JP2016004614A - ビーム照射装置及びビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム照射処理の品質を高める技術を提供する。
【解決手段】ビーム照射装置１０は、荷電粒子ビームＢを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器２６と、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器４２と、測定器４２の計測結果を用いて、荷電粒子ビームＢの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、を備える。測定器４２は、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームＢが計測対象とする領域を通過して測定器４２に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームＢについての角度分布の時間変化値を計測し、データ処理部は、測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して実効照射エミッタンスを算出する。実効照射エミッタンスは、走査方向に走査されて計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についてのエミッタンスを表す。
【選択図】図６

Description

本発明は、ビーム照射装置及びビーム照射方法に関する。

半導体デバイスの製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的や半導体の結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを注入するイオン注入工程が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオンを生成し、生成したイオンを加速してイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームを注入処理室まで輸送し、処理室内のウエハにイオンビームを照射する機能を有する。このようなイオン注入装置は、イオンや電子などの荷電粒子で構成される荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置の一例である。

荷電粒子ビームの進行方向に対する収束または発散の状態を表す指標として「エミッタンス」と呼ばれるものがある。エミッタンスは、例えば、ビーム軌道に直交する平面内における位置ｘと、その位置における荷電粒子の進行方向とビーム軌道のなす角度θとを、ｘ−θ平面にプロットしたｘ−θ分布により規定される。例えば、小孔によってイオンビームを切り出すとともに、小孔を通過したビームが蛍光板に入射することによる発光を撮像素子で計測することにより、イオンビームの入射角度ないしエミッタンスが計測される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−６３８７４号公報

ウェハに入射するイオンビームの角度が変わると、イオンビームとウェハとの相互作用の態様が変化し、イオン注入の処理結果に影響を与えることが知られている。したがって、イオン注入工程を適切に制御するために、イオンビームの角度情報を把握することが求められる。特に、ウェハ全体に対するイオン注入処理の品質を評価するためには、ウェハの各地点にどのような入射角度を有するイオンがどの程度照射されたかを知ることが重要となる。いいかえれば、ウェハに照射されるイオンビームが有する角度情報を計測するという視点ではなく、ウェハのある地点からみたときに、その地点に入射することとなるイオンの角度情報を計測するという視点が求められる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビーム照射処理の品質を高める技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のビーム照射装置は、荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置であって、荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器と、測定器の計測結果を用いて、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、を備える。測定器は、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが計測対象とする領域を通過して測定器に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測し、データ処理部は、測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して実効照射エミッタンスを算出し、実効照射エミッタンスは、走査方向に走査されて計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての走査方向のエミッタンスを表す。

本発明の別の態様は、ビーム照射方法である。この方法は、荷電粒子ビームを対象物に照射するビーム照射方法であって、荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させることと、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器を用いて、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが計測対象とする領域を通過して測定器に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測することと、計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出することと、を備える。実効照射エミッタンスは、走査方向に走査されて計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての走査方向のエミッタンスを表す。

なお、以上の構成要素の任意の組合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。

本発明によれば、ビーム照射処理の品質を高めることができる。

走査される荷電粒子ビームが対象物の照射面に入射する様子を模式的に示す図である。 荷電粒子ビームを構成する荷電粒子の角度成分を模式的に示す図である。 荷電粒子ビームの角度分布の一例を示すグラフである。 走査される荷電粒子ビームが微小領域に入射する様子を示す図である。 微小領域に入射する仮想的なビーム束を模式的に示す図である。 図６（ａ）は、実施の形態に係るビーム照射装置の概略構成を示す上面図、図６（ｂ）は、実施の形態に係るビーム照射装置の概略構成を示す側面図である。 往復運動されるウェハと往復走査されるビームとの関係を示す正面図である。 角度検出部の概略構成を示す斜視図である。 角度検出部の概略構成を示す断面図である。 走査される荷電粒子ビームと角度検出部が相互作用する様子を模式的に示す図である。 角度検出部が計測する角度分布の時間変化値の一例を示すグラフである。 実効照射エミッタンスの一例を示すグラフである。 固定される荷電粒子ビームと移動する角度検出部とが相互作用する様子を模式的に示す図である。 図１４（ａ）は、荷電粒子ビームの角度分布の時間変化値の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、荷電粒子ビームの角度強度分布の一例を示すグラフである。 エミッタンス内のビーム強度分布値の一例を示すグラフである。 制御装置の機能構成を示すブロック図である。 ビーム照射装置の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

実施の形態を説明する前に、本発明の概要を述べる。本実施の形態に係るビーム照射装置は、荷電粒子ビームを往復走査させるビーム走査器と、計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器と、測定器の計測結果を用いて荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、を備える。測定器は、走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが計測対象とする領域を通過して測定器に入射する時間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測する。データ処理部は、測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して実効照射エミッタンスを算出する。

本実施の形態では、対象物のある特定領域に入射する荷電粒子ビームの角度情報を評価する指標として「実効照射エミッタンス」を算出する。ここで、実効照射エミッタンスとは、走査方向に走査されてある特定領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についてのエミッタンスを表す。例えば、スポット状の荷電粒子ビームを往復走査させながら照射する場合、対象物の特定領域には、走査される荷電粒子ビームの一部が入射し、走査に伴うビーム位置の変化とともにその領域に入射するビームの一部が有する角度成分が変化していく。この変化していくビームの一部を連続的につなぎ合わせることにより、その地点に入射する仮想的なビーム束を想定し、そのビーム束のエミッタンスを「実効照射エミッタンス」として求める。

一般に、対象物に入射する荷電粒子ビームの角度が変わると、ビームとの相互作用の態様が変化し、照射処理の結果に影響を与えうる。したがって、ビーム照射工程を適切に制御するためには、荷電粒子ビームの角度情報を把握することが求められる。本実施の形態では、この「実効照射エミッタンス」を得ることにより、ビーム照射処理に用いる荷電粒子ビームをより適切に評価し、ビーム照射処理の品質を高める。

はじめに、実効照射エミッタンスの考え方について、図１〜図５を参照しながら述べる

図１は、走査される荷電粒子ビームＢが対象物の照射面Ａに入射する様子を模式的に示す図である。スポット状のビーム断面形状を有する荷電粒子ビームＢは、矢印Ｘで示される方向に走査され、走査範囲Ｃにおいて対象物の照射面Ａに入射している。本書では説明の便宜上、設計上の荷電粒子ビームＢの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。また、荷電粒子ビームＢを走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。

