JP2011512627A - ビームの特性を測定するための装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

粒子ビームの特性を検出する装置及び方法が開示する。一実施形態において、本装置は、第1の端部及び第2の端部と、第1及び第2の端部の間の少なくとも1つの検出器と、を含む本体部を有する。本装置は、当該装置に入る粒子の一部が装置を通過することができる透過状態を有する。本装置は、当該装置に入る粒子のほぼ全てが装置を通過するのを阻止して、検出されるようにする、最小の透過状態も有する。本装置又はそれに含まれる検出器を回転させることにより、様々な透過状態を達成することができる。本装置によれば、例えば、ビームの強度、角度、平行度及び、粒子ビーム内の粒子の分布などのビーム特性を検出することができる。

Description

本開示は、粒子の処理に関し、特に、ビームの特性を測定するための装置及びその方法に関する。

イオン注入は、特に、半導体デバイスを製造する際に実行される、特性を変える処理である。ツールの中で、特にビームライン・イオン注入装置を用いることができる。従来のイオン注入装置のブロック図を図1に示してある。従来のイオン注入装置は、電源101によって付勢されるイオン源102を備えることができる。イオン源102は、典型的には、ソースハウジング(図示せず)として既知の真空チャンバ内に含まれる。イオン注入システム100は、イオン10が通過する一連のビームライン・コンポーネントを含むこともできる。一連のビームライン・コンポーネントは、例えば、引出電極104、90°マグネットアナライザ106、第1の減速(D1)ステージ108、70°磁気コリメータ110、及び第2の減速(D2)ステージ112を含む。光ビームを操作する一連の光学レンズのように、ビームライン・コンポーネントは、イオンビーム10を目標ワークピースの方へ向ける前に、イオンビーム10を操作して合焦させることができる。イオン注入の間、ウェーハ114は、典型的には、「ロプラット(roplat)」(図示せず)と称することもある装置によって、1つ以上の次元に動かす(例えば、並進、回転、傾斜)ことができるプラテン116に取り付けられる。

動作において、イオンは、イオン源102内に生成され、引出電極104によって抽出される。抽出されたイオン10は、ビームのような状態で、ビームライン・コンポーネントに沿って進んで、ウェーハに114に注入される。

上述のように、イオン注入処理は、特性を変える処理である。例えば、硼素及びリンのイオンなどのイオンを、シリコンウェーハの一部に注入して、ウェーハの電気的特性を変えることができる。電界効果トランジスタは、上記の注入法を用いるデバイスの例である。既知のように、かような注入法により、ウェーハの電気的特性を高めることができる。

イオン注入処理は、例えば、光学的及び機械的特性のような他の特性を高めるためにも実行することができる。例えば、イオン注入処理は、結晶基板の結晶性を破壊するのに実行することができ、これにより、結晶のスリップを制限して、基板の機械的強度を高めることができる。加えて、この処理は、基板中に注入されるイオンの拡散速度又は移動度を低減させるために実行することができる。

最終製品の特性は、その特性を変えるイオン注入処理のパラメータに依存するため、注入処理のパラメータを制御することが好ましい。かようなパラメータのうちの1つは、イオンをウェーハへ向ける角度とすることができる。この角度が注入領域の大きさ及び/又は位置を決定するため、イオン角度は重要である。加えて、イオン角度は、注入の深さに影響を及ぼす。例えば、ウェーハに対して垂直な角度に向けられるイオンは、他の角度で向けられるイオンより深くに注入される。イオンが基板に対して、多数の不均一な角度で向けられる場合は、イオンはさまざまな深さに注入され、その注入は不均一となる。さらに、3次元のデバイス基板は、異なる角度に方向付けられた表面(例えば、垂直及び水平な表面)を含むため、イオンの角度は重要なパラメータである。1つの角度で基板に向けられるイオンは、1つの表面に到着することができるが、他の表面に到着することはできない。

他の重要なパラメータは、イオンのドーズ量である。イオンのドーズ量を制御して、処理した製品が必要とされる電気的特性を満たすようにするのが好ましい。イオンのドーズ量を制御することは、均一なデバイスを製造するためにも重要である。例えば、イオンのドーズ量を制御して、単一の半導体基板から製造されるいくつかのデバイスが均一の特性を有するようにするのが好ましい。加えて、イオンのドーズ量を制御して、異なる基板から製造されるデバイスが均一の特性を有するようにするのが好ましい。

イオンのドーズ量を測定及び制御するのに用いるツールのうちの1つが、図2に示すファラデーカップ200である。従来のファラデーカップ200は、空の領域24を画定するファラデーカップ本体部22を備えている。ファラデーカップ本体部22は、端壁22a及び側壁22bを含む。ファラデーカップ200は、ファラデーカップ本体部22を囲むハウジング26をさらに含む。ハウジング26は、チャンバ24の入口アパーチャ30を画定する開口部を有するフロントプレート28を含む。ファラデーカップ本体部22は、ドーズ・プロセッサに接続される。

ファラデーカップ本体部22は、イオンを受け取って、イオンのドーズ量を示す電流を生成する。次に、この電流は、ドーズ・プロセッサへ入力される。ドーズ量を測定することによって、イオン注入装置のコンポーネントを調整して、所望の仕様に適合するイオンを発生させることができる。

