【図３】ビーム強度測定機構の第２実施形態の全体概要を示す図である。
【図４】ビーム強度測定機構の第３実施形態の全体概要を示す図である。
【図５】ビーム強度の校正値を算出する機能部分や、真の荷電粒子ビーム強度分布を演算する機能部分をなす演算処理部の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】荷電粒子ビーム強度測定を行なう処理の第１例を説明する図である。
【図７】荷電粒子ビーム強度測定を行なう処理の第２例を説明する図である。
【図８】荷電粒子ビーム強度測定を行なう処理の第３例を説明する図である。
【図９】ビーム強度測定部をＸ軸およびＹ軸の双方に対して傾けて移動させることの優位点について説明する図である。
【図１０】ビーム強度測定部を１次元状にのみ移動させて測定することで、固有特性を校正する仕組みを説明する図である。
【図１１】ファラデーカップの固有特性を校正する機能を実現するための、ビーム強度測定部の変形例を説明する図である。
【図１２】単一のファラデーカップのみでビーム強度測定部を形成する場合のビーム強度測定機構の一例を示す図である。
【図１３】従来のビーム強度測定部の構成例を示す図である。
【図１４】図１３に示したビーム強度測定部を用いて測定した場合の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１…イオン注入装置、２…シールドボックス、３…高電圧ターミナル、５…加速管、６…ビームライン部、８…エンドステーション部、３２…イオン源、３４…質量分離器、３６…ビーム遮断器、８２…ウェーハ保持機構、１００…ビーム強度測定機構、１０１…マスク配置機構部、１０２…稼働機構部、１０４…ステージ、１１０…ビーム強度測定部、１１２，１１３…ファラデーカップ、１１４…ファラデーベース、１１６…信号出力部、１２０…２軸可動ステージ、１５０…アーム機構、１５６，１５７，１５８…回転軸、１７０…１軸可動ステージ、１８６…回転軸、２００…演算処理部、２０２…測定位置制御部、２０４…Ａ／Ｄ変換部、２０６…校正値演算部、２０８…強度分布演算部、Ｍ…ステンシルマスク、Ｗ…ウェーハ

Claims (18)