また、ビーム走査方向について照射面Ａにおける位置を基準とするｘ座標系とともに、荷電粒子ビームＢのビーム中心Ｏの位置を基準とするｒｘ座標系を用いる。ｘ座標系は、主に走査される荷電粒子ビームＢのビーム位置を表すために使用し、ｒｘ座標系は、荷電粒子ビームの角度情報を表すために使用する。図１では、荷電粒子ビームＢのビーム中心Ｏがｘ座標系における位置ｘ_１に位置している様子を示しており、このときのｒｘ座標系の原点は位置ｘ_１である。

図２は、荷電粒子ビームＢを構成する荷電粒子の角度成分を模式的に示す図である。矢印Ｚの方向に進む荷電粒子ビームＢは、概ねｚ方向に進行する荷電粒子群により形成され、全体としてｚ方向に進行する。ただし、荷電粒子ビームＢを構成する荷電粒子のそれぞれは、全てｚ方向に進行しているわけではなく、それぞれが固有の進行方向を有する。図２に示すようにビームの進行に伴って広がりを有するような荷電粒子ビームＢの場合、ビーム中心に相当するｒｘ座標系の原点付近では、ｚ軸に沿って進行する荷電粒子の割合が多いかもしれない。一方、ビーム中心から離れた位置ｒｘ_１においては、ｚ軸からｘ方向にθ_１だけ傾いた方向に進行する荷電粒子の割合が多く、位置ｒｘ_２においては、ｚ軸からｘ方向にθ_２だけ傾いた方向に進行する荷電粒子の割合が多いかもしれない。このように、荷電粒子ビームＢを構成する荷電粒子のそれぞれは、位置ｒｘに応じた角度成分を有しうる。

図３は、荷電粒子ビームの角度分布の一例を示すグラフであり、上述した位置ｒｘと角度θｘの関係をグラフ化したものである。それぞれの位置ｒｘにおける荷電粒子の角度θｘには一定の幅があり、それぞれの荷電粒子が有する位置ｒｘと角度θｘの関係をプロットすることで、プロットが占める範囲Ｅの外郭が得られる。この範囲Ｅのｒｘ方向の幅Ｗｘは、ｘ方向のビーム径に対応し、θｘ方向の幅φは、ビームの広がり角に対応する。また範囲Ｅの面積値は、「エミッタンス」と呼ばれる。一般に「エミッタンス」は、範囲Ｅの面積値を示すものとして用いられるが、本明細書では、「エミッタンス」の語を広く解釈し、範囲Ｅの形状や範囲Ｅによって表される位置ｒｘと角度θｘの関係性を表す用語としても用いる。

この「エミッタンス」を計測することにより、荷電粒子ビームの角度特性を知るとともに、荷電粒子ビームが照射される地点に入射する荷電粒子の角度成分を評価することができる。例えば、ビーム中心の位置が固定された走査されない荷電粒子ビームを、対象物に照射する場合、図３に示すエミッタンスから、特定地点に入射する荷電粒子群の角度分布がわかる。一方、荷電粒子ビームが走査される場合、特定地点とビーム中心との相対的な位置関係が時間経過とともに変化するため、特定地点に入射する荷電粒子群の角度分布を正確に把握するには、その位置関係を考慮する必要が生じる。

図４は、走査される荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５が微小領域Ｄに入射する様子を示す図である。本図では、時間の経過とともに＋ｘ方向に走査される荷電粒子ビームについて、各時間ｔ_１〜ｔ_５における荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５の照射位置を表している。荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のビーム中心Ｏの位置は＋ｘ方向に進行し、微小領域Ｄが設定される位置ｘ_１に入射するビームの一部の径方向位置ｒｘは変化していく。その結果、時間ｔ_１において、径方向位置ｒｘ_１の近傍にあるビームＢ１の一部Ｆ１を構成する荷電粒子が微小領域Ｄに入射する。同様に、時間ｔ_２において径方向位置ｒｘ_２の近傍にあるビームＢ２の一部Ｆ２が、時間ｔ_３において径方向位置の原点近傍にあるビームＢ３の一部Ｆ３が、微小領域Ｄに入射する。さらに、時間ｔ_４において径方向位置−ｒｘ_２の近傍にあるビームＢ４の一部Ｆ４が、時間ｔ_５において径方向位置−ｒｘ_１の近傍にあるビームＢ５の一部Ｆ５が、微小領域Ｄに入射する。

仮に、ビーム位置ｘの異なる荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のエミッタンスが全く変わらないとすると、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性は、これら荷電粒子ビームのエミッタンスにより表すことができるかもしれない。しかしながら、走査によってビーム位置ｘが変わると、ビーム走査器が印加する電界または磁界の影響やビーム走査器から照射面Ａまでのビームの行路差等により、荷電粒子ビームのエミッタンスが変化しうる。ビーム位置ｘに応じて荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のエミッタンスが変化すると、微小領域Ｄに入射する荷電粒子の角度特性は、走査される荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５のいずれかのエミッタンスでは表すことができない。そこで、本実施の形態では、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性をより正確に表すために、「仮想的なビーム束」という概念を導入する。

図５は、微小領域Ｄに入射する仮想的なビーム束Ｂｖを模式的に示す図であり、図４に示す荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５の一部Ｆ１〜Ｆ５を足し合わせたものに相当する。図４および図５では、離散的な経過時間ｔ_１〜ｔ_５を用いて例示的に５分割した場合を示しているが、実際には、微小時間ｄｔの経過ごとに切り出される荷電粒子の一部を重ね合わせることにより「仮想的なビーム束Ｂｖ」が形成される。

この仮想的なビーム束Ｂｖを走査させながら照射した結果は、位置ｘに応じてエミッタンスの異なる荷電粒子ビームＢ１〜Ｂ５を照射した結果と微小領域Ｄにおいて一致する。したがって、この仮想的なビーム束Ｂｖについてのエミッタンスが算出できれば、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性をより正確に表すことができる。本実施の形態では、この仮想的なビーム束Ｂｖについてのエミッタンスを、被照射物の視点で表したエミッタンスとして「実効照射エミッタンス」と呼ぶ。この「実効照射エミッタンス」を得ることにより、微小領域Ｄに入射する荷電粒子群の角度特性をより適切に評価し、ビーム照射処理の品質を高めることができる。

