JP4285547B2 - ビーム電流波形の測定方法および測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばイオン注入装置に用いられるものであって、複数のビーム検出器をＸ方向（例えば水平方向。以下同様）に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する測定方法および測定装置に関する。

図１は、イオン注入装置の一例を示す概略平面図である。このイオン注入装置は、イオンビーム４を射出するイオン源２と、このイオン源２からのイオンビームが入射され当該イオンビーム４から所望質量のイオンビーム４を分離して取り出す質量分離器６と、この質量分離器６からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４を加速または減速する加減速器８と、この加減速器８からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４から所望エネルギーのイオンビーム４を分離して取り出すエネルギー分離器１０と、このエネルギー分離器１０からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４をＸ方向に走査する走査器１２と、この走査器１２からのイオンビーム４が入射され当該イオンビーム４を曲げて走査器１２と協働してイオンビーム４をＸ方向に平行走査するビーム平行化器１４と、このビーム平行化器１４からのイオンビーム４の照射領域内でウエハ１６をＸ方向と実質的に直交するＹ方向（例えば垂直方向。以下同様）に沿う方向に機械的に往復走査（往復駆動）するウエハ駆動装置２０とを備えている。

ビーム平行化器１４を出たイオンビーム４に着目し、その設計上の進行方向をＺ方向とすると、このＺ方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向が前記Ｘ方向およびＹ方向である。ビーム平行化器１４を出たイオンビーム４は、この設計上の進行方向Ｚに対して実質的に平行に走査される。これを平行走査と呼んでいる。「設計上の進行方向」というのは、所定の進行方向、即ち本来進むべき進行方向のことである。

質量分離器６は、例えば、磁界によってイオンビーム４の質量分離を行う質量分離電磁石である。加減速器８は、例えば、複数枚の電極を有していて静電界によってイオンビーム４の加減速を行う加減速管である。エネルギー分離器１０は、例えば、磁界によってイオンビーム４のエネルギー分離を行うエネルギー分離電磁石である。走査器１２は、例えば、磁界によってイオンビーム４の走査を行う走査電磁石である。ビーム平行化器１４は、例えば、磁界によってイオンビーム４の平行化を行うビーム平行化電磁石である。ウエハ駆動装置２０は、ウエハ１６を保持するホルダ１８を有している。

上記構成によって、所望の質量および所望のエネルギーのイオンビーム４をＸ方向に平行走査しながらウエハ１６に照射すると共に、このイオンビーム４に対してウエハ１６をＹ方向に沿う方向に機械的に往復走査して、ウエハ１６の全面にイオンビーム４を照射してイオン注入を行うことができる。このように、イオンビーム４の電磁気的な走査とウエハ１６の機械的な走査とを併用する方式は、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる。

例えば上記のようなイオン注入装置において、例えばイオンビーム４の平行度測定やイオンビーム４の走査波形整形等のために、Ｘ方向に走査されるイオンビームの波形（即ち時間的変化）を、ウエハ１６の近傍でＸ方向の複数箇所において測定することが重要である。この重要性は、例えば、ウエハ１６の大型化およびウエハ１６の表面に形成される半導体デバイスの微細化等に伴ってより大きくなる。

上記イオンビーム４のビーム電流波形の測定は、従来は図２または図３に示す測定方法で行っていた。いずれの測定方法も、イオンビーム４を受けてそのビーム電流Ｉｂを検出する複数の（例えば１０個〜数十個程度の）ビーム検出器３２をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタ３０を、上記ウエハ１６の上流側近傍または下流側近傍に設けておいて、このビームモニタ３０によって、矢印Ｂに示すようにＸ方向に走査されるイオンビーム４を受けて、各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を測定するものである。各ビーム検出器３２は、例えばファラデーカップである。

その内、図２に示す測定方法は、ビームモニタ３０を構成する各ビーム検出器３２を、スイッチＳをそれぞれ介して一つの電流測定器４０に接続しておき、スイッチＳを一つずつ切り換えて（即ち択一的に）順次オン状態にすることによって、一つの電流測定器４０を用いて、各ビーム検出器３２に流入するビーム電流Ｉｂの波形を順次測定するものである。スイッチＳの切り換えは、測定の合間に行う。即ち、イオンビーム４を走査して測定を行ない、スイッチＳを切り換え、更にイオンビーム４を走査して測定を行う、という工程を繰り返す。

上記電流測定器４０を用いて測定されるビーム電流波形の一例を図４に示す。これに似た（必ずしも同一とは限らない）ビーム電流波形が、各ビーム検出器３２について得られる。このビーム電流波形の横幅は、イオンビーム４の走査速度が実質的に一定であるのでイオンビーム４のＸ方向のビーム幅（図６等のビーム幅Ｗｂ参照）に応じて変わり、高さは、イオンビーム４のビーム電流密度に応じて変わる。

なお、特許文献１には、ｎ本の導体が引き出されているビームモニタ（多点ビームモニタ）について、一つの電流測定器（ビーム電流変換器）を用いる測定方法が記載されており、これは上記図２に示す測定方法に相当する。