図2に示すファラデーカップ200は、イオンのドーズ量を検出することができるが、このカップ200は、ビームの他の特性を測定することができない。従って、新規な装置が必要とされる。

粒子ビームの特性を検出するための装置及び方法を開示する。特定の実施形態では、粒子ビームの特性を検出する方法を、キャビティを画定する側壁、第1の端部、及び第1の端部に近接して複数の粒子を受け入れると共に、キャビティと連通する、入口アパーチャを有する本体部と、キャビティ内に配置され、粒子の少なくとも一部を検出するように構成された少なくとも1つの検出器とを備えている装置によって実現することができる。

他の特定の実施形態では、粒子ビームの特性を検出する方法を、基板処理システムによって実現することができる。この基板処理システムは、複数の粒子を生成するように構成された粒子生成器と、基板と、複数の粒子の少なくとも1個を受け取るように構成され、少なくとも1個の粒子を検出するように構成され、且つ少なくとも1つの回転自由度を有する、粒子ビーム検出装置とを備える。

他の特定の実施形態では、粒子ビームの特性を検出する方法は、粒子ビームを生成し、該粒子ビームをビーム経路に沿って方向付ける工程と、ビーム経路に、少なくとも1つの検出器を備え、生成された粒子の少なくとも一部を受け取るように、粒子ビーム検出システムを配置する工程と、粒子ビーム検出システムを回転させる工程と、受け取った粒子の少なくとも一部を検出する工程とを含む。

他の特定の実施形態では、粒子ビームの特性を検出する方法を他の粒子処理システムによって実現することができる。この粒子処理システムは、複数の粒子を生成するように構成された粒子生成器と、生成された粒子の少なくとも一部を受け取るように構成され、受け取った粒子の少なくとも一部を検出するように構成された粒子検出器であって、可変の透過状態を有し、受け取った粒子の少なくとも一部を集めて、当該粒子検出器を通過する粒子の数を制御する、粒子検出器とを備える。

本開示を、添付の図面に示すように、その例示的な実施形態を参照して更に詳細に説明する。本開示を、例示的な実施形態を参照して、以下に説明するが、本開示は、それに限定されないと理解すべきである。当業者は、本願における教示にアクセスすることで、本願明細書において記載されている本開示の範囲内、及び本開示がかなり役に立つ追加的な実施態様、変更例、及び実施例を認識されよう。

本開示のより完全な理解を容易にするために、同様の番号が同様の構成要素を示す、添付図面を参照する。これらの図面は、本開示を制限するものとして解釈されてはならず、例示のみを目的とする。

従来のイオン注入システムを示すブロック図である。 従来のファラデーカップを示すブロック図である。 a及びbは、本開示の一実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を示すブロック図である。 本開示の他の実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を示すブロック図である。 a及びbは、本開示の他の実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を示すブロック図である。 図6aは、本開示の他の実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を示すブロック図である。 図6bは、本開示の他の実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を示すブロック図である。 図6cは、本開示の他の実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を示すブロック図である。 本開示の他の実施形態に従う、粒子ビームの特性を測定するための装置を組み込んでいるイオン注入装置を示すブロック図である。 本開示の装置で測定される粒子ビームの特性を示す図である。

本開示において、ビームの特性を測定するための装置のいくつかの実施形態を紹介する。本開示は、例示の目的のために、ビームライン・イオン注入システムの文脈においてなされる。しかしながら、当業者は、本開示が、例えば、プラズマ浸漬イオン注入システム(PIII)、プラズマドーピング(PLAD)システム、及び粒子エッチングシステムを含む他の処理システムにも同様に適用できることを理解されよう。加えて、本開示は、例えば、レーザ処理を含む、他の処理にも同様に適用することができる。

明瞭化の目的のために、本開示は、「ビーム」という用語の文脈でなされる。この用語は、複数の粒子又はビームレットを含むビームのことをいうものとする。このビームとは、複数の粒子状の光子を含む、コヒーレントで、実質上非発散の電磁放射のこともいう。一方で、粒子とは、光子、又は、荷電若しくは中性準原子、原子、又は分子の粒子のことをいう。かような粒子は、例えばレーザ、メーザ、ビームライン・イオン注入システムのイオン源、及び粒子を含むプラズマ又はガスなどのような粒子発生器から発生させることができる。

本開示は、「ターゲット」という用語の文脈においてもなされる。この用語は、処理される基板や粒子ダンプを含むが、これらに限定されない、粒子の最終的な行き先を意味する。ターゲットは、金属、絶縁体、半導体又はこれらの組合せで作られているものとすることができる。さらに、本開示は、ビームが基板に入射されることを意図する、理論上の平面を例示するために、「基板平面」という用語を含んでいる。

図3には、本開示の一実施形態による、例示的なビーム特性の検出システム300の断面側面図を示してある。図3aには、検出システム300の断面図を示してある。図3a及びbに示すように、検出システム300は、キャビティ304を画定する本体部302、複数の粒子306を受け入れるように、本体部302の第1の端部に配置した入口アパーチャ308、及び粒子306を検出するための1つ以上の検出器312を備えている。入口アパーチャ308は、検出システム300の本体部302によって画定することができる。入口アパーチャ308は、第１の端部に近接する開口部を有するプレート310によって画定することもできる。