つづいて、本実施の形態に係るビーム照射装置１０について説明する。図６は、実施の形態に係るビーム照射装置１０を概略的に示す図である。図６（ａ）は、ビーム照射装置１０の概略構成を示す上面図であり、図６（ｂ）は、ビーム照射装置１０の概略構成を示す側面図である。

ビーム照射装置１０は、対象物Ｗの表面に荷電粒子ビームを照射するように構成されている。本実施の形態に係るビーム照射装置１０は、対象物Ｗにイオン注入処理をするように構成されるビーム照射装置である。対象物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。よって以下では説明の便宜のため対象物ＷをウェハＷと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。また、本実施の形態ではビーム照射装置１０をイオン注入装置として説明するが、他の実施例においては、電子などのイオン以外の荷電粒子を照射するためのビーム照射装置として構成されていてもよい。

ビーム照射装置１０は、ビームの往復走査およびウェハＷの往復運動によりウェハＷの全体にわたって荷電粒子ビームＢを照射するよう構成されている。荷電粒子ビームＢを対象物Ｗに対し走査する場合において、ビームの往復走査は矢印Ｘの方向に行われ、ウェハＷの往復運動は矢印Ｙの方向に行われる。

ビーム照射装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、を備える。イオン源１２は、荷電粒子ビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、ビーム照射装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、及び注入処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。

ビームライン装置１４は、例えば、上流から順に、質量分析部１８、可変アパチャ２０、ビーム収束部２２、ビーム計測部２４、ビーム走査器２６、平行化レンズ３０又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルター（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３４を備える。なお、ビームライン装置１４の上流とは、イオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ３８）に近い側を指す。

質量分析部１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出された荷電粒子ビームＢから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。可変アパチャ２０は、開口幅が調整可能なアパチャであり、開口幅を変えることでアパチャを通過する荷電粒子ビームＢのビーム強度を調整する。ビーム収束部２２は、四重極収束装置（Ｑレンズ）などの収束レンズを備えており、可変アパチャ２０を通過した荷電粒子ビームＢを収束することにより所望の断面形状に整形するよう構成されている。

ビーム計測部２４は、ビームライン上に出し入れ可能に配置され、荷電粒子ビームの強度ないし電流を計測するインジェクタフラグファラデーカップである。ビーム計測部２４は、ビーム電流を計測するファラデーカップ２４ｂと、ファラデーカップ２４ｂを上下に移動させる駆動部２４ａを有する。図６（ｂ）の破線で示すように、ビームライン上にファラデーカップ２４ｂを配置した場合、荷電粒子ビームＢはファラデーカップ２４ｂにより遮断される。一方、図６（ｂ）の実線で示すように、ファラデーカップ２４ｂをビームライン上から外した場合、荷電粒子ビームＢの遮断が解除される。

ビーム走査器２６は、ビームの往復走査を提供するよう構成されており、整形された荷電粒子ビームＢをｘ方向に走査する偏向手段である。ビーム走査器２６は、ｘ方向に対向して設けられる走査電極対２８を有する。走査電極対２８は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対２８に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させて荷電粒子ビームＢを偏向させる。こうして、荷電粒子ビームＢは、ｘ方向の走査範囲にわたって走査される。なお、図６（ａ）において矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲での荷電粒子ビームＢの複数の軌跡を一点鎖線で示している。なお、ビーム走査器２６は、磁界を印加することにより荷電粒子ビームを走査する磁界式の偏向手段であってもよい。

平行化レンズ３０は、走査された荷電粒子ビームＢの進行方向を平行にするよう構成されている。平行化レンズ３０は、中央部に荷電粒子ビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数のＰレンズ電極３２を有する。Ｐレンズ電極３２は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界を荷電粒子ビームＢに作用させて、荷電粒子ビームＢの進行方向を平行に整える。

角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３４は、荷電粒子ビームＢのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３４は、電界偏向用のＡＥＦ電極対３６を有する。ＡＥＦ電極対３６は、高圧電源（図示せず）に接続される。図６（ｂ）において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、荷電粒子ビームＢを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３４は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。

このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべき荷電粒子ビームＢを注入処理室１６に供給する。

注入処理室１６は、１枚又は複数枚のウェハＷを保持し、荷電粒子ビームＢに対する相対移動（例えば、ｙ方向）を必要に応じてウェハＷに提供するよう構成される往復運動装置４０（図７参照）を備える。図６において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。また、注入処理室１６は、ビームストッパ３８を備える。ビーム軌道上にウェハＷが存在しない場合には、荷電粒子ビームＢはビームストッパ３８に入射する。

注入処理室１６には、荷電粒子ビームＢのウェハＷの表面におけるビームの強度や角度分布を計測するための測定器４２が設けられる。測定器４２は、可動式となっており、駆動装置４４によりＸ方向に移動可能に構成される。測定器４２は、例えば、イオン注入時にはウェハと干渉しないように待避され、ウェハＷが照射位置にないときには荷電粒子ビームＢの照射範囲に挿入される。測定器４２は、Ｘ方向に移動させながらビームの強度および角度分布を計測して、ビーム走査方向のビームの強度分布および角度分布の時間変化値を計測する。測定器４２の計測値は、制御装置６０に送られる。

制御装置６０は、ビーム照射装置１０を構成する各機器の動作を制御する。制御装置６０は、荷電粒子ビームを往復走査させるための制御波形を生成してビーム走査器２６に出力し、荷電粒子ビームの走査速度分布や走査周期を調整する。また、制御装置６０は、測定器４２が計測したビームの強度や角度分布の時間変化値を取得し、実効照射エミッタンスなどのビーム品質を評価するための各種指標を算出して出力する。

図７は、往復運動されるウェハＷと往復走査される荷電粒子ビームＢとの関係を示す正面図である。図７において、荷電粒子ビームＢは横方向（Ｘ方向）に往復走査され、ウエハＷは往復運動装置４０に保持されて縦方向（Ｙ方向）に往復運動される。図７では、最上位置のウェハＷ１と最下位置のウェハＷ２を図示することで、往復運動装置４０の動作範囲を示している。

また、ビーム走査器によって走査される荷電粒子ビームＢについて、走査端位置の荷電粒子ビームＢ_Ｌ、Ｂ_Ｒの位置を図示することで荷電粒子ビームの走査範囲Ｃを示している。荷電粒子ビームＢは、往復運動装置４０に保持されるウェハＷが配置される照射範囲Ｃ１を越えて、ウェハＷにビームが照射されない非照射範囲Ｃ２までオーバースキャンが可能となるように構成される。なお、図７では、横長の荷電粒子ビームＢが走査される様子を示しているが、荷電粒子ビームＢの形状は、縦長であってもよく、円形に近い形状であってもよい。