図３に示す測定方法は、ビームモニタ３０を構成する各ビーム検出器３２に電流測定器４０をそれぞれ接続しておき、各電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を同時に測定するものである。各電流測定器４０を用いて測定されるビーム電流波形は、それぞれ、例えば上記図４を参照して説明したようなものになる。

特許第３４５６３１８号公報（段落０００９、図６）

上記図２に示す測定方法の場合は、電流測定器４０が一つであるために、測定精度が全てのビーム検出器３２について同一になるという利点があるけれども、各ビーム検出器３２ごとにスイッチＳを一つずつ順次切り換えてビーム電流波形を測定するために、測定に長時間を要するという課題がある。

また、スイッチＳを高速で切り換えるようにするにしても、スイッチＳの切換遅れ時間や電流測定器４０の応答遅れ時間等による待ち時間を要するので、高速化には限界がある。しかも、各スイッチＳの寿命低下や接続の信頼性低下という別の問題が発生する。

上記図３に示す測定方法の場合は、全てのビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に、従って短時間で測定することができるという利点があるけれども、電流測定器４０がビーム検出器３２ごとに設けられているために、電流測定器４０の測定精度を統一するのが困難であり、従って測定精度が低下するという課題がある。また、電流測定器４０の数が多いという課題もある。

そこでこの発明は、複数のビーム検出器を有するビームモニタの各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を、少ない数の電流測定器を用いて短時間で精度良く測定することができる測定方法および測定装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係るビーム電流波形の測定方法および測定装置の一つでは、前記ビームモニタを構成する各ビーム検出器を、スイッチをそれぞれ介して一つの電流測定器に接続しておく。

そして、この発明に係る第１の測定方法では、各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器の総数をｐとし、ｎを０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数とすると、次の数１またはそれと数学的に等価の式を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にするという条件を満たしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定する測定工程と、同時にオン状態にしているスイッチを前記条件の下で切り換える切換工程とを繰り返す。
［数１］
Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝

また、この発明に係る第２の測定方法では、二つのスイッチを同時にオン状態にしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定する第１測定工程を、同時にオン状態にしている二つのスイッチを前記ビームモニタのＸ方向の両端のビーム検出器に接続されている二つのスイッチから順に一つずつ内側へ切り換えて繰り返し、しかも、各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器の総数をｐ、同時にオン状態にしている二つのスイッチに接続されている二つのビーム検出器間に存在するビーム検出器の数をｎ（ｎは０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数）とすると、次の数２またはそれと数学的に等価の式を満たす範囲で前記第１測定工程を繰り返し、数２またはそれと数学的に等価の式を満たさなくなった以降は、残りのスイッチを一つずつオン状態にしている状態で前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定する第２測定工程を行う。
［数２］
Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝

この発明に係るビーム電流波形の測定方法および測定装置の他のものでは、前記ビームモニタを構成するビーム検出器を、一つ置きに第１グループと第２グループとに属させて、第１グループの各ビーム検出器をスイッチをそれぞれ介して第１の電流測定器に接続し、第２グループの各ビーム検出器をスイッチをそれぞれ介して第２の電流測定器に接続しておく。

そして、この発明に係る第３の測定方法では、各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、第１グループおよび第２グループのビーム検出器の総数をそれぞれｑ、ｒとし、ｎを０≦ｎ≦（ｑ−２）の整数、ｍを０≦ｍ≦（ｒ−２）の整数とすると、第１グループのビーム検出器用のスイッチについて、次の数３またはそれと数学的に等価の式を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にし、かつ第２グループのビーム検出器用のスイッチについて、次の数４またはそれと数学的に等価の式を満たすｍ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にするという条件を満たしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記第１および第２の電流測定器に流入するビーム電流の波形をそれぞれ測定する測定工程と、第１グループのビーム検出器用のスイッチおよび第２グループのビーム検出器用のスイッチについて、同時にオン状態にしているスイッチを前記条件の下で切り換える切換工程とを繰り返す。
［数３］
Ｗｂ＜｛（２ｎ＋１）Ｗｆ＋２（ｎ＋１）Ｗｓ｝
［数４］
Ｗｂ＜｛（２ｍ＋１）Ｗｆ＋２（ｍ＋１）Ｗｓ｝

この発明に係る測定装置は、前記工程に相当する処理および測定データ記憶の制御を行う制御装置を備えている。

請求項１または４に記載の発明によれば、複数のスイッチを同時にオン状態にしていても、数１または数５の条件を満たすことによって、電流測定器に流入するビーム電流の波形は、オン状態のスイッチに接続されている複数のビーム検出器に流入するビーム電流の波形がそれぞれ時間的に分離された波形となるので、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を分離して測定することができる。従って、一つの電流測定器を用いて、複数のビーム検出器に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。

その結果、複数のビーム検出器を有するビームモニタの各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を、一つという少ない数の電流測定器を用いて短時間で測定することができる。しかも、電流測定器が一つであり、測定精度が全てのビーム検出器について同一になるので、精度の良い測定を行うことができる。

請求項２または５に記載の発明によれば、複数のスイッチを同時にオン状態にしていても、数２または数６の条件を満たす範囲では、電流測定器に流入するビーム電流の波形は、オン状態のスイッチに接続されている二つのビーム検出器に流入するビーム電流の波形がそれぞれ時間的に分離された波形となるので、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を分離して測定することができる。従って、一つの電流測定器を用いて、二つのビーム検出器に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。