検出システム300は、入口アパーチャ308の反対側の、第2の端部に配置される出口アパーチャ314を随意含むことができる。あるいは、検出システム300は、点線302aで示すように、第2の端部に配置される第2の壁302aを含み、出口アパーチャ314はなくてもよい。しかし、他の例では、第2の壁302aは出口アパーチャ314を画定する開口を有し、検出システム300が第2の壁302aと、少し小さい出口アパーチャ314とを有することができる。本開示は、出口アパーチャ314を有しない検出システムをも意図するにも関らず、本開示は、明瞭化の目的のために、出口アパーチャ314を含む検出システムに焦点をあてる。

出口アパーチャ314の後方に、粒子ターゲット318を、システム300を出ていく粒子306を受け取るように配置することができる。他の粒子検出器(図示せず)も、出ていく粒子306の少なくとも一部を検出するように、出口アパーチャ314の後方に配置することができる。

検出システム300に近接して、処理制御機器313を、検出した粒子306を示す信号を受信するために配置することができる。本開示では、検出器312、本体部302、又はその双方が、粒子306を検出し、検出した粒子306を示す信号を処理制御機器313に送信することができる。第2の壁302aがある場合は、この第2の壁302aも粒子306を検出して、信号を送信することができる。信号を受信すると、処理制御機器313は、その信号のソースを同定し、検出器312、本体部302、及び/又は第2の壁302aの各々によって検出された粒子の量を決定することができる。

粒子306を検出するための本体部302のキャビティ304内に含まれる検出器312は、単一の検出器312とすることができる。しかしながら、検出システム300がキャビティ304内に複数の検出器312を含むことも意図する。1つ以上の検出器312は、粒子306が入口アパーチャ308から出口アパーチャ314へと通過することができる1つ以上のチャネル316を含む、及び/又は画定することができる。各チャネル316は、x軸に沿った所定の長さ、及びy軸に沿った所定の幅を有し、従って、所定のアスペクト比を有する。加えて、各チャネル316は、z軸に沿った所定の高さを有する。さらに、各チャネル316は、円形、又は例えば四角形の断面を含む、他の任意の多角形の断面を有することができる。

チャネル316のアスペクト比、及びシステム300に向けられる粒子306の角度によって、粒子306は、チャネル316を通過するか、あるいは検出器312に入射して、検出されるようになる。入射粒子306を検出するために、検出器312は、金属、絶縁体、半導体、又はそれらの組合せを含むことができる。例えば、検出器312は、光子を検出する光検出器、又は中性粒子を検出する熱センサを含むことができる。検出器312の各表面312a、312b、312c、及び312dは、独立して粒子を検出することができ、各表面312a、312b、312c、及び312dに入射する粒子の量を測定することができる。

本開示の検出システム300は、可動式とすることができる。例えば、検出システム300は、矢印352で示すように、x軸に対する回転自由度を有することができる。加えて、システム300は、少なくとも1つの並進自由度を有することができる。

動作において、複数の粒子306を含む粒子ビームは、あるビーム方向及びビーム角度に沿って、検出システム300に向けることができる。本開示は、収束ビーム及び発散ビームをも意図するが、本開示では、四角形の断面を有するリボンビームに焦点をあてる。リボンビームでは、粒子306の大多数は、ビーム方向に沿って、そのビーム角度にて、ほぼ平行に進むことができる。しかしながら、少数の粒子306は、わずかではあるが、ビームの方向及び角度からそれる。

多数粒子角度のリボンビームをチャネル316に整列させ、従って、チャネルのアスペクト比以内とする場合は、多数の粒子306がチャネル316を通過して、検出システム300から出ることになる。しかしながら、ビームの方向及び角度からそれた粒子306は、整列せずに、検出器312又は本体部302に入射する。検出器312及び本体部302は、入射粒子306の量を測定して、測定量(例えば入射粒子のドーズ量)を示す信号を生成し、その信号を処理制御機器313に送信する。この信号に基づいて、ビームの特性を評価し、そのビームを必要な仕様に調整することができる。

必要に応じて、システム300を他の位置に並進させて、ビームの異なる領域の特性を測定することができる。システム300は1つ以上の横断方向に、ビームを横切るように並進可能とすることができ、この横断方向はビームに対して直交又は垂直な方向とすることができる。加えて、横断方向は、ビームに対して非直交又は非垂直な方向とすることもできる。さらに、横断方向は、基板平面に対して平行又は非平行な方向とすることができる。しかしながら、検出システム300の並進を望まない場合には、いくつかの検出システム300をビームの異なる部分の特性を評価するために、アレイに配置することができる。

並進可能にすることに加えて、システム300は回転可能とすることもできる。システム300は、x軸に対して回転することができ、システム300を回転させながら、システム300はビームの特性を測定することができる。x軸に対する回転角は、約90°とすることが好ましい。しかしながら、回転角は、0°から360°までのいずれでもよいことを意図する。