また、図７は、Ｘ方向に移動可能に構成される測定器４２の測定範囲を示している。測定器４２は、少なくとも照射範囲Ｃ１にわたって測定可能となるように構成される。測定器４２は、図示されるように、強度検出部４８と角度検出部５０を含んでもよい。強度検出部４８は、主に荷電粒子ビームＢの強度を計測するための検出部であり、例えば、ファラデーカップにより構成される。角度検出部５０は、主に荷電粒子ビームＢの角度分布を計測するための検出部である。強度検出部４８および角度検出部５０は、いずれもｚ方向の計測位置が対象物の照射面Ａに位置するように配置される。

本実施の形態では、強度検出部４８と角度検出部５０を並べて配置するとともに、駆動装置４４によりｘ方向に移動させることによって、荷電粒子ビームＢの強度と角度分布を照射範囲Ｃ１にわたって同時に計測できるようにしている。駆動装置４４は、照射範囲Ｃ１の一端から他端まで数秒程度、好ましくは、１〜２秒程度をかけて測定器４２を移動させる。これにより、照射範囲Ｃ１の全体にわたるビームの強度およびエミッタンスを数秒以内で計測可能とする。なお、変形例においては、強度検出部４８が設けられておらず、強度検出部４８がビーム強度の計測を兼ねることとしてもよい。

駆動装置４４は、測定器４２のｘ方向の位置を検出するための位置検出部４６を含んでもよい。位置検出部４６は、駆動装置４４により移動する測定器４２のｘ方向の位置を検出し、検出した位置情報を制御装置６０に送信する。位置検出部４６を設けることにより、測定器４２により計測されるビームの強度および角度分布の情報を、検出位置と対応付けて取得できる。

図８は、角度検出部５０の概略構成を示す斜視図であり、図９は、角度検出部５０の概略構成を示す断面図である。角度検出部５０は、スリット５２と、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇ（以下、総称してコレクタ電極５４ともいう）とを有する。角度検出部５０は、スリット５２に入射する荷電粒子について、ビーム進行方向（ｚ方向）に対する走査方向（ｘ方向）の角度成分θｘを検出するように構成されている。

スリット５２は、角度検出部５０の上面５０ａに設けられており、ｙ方向に細長い形状を有する。スリット５２は、ｘ方向の幅Ｓが荷電粒子ビームのｘ方向のビーム径よりも小さくなるように形成されており、計測対象とする領域を区画し、所定の大きさを有するビームの中から計測すべき一部成分を切り出す。スリット５２は、スリット５２からコレクタ電極５４に向けて斜めに入射する荷電粒子を遮らないように、＋ｚ方向にｘ方向の幅が広がるテーパー形状を有することが望ましい。一方、スリット５２のｙ方向の幅は、荷電粒子ビームのｙ方向のビーム径よりも大きくなるように形成されている。これにより、ｙ方向については、荷電粒子ビームの全体が計測対象となる。

コレクタ電極５４は、ｙ方向に細長い形状を有する棒状の電極体であり、スリット５２が設けられる上面５０ａからｚ方向に離れて設けられる。複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれは、互いにｘ方向に離間して等間隔に設けられる。本実施の形態では、コレクタ電極５４は７本設けられており、スリット５２に対向する位置に設けられるコレクタ電極５４ｄを中心として、左右に３本ずつ配置される。コレクタ電極５４は、スリット５２に入射する荷電粒子群の全体を検出できるように、スリット５２よりもｙ方向に長く設けられることが望ましい。なお、コレクタ電極５４の数や配置は例示にすぎず、角度検出部５０は、異なる本数のコレクタ電極５４を有してもよい。

それぞれのコレクタ電極５４は、所定の角度範囲に該当する角度成分を有する荷電粒子を検知する。例えば、中心のコレクタ電極５４ｄの右側２番目の位置に設けられるコレクタ電極５４ｂにより検知される荷電粒子の角度成分の中心値は、スリット５２とコレクタ電極５４のｚ方向の距離をＬ、コレクタ電極５４の間隔をＰとすると、θ_２＝ａｒｃｔａｎ（２Ｐ／Ｌ）となる。一般化すると、中心のコレクタ電極５４ｄからｎ番目の位置に設けられるコレクタ電極により検知される荷電粒子の角度成分の中心値θ_ｎは、θ_ｎ＝ａｒｃｔａｎ（ｎＰ／Ｌ）となる。このようにして、それぞれのコレクタ電極５４ａ〜５４ｇは、スリット５２との幾何学的な配置関係により、異なる角度範囲に該当する角度成分の荷電粒子を検知する。

角度検出部５０は、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれに接続される測定回路５６を有する。測定回路５６は、コレクタ電極５４に荷電粒子が入射することにより生じる電流を検知し、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれからの電流値により、スリット５２に入射する荷電粒子ビームＢの角度分布を検出する。また、測定回路５６は、所定の計測時間にわたってコレクタ電極５４からの電流の時間変化値を検出する機能を有する。これにより、スリット５２に入射する荷電粒子ビームＢに関する角度分布の時間変化値を計測可能とする。さらに、測定回路５６は、コレクタ電極５４からの電流を計測時間にわたって積算することにより、ビームの角度分布の積算強度を検知する機能を有してもよい。

図１０は、走査される荷電粒子ビームと角度検出部５０が相互作用する様子を模式的に示す図である。角度検出部５０は、スリット５２の前面のｚ方向の位置がウェハの照射面Ａと同じ位置になるように配置されている。角度検出部５０は、スリット５２が位置ｘ_１となるように配置されており、スリット５２にはＸ方向に走査される荷電粒子ビームＢ１、Ｂ５が入射している。スリット５２のｘ方向の幅はビーム径よりも小さいため、角度検出部５０に向かう荷電粒子ビームのうち、スリット５２のｘ方向の幅の内側に飛来する一部範囲の荷電粒子のみが角度検出部５０の内部に入ることとなる。例えば、ビーム中心が位置ｘ_１よりも左側にある荷電粒子ビームＢ１の場合、ビーム中心よりも右側に位置する一部の荷電粒子のみがスリット５２に入射することとなる。また、ビーム中心が位置ｘ１よりも右側にある荷電粒子ビームＢ５の場合、ビーム中心よりも左側に位置する一部の荷電粒子のみがスリット５２に入射することとなる。角度検出部５０は、Ｘ方向に走査される荷電粒子ビームの少なくとも一部がスリット５２に入射するような期間、いいかえれば、荷電粒子ビームと角度検出部５０とが相互作用する期間にわたって、荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測する。