その結果、複数のビーム検出器を有するビームモニタの各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を、一つという少ない数の電流測定器を用いて短時間で測定することができる。しかも、電流測定器が一つであり、測定精度が全てのビーム検出器について同一になるので、精度の良い測定を行うことができる。

更に、同時にオン状態にしている二つのスイッチを、ビームモニタの両端のビーム検出器に接続されている二つのスイッチから順に一つずつ内側へ切り換えて第１測定工程を繰り返すので、スイッチ切り換えの組み合わせが単純になり、測定や制御が簡単になる。

また、第１測定工程では、イオンビームのビーム幅に応じて、二つのビーム検出器で同時にビーム電流波形を測定することができる回数を最大にすることができる。

請求項３または６に記載の発明によれば、複数のスイッチを同時にオン状態にしていても、数３、数４または数７、数８の条件を満たすことによって、第１または第２の電流測定器に流入するビーム電流の波形は、オン状態のスイッチに接続されている複数のビーム検出器に流入するビーム電流の波形がそれぞれ時間的に分離された波形となるので、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を分離して測定することができる。従って、第１および第２の電流測定器を用いて、それぞれ、複数のビーム検出器に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。

その結果、複数のビーム検出器を有するビームモニタの各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を、二つという少ない数の電流測定器を用いて短時間で測定することができる。しかも、電流測定器が二つであり、多数の電流測定器の場合に比べて測定精度を互いに揃えるのは容易であるので、精度の良い測定を行うことができる。

更に、電流測定器を二つ用いるので、請求項１、４記載の発明に比べて、同じビーム幅で比較すると、一度に２倍の数のビーム検出器を選択してビーム電流波形を測定することができる。従ってその分、測定に要する時間を短縮することができる。また、ビーム検出器を一つ置きに第１グループと第２グループとに属させるので、請求項１、４記載の発明に比べて、一つの電流測定器について一度に選択するビーム検出器の数が同じ場合で比較すると、より大きいビーム幅に対応することができる。

また、一方のグループのビーム検出器およびそれ用の電流測定器を用いてビーム電流波形を測定している間に、他方のグループのビーム検出器用のスイッチを切り換えることができ、それによって、スイッチの切換遅れ時間や電流測定器の応答遅れ時間等による待ち時間の発生を抑えて、測定に要する時間をより短縮することもできる。

図５は、この発明に係るビーム電流波形の測定方法を実施する測定装置の一例を示す図である。図２、図３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。

また、以下においては、スイッチＳの特定を容易にするために、上記ビームモニタ３０を構成するビーム検出器３２の総数を一例として１６個（即ち後述するｐ＝１６）とし、その各ビーム検出器３２に接続されるスイッチＳの符号をＸ方向の一方端からＳ１〜Ｓ１６としているが、これらの数は１６個に限られるものではない。また、スイッチの位置を特定する必要がない場合は、スイッチの符号は単にＳを用いる。図９に示す測定装置６０ｂにおいても同様である。

この測定装置６０ａでは、上記ビームモニタ３０を構成する各ビーム検出器３２は、スイッチＳ１〜Ｓ１６をそれぞれ介して、一つの電流測定器４０に接続している。スイッチＳ１〜Ｓ１６は、例えばリレー（継電器）である。電流測定器４０は、例えば、電流を電圧に変換するカレントトランスデューサを有している。後述する電流測定器４２も同様である。

この測定装置６０ａは、制御装置５０を備えており、この例では電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの測定データは、制御装置５０に取り込まれ、その内部の記憶装置（記憶手段）５２に記憶される。但し、記憶装置５２を制御装置５０の外部に設けても良い。図５では制御装置５０から各スイッチＳ１〜Ｓ１６への制御ラインの図示を簡略化しているが、制御ラインは各スイッチＳ１〜Ｓ１６にそれぞれつながっており、制御装置５０は各スイッチＳ１〜Ｓ１６をそれぞれ独立してオンオフすることができる。図９に示す測定装置６０ｂにおいても同様である。

上記測定装置６０ａによって、各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を測定する第１の測定方法を説明する。

この測定方法では、上記スイッチＳ１〜Ｓ１６の内の複数のスイッチＳを所定の条件の下で同時にオン状態にしている状態で、Ｘ方向に走査されるイオンビーム４をビームモニタ３０で受けて、電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を測定する（これを測定工程と呼ぶ）。

上記所定の条件とは、図６を参照して、各ビーム検出器３２のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器３２のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビーム４のＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器３２の総数をｐとし、ｎを０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数とすると、次の数９（またはそれと数学的に等価の式。他の式においても同様）を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチＳを同時にオン状態にすることである。この式は、上記数１、数２、数５および数６と同じ式である。