図4を参照するに、本開示の他の実施形態による、他の例示的なビーム特性の検出システム400の断面側面図を示してある。図4に示すように、本実施形態の検出システム400は、図3に示す検出システム300と同様なものであり、図3に示す検出システム300の全ての構成要素及び特徴を含むものとすることができる。従って、システム400の説明は、先の実施形態に記載されていない、構成要素及び特徴に焦点をあてる。

本実施形態において、検出システム400は、少なくとも1つの追加の回転自由度を有することができる。例えば、検出システム400は、システム300と同様に、少なくともx軸に対して回転可能とすることができる。加えて、検出システム400は、矢印354で示すように、少なくともz軸に対して回転可能とすることができる。検出システム400は、矢印356で示すように、y軸に対して回転可能とすることもできる。システム400をz軸に対して回転させることにより、システム400に、例えば、リボンビームの垂直粒子角度分布を含む、ビーム特性を測定させることができる。一方、システム400をy軸に対して回転させることにより、システム400に、例えば、水平粒子角度分布を含むビーム特性を測定させることができる。他の実施形態では、システム400に含まれる検出器312を、システムの本体部302から独立して、x、y及び/又はz軸に対して回転可能とすることもできる。従って、検出システム400及び/又は検出器312は、粒子ビーム又は他のビームライン・コンポーネント(例えば、引出電極、90°マグネットアナライザ、減速ステージ、及び70°磁気コリメータ110など)に対して回転可能とすることができる。本開示において、粒子ビームは、固定ビームとすることができる。あるいは、ビームを非固定として、ビームの方向又は経路を変えることもできる。ターゲット318が、出口アパーチャ314の近くか、システムの本体部302の側面の近くか、あるいは入口アパーチャ306に近くに配置されているかどうかに拘わらず、検出システム400はターゲット318に対して回転可能とすることもできる。実施形態によっては、ターゲット318を検出システム400と共に回転可能とすることも意図する。

本開示における、各回転の中心は、単一の点、又は異なる点に位置させることができる。各回転の中心を検出システム400の中心、又はシステム400の他の1つ又は複数の部分に位置させることができることを意図する。各回転の中心をシステム400から離れた1つ以上の点に位置させることも意図する。

検出システム400に向けられるリボンビームをチャネル316に整列させる場合には、粒子306の大多数がチャネル316を通過して、検出システム400から出ることになる。従って、検出システム400は実質上透過性(例えば、最大透過状態)となり、最少の量の粒子306しか検出できない。検出される粒子306には、ビームの方向及び角度からそれた粒子が含まれる。最大透過状態の間、検出システム400は、例えば、ビームの方向、角度、及び平行度のようなビーム特性を測定することができる。検出システム400をｚ軸に対して回転させる場合に、検出システム400は最小の透過状態を有することもできる。このような状態は、検出器312を独立して回転させることができる場合に、検出器312を回転させることによって達成することもできる。最小透過状態の間、ビームとチャネル316が整列しなくなり、検出器312及び/又は本体部302にビームの粒子が入射し、システム400はビーム強度、又は粒子のドーズ量を測定することができる。

最小と最大の透過状態の間では、検出システム400は中間の透過状態にある。本開示にでは、中間の透過状態を、単一の固定状態とするか、又は最小と最大の透過状態の間の一連の遷移状態とすることができる。中間の透過状態にある検出システム400は、リボンビームの粒子306の角度分布を測定することができる。システムをz軸に対して回転させつつ、システム400の透過状態を最小から最大の透過状態まで変えながら、検出器312に入射する粒子306を測定することにより、粒子306の垂直角度分布を決定することができる。必要に応じて、粒子の水平角度分布を決定することもできる。例えば、システム400をy軸に対して回転させつつ、システム400の透過状態を最小から最大の透過状態まで変えながら、システム400は検出器412に入射する粒子を測定することができる。

実施形態によっては、システム400が粒子の垂直及び水平の角度分布のうちの一方のみを測定することができるように、システム400の検出器312を構築することができる。かような実施形態では、検出システム400をx軸に対して約90度回転させることもできる。その後で、システム400をy軸及びz軸のうちの1つに対して回転させて、垂直及び水平の粒子角度分布のうちの他の一方を測定することができる。他の実施形態によっては、システム400をx軸に対して他の角度にて回転させて、他の方向に沿った粒子分布、すなわち垂直及び水平の粒子角度分布以外の分布を測定することもできる。

基板を処理する際に、検出システム400を最小透過状態にして、粒子のドーズ量を測定するのが好適である。例えば、ビームの方向、角度、平行度、及び角度分布などの他の特性の測定が必要な場合には、検出システム400又は検出器312をx、y及び/又はz軸に対して回転させることができる。

図5aを参照するに、本開示の他の実施形態による、例示的なビームの強度及び角度検出システム500の断面側面図を示してある。図5bは、システム500の正面図を示す。図5a及び図5bに示すように、本実施形態の検出システム500は、図3及び図4に示す検出システム300及び400と同様のものとすることができる。従って、システム500の説明は、先の実施形態に関して記載されていない構成要素及び特徴に焦点をあてる。

本実施形態において、検出システム500は、垂直部分512aと水平部分512bとを含み、ハニカム構造を画定する、検出器512を備えることができる。かような構造では、検出器512は、複数のセルラーチャネル516を画定する。垂直部分512aを、例えば、水平部分512bに対して垂直にして、長方形のセルラーチャネル516を画定することができる。しかしながら、部分512a及び512bを、他の角度で互いに離間させることも意図する。各セルラーチャネル516は、例えば、円形、三角形、及び四角形の断面を含む、様々な断面をもつこともできる。