図１１は、角度検出部５０が計測する角度分布の時間変化値の一例を示すグラフである。グラフに示す波形ａ〜ｇは、複数のコレクタ電極５４ａ〜５４ｇのそれぞれに接続される測定回路５６において検知される電流の時間変化値に対応する。波形ａ〜ｇで示される電流値のそれぞれは、スリット５２にそれぞれ異なる角度θｘで入射する荷電粒子の量に対応する。そのため、角度検出部５０による計測結果は、横軸を時間ｔ、縦軸を角度θｘとするグラフ上に表すことができる。

ここで、スリット５２を図４に示す微小領域Ｄに対応させると、角度検出部５０は、微小領域Ｄに入射する荷電粒子の角度成分θｘを経過時間ｔ１〜ｔ５にわたって計測しているということもできる。図４において、経過時間ｔとビーム中心の位置ｘの関係は、ビームの走査速度ｖ（ｔ）を用いると、ｘ＝∫ｖ（ｔ）ｄｔと表すことができる。また図４において、ビーム中心の位置ｘと、微小領域Ｄの位置ｘ_１に対応するビームの径方向位置ｒｘは、ｒｘ＝ｘ_１−ｘと表すことができるため、経過時間ｔから対応する径方向位置ｒｘに変換できる。これにより、図１１に示されるｔ−θｘ分布を、「実効照射エミッタンス」を表すｒｘ−θｘ分布に変換することができる。

図１２は、時間ｔ−位置ｒｘの変換処理により得られる実効照射エミッタンスＥ_Ｒの一例を示すグラフである。角度検出部５０が計測したビームの角度分布の時間変化値に含まれる時間ｔの情報を、径方向の位置ｒｘの情報に変換することにより実効照射エミッタンスＥ_Ｒを得ることができる。上述の式ｒｘ＝ｘ_１−ｘで表されるように、ビーム中心の位置ｘとビームの径方向位置ｒｘとは正負が逆の関係にあるため、図１２に示すグラフは、図１１に示すグラフに対して左右が反転した形状となっている。この実効照射エミッタンスＥ_Ｒは、位置ｘ_１におけるビームの角度特性を表すものであるから、この実効照射エミッタンスにより被照射物の視点でみた角度情報を評価できる。

なお、角度検出部５０は、通常のエミッタンスを計測することとしてもよい。図１３は、固定される荷電粒子ビームＢと移動する角度検出部５０とが相互作用する様子を模式的に示す図である。本図では、図１０に示す様子とは対照的に、荷電粒子ビームＢは走査されずに特定のビーム位置ｘ_１に固定され、角度検出部５０がＸ方向に移動している。角度検出部５０をＸ方向に移動させることにより、ビームの径方向位置ｒｘのそれぞれにおける角度分布を計測することができる。これにより、荷電粒子ビームＢの「エミッタンス」が得られる。

つづいて、上述した実効照射エミッタンスを算出する制御装置６０の構成について説明する。図１６は、制御装置６０の機能構成を示すブロック図である。制御装置６０は、走査制御部６２と、計測制御部６４とを備える。

本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。

走査制御部６２は、所定の制御波形をビーム走査器２６に出力し、出力した制御波形に基づいて荷電粒子ビームを往復走査させる。走査制御部６２は、制御波形の走査周期、波形形状などを制御することにより、荷電粒子ビームの走査態様を変化させる。走査制御部６２は、例えば、数Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度の走査周期を有する制御波形を生成し、ビーム走査器２６に出力する。

走査制御部６２は、時間ｔに対して走査速度ｖ（ｔ）が一定値となるような制御波形を出力してもよいし、時間ｔに対して走査速度ｖ（ｔ）が変化するような制御波形を出力してもよい。例えば、等速で荷電粒子ビームを往復させると、ビーム位置ｘによってビーム強度が異なることとなる場合に、走査速度を非等速にすることでビーム強度を均一化することができる。より具体的には、ビーム強度が相対的に大きい位置において走査速度を速くし、ビーム強度が相対的に小さい位置において走査速度を遅くすることでビーム強度を均一化できる。走査制御部６２は、強度検出部４８により計測したビーム強度分布を利用することで、ビーム強度を均一化させる非等速な走査速度を実現する制御波形を生成し、ビーム走査器２６に出力する。

計測制御部６４は、測定器４２および駆動装置４４の動作を制御して測定器４２からビーム強度や角度分布を取得し、実効照射エミッタンスなどのビーム品質を評価するための各種指標を算出して出力する。計測制御部６４は、モード切替部６５と、データ処理部６６と、データ出力部６７とを含む。

モード切替部６５は、ビーム走査器２６、測定器４２および駆動装置４４の動作を制御して、荷電粒子ビームの角度分布に関する計測モードを切り替える。モード切替部６５は、実効照射エミッタンスを計測するための第１の計測モードと、エミッタンスを計測するための第２の計測モードとを提供する。

第１の計測モードは、図１０に示すように荷電粒子ビームを往復走査させて、計測対象とする位置ｘ_１における実効照射エミッタンスを計測するモードである。第１の計測モードでは、ビーム走査器２６により荷電粒子ビームＢが往復走査されるため、比較的短時間で図１１に示す角度分布の時間変化値が取得される。例えば、１ｋＨｚの周波数でビームを往復走査させる場合、荷電粒子ビームＢが走査範囲Ｃを往復するのにかかる時間は１ミリ秒であるため、計測に必要な時間は０．５ミリ秒以内である。この計測時間は、往復走査される荷電粒子ビームがスリット５２を通過するのにかかる時間ともいえる。本明細書において、第１の計測モードおける１回の計測時間を「第１の時間」ともいう。