［数９］
Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝

例えば、イオンビーム４のビーム幅Ｗｂが図６中に示すイオンビーム４ａのようなビーム幅Ｗｂの場合はｎ＝０（即ち０個ずつ飛ばすこと）で数９を満たし、イオンビーム４ｂのようなビーム幅Ｗｂの場合はｎ＝１（即ち１個ずつ飛ばすこと）で初めて数９を満たし、イオンビーム４ｃのようなビーム幅Ｗｂの場合はｎ＝２（即ち２個ずつ飛ばすこと）で初めて数９を満たすことができる。０個ずつ飛ばすということは、取りも直さず１個も飛ばさないということである。

従って、例えば、数９を満たす条件の下で最小の整数ｎを選定すれば良い。そのようにすれば、最小の間隔で複数のスイッチＳを同時にオン状態にすることができるので、同時にオン状態にすることができるスイッチＳの数を、即ち同時に測定可能な測定点数を最大にすることができる。

なお、走査されて広がった走査ビームに対して、その走査の元になるイオンビーム４をスポット状のイオンビーム４と呼ぶことがあるが、このスポット状のイオンビーム４の断面形状は、特定のものに限定されるものではない。例えば、円形、長円形、楕円形、四角形、その他の形状でも良い。

複数の一例として二つのスイッチＳを同時にオン状態にする場合を例に説明すると、仮に数９を満たさない整数ｎの場合（例えば図６中に示すイオンビーム４ｂでｎ＝０の場合）は、当該二つのスイッチＳに接続されている二つのビーム検出器３２に同時にイオンビーム４が入射することが起こるので、電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形は例えば図７に示すようになり、二つのビーム検出器３２に流入するビーム電流の二つの波形４４ａ、４４ｂが互いにつながったものになる。即ち、両波形４４ａ、４４ｂ間でビーム電流Ｉｂが実質的にゼロにならない。これでは、両ビーム電流波形４４ａ、４４ｂの境界が不明確であるので、両ビーム電流波形４４ａ、４４ｂを分離して測定することはできない。

これに対して、数９を満たす整数ｎの場合は、オン状態の二つのスイッチＳに接続されている二つのビーム検出器３２に同時にイオンビーム４が入射することは起こらないので、電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形は例えば図８に示すようになり、二つのビーム検出器３２に流入するビーム電流の二つの波形４４ａ、４４ｂが互いに時間的に分離されたものになる。即ち、両ビーム電流波形４４ａ、４４ｂ間に、ビーム電流Ｉｂが実質的にゼロになる時期が存在する。両ビーム電流波形４４ａ、４４ｂ間の隔たりは、同時にオン状態にしているスイッチＳに接続されている二つのビーム検出器３２間の距離に依る。

従って、両ビーム電流波形４４ａ、４４ｂを分離して測定することができる。例えば、ビーム電流Ｉｂが実質的にゼロの時点、またはビーム電流Ｉｂのピーク値の数％をしきい値として当該しきい値を下回った時点を境目にして、電流測定器４０によるビーム電流Ｉｂの測定データを分割すれば良い。この分割処理を、例えば制御装置５０において制御ソフトウエアによって行えば良い。

以上のようにして、この第１の測定方法によれば、一つの電流測定器４０を用いて、二つのビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。

三つ以上のスイッチＳを同時にオン状態にする場合も、上記と同様である。

そして、同時にオン状態にしているスイッチＳを上記所定の条件の下で切り換えることによって（これを切換工程と呼ぶ）、他のビーム検出器３２についても、一つの電流測定器４０を用いて、複数のビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。このスイッチＳの切り換えは、例えば、測定工程の合間に行えば良い。そして、上記測定工程と上記切換工程とを繰り返すことによって、ビームモニタ３０を構成する全てのビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形をそれぞれ測定することができる。

表１は、ｎ＝５にして、基本的に三つのスイッチＳを同時にオン状態にする場合のスイッチＳ１〜Ｓ１６のオン状態の一例を示すものである。この例では、６回の測定工程で、１６個全てのビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形をそれぞれ測定することができる。ビーム検出器３２を１６個とすると、図２に示した従来の測定方法では１６回の測定工程が必要であるので、それに比べて測定工程数を大幅に減らすことができる。その結果、短時間で（換言すれば高速で）測定を行うことができる。

このように、上記第１の測定方法によれば、一つの電流測定器４０を用いて、複数のビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができるので、複数のビーム検出器３２を有するビームモニタ３０の各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を、一つという少ない数の電流測定器４０を用いて短時間で測定することができる。しかも、電流測定器４０が一つであり、図３に示した従来の測定方法のようにビーム検出器３２ごとに電流測定器４０を設ける場合と違って、測定精度が全てのビーム検出器３２について同一になるので、精度の良い測定を行うことができる。

制御装置５０は、上記測定工程および切換工程に相当する処理並びに測定データ記憶の制御を行うことができる。即ち、制御装置５０は、（ａ）上記数９を満たす条件の下で複数のスイッチＳをオン状態にしている状態で、ビームモニタ３０によってイオンビーム４を受けて電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を測定して当該測定データを記憶装置５２に記憶する測定処理と、（ｂ）同時にオン状態にしているスイッチＳを上記条件の下で切り換える切換工程とを繰り返す制御を実行することができる。