本実施形態のシステム500は、x、y及びｚ軸に対する回転自由度を有することができる。システム500をｚ軸に対して回転可能として、第1の最小、中間、及び最大透過状態を達成することができる。加えて、システム500をｙ軸に対して回転可能として、第2の最小、中間、及び最大透過状態を達成することができる。システム500をｚ軸に対して回転させて、異なる第1の透過状態を達成することによって、システム500は、例えば、ビームの方向、角度、平行度、強度又は粒子のドーズ量、及び垂直粒子角度分布などのビームの特性を測定することができる。一方で、システム500をｙ軸に対して回転させて、異なる第2の透過状態を達成することによって、システム500は、特に、水平粒子角度分布を測定することができる。

図6aを参照するに、本開示の他の実施形態による、例示的な粒子の強度及び角度検出システム600の断面側面図を示してある。本実施形態において、検出システム600は上記の検出システム300、400、及び500と同様のものとすることができる。例えば、検出システム600は、複数のチャネル616を画定するか又は含む、1つ以上の検出器312を備えることができる。本実施形態において、検出器312及びチャネル616は、システム300及び400、又はシステム500と同様の構造を有することができる。加えて、検出システム600は、1つ以上の、並進及び回転の自由度をもつこともできる。以下、本実施形態の説明は、先の実施形態に記載されていない構成要素及び特徴に焦点をあてる。

検出システム600は、入口アパーチャ308に近接した第1の磁界抑制アセンブリ620を含むことができる。検出システム600が出口アパーチャ314を含む場合には、検出システム600は、出口アパーチャ314に近接して配置される第2の磁界抑制アセンブリ640を含むことができる。

図6bを参照するに、第1の磁界抑制アセンブリ620は、粒子306が第1のアセンブリ620を通過することができる、第1のギャップ622を含むことができる。第1の磁界抑制アセンブリ620は、複数の横方向に配置される磁界部材620a、620b及び620cも含むことができる。横方向に配置する磁界部材620a、620b及び620cの各々は単一の部片とすることができるが、各磁界部材620a、620b及び620cは第1のギャップ622に直交する方向に(例えば、y軸に沿って)配置される複数の部片とすることも意図する。本実施形態では、第2の磁界部材620bのx軸に沿う長さを、第1及び第3の各部材620a及び620cの長さの2倍とすることができる。しかしながら、各部材620a、620b及び620cを、他の長さ、すなわち、等しいか又は等しくない長さとすることができる。さらに、磁界部材620、620b及び620cは、例えば鋼のような、第1の導電部材624によって、互いに結合させることができる。

本実施形態では、第2の磁界抑制アセンブリ640は、第1のアセンブリ620と同様のものとすることができる。特に、第2の抑制アセンブリ640は、第2のギャップ642、第2のアセンブリ640の複数の横方向に配置された磁界部材640a、640b及び640c、及び第2の導電部材644も含むことができる。第1及び第2の磁界抑制アセンブリ620及び640は同様なものとすることができるため、第2のアセンブリ640の説明はしない。代わりに、システム600の説明は、第1のアセンブリ620に焦点をあてる。

本実施形態では、第1のアセンブリ620の磁界部材620a、620b及び620cを、交互の極性がギャップ622に近接するように配置することができる。例えば、磁界部材620a、620b及び620cが磁石部材からなる場合には、ギャップに近接する第1及び第3の部材620a及び620cの極性はS極とするのに対し、ギャップに近接する第2の部材620bの極性はN極とすることができる。しかしながら、ギャップに近接する第1の及び第3の部材620a及び620cの極性をN極とする一方で、ギャップに近接する第2の部材620bの極性をS極とすることも意図する。

動作において、リボンビームを、検出システム600に向けることができる。ビームの粒子306は、第1の磁界抑制アセンブリ620に入って、第1のギャップ622を経て、磁界部材620a、620b及び620cを通過することができる。次に、粒子306は本体部302を通過することができる。システムが最小透過状態以外の状態にある場合には、粒子306の少なくとも一部はシステムの本体部302を通過することができる。次に、システム600を通過する粒子306は、出口アパーチャ314及び第2の磁界抑制アセンブリ640(双方ともある場合)を通過する。

前記システム300と同様に、検出システム600はx軸に対して回転可能にすることができる。加えて、本実施形態のシステム600は、システム400及び500と同様に、y及びz軸に対して回転可能にすることができる。従って、システム600は、第1の最小、中間、及び最大の透過状態、及び/又は、第2の最小、中間、及び最大の透過状態をもつことができる。本実施形態のシステム600をx、y及びｚ軸に対して回転させる場合に、システム本体部302は、第1及び第2の磁界抑制アセンブリ620及び640に独立して回転することができる(図6c)。あるいは、第1及び第2の磁界抑制アセンブリ620及び640は、システム本体部302と一緒に回転することもできる。

