JP2013156180A - Ion beam measuring apparatus, ion beam measuring method and ion implantation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンビーム計測装置、イオンビーム計測方法、及びイオン注入装置に関する。 The present invention relates to an ion beam measurement apparatus, an ion beam measurement method, and an ion implantation apparatus.
被処理物にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射装置が知られている。例えば、所望のイオン種を半導体基板に注入するためのイオン注入装置がある。イオン注入装置には一般に、イオンビームの照射を直接受けてビーム計測をするための計測器、例えばファラデーカップが設けられている。 An ion beam irradiation apparatus for irradiating an object with an ion beam is known. For example, there is an ion implantation apparatus for implanting a desired ion species into a semiconductor substrate. In general, an ion implantation apparatus is provided with a measuring instrument, such as a Faraday cup, for directly receiving an ion beam and performing beam measurement.
こうしたイオンビームの入射を直に受ける方式のいわば接触式のビーム計測は、計測中に計測器がビームを占有することになるから、計測中は被処理物にイオンビームを照射することはできない。同様に、被処理物にイオンビームを照射しているときに計測をすることもできない。そのため、被処理物への照射処理のスループットを高めることとイオンビームの高頻度の計測によるビーム品質の保証とがトレードオフの関係となってしまう。また、被照射物への照射という本来の目的以外に計測のためにイオン材料が余分に消費されてしまう。 In so-called contact-type beam measurement in which such an ion beam is directly received, the measuring device occupies the beam during the measurement, and thus the workpiece cannot be irradiated with the ion beam during the measurement. Similarly, measurement cannot be performed when the workpiece is irradiated with an ion beam. Therefore, there is a trade-off relationship between increasing the throughput of the irradiation process on the object to be processed and ensuring the beam quality by the high frequency measurement of the ion beam. In addition to the original purpose of irradiating the irradiated object, extra ionic material is consumed for measurement.
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオンビームを対象に照射しながら計測することを可能とする、いわば非接触式の計測を提供することにある。 One exemplary object of an aspect of the present invention is to provide a so-called non-contact measurement that enables measurement while irradiating an object with an ion beam.
本発明のある態様は、イオンビーム計測装置である。この装置は、イオンビーム経路の周りを周回するよう配置された光ファイバと、前記光ファイバに入射光を与えるための光源と、前記光ファイバからの出射光を検出するための検出器と、前記入射光と前記出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するための演算部と、を備える。 One embodiment of the present invention is an ion beam measurement apparatus. The apparatus includes an optical fiber arranged to circulate around an ion beam path, a light source for providing incident light to the optical fiber, a detector for detecting light emitted from the optical fiber, A calculation unit for providing an ion beam measurement result based on a deviation in polarization state between the incident light and the emitted light.
本発明の別の態様は、イオンビーム計測方法である。この方法は、イオンビームを供給することと、前記イオンビームからの磁場における物質中での電磁波のファラデー回転を計測することと、を含む。 Another aspect of the present invention is an ion beam measurement method. The method includes providing an ion beam and measuring Faraday rotation of electromagnetic waves in the material in a magnetic field from the ion beam.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、非接触式のイオンビーム計測が提供される。 According to the present invention, non-contact ion beam measurement is provided.