従って、このような制御装置５０を備えている測定装置６０ａは、上記第１の測定方法について述べたのと同様の効果を奏することができる。

次に、第２の測定方法を、表２を参照して、上記第１の測定方法との相違点を主体に説明する。測定装置６０ａの構成は、制御装置５０における制御内容を除いて、図５に示すものと同様である。

この第２の測定方法は、二つのスイッチＳを同時にオン状態にしている状態で、ビームモニタ３０によってイオンビーム４を受けて電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を測定する第１測定工程を、同時にオン状態にしている二つのスイッチＳをビームモニタ３０のＸ方向の両端のビーム検出器３２に接続されている二つのスイッチＳ１、Ｓ１６から順に一つずつ内側へ切り換えて、上記数９を満たす範囲で繰り返し、数９を満たさなくなった以降は、残りのスイッチＳを一つずつオン状態にしている状態でビームモニタ３０によってイオンビーム４を受けて電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を測定する第２測定工程を行うものである。

例えば、イオンビーム４のビーム幅Ｗｂが図６中のイオンビーム４ｂまたは４ｃのようなビーム幅Ｗｂの場合は、ｎ≧２で数９を満たすことができるので、表２中の７回目の測定（この場合はｎ＝２である）まで第１測定工程を繰り返すことができる。即ち、２点（二つのビーム検出器３２）で同時測定可能な回数は７回である。それ以降は、スイッチＳ８またはＳ９を一つずつオン状態にして第２測定工程を行う。

この第２の測定方法の場合も、数９を満たす範囲では、一つの電流測定器４０を用いて、二つのビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができるので、複数のビーム検出器３２を有するビームモニタ３０の各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を、一つという少ない数の電流測定器４０を用いて短時間で測定することができる。しかも、電流測定器４０が一つであり、測定精度が全てのビーム検出器３２について同一になるので、精度の良い測定を行うことができる。

更に、同時にオン状態にしている二つのスイッチＳを、ビームモニタ３０の両端のビーム検出器３２に接続されている二つのスイッチＳ１、Ｓ１６から順に一つずつ内側へ切り換えて第１測定工程を繰り返すので、スイッチ切り換えの組み合わせが単純になり、測定や制御が簡単になる。

また、第１測定工程では、イオンビーム４のビーム幅Ｗｂに応じて、二つのビーム検出器３２で同時にビーム電流波形を測定することができる回数を最大にすることができる。これをより詳しく説明すると、表１のような第１の測定方法だと、イオンビーム４のビーム幅Ｗｂがｎ≧６にしないと数９を満たさないほど大きい場合は、そのビーム幅Ｗｂに応じて、同時にオン状態にするスイッチＳの組み合わせを変える必要があるのに対して、表２のような第２の測定方法だと、イオンビーム４のビーム幅Ｗｂが大きくても小さくても、数９を満たす範囲では、必ず２点同時測定を行うことができる。しかも、２点同時測定を行うことができる回数を、ビーム幅Ｗｂに応じて最大にすることができる。これは、ビーム幅Ｗｂに応じて、数９を満たさなくなる直前の測定回まで、２点同時測定を行うことができるからである。具体的には、ビーム幅Ｗｂが小さいほど、２点同時測定を行うことができる回数を増やすことができる。

また、表２のような第２の測定方法だと、図８を参照して、電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形に含まれる上記二つの波形４４ａ、４４ｂ間の中間の時点Ｔａは、イオンビーム４の走査の片道のほぼ中間になるので、即ちイオンビーム４の走査開始時点を０とし走査周期をＴｓｃとすると次式で一義的に定まるので、この時点Ｔａで測定データを分割すれば良いことになる。従って、測定データの分割処理が容易になる。

［数１０］
Ｔａ≒Ｔｓｃ／４

制御装置５０を、上記第１測定工程および第２測定工程に相当する処理並びに測定データ記憶の制御を行うことができるものにしても良い。即ち、制御装置５０を、（ａ）二つのスイッチＳを同時にオン状態にしている状態で、ビームモニタ３０によってイオンビーム４を受けて電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を測定して当該測定データを記憶装置５２に記憶する第１測定処理を、同時にオン状態にしている二つのスイッチＳをビームモニタ３０のＸ方向の両端のビーム検出器３２に接続されている二つのスイッチＳ１、Ｓ１６から順に一つずつ内側へ切り換えて、上記数９を満たす範囲で繰り返す制御と、（ｂ）数９を満たさなくなった以降は、残りのスイッチＳを一つずつオン状態にしている状態でビームモニタ３０によってイオンビーム４を受けて電流測定器４０に流入するビーム電流Ｉｂの波形を測定して当該測定データを記憶装置５２に記憶する第２測定処理を行う制御を実行することができるものにしても良い。

そのような制御装置５０を備えている測定装置６０ａは、上記第２の測定方法と同様の効果を奏することができる。

図９は、この発明に係るビーム電流波形の測定方法を実施する測定装置の他の例を示す図である。以下においては、図５を参照して説明した上記第１の測定方法および測定装置６０ａとの相違点を主体に説明する。