第1及び第2の磁界抑制アセンブリ620及び640を配置することによって、検出システム600は、二次電子の効果を制限することができる。二次電子は光子を含むエネルギー粒子が固体材料と衝突した際に生成される。出口アパーチャ314に近接して第2の磁界抑制アセンブリ640を配置することによって、検出システム600は、(例えば、粒子306とターゲット318との衝突によって)検出システム600の外側で生成された二次電子が検出システム600に入って、捕集されるのを阻止することができる。加えて、第2の磁界抑制アセンブリ640は、システム600内で生成された二次電子が出口アパーチャ314を経て逃げるのを阻止することができる。同様に、第1の磁界抑制アセンブリ620は、システム600の外側の2次電子が入口アパーチャ308を経て入るのを阻止することができ、且つシステム600内で生成された二次電子が入口アパーチャ308を経て逃げるのを阻止することができる。

磁界抑制アセンブリ620及び640の他の利点は、例えば、イオンビームのような荷電粒子ビームの角度測定に見出だすことができる。従来の磁気抑制システムでは、この抑制システムを通過する粒子は、電荷を帯びている場合には、抑制システムの磁石により発生される磁界によって、偏向又は変位されて、正味の偏向又は変位を取得する。粒子が角度測定に敏感な方向へ偏向される場合には、粒子ビームの角度を正確に測定することができない。さらに、粒子が十分な量で変位される場合は、システム又は検出器によって粒子を捕捉することができない。角度を測定する検出器が偏向又は変位に無感応となるように磁気偏向を構成することは、必ずしも可能というわけではない。

しかしながら、検出システム600は、完全に排除できなくても、正味の偏向及び変位を最小にすることができる。粒子の経路に反対の極性の部材を交互に配置することによって、検出システム600は、異なる極性の効果を埋め合わせることができて、2つの反対の極性の組を通過する荷電粒子が正味の偏向を得るのを阻止することができる。その過程において、検出システム600は、例えば、角度、強度又はドーズ量、及び荷電粒子の角度分布のようなビームの特性を高精度で測定することができる。

図7を参照するに、本開示の一実施形態による、イオン注入装置700のブロック図を示してある。先に述べたように、本開示は、例示の目的でイオン注入装置の文脈にてなされ、本開示は他のシステムにも同様に適用することができる。本開示のイオン注入装置は、イオン源102、引出電極104、90°マグネットアナライザ106、第1の減速(D1)ステージ108、70°磁気コリメータ110、及び第2の減速(D2)ステージ112、及びロプラット116を含む。加えて、この注入装置は、基板平面上に配置する基板114を支持するプラテン116を備えることができる。

イオン注入システム700は、第1から第3のビーム検出システム702、704及び706のうちの少なくとも1つを備えることもできる。あるならば、第1の検出システム702は基板平面の前方に配置することができ、第2の検出システム704は、基板平面上、又はその近くに配置することができ、第3の検出システム706は基板平面の後方に配置することができる。あるならば、1つ以上の第1の検出システム702、1つ以上の第2の検出システム704、及び1つ以上の第3の検出システム706があってもよい。本明細書では、少なくとも1つの第1の検出システム702、少なくとも1つの第2の検出システム704、及び少なくとも1つの検出システム706を備えるイオン注入装置700に焦点をあてて説明する。

各検出システム702、704及び706は、上述の検出システム300、400、500及び600のいずれかと同様のものとすることができる。例えば、各検出システム702、704及び706は、システム本体部302のキャビティ内に1つ以上の検出器(図示せず)を有することもできる。加えて、各検出システム702、704及び706は、1つ以上の磁界抑制アセンブリを有することもできる。各検出システム702、704及び706は、1つ以上の並進及び回転の自由度を有することもできる。さらに、各検出システム702、704及び706自身が、1つ以上の検出器をアレイで備えることができる。

動作において、粒子ビーム10を生成して、検出システム702、704及び706の方へ向けることができる。各検出システム702、704及び706は最小の透過状態にすることができ、検出システム702及び704及び706は粒子のドーズ量を決定することができる。

検出システム702、704及び706は、例えば、ビーム角度又はビームの平行度などの、他のビーム特性を決定することができる。例えば、ビームは、固定又は可動式とすることができ、且つ最大未満の透過状態にすることができる、第1の検出システム702へ向けることができる。可動式とする場合には、第1の検出システム702は、ビーム経路を横切って動くことができる。固定又は可動式の第1の検出システム702は、粒子ビームの一部を阻止して、陰を生成することができる。陰は、固定又は可動式の第2及び/又は第3の検出システム704及び706によって検出することができる。そして、陰に基づいて、ビームの強度、角度、均一性、及び他の特性を決定することができる。ビームの陰に基づいて、ビーム特性を測定する方法の詳細な説明は、米国特許第6,791,094号で見ることができ、その内容は本明細書に完全に組み込むものとする。

ビームの角度、平行度、及び粒子の角度分布も、検出システム702、704、及び706のいずれか1つの透過状態を第1の最小から最大透過状態まで、及び/又は第2の最小から最大透過状態まで変えつつ、粒子306を検出することによって決定することができる。多数の検出システム702、704及び706を異なる位置に配置する場合、あるいは、検出システム702、704及び706のいずれか1つを、ビームを横切って並進させる場合は、異なる位置のビームの均一性及び他の特性を決定することもできる。ビームの特性が必要とされる仕様に適合しない場合には、ビームを調整することができる。