図1は、本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置10を模式的に示す図である。イオンビーム計測装置10は、イオンビーム12からの磁場における物質中での電磁波のファラデー回転を計測するよう構成されている。イオンビーム計測装置10は、具体的には例えば、イオンビーム経路14の周りを周回する光ファイバを通過する光のファラデー回転を計測するよう構成されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an ion
イオンビーム12は所定のイオンビーム経路14(図1に一点鎖線で示す)に沿って処理室16へと供給される。イオンビーム12は例えば、イオン源とビームラインとを備えるイオンビーム生成部(図示せず)により生成される。処理室16には被処理物18が収容されている。処理室16は、イオンビーム12に対し移動可能にまたは静止状態に被処理物18を支持する支持部(図示せず)を備える。こうして、イオンビーム12は、イオンビーム経路14上に配置された被処理物18へと照射される。
The
イオンビーム12は、固定されたイオンビーム経路14に沿って被処理物18に照射されてもよい。あるいは、イオンビーム12は、イオンビーム経路14に垂直な方向に走査範囲19(図1に矢印で示す)にわたって走査されてもよい(即ちイオンビーム12は走査範囲19を往復してもよい)。イオンビーム経路14に垂直なイオンビーム12の断面は、スポット状(例えば円形)であってもよいし、長手方向(イオンビーム経路14に垂直な方向)に延びる形状であってもよい。
The
イオンビーム計測装置10は、イオンビーム12を照射するためのイオンビーム照射システム(例えばイオン注入装置や粒子線治療装置)に、イオンビーム12を計測するためのサブシステムとして組み込まれて構成されていてもよい。または、イオンビーム計測装置10は、独立型のいわゆるスタンドアローン型の計測装置として構成されてもよい。
The ion
イオンビーム計測装置10がイオン注入装置に組み込まれる場合には、被処理物18は例えば半導体基板(例えばシリコンウェーハ)である。処理室16はエンドステーションと呼ばれることもある。イオン注入装置は、イオンビーム12を制御するためのイオンビーム制御装置(図示せず)を備える。
When the ion
処理室16は、イオンビーム12が照射されるときは少なくとも、所望の真空状態とされる。処理室16を真空にするために、処理室16には真空排気装置(例えばクライオポンプまたはその他の真空ポンプ(図示せず))が付設されている。よって処理室16は真空チャンバとも呼ばれる。ここで、真空チャンバは、イオンビーム12のための真空環境を囲む任意の構造を指し、例えば、真空容器、真空室、真空槽、又は真空ダクトであってもよい。
The
イオンビーム計測装置10は、光源20と、光ファイバ22と、検出器24と、を備える。光源20は、光ファイバ22に入射光を与えるために設けられている。光ファイバ22は、イオンビーム経路14の周りを周回するよう配置されている。検出器24は、光ファイバ22からの出射光を検出するために設けられている。
The ion
光源20は例えば、レーザ光源である。光源20は、光ファイバ22を伝送可能である波長の光(例えば、可視光、紫外光、又は赤外光)を発するよう構成されている。光源20は、所望の偏光状態(例えば、円偏光、又は直線偏光)の光を発するよう構成されている。光源20は、光ファイバ22に入射する光を所望の偏光状態とするための偏光制御部(図示せず)を備えてもよい。光源20は、処理室16の外部に配置されている。
The
光ファイバ22は、一端26及び他端28が処理室16の外部に配設され、一端26と他端28とをつなぐ中間部分30が処理室16の内部に配設されている。光ファイバ22の一端26及び他端28は、処理室16の壁を貫通して外部に突き出している。光ファイバ22の中間部分30は、イオンビーム経路14をリング状に囲んでおり、例えば、コイル状に多数回巻き回されている。よって以下では、中間部分30を光ファイバコイル30と呼ぶこともある。光ファイバ22の一端26に光源20が接続され、光ファイバ22の他端28に検出器24が接続されている。このようにして、光源20から光ファイバ22に光が挿入され、その光が光ファイバ22を経由して検出器24で検出される。
One
光ファイバコイル30は、イオンビーム12の走査範囲19を囲んで配置されている。言い換えれば、イオンビーム経路14が光ファイバコイル30の内側を通過するように、光ファイバコイル30は設けられている。こうして、光ファイバコイル30は、イオンビーム12の走査範囲19全体を包含する。
The
検出器24は、光ファイバ22からの出射光の偏光状態を検出するために設けられている。検出器24としては、偏光状態を検出するための公知の構成を備える偏光検出器を適宜採用することができる。例えば、光ファイバ22への入射光が円偏光である場合には、検出器24は、入射光に対する出射光の位相のずれを検出するよう構成されている。光ファイバ22への入射光が直線偏光である場合には、検出器24は、出射光の電場ベクトルの回転角度を検出するよう構成されている。検出器24は、処理室16の外部に配置されている。検出器24は、演算処理ユニット32に検出結果を表す信号を出力するよう接続されている。
The
イオンビーム計測装置10は、演算処理ユニット32を備える。演算処理ユニット32は、検出器24とは別体に設けられた、例えば公知のパソコン等の演算装置であってもよい。演算処理ユニット32は検出器24に一体に搭載されていてもよい。