なお、第１の計測モードにおいて、駆動装置４４を駆動させることにより、角度検出部５０を照射範囲Ｃ１の一端から他端に向けて移動させてもよい。角度検出部５０を移動させながら複数の位置ｘにおいて角度分布の時間変化値を計測することにより、複数の位置ｘにおけるビームの角度分布データが連続的に取得される。例えば、照射範囲Ｃ１の一端から他端まで角度検出部５０を２秒間で移動させて、照射範囲Ｃ１の２０００点の位置ｘでデータを取得する場合、隣接する測定点に移動するのにかかる時間は１ミリ秒である。したがって、１ｋＨｚの周波数で荷電粒子ビームを往復走査させれば、それぞれの測定点において往路と復路のビーム双方が計測可能である。このように、駆動装置４４で角度検出部５０を移動させながらデータを取得し、位置検出部４６により検知するデータ取得位置を対応付けることにより、照射範囲Ｃ１の全体にわたるビームの角度分布データを短時間で取得できる。

また、第１の計測モードにおいて、荷電粒子ビームＢの走査速度や角度検出部５０の移動速度を調整することにより、それぞれの測定点の計測回数を増やしてもよい。例えば、角度検出部５０の移動速度を半分にしたり、ビーム走査器２６による走査速度を２倍にしたりすることで計測可能となる回数を２倍に増やしてもよい。さらに、同じ測定点における計測データを足し合わせることにより、計測データの信号対雑音比を高めてもよい。

また、第１の計測モードにおいて、角度検出部５０を用いた角度分布の計測と同時に、強度検出部４８を用いたビーム強度の計測を行ってもよい。第１の計測モードでは、照射範囲Ｃ１の全体にわたって測定器４２を移動させるため、同時測定により、照射範囲Ｃ１の全体にわたるビーム強度の均一性も同時に計測することができる。同時計測をすることにより、ビームの角度分布と強度を別個に計測する場合と比べて、双方の計測にかかる時間を短縮できる。

一方、第２の計測モードは、図１３に示すように荷電粒子ビームの往復走査を停止させ、角度検出部５０をｘ方向に移動させることにより、ビーム中心が位置ｘ_１にあるビームのエミッタンスを計測するモードである。第２の計測モードでは、ビーム径に対応するｒｘ方向の範囲にわたって角度検出部５０を移動させながらビームの角度分布の時間変化値を取得する。そのため、第２の計測モードでは、１回の計測にかかる時間が第１の計測モードよりも相対的に長くなる。例えば、ｒｘ方向のビーム径が照射範囲Ｃ１の幅の１／１０〜１／１００程度であれば、１回の計測時間は、２０〜２００ミリ秒程度である。また、ｒｘ方向のビーム径が照射範囲Ｃ１の幅にほぼ等しいリボンビームの場合、１回の計測時間は２秒程度となる。この計測時間は、往復走査されない荷電粒子ビームが分布する走査方向の範囲を測定器が通過するのにかかる時間ともいえる。本明細書において、第２の計測モードおける１回の計測時間を「第２の時間」ともいう。

モード切替部６５は、第１の計測モードと第２の計測モードとの間で計測モードを切り替える際に、ビーム走査器２６および駆動装置４４の動作を変更するとともに、測定器４２による１回の計測時間を「第１の時間」と「第２の時間」との間で切り替える。つまり、モード切替部６５は、測定回路５６による１回の計測時間を切り替えることにより、計測モードの切り替えを実現する。

データ処理部６６は、角度検出部５０が計測したビームの角度分布の時間変化値に含まれる時間ｔの情報を位置ｒｘの情報に変換して、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスを算出する。データ処理部６６は、第１の計測モードでビームの角度データが取得された場合、データが取得された測定点の位置ｘにおけるビームの走査速度ｖ（ｘ）を用いて、「第１の時間」にわたる時間ｔを位置ｒｘに変換する。例えば、ビームの走査速度ｖ（ｘ）が非等速である場合、スリット５２の位置ｘに応じて異なる非等速のビーム走査速度を用いて変換処理をする。一方、第２の計測モードでビームの角度データが取得された場合、データ処理部６６は、角度検出部５０の移動速度を用いて、「第２の時間」にわたる時間ｔを位置ｒｘに変換する。

データ処理部６６は、角度検出部５０が計測した角度分布の時間変化値を時間について積分することにより、ビームの角度強度分布を算出してもよい。図１４（ａ）は、荷電粒子ビームの角度分布の時間変化値の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、荷電粒子ビームの角度強度分布の一例を示すグラフである。図１４（ｂ）に示すビームの角度強度分布は、図１４（ａ）のグラフにおける斜線で示される時間変化の積分値をビームの積算強度Ｉとすることで得られる。なお、測定回路５６がコレクタ電極５４からの電流値を時間積算する機能を有する場合には、角度検出部５０から取得される積算された電流値をビームの角度強度分布としてもよい。

また、データ処理部６６は、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスを算出するだけでなく、エミッタンス内の強度分布値を算出してもよい。図１５は、エミッタンス内の強度分布値の一例を示すグラフである。この強度分布値は、位置ｒｘの軸および角度θｘの軸に、ビーム強度Ｉの軸を加えた３次元のグラフとして可視化され、図１５では、ビーム強度Ｉの高さを破線で示す等高線で示している。エミッタンス内の強度分布値を算出することにより、特定の位置ｘに入射する荷電粒子に関する角度情報をより詳細に得ることができる。

また、データ処理部６６は、算出した実効照射エミッタンスやエミッタンスが所定条件を満たすか否か判定してもよい。データ処理部６６は、例えば、算出した実効照射エミッタンスを解析して、照射範囲Ｃ１の全体にわたってビームの角度分布にばらつきが生じていないかを判定してもよい。データ処理部６６は、ビームの角度分布のばらつきが一定値以内に収まっており、算出した実効照射エミッタンスが所定条件を満たすと判定する場合に、ビーム照射処理が可能であると判断し対象物へのビーム照射を開始させてもよい。

データ出力部６７は、データ処理部６６が算出した実効照射エミッタンスまたはエミッタンスに関するデータを出力する。データ出力部６７は、制御装置６０が有する表示装置に、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスをグラフ化して表示する。例えば、図１３に示されるように、ｒｘ軸とθｘ軸を有する座標系に実効照射エミッタンスを描画して表示する。データ出力部６７は、上述したビームの角度強度分布、エミッタンス内の強度分布値のグラフなどを表示してもよい。また、データ出力部６７は、表示装置に表示するだけでなく、データそのものを制御装置６０の外部に出力してもよい。