本開示において、イオン注入処理は、ビーム特性を決定して、不備なものを是正した後に、基板に実行するのが好ましい。しかしながら、ビーム特性の決定と、基板処理とを同時に実行することもできる。例えば、ビーム特性を注入処理の間モニタして、その特性が必要とされる仕様からずれないようにすることができる。

図8を参照するに、本開示の検出システムを、最小透過状態から最大透過状態まで、ある軸に対して回転又は傾斜させながら当該検出システムにより測定した、ビームの特性を示すグラフを示してある。本実施形態において、検出システムは、上述のシステム400、500、600、702、704及び706の1つとすることができる。一方で、回転は、y軸及びz軸のうちの1つとすることができる。さらに、ビームは、イオンリボンビームとすることができる。しかしながら、他のタイプのビームも同様に適用できることを意図する。

以下に、図8の説明を本開示の検出システムの動作と併せて行う。最初は、検出システムは、領域Aで示すように、第1の最小透過状態にある。その後、検出システムを、y軸及びz軸の1つに対して回転させて、領域Bで示す、第1の中間透過状態にすることができる。検出システムは、領域Cで示す、粒子のごく一部しか検出されない、最大透過状態にまで回転し続けることができる。その後、システムは、同じ方向に回転し、領域Dで示す第2の中間透過状態、及び領域Eで示す第2の最小透過状態に達するまで回転し続けることができる。あるいは、システムは、反対方向へ回転して、第1の中間及び最小透過状態に戻ることができる。先に述べたように、本開示の検出システムは、この検出システムを回転させるか又は並進させながら、粒子を検出することができる。

図8に示す測定値は、ビームに関する多くの情報を与えるものである。例えば、領域A及びEの電流値、すなわち、最小透過状態の間に検出される粒子の量は、粒子のドーズ量を表す。一方で、領域B及びDの傾きは、粒子の角度分布を表す。システムをｚ軸に対して回転させる場合は、2つの領域の傾きは、垂直方向の角度分布を表す。しかしながら、システムをｙ軸に対して回転させる場合は、領域B及びDの傾きは、水平方向の角度分布を表す。システムが垂直及び水平角度分布のうちの1つのみの粒子の角度分布を検出できるように、検出システムの検出器を構成する場合には、システムを例えば、x軸に対して90°回転させることができる。その後、システムは垂直及び水平方向の角度分布のうちの他の1つを測定することができる。先に述べたように、例えば、ビームの平行度のような、追加のビームの特性を測定値から得ることができる。

本開示においては、粒子ビームの特性を検出するための装置及び方法のいくつかの実施形態を示した。当業者は、本開示が本明細書において記載した特定の実施形態による範囲内に限定されないと理解されよう。実際、本明細書において記載したものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び変更例が、前述の説明及び添付の図面から当業者にとって明らかであろう。例えば、検出システム600、702、704及び706は、静電抑制装置を用いて、粒子の正味の偏向及び正味の変位を抑制することができる。あるいは、本開示に記載されているシステムは、起こり得る角度エラーを考慮するソフトウェア補正を用いることができる。他の例では、本開示の検出システムは、当該システムを最初に最大透過状態にして、最大から最小透過状態まで回転させながら、ビームの特性を測定することができる。従って、かような他の実施形態及び変更例も、本開示の範疇である。さらに、本開示を、特定の目的のための特定の環境での特定の実装の文脈で、本明細書において記載したが、当業者は、その有用性がそれに限定されるものでなく、本開示が任意数の目的のために、任意数の環境においても有益に実装することができると理解されよう。従って、以下に記載する請求項は、本明細書にて記載した本開示の全範囲及び精神を考慮して解釈すべきである。

Claims (25)