この測定装置６０ｂでは、上記ビームモニタ３０を構成する複数のビーム検出器３２を、一つ置きに第１グループと第２グループとに属させて、第１グループの各ビーム検出器３２をスイッチＳ（より具体的にはＳ１、Ｓ３、・・・、Ｓ１５）をそれぞれ介して第１の電流測定器４０に接続し、第２グループの各ビーム検出器３２をスイッチＳ（より具体的にはＳ２、Ｓ４、・・・、Ｓ１６）をそれぞれ介して第２の電流測定器４２に接続している。各電流測定器４０、４２に流入するビーム電流Ｉｂの測定データは、制御装置５０に取り込まれ、記憶装置５２に記憶される。

上記測定装置６０ｂによって、各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を測定する第３の測定方法を説明する。

この測定方法では、第１のグループのビーム検出器３２用のスイッチＳの内の複数のスイッチＳを所定の条件の下で同時にオン状態にし、かつ第２グループのビーム検出器３２用のスイッチＳの内の複数のスイッチＳを所定の条件の下で同時にオン状態にしている状態で、Ｘ方向に走査されるイオンビーム４をビームモニタ３０で受けて、電流測定器４０および４２に流入するビーム電流Ｉｂの波形をそれぞれ測定する（これを測定工程と呼ぶ）。

上記所定の条件とは、図１０を参照して、上記と同様に各ビーム検出器３２のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器３２のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビーム４のＸ方向のビーム幅をＷｂとし、かつ第１グループおよび第２グループのビーム検出器３２の総数をそれぞれｑ、ｒとし、ｎを０≦ｎ≦（ｑ−２）の整数、ｍを０≦ｍ≦（ｒ−２）の整数とすると、第１グループのビーム検出器３２用のスイッチＳについて、次の数１１を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチＳを同時にオン状態にし、かつ第２グループのビーム検出器３２用のスイッチＳについて、次の数１２を満たすｍ個ずつ飛ばして複数のスイッチＳを同時にオン状態にすることである。数１１は上記数３および数７と同じ式であり、数１２は上記数４および数８と同じ式である。ｎ＝ｍでも良いし、ｎ≠ｍでも良い。ｑ＋ｒ＝ｐ（ビーム検出器３２の総数）である。

［数１１］
Ｗｂ＜｛（２ｎ＋１）Ｗｆ＋２（ｎ＋１）Ｗｓ｝

［数１２］
Ｗｂ＜｛（２ｍ＋１）Ｗｆ＋２（ｍ＋１）Ｗｓ｝

例えば、イオンビーム４のビーム幅Ｗｂが、図１０中に示すイオンビーム４ｄのようなビーム幅Ｗｂの場合はｎ＝０、ｍ＝０で数１１、数１２をそれぞれ満たし、イオンビーム４ｅのようなビーム幅Ｗｂの場合はｎ＝１、ｍ＝１で初めて数１１、数１２をそれぞれ満たし、イオンビーム４ｆのようなビーム幅Ｗｂの場合はｎ＝２、ｍ＝２で初めて数１１、数１２をそれぞれ満たすことができる。

従って、例えば、数１１および数１２を満たす条件の下で最小の整数ｎおよびｍを選定すれば良い。そのようにすれば、最小の間隔で複数のスイッチＳを同時にオン状態にすることができるので、同時にオン状態にすることができるスイッチＳの数を、即ち同時に測定可能な測定点数を最大にすることができる。

この測定方法の場合も、上記第１の測定方法の場合と同様に、複数のスイッチＳを同時にオン状態にしていても、二つの電流測定器４０、４２にそれぞれ流入するビーム電流Ｉｂの波形は、オン状態のスイッチＳに接続されている複数のビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形がそれぞれ時間的に分離された波形となるので、各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を分離して測定することができる。従って、二つの電流測定器４０、４２を用いて、複数のビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。

そして、第１グループのビーム検出器３２用のスイッチＳおよび第２グループのビーム検出器３２用のスイッチＳについて、同時にオン状態にしているスイッチＳを上記所定の条件の下で切り換えることによって（これを切換工程と呼ぶ）、他のビーム検出器３２についても、電流測定器４０、４２をそれぞれ用いて、複数のビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができる。このスイッチＳの切り換えは、例えば、測定工程の合間に行えば良い。そして、上記測定工程と上記切換工程とを繰り返すことによって、ビームモニタ３０を構成する全てのビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形をそれぞれ測定することができる。

このように、上記第３の測定方法によれば、二つの電流測定器４０、４２を用いて、それぞれ、複数のビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を一度に測定することができるので、複数のビーム検出器３２を有するビームモニタ３０の各ビーム検出器３２に流入するビーム電流の波形を、二つという少ない数の電流測定器４０、４２を用いて短時間で測定することができる。しかも、電流測定器が二つであり、多数の電流測定器の場合に比べて、例えば図３に示した従来の測定方法のようにビーム検出器３２ごとに電流測定器４０を用いる場合に比べて、二つの電流測定器４０、４２の測定精度を互いに揃えるのは容易であるので、精度の良い測定を行うことができる。