The ion
演算処理ユニット32は、光ファイバ22への入射光と光ファイバ22からの出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するために設けられている。演算処理ユニット32は、いわゆる光CT(Current Transformer、変流器)と同様に、検出器24による検出結果から、光ファイバ22に作用する磁場を演算する。演算処理ユニット32は、磁場と電流との公知の関係を用いて、演算された磁場をイオンビーム12のビーム電流に換算する。
The
また、演算処理ユニット32は、演算結果を出力するよう構成されている。演算処理ユニット32は、必要に応じて、イオンビーム計測結果を表示手段(例えばディスプレイ等)に出力する。あるいは、演算処理ユニット32は、イオンビーム12の制御装置(図示せず)によるイオンビーム12の制御のために、当該制御装置にイオンビーム計測結果を出力する。
The
また、イオンビーム計測装置10は、例えば処理室16の外部からの磁場が計測に与える影響を抑えるために、磁気シールド(図示せず)を備えてもよい。磁気シールドは、例えば処理室16の内部に設けられ、光ファイバ22及びイオンビーム経路14を包囲するよう構成される。磁気シールドのイオンビーム経路14と交差する部位にはイオンビーム12を通すための開口が形成される。磁気シールドには、光ファイバ22の一端26及び他端28を通すための開口も形成される。
In addition, the ion
イオンビーム計測のための前処理について説明する。前処理は、演算処理ユニット32による検出器24の校正処理を含む。校正処理は、イオンビーム12が処理室16に供給されていないときに光ファイバ22の出射光を検出器24により検出することを含む。すなわち、校正処理は、光ファイバ22への入射光の偏光状態を検出することを含む。
Preprocessing for ion beam measurement will be described. The preprocessing includes calibration processing of the
イオンビーム計測装置10の計測動作を説明する。前処理が終了すると、イオンビーム計測装置10は計測を開始することができる。計測されるべきイオンビーム12がイオンビーム経路14に供給される。イオンビーム12は被処理物18に照射される。光ファイバ22には光源20から光が与えられている。
A measurement operation of the ion
イオンビーム12はイオンビーム経路14を中心軸とする同心円状の磁場を発生させる。この磁場が光ファイバ22に作用することにより、光ファイバ22を通過する光にファラデー回転が生じる。ファラデー回転によって偏光状態に変化が生じた出射光が検出器24により検出される。
The
演算処理ユニット32は、光ファイバ22への入射光と光ファイバ22からの出射光との偏光状態のずれから、光ファイバ22に作用する磁場を演算する。演算処理ユニット32は、光ファイバ22に作用する磁場から、イオンビーム12のビーム電流を演算する。
The
このようにして、イオンビーム計測装置10は、ファラデー効果を利用してイオンビーム12からの磁場を計測し、磁場からイオンビーム電流を演算により求める。したがって、イオンビーム計測装置10によれば、イオンビーム12を被処理物18に照射しながら任意のタイミングで非接触に計測することができる。
In this manner, the ion
光ファイバ22はイオンビーム12の走査範囲19を囲んで配置されている。イオンビーム12が走査範囲19のいずれの位置にあってもイオンビーム12からの磁場が光ファイバ22に作用する。よって、イオンビーム12が走査範囲19を走査される場合にも、その走査範囲19にわたってイオンビーム12を非接触に計測することができる。
The
光ファイバ22はイオンビーム12を被処理物18に照射するための処理室16に設けられている。典型的なイオン注入装置においては被処理物18の外側に接触式検出器(例えばファラデーカップ)が設けられており、計測のためにこの接触式検出器にイオンビームを照射することが事実上必須とされている。ところが、本発明の一実施形態によれば、イオンビーム12の計測のために被処理物18の外側にイオンビーム12を照射する必要がない。よって、イオンビーム12の照射エリアを被処理物18の内側に合わせて小さくすることができる。こうして、イオンビーム12の照射処理のスループットの向上及びイオン材料の消費量低減が実現される。
The
また、光源20及び検出器24は処理室16の外部に設けられている。このようにすれば、処理室16内の真空環境には必ずしも適合しない汎用の光源及び検出器を使用することができる。
Further, the
図2は、本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置10を模式的に示す図である。図2に示すイオンビーム計測装置10は、光ファイバコイル30が最終段アパーチャ34に搭載されている点で、図1に示すイオンビーム計測装置10とは異なる。図2は、イオンビーム12の進行方向に沿って被処理物18を見たときの平面図である。以下の説明では、図1及び図2に示すイオンビーム計測装置10について同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an ion