1. キャビティを画定する側壁、第1の端部、及び前記第1の端部に近接して複数の粒子を受け入れると共に、前記キャビティに連通する、入口アパーチャを有する本体部と、
   前記キャビティ内に配置され、前記粒子の少なくとも一部を検出するように構成された少なくとも1つの検出器と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記本体部は、少なくとも1つの回転自由度を有する、請求項1に記載の装置。
3. 前記本体部の前記入口アパーチャに近接した第1の磁界抑制アセンブリをさらに備える、請求項2に記載の装置。
4. 前記入口アパーチャに連通し、且つ前記少なくとも1つの検出器に近接する少なくとも1つのチャネルをさらに備える、請求項1に記載の装置。
5. 前記少なくとも1つの検出器は、ハニカム構造を有する、請求項1に記載の装置。
6. 平行な関係にある複数の検出器を備える、請求項1に記載の装置。
7. 前記少なくとも1つの検出器は、前記本体部に独立した回転自由度を有する、請求項1に記載の装置。
8. 前記入口アパーチャの反対側の、前記本体部の第2の端部に近接する、出口アパーチャであって、前記入口アパーチャ、前記キャビティ、及び前記出口アパーチャは互いに連通する、出口アパーチャと、
   前記入口アパーチャに近接して配置された第1の磁界抑制アセンブリと、
   前記出口アパーチャに近接して配置された第2の磁界抑制アセンブリと、
   をさらに備える、請求項1に記載の装置。
9. 前記第1の磁界抑制アセンブリは、入口のギャップと、横方向に配置された複数の第1の磁性部材とを備え、横方向に隣り合う前記第1の磁性部材は、前記入口のギャップに近接して、交互の極性を有し、且つ
   前記第2の磁界抑制アセンブリは、出口のギャップと、横方向に配置された複数の第2の磁性部材とを備え、横方向に隣り合う前記第2の磁性部材は、前記出口のギャップに近接して、交互の極性を有する、請求項8に記載の装置。
10. 前記第1及び第2の磁界抑制アセンブリの各々は、各部材が少なくとも1つの隣接部材によって生成される、磁界の前記粒子への影響を最小化するように構成された、複数の部材を備える、請求項8に記載の装置。
11. 複数の粒子を生成するように構成された粒子生成器と、
    基板と、
    前記複数の粒子の少なくとも1個を受け取るように構成され、前記少なくとも1個の粒子を検出するように構成され、且つ少なくとも1つの回転自由度を有する、少なくとも1つの粒子ビーム検出装置と、
    を備えることを特徴とする、基板処理システム。
12. 前記粒子ビーム検出装置は、入口アパーチャ、及び当該入口アパーチャの反対側の出口アパーチャを有する本体部と、
    前記入口アパーチャと前記出口アパーチャとの間で、前記少なくとも1個の粒子を検出するための少なくとも1つの検出器とを備え、
    前記本体部は、前記入口アパーチャ及び前記出口アパーチャに連通する少なくとも1つの粒子チャネルを有する、請求項11に記載の基板処理システム。
13. 前記粒子ビーム検出装置は、前記入口アパーチャに近接する第1の磁界抑制アセンブリと、前記出口アパーチャに近接する第2の磁界抑制アセンブリとをさらに備える、請求項12に記載の基板処理システム。
14. 前記第1及び第2の磁界抑制アセンブリの各々は、各部材が少なくとも1つの隣接部材によって生成される磁界の前記少なくとも1個の粒子への影響を最小化するように構成された複数の部材を備える、請求項13に記載の基板処理システム。
15. 複数の粒子を有する粒子ビームの特性を測定する方法であって、
    前記粒子ビームを生成し、該粒子ビームをビーム経路に沿って方向付ける工程と、
    前記ビーム経路の少なくとも一部に、少なくとも1つの検出器を備え、前記生成された粒子の少なくとも一部を受け取るように、少なくとも1つの粒子ビーム検出システムを配置する工程と、
    前記粒子ビーム検出システムを回転させる工程と、
    前記受け取った粒子の少なくとも一部を検出する工程と、
    を含むことを特徴とする、粒子ビーム特性の測定方法。
16. 前記粒子ビーム検出器は、
    本体部であって、入口アパーチャ、当該本体部によって画定されるキャビティ、及び出口アパーチャを備え、前記入口アパーチャ、前記キャビティ、及び前記出口アパーチャは互いに連通する、本体部と、
    前記入口アパーチャに近接して配置された第1の磁界抑制アセンブリと、
    前記出口アパーチャに近接して配置された第2の磁界抑制アセンブリと、
    をさらに備える、請求項15に記載の方法。
17. 前記第1及び第2の磁界抑制アセンブリを通過する粒子が正味の変位を得るのを阻止する工程をさらに含む、請求項16に記載の方法。
18. 前記回転工程は、前記粒子ビーム検出システムを前記ビームに対して回転させる、請求項16に記載の方法。
19. 前記検出工程は、前記粒子ビーム検出システムを回転させながら、前記受け取った粒子の少なくとも一部を検出する、請求項16に記載の方法。
20. 粒子のドーズ量、粒子ビームの平行度、及び前記粒子ビーム内の前記粒子の角度分布のうちの少なくとも1つを決定する工程をさらに備える、請求項19に記載の方法。
21. 複数の粒子を生成するように構成された粒子生成器と、
    前記生成された粒子の少なくとも一部を受け取るように構成され、前記受け取った粒子の少なくとも一部を検出するように構成された粒子検出器であって、可変の透過状態を有し、当該粒子検出器を通過する前記粒子の数を制御する、粒子検出器と、
    を備えることを特徴とする、粒子処理システム。
22. 前記粒子検出器は、当該粒子検出器の両端部に近接して配置された、第1及び第2の磁界抑制アセンブリをさらに備え、
    前記第1及び第2の磁界抑制アセンブリの各々は、各部材が少なくとも1つの隣接部材によって生成される磁界の前記粒子検出器を通過する粒子への影響を最小化するように構成された、複数の部材を備える、請求項21に記載の粒子処理システム。
23. 前記粒子検出器、前記第1の磁界抑制アセンブリ、及び前記第2の磁界抑制アセンブリは、一緒に回転するように構成された、請求項22に記載の粒子処理システム。
24. 前記粒子検出器は、前記第1及び第2の磁界抑制アセンブリに対して回転するように構成された、請求項22に記載の粒子処理システム。
25. 前記粒子検出器は、粒子のドーズ量、粒子ビームの平行度、及び前記粒子の角度分布のうちの少なくとも1つを測定するように構成された、請求項21に記載の粒子処理システム。

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