更に、二つの電流測定器４０、４２を用いるので、上記第１の測定方法に比べて、同じビーム幅Ｗｂで比較すると、一度に２倍の数のビーム検出器３２を選択してビーム電流波形を測定することができる。従ってその分、測定に要する時間を短縮することができる。また、ビーム検出器３２を一つ置きに第１グループと第２グループとに属させるので、上記第１の測定方法に比べて、一つの電流測定器について一度に選択するビーム検出器３２の数が同じ場合で比較すると、より大きい（例えば２倍程度の）ビーム幅Ｗｂに対応することができる。

また、一方のグループのビーム検出器３２およびそれ用の電流測定器を用いてビーム電流波形を測定している間に、他方のグループのビーム検出器用のスイッチＳを切り換えることができ、それによって、スイッチＳの切換遅れ時間や電流測定器４０、４２の応答遅れ時間等による待ち時間の発生を抑えて、測定に要する時間をより短縮することもできる。

制御装置５０は、この例では、上記測定工程および切換工程に相当する処理並びに測定データ記憶の制御を行うことができる。即ち、制御装置５０は、（ａ）第１グループのビーム検出器３２用のスイッチＳについて、上記数１１を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチＳを同時にオン状態にし、かつ第２グループのビーム検出器３２用のスイッチＳについて、上記数１２を満たすｍ個ずつ飛ばして複数のスイッチＳを同時にオン状態にしている状態で、ビームモニタ３０によってイオンビーム４を受けて電流測定器４０、４２に流入するビーム電流Ｉｂの波形をそれぞれ測定して当該測定データを記憶装置５２に記憶する測定処理と、（ｂ）第１グループのビーム検出器３２用のスイッチＳおよび第２グループのビーム検出器３２用のスイッチＳについて、同時にオン状態にしているスイッチＳを上記測定条件の下で切り換える切換処理とを繰り返す制御を実行することができる。

従って、このような制御装置５０を備えている測定装置６０ｂは、上記第３の測定方法について述べたのと同様の効果を奏することができる。

なお、図３に示した従来例のように電流測定器４０の数が多いと電流測定器４０の測定精度をそれぞれで比較しチェックすることは難しいけれども、上記測定装置６０ｂのように電流測定器が二つの場合は、測定精度を互いに比較しチェックすることも容易である。

イオン注入装置の一例を示す概略平面図である。 従来のビーム電流波形の測定方法の一例を示す図である。 従来のビーム電流波形の測定方法の他の例を示す図である。 ビーム電流波形の一例を示す概略図である。 この発明に係るビーム電流波形の測定方法を実施する測定装置の一例を示す図である。 図５に示す測定装置において複数のスイッチを同時にオン状態にすることができる条件を説明するための図である。 ビーム電流波形の他の例を示す概略図である。 ビーム電流波形の更に他の例を示す概略図である。 この発明に係るビーム電流波形の測定方法を実施する測定装置の他の例を示す図である。 図９に示す測定装置において複数のスイッチを同時にオン状態にすることができる条件を説明するための図である。

符号の説明

４、４ａ〜４ｆ イオンビーム
３０ ビームモニタ
３２ ビーム検出器
４０、４２ 電流測定器
５０ 制御装置
５２ 記憶装置
６０ａ、６０ｂ 測定装置
Ｓ、Ｓ１〜Ｓ１６ スイッチ

Claims (6)

1. イオンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ検出する複数のビーム検出器をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する方法であって、
   前記ビームモニタを構成する各ビーム検出器を、スイッチをそれぞれ介して一つの電流測定器に接続しておき、
   各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器の総数をｐとし、ｎを０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数とすると、次の数１またはそれと数学的に等価の式を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にするという条件を満たしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定する測定工程と、
   同時にオン状態にしているスイッチを前記条件の下で切り換える切換工程とを繰り返す、ことを特徴とするビーム電流波形の測定方法。
   ［数１］
   Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝
2. イオンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ検出する複数のビーム検出器をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する方法であって、
   前記ビームモニタを構成する各ビーム検出器を、スイッチをそれぞれ介して一つの電流測定器に接続しておき、
   二つのスイッチを同時にオン状態にしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定する第１測定工程を、同時にオン状態にしている二つのスイッチを前記ビームモニタのＸ方向の両端のビーム検出器に接続されている二つのスイッチから順に一つずつ内側へ切り換えて繰り返し、
   しかも、各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器の総数をｐ、同時にオン状態にしている二つのスイッチに接続されている二つのビーム検出器間に存在するビーム検出器の数をｎ（ｎは０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数）とすると、次の数２またはそれと数学的に等価の式を満たす範囲で前記第１測定工程を繰り返し、
   数２またはそれと数学的に等価の式を満たさなくなった以降は、残りのスイッチを一つずつオン状態にしている状態で前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定する第２測定工程を行う、ことを特徴とするビーム電流波形の測定方法。
   ［数２］
   Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝
3. イオンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ検出する複数のビーム検出器をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する方法であって、
   前記ビームモニタを構成するビーム検出器を、一つ置きに第１グループと第２グループとに属させて、第１グループの各ビーム検出器をスイッチをそれぞれ介して第１の電流測定器に接続し、第２グループの各ビーム検出器をスイッチをそれぞれ介して第２の電流測定器に接続しておき、
   各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、第１グループおよび第２グループのビーム検出器の総数をそれぞれｑ、ｒとし、ｎを０≦ｎ≦（ｑ−２）の整数、ｍを０≦ｍ≦（ｒ−２）の整数とすると、第１グループのビーム検出器用のスイッチについて、次の数３またはそれと数学的に等価の式を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にし、かつ第２グループのビーム検出器用のスイッチについて、次の数４またはそれと数学的に等価の式を満たすｍ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にするという条件を満たしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記第１および第２の電流測定器に流入するビーム電流の波形をそれぞれ測定する測定工程と、
   第１グループのビーム検出器用のスイッチおよび第２グループのビーム検出器用のスイッチについて、同時にオン状態にしているスイッチを前記条件の下で切り換える切換工程とを繰り返す、ことを特徴とするビーム電流波形の測定方法。
   ［数３］
   Ｗｂ＜｛（２ｎ＋１）Ｗｆ＋２（ｎ＋１）Ｗｓ｝
   ［数４］
   Ｗｂ＜｛（２ｍ＋１）Ｗｆ＋２（ｍ＋１）Ｗｓ｝
4. イオンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ検出する複数のビーム検出器をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する装置であって、
   前記ビームモニタを構成する各ビーム検出器を、スイッチをそれぞれ介して一つの電流測定器に接続しており、
   かつ、（ａ）各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器の総数をｐとし、ｎを０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数とすると、次の数５またはそれと数学的に等価の式を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にするという条件を満たしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定して当該測定データを記憶手段に記憶する測定処理と、（ｂ）同時にオン状態にしているスイッチを前記条件の下で切り換える切換処理とを繰り返す制御を実行する制御装置を備えている、ことを特徴とするビーム電流波形の測定装置。
   ［数５］
   Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝
5. イオンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ検出する複数のビーム検出器をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する装置であって、
   前記ビームモニタを構成する各ビーム検出器を、スイッチをそれぞれ介して一つの電流測定器に接続しており、
   かつ、（ａ）二つのスイッチを同時にオン状態にしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定して当該測定データを記憶手段に記憶する第１測定処理を、同時にオン状態にしている二つのスイッチを前記ビームモニタのＸ方向の両端のビーム検出器に接続されている二つのスイッチから順に一つずつ内側へ切り換えて繰り返し、しかも、各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、ビーム検出器の総数をｐ、同時にオン状態にしている二つのスイッチに接続されている二つのビーム検出器間に存在するビーム検出器の数をｎ（ｎは０≦ｎ≦（ｐ−２）の整数）とすると、次の数６またはそれと数学的に等価の式を満たす範囲で前記第１測定処理を繰り返す制御と、（ｂ）数６またはそれと数学的に等価の式を満たさなくなった以降は、残りのスイッチを一つずつオン状態にしている状態で前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記電流測定器に流入するビーム電流の波形を測定して当該計測データを前記記憶手段に記憶する第２測定処理を行う制御とを実行する制御装置を備えている、ことを特徴とするビーム電流波形の測定装置。
   ［数６］
   Ｗｂ＜｛ｎ・Ｗｆ＋（ｎ＋１）Ｗｓ｝
6. イオンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ検出する複数のビーム検出器をＸ方向に等間隔で並べたビームモニタによって、Ｘ方向に走査されるイオンビームを受けて、各ビーム検出器に流入するビーム電流の波形を測定する装置であって、
   前記ビームモニタを構成するビーム検出器を、一つ置きに第１グループと第２グループとに属させて、第１グループの各ビーム検出器をスイッチをそれぞれ介して第１の電流測定器に接続し、第２グループの各ビーム検出器をスイッチをそれぞれ介して第２の電流測定器に接続しており、
   かつ、（ａ）各ビーム検出器のビーム入射孔のＸ方向の幅をＷｆ、隣り合うビーム検出器のビーム入射孔間のＸ方向の間隔をＷｓ、イオンビームのＸ方向のビーム幅をＷｂ、第１グループおよび第２グループのビーム検出器の総数をそれぞれｑ、ｒとし、ｎを０≦ｎ≦（ｑ−２）の整数、ｍを０≦ｍ≦（ｒ−２）の整数とすると、第１グループのビーム検出器用のスイッチについて、次の数７またはそれと数学的に等価の式を満たすｎ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にし、かつ第２グループのビーム検出器用のスイッチについて、次の数８またはそれと数学的に等価の式を満たすｍ個ずつ飛ばして複数のスイッチを同時にオン状態にするという条件を満たしている状態で、前記ビームモニタによってイオンビームを受けて前記第１および第２の電流測定器に流入するビーム電流の波形をそれぞれ測定して当該測定データを記憶手段に記憶する測定処理と、（ｂ）第１グループのビーム検出器用のスイッチおよび第２グループのビーム検出器用のスイッチについて、同時にオン状態にしているスイッチを前記条件の下で切り換える切換処理とを繰り返す制御を実行する制御装置を備えている、ことを特徴とするビーム電流波形の測定装置。
   ［数７］
   Ｗｂ＜｛（２ｎ＋１）Ｗｆ＋２（ｎ＋１）Ｗｓ｝
   ［数８］
   Ｗｂ＜｛（２ｍ＋１）Ｗｆ＋２（ｍ＋１）Ｗｓ｝

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