光ファイバコイル30は上述のように、最終段アパーチャ34に搭載されている。最終段アパーチャ34は、イオンビーム経路14において被処理物18の直前に、ビーム整形のために配設された部材である。最終段アパーチャ34は例えば、イオンビーム12の走査範囲19に対応する開口36を有するプレートであり、処理室16内で被処理物18の近傍に支持されている。光ファイバコイル30は、最終段アパーチャ34の開口36を囲んでいる。図2に示すイオンビーム計測装置10によれば、被処理物18の近傍でイオンビーム12を計測することができる。
The
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.
例えば、イオンビーム計測装置10は、イオンビーム12の相対的な変動を計測してもよい。例えば、イオンビーム計測装置10は、イオンビーム12の有無を計測してもよい。演算処理ユニット32は、検出された磁場を所定のしきい値と対照することにより、イオンビーム強度低下の有無を判定してもよい。
For example, the ion
10 イオンビーム計測装置、 12 イオンビーム、 14 イオンビーム経路、 16 処理室、 19 走査範囲、 20 光源、 22 光ファイバ、 24 検出器、 30 光ファイバコイル、 32 演算処理ユニット。 10 ion beam measuring device, 12 ion beam, 14 ion beam path, 16 processing chamber, 19 scanning range, 20 light source, 22 optical fiber, 24 detector, 30 optical fiber coil, 32 arithmetic processing unit.
Claims (5)
前記光ファイバに入射光を与えるための光源と、
前記光ファイバからの出射光を検出するための検出器と、
前記入射光と前記出射光との偏光状態のずれに基づいてイオンビーム計測結果を提供するための演算部と、を備えることを特徴とするイオンビーム計測装置。 An optical fiber arranged to circulate around the ion beam path;
A light source for providing incident light to the optical fiber;
A detector for detecting light emitted from the optical fiber;
An ion beam measurement apparatus comprising: an arithmetic unit for providing an ion beam measurement result based on a deviation in polarization state between the incident light and the emitted light.
前記イオンビームからの磁場における物質中での電磁波のファラデー回転を計測することと、を含むことを特徴とするイオンビーム計測方法。 Supplying an ion beam;
Measuring an Faraday rotation of an electromagnetic wave in a substance in a magnetic field from the ion beam.
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JP2012017622A JP2013156180A (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Ion beam measuring apparatus, ion beam measuring method and ion implantation apparatus |
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CN106547278A (en) * | 2016-10-18 | 2017-03-29 | 中国原子能科学研究院 | A kind of ion source beam diagnostics subtended angle measuring instrument control system |
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2012
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CN106547278A (en) * | 2016-10-18 | 2017-03-29 | 中国原子能科学研究院 | A kind of ion source beam diagnostics subtended angle measuring instrument control system |
CN106547278B (en) * | 2016-10-18 | 2018-03-09 | 中国原子能科学研究院 | A kind of ion gun beam diagnostics subtended angle measuring instrument control system |
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