以上の構成を有するビーム照射装置１０の動作を説明する。図１７は、ビーム照射装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。計測モードが第１の計測モードであれば（Ｓ１２のＹ）、往復走査される荷電粒子ビームに対して角度分布の時間変化値を計測し（Ｓ１４）、計測した角度分布の時間情報を位置情報に変換することにより、走査ビームの実効照射エミッタンスを算出する（Ｓ１６）。計測モードが第１の計測モードではなく（Ｓ１２のＮ）、第２の計測モードであれば（Ｓ１８のＹ）、走査されない固定ビームに対して角度分布の時間変化値を計測し（Ｓ２０）、計測した角度分布の時間情報を位置情報に変換することにより、固定ビームのエミッタンスを算出する（Ｓ２２）。算出した実効照射エミッタンスまたはエミッタンスを出力し（Ｓ２４）、実効照射エミッタンスまたはエミッタンスがビーム照射処理の開始条件を満たしていれば（Ｓ２６のＹ）、ビーム照射処理を開始する（Ｓ２８）。ビーム照射処理の開始条件を満たしていなければ（Ｓ２６のＮ）、Ｓ２８をスキップして本フローを終了する。また、Ｓ１８において第２の計測モードでなければ（Ｓ１８のＮ）、Ｓ２０〜Ｓ２８をスキップして本フローを終了する。

本実施の形態によれば、角度検出部５０をビーム走査方向に移動させながらビームの角度分布を計測するため、ビームの照射範囲Ｃ１の全体にわたるビームの角度情報を短時間で計測できる。照射範囲Ｃ１にわたってビームが走査されている場合には、角度検出部５０のスリット５２の位置における仮想的なビーム束に対して角度分布の時間変化値を計測できるため、照射対象物からみた実効照射エミッタンスを算出できる。これにより、対象物に対してビーム照射処理する前に照射範囲Ｃ１の全体にわたる実効照射エミッタンスを得ることができる。これにより、照射範囲全体にわたって適切なビームが対象物に照射されるか否かを事前確認できる。したがって、本実施の形態によれば、ビームの角度情報をスポット的に計測する場合と比べてビーム照射処理の品質を高めることができる。

荷電粒子ビームをビーム走査器２６により往復走査させる場合、走査ビームを平行化する平行化レンズ３０の電圧値などによって、対象物に入射するビームの角度分布がビーム位置によって異なってしまう場合がある。平行化レンズ３０は、走査ビームの進行方向を走査方向（ｘ方向）に変化させてビームの平行化を実現しているため、特に、ｘ方向の角度分布がビーム位置によって変わりやすい。例えば、半導体ウェハにイオンを注入する工程であれば、角度分布のばらつきによりウェハ上のｘ方向の位置によってイオン注入の態様が異なることとなり、ウェハ全体に均一なイオン注入ができなくなるおそれがある。そうすると、歩留まりが低下してしまうかもしれない。

本実施の形態では、走査ビームを用いる場合においてビーム位置による角度が変わりやすい走査方向（ｘ方向）の角度分布を計測しているため、対象物の照射前にビーム角度分布の走査方向の均一性を確認できる。仮に、ビーム角度分布の均一性が十分でない場合には、事前にビームライン装置１４の設定を変更するなどしてビーム角度分布の均一性を高めることができる。これにより、ビーム照射処理の品質を高めることができる。

また、本実施の形態では、ビーム角度分布の均一性を計測するのと同時に、ビーム強度の均一性を計測できる。照射物の全体にわたって均一なビーム照射処理を施すには、ビームの角度分布のみならずビーム強度が均一であることも重要である。本実施の形態では、ビームの強度と角度分布を同時に計測できるため、それぞれを個別に計測する場合と比べて計測時間を短縮化できる。これにより、ビーム照射前の計測時間を短縮し、ビーム照射装置１０の生産性を高めることができる。

また、本実施の形態では、ビームの角度分布の計測モードとして第１の計測モードおよび第２の計測モードを用意しているため、走査ビームだけでなく固定ビームの角度分布も計測可能である。これにより、対象物からみた角度情報のみならず、ビーム自体の角度情報を得ることができる。なお、他の実施例においては、第１の計測モードと第２の計測モードのいずれかのみを用意してもよい。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。

上述の実施の形態においては、角度検出部５０がｘ方向の角度分布を計測可能となるように構成される場合を示した。他の実施例においては、角度検出部５０がｙ方向の角度分布を計測可能となるように構成されてもよい。角度検出部５０は、例えば、ｘ方向に細長いスリットと、ｙ方向に互いに離間して並べられる複数のコレクタ電極を有してもよい。また、角度検出部５０がｘ方向およびｙ方向の双方の角度分布が計測可能に構成されてもよい。角度検出部５０は、例えば、ｘ方向の角度分布が計測可能なｘ方向検出部と、ｙ方向の角度分布が計測可能なｙ方向検出部とを有してもよい。

Ａ…照射面、Ｂ…荷電粒子ビーム、Ｃ１…照射範囲、１０…ビーム照射装置、２６…ビーム走査器、４２…測定器、４４…駆動装置、５２…スリット、５４…コレクタ電極、５６…測定回路、６５…モード切替部、６６…データ処理部、６７…データ出力部。

Claims (22)