1. 半導体基板に注入される荷電粒子の強度分布を測定する方法であって、
   前記荷電粒子の強度を測定する測定子を２箇所以上の位置に移動させ、
   この移動された所定位置にて、前記測定子により前記荷電粒子の強度を測定し、
   この測定により得た測定結果を用いて、前記荷電粒子の強度分布を求める
   ことを特徴とする荷電粒子強度分布測定方法。
2. 前記測定子を用いた測定により得られた測定結果を、前記測定子と同じ位置にて基準の測定子により得られる測定結果とのずれを相殺するように補正し、
   この補正後の値を用いて、前記荷電粒子の強度分布を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子強度分布測定方法。
3. 半導体基板に注入される荷電粒子の強度分布を測定する方法であって、
   前記荷電粒子の強度を測定する測定子を用いた測定により得られた測定結果を、基準の測定子により得れる測定結果とのずれを相殺するように補正する
   ことを特徴とする荷電粒子強度分布測定方法。
4. 半導体基板に注入される荷電粒子の強度分布を測定する装置であって、
   前記荷電粒子の強度を測定する測定子を有する強度測定部と、
   前記強度測定部を所定方向に移動させる移動機構部と、
   前記移動機構部により移動された所定位置にて前記測定子により測定された測定結果を用いて前記荷電粒子の強度分布を求める強度分布演算部と
   を備えたことを特徴とする荷電粒子強度分布測定装置。
5. 前記強度測定部は、複数個の前記測定子が所定ピッチで配列されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
6. 前記複数個の測定子の配列方向は、前記強度測定部の前記移動の方向に対して斜めに設定されており、
   前記移動機構部は、前記強度測定部を前記斜めに維持した状態で前記所定方向に移動させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
7. 前記移動機構部は、前記強度測定部の前記測定子を３次元状に移動させる
   ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
8. 前記移動機構部は、前記強度測定部の前記移動の方向に対する位置を一定に保持しつつ、当該強度測定部を前記所定方向に移動させる移動ステージを有するものである
   ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
9. 前記移動機構部は、前記強度測定部の前記移動の方向に対する位置を一定に保持しつつ、当該強度測定部を前記所定方向に移動させる可動アームを有するものである
   ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
10. 前記移動機構部は、回動部を有し、前記強度測定部を保持するとともに前記回動部を支点として回転させる回転保持機構部と、
    前記回転保持機構部に保持された前記強度測定部の前記移動の方向に対する位置を一定に保持しつつ、前記回転保持機構部を前記所定方向に移動させる移動ステージと
    を有するものであることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
11. 前記測定子を用いた測定により得られた測定結果を、基準の測定子により得られる測定結果とのずれを相殺するように補正する校正値演算部を備え、
    前記強度分布演算部は、前記校正値演算部により求められた値を用いて、前記荷電粒子の強度分布を求める
    ことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
12. 前記強度測定部は、複数個の前記測定子が配列されており、
    前記移動機構部は、前記複数個の測定子のうちの何れかを基準の測定子として、この基準の測定子による前記強度測定部が測定した測定点に、他の測定子による測定点を設定するように、前記強度測定部を移動させ、
    前記校正値演算部は、この同一の測定点において、前記強度測定部の各測定子により取得したそれぞれの前記荷電粒子の強度に基づいて、前記補正を行なう
    ことを特徴とする請求項１１に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
13. 前記校正値演算部は、前記強度測定部の前記基準の測定子と前記他の測定子とで、同一の測定点にて測定した各荷電粒子の強度の比または差分により前記補正を行なうことで、前記他の測定子の固有特性を補正する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
14. 荷電粒子を発生させる発生源から引き出された前記荷電粒子を加速して半導体基板に注入する半導体製造装置であって、
    前記荷電粒子の強度を測定する測定子を有する強度測定部と、
    前記測定子を用いた測定により得られた測定結果を、基準の測定子により得られる測定結果とのずれを相殺するように補正する校正値演算部と、
    前記測定子により測定された測定結果に対する、前記校正値演算部による補正後の値を用いて前記荷電粒子の強度分布を求める強度分布演算部と
    を備えたことを特徴とする荷電粒子強度分布測定装置。
15. 前記校正値演算部は、前記強度測定部の前記基準の測定子と他の測定子とで、同一の測定点にて測定した各荷電粒子の強度の比または差分により前記補正を行なうことで、前記他の測定子の固有特性を補正する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の荷電粒子強度分布測定装置。
16. 半導体基板に注入される荷電粒子の強度分布を測定する装置であって、
    前記荷電粒子の強度を測定する測定子を有する強度測定部と、
    前記強度測定部を所定方向に移動させる移動機構部と、
    前記移動機構部により移動された所定位置にて前記測定子により測定された測定結果を用いて前記荷電粒子の強度分布を求める強度分布演算部と
    を備えたことを特徴とする荷電粒子強度分布測定装置。
17. 加速された荷電粒子が半導体基板の所定位置に注入されるように当該半導体基板を保持する保持機構を有するエンドステーション部と、
    前記半導体基板に注入される前記荷電粒子の強度を測定する測定子を有する強度測定部と、
    前記強度測定部を所定方向に移動させる移動機構部と、
    前記移動機構部により移動された所定位置にて前記測定子により測定された測定結果を用いて前記荷電粒子の強度分布を求める強度分布演算部と、
    前記強度分布演算部により得られた強度分布に基づいて、所定のドーズ量が前記半導体基板に一様に得られるように、前記荷電粒子の注入を制御する制御部と
    を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
18. 加速された荷電粒子が半導体基板の所定位置に注入されるように当該半導体基板を保持する保持機構を有するエンドステーション部と、
    前記半導体基板に注入される前記荷電粒子の強度を測定する測定子を有する強度測定部と、
    前記測定子を用いた測定により得られた測定結果を、基準の測定子により得られる測定結果とのずれを相殺するように補正する校正値演算部と、
    前記測定子により測定された測定結果に対する、前記校正値演算部による補正後の値を用いて前記荷電粒子の強度分布を求める強度分布演算部と、
    前記強度分布演算部により得られた強度分布に基づいて、所定のドーズ量が前記半導体基板に一様に得られるように、前記荷電粒子の注入を制御する制御部と
    を備えたことを特徴とする半導体製造装置。

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