1. 荷電粒子ビームを対象物に照射するためのビーム照射装置であって、
   前記荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、
   計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器と、
   前記測定器の計測結果を用いて、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出するデータ処理部と、
   を備え、
   前記測定器は、前記走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過して前記測定器に入射する時間にわたって、前記荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測し、
   前記データ処理部は、前記測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して前記実効照射エミッタンスを算出し、
   前記実効照射エミッタンスは、前記走査方向に走査されて前記計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての前記走査方向のエミッタンスを表すことを特徴とするビーム照射装置。
2. 前記測定器を前記走査方向に移動させて前記計測対象とする領域を前記走査方向に移動可能とする駆動装置をさらに備え、
   前記測定器は、前記走査方向に移動しながら前記往復走査される荷電粒子ビームの角度分布の時間変化値を計測し、
   前記データ処理部は、前記測定器が計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を前記走査方向の位置情報に変換して前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする請求項１に記載のビーム照射装置。
3. 前記駆動装置は、前記荷電粒子ビームの前記走査方向の照射範囲にわたって前記測定器を移動可能とし、前記測定器の前記走査方向の位置が検知可能な位置検知部を有しており、
   前記データ処理部は、前記位置検知部が検知する前記測定器の位置に対応づけて前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする請求項２に記載のビーム照射装置。
4. 前記測定器は、前記荷電粒子ビームの前記照射範囲にわたって前記走査方向の複数位置における前記角度分布の時間変化値を計測し、
   前記データ処理部は、前記荷電粒子ビームの前記照射範囲にわたって前記走査方向の複数位置における前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする請求項３に記載のビーム照射装置。
5. 前記ビーム走査器および前記駆動装置の動作を制御して、前記荷電粒子ビームの角度分布に関する計測モードを切り替えるモード切替部をさらに備え、
   前記モード切替部は、
   前記ビーム走査器により前記荷電粒子ビームを往復走査させ、前記走査方向に往復走査される荷電粒子ビームについて角度分布の時間変化値を前記測定器に計測させる第１の計測モードと、
   前記ビーム走査器による前記荷電粒子ビームの往復走査を停止させるとともに、前記測定器を前記走査方向に移動させることにより、往復走査されない荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を前記測定器に計測させる第２の計測モードとを、有し、
   前記データ処理部は、前記第１の計測モードにおいて前記実効照射エミッタンスを算出し、前記第２の計測モードにおいて前記往復走査されない荷電粒子ビームのエミッタンスを算出することを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
6. 前記第１の計測モードは、往復走査される荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過するのにかかる第１の時間にわたって前記測定器による計測をするものであり、
   前記第２の計測モードは、往復走査されない荷電粒子ビームが位置する前記走査方向の範囲を前記測定器が通過するのにかかる第２の時間にわたって前記測定器による計測をするものであり、
   前記モード切替部は、前記測定器による測定時間を、前記第１の時間よりも相対的に長い前記第２の時間に変更することにより、前記第１の計測モードから前記第２の計測モードに切り替えることを特徴とする請求項５に記載のビーム照射装置。
7. 前記データ処理部は、前記荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過するときの前記走査方向の走査速度を用いて、前記時間情報を前記位置情報に変換することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
8. 前記ビーム走査器は、前記走査方向の位置に応じて前記走査速度が変化しうるように、前記荷電粒子ビームを非等速な走査速度で往復走査させ、
   前記データ処理部は、前記非等速な走査速度を用いて、前記時間情報を前記位置情報に変換することを特徴とする請求項７に記載のビーム照射装置。
9. 前記ビーム走査器は、前記荷電粒子ビームを所定の走査周期で往復走査させ、
   前記測定器は、前記走査周期と同期して前記角度分布の時間変化値を複数回計測することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
10. 前記データ処理部は、前記走査周期と同期して複数回計測した前記角度分布の時間変化値を足し合わせて前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする請求項９に記載のビーム照射装置。
11. 前記測定器は、前記荷電粒子ビームの照射範囲にわたって前記角度分布の時間変化値を計測するとともに、前記荷電粒子ビームの照射範囲にわたって前記荷電粒子ビームのビーム強度を測定し、前記走査方向のビーム強度の均一性を計測することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
12. 前記データ処理部の算出結果を出力するデータ出力部をさらに備え、
    前記出力部は、前記算出した実効照射エミッタンスを、前記走査方向の軸および前記角度成分の軸を有する座標系に可視化することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
13. 前記測定器は、
    前記走査方向の交差方向に細長い形状を有して前記計測対象とする領域を区画するスリットと、
    前記交差方向に細長い形状を有し、前記スリットからビーム進行方向に離れて、前記走査方向に並んで配置される複数のコレクタ電極と、を有し、
    前記スリットを通過する荷電粒子を前記複数のコレクタ電極により検出して、前記角度分布の時間変化値を計測することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
14. 前記複数のコレクタ電極は、前記スリットよりも前記交差方向の長さが長いことを特徴とする請求項１３に記載のビーム照射装置。
15. 前記測定器は、前記スリットの前面が前記対象物のビーム照射面とビーム進行方向に一致する位置に配置可能となるように構成されており、前記ビーム照射面を通過する荷電粒子ビームについて前記角度分布の時間変化値を計測することを特徴とする請求項１３または１４に記載のビーム照射装置。
16. 前記測定器は、前記角度分布の時間変化値を計測するためのコレクタ電極とは別に、前記荷電粒子のビーム強度を計測するためのファラデーカップを有し、
    前記ファラデーカップは、前記対象物のビーム照射面とビーム進行方向に一致する位置に配置可能となるように構成されていることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
17. 前記測定器は、前記複数のコレクタ電極に接続され、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を個別に測定可能となるように構成される測定回路をさらに有し、
    前記データ処理部は、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を用いて、前記実効照射エミッタンスを算出することを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
18. 前記測定回路は、前記複数のコレクタ電極のそれぞれにおいて検出される電流の時間変化値を一定時間にわたって積算することで得られる積算電流量が測定可能となるように構成されており、
    前記データ処理部は、前記積算電流量を用いて、前記荷電粒子ビームに関する前記走査方向の角度分布を算出することを特徴とする請求項１７に記載のビーム照射装置。
19. 前記データ処理部は、前記測定器が計測した角度分布の時間変化値を時間について積分することにより、前記荷電粒子ビームに関する前記走査方向の角度分布を算出することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
20. 前記データ処理部の算出結果を出力するデータ出力部をさらに備え、
    前記出力部は、前記算出した角度分布を、前記荷電粒子ビームのビーム強度を示す軸および前記角度成分の軸を有する座標系に可視化することを特徴とする請求項１８または１９に記載のビーム照射装置。
21. 前記データ処理部は、前記算出した実効照射エミッタンスが所定条件を満たすか否かを判定し、前記所定条件を満たすと判定する場合に前記対象物への荷電粒子ビームの照射を開始させることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載のビーム照射装置。
22. 荷電粒子ビームを対象物に照射するビーム照射方法であって、
    荷電粒子ビームを所定の走査方向に往復走査させることと、
    計測対象とする領域に入射する荷電粒子の角度成分が計測可能な測定器を用いて、前記走査方向に往復走査される荷電粒子ビームが前記計測対象とする領域を通過して前記測定器に入射する時間にわたって、前記荷電粒子ビームについての角度分布の時間変化値を計測することと、
    計測した角度分布の時間変化値に含まれる時間情報を位置情報に変換して、荷電粒子ビームの実効照射エミッタンスを算出することと、
    を備え、
    前記実効照射エミッタンスは、前記走査方向に走査されて前記計測対象とする領域に入射する荷電粒子ビームの一部を足し合わせることで形成されうる仮想的なビーム束についての前記走査方向のエミッタンスを表すことを特徴とするビーム照射方法。

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