JP5181249B2 - ビーム角度の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、イオン注入システムに関し、より詳しくは、イオンビームの２つの入射角度を測定するためのシステム、装置、及び方法に関する。

半導体デバイス及び他の製品の製造において、半導体ウエハ、ディスプレイパネル、又は他の加工物に不純物（ドーパント元素）をドーピングするために、イオン注入装置が使用される。典型的なイオン注入装置又はイオン注入システムは、イオンビームを用いて加工物を処理することによって、ｎ型又はｐ型のドープ領域を形成するか、又は、加工物中にパッシベーション層を形成するものである。半導体のドーピングに用いた場合、イオン注入システムは、選択されたイオン種を射出し、所望の不純物半導体を形成する。典型的には、ドーパント原子又は分子をイオン化して分離し、又、場合によっては加速又は減速することによってビームを形成し、ウエハ上を掃引するものである。このためには、例えば、ウエハを「走査」するようにイオンビームを調節するものであってもよく、あるいは、軌道が略固定されたイオンビームに対してウエハを移動させるものであってもよい。これによって、ドーパントイオンは、ウエハの表面に物理的に衝突して侵入し、次いで、表面の下側で静止に至る。

典型的なイオン注入システムは、一般に、精巧なサブシステムの集合体であり、各サブシステムは、ドーパントイオンに対してそれぞれ特有の動作を実施する。ドーパント元素は、気体として導入することも、又は、固体として導入した後に気化することもできる。ドーパント元素は、イオン化チャンバーの内部に配置され、適切なイオン化処理によってイオン化される。例えば、イオン化チャンバーは、低圧（例えば、真空）に維持されるとともに、内部にフィラメントが配置され、フィラメント源から電子が発生する点まで加熱される。それによって、負電荷を有する電子は、フィラメント源から、チャンバー内の反対の極性に帯電した陽極に誘引される。ここで、電子は、フィラメントから陽極への移動の間に、ドーパントイオン源元素（例えば、原子又は分子）と衝突し、イオン源元素から複数の正イオンが発生する。

但し、一般には、所望の正イオンに加えて、他の不要な正イオンも発生する。したがって、分析、質量分析、選択、又はイオン分離と呼ばれる処理によって、複数のイオンから所望のドーパントイオンが選択される。このような選択は、例えば、磁界を発生する質量分析装置を用い、イオンを、イオン化チャンバーからこの磁界中を通じて移動させることによって達成される。通常、イオンは、イオン化チャンバーから比較的高速で出射され、その後、磁界によって弧状に曲げられる。弧の半径は、個々のイオンの質量、速さ、及び磁界の強さによって決定される。そして、質量分析装置の出口は、１つのイオン種（例えば、所望のドーパントイオン）のみが質量分析装置から出られるように設定される。

続いて、所望のイオンをイオン光学要素を通じて輸送することもできる。イオン光学要素は、イオンを収束するか、又は、イオンの軌道に影響を及ぼすように、イオンを操作する目的を果すものであり、通常、イオン軌道の角度をイオン注入の要件に適合させるものである。あるいは、イオンのエネルギーをイオン注入の要件に適合するように変更するか、又は、比較的大きなサイズの加工物に対応するためにイオンを偏向するものであってよい。イオン注入システムにおいて、加工物に対する所望のイオン注入を達成するために、これらの操作の任意のいずれか又は全てを使用することができる。

続いて、ドーパントイオンは、エンドステーション内に配置されたターゲット加工物に向けて導かれる。その結果、ドーパントイオンは、例えば、「ペンシル」形又はスポットビームの形で、特定のビーム強度及びエミッタンス（emittance）でもって加工物に衝突する。ここで、ビーム強度は、通常、加工物に衝突する単位時間当たりの粒子数の、加工物上の位置の関数としての測定値であり、エミッタンスは、位置の関数としてのイオンビームの角度分布（例えば、入射角度）である。通常、ビーム強度及びエミッタンスは、予想される値又は所望の値で、実質的に均一であることが望ましい。

典型的には、加工物の表面に対して水平及び垂直の両方向におけるイオンビームのエミッタンスを特定することが望ましい。しかしながら、水平及び垂直の両方向のエミッタンスを測定可能な従来のエミッタンス測定装置は、相当に複雑なもの（したがって、イオン注入システムの複雑さを増大させるもの）であるか、又は／及び、イオンビームの水平及び垂直の両方向の入射角度を特定するために、測定装置の水平及び垂直の両方向への移動を要するものであった。したがって、現在、イオンビームのエミッタンスを特定するための改善されたシステム及び方法であって、適切なエミッタンス測定を達成するための、複雑性の低い、一軸移動の測定装置を備えたシステム及び方法に対する要望がある。

本発明は、イオン注入システムにおけるイオンビームの２つの入射角度を特定するためのシステム、装置、及び方法を提供することによって、先行技術の限界を克服するものである。次に、本発明のいくつかの態様の基本的な理解に供するために、本発明の簡単な要約を記載する。この要約は、本発明の完全な概要ではなく、又、本発明の重要又は必須の構成要素を同定するものでも、本発明の範囲を規定するものでもない。この要約の目的は、後述する詳細な説明の導入として、本発明のいくつかの概念を簡単に提示することである。

本発明は、イオン注入システム及び加工物に入射するイオンビームの角度を測定するための装置に関するものである。本発明の１つの例示的な態様に従って、イオン注入システムは、イオンビームを形成するように動作可能なイオン注入装置と測定装置とを有しており、前記測定装置は、更に、前記測定装置の平面に関連する延長型第１センサと延長型第２センサを含むものである。前記延長型第１センサは、例えば、前記測定装置の前記平面に沿って第１方向に延在するとともに、前記イオンビームの１つ又は複数の特性を検知するように動作可能なものである。又、前記延長型第２センサは、前記延長型第１センサに対する傾斜角を有して前記第平面に沿って延在するとともに、前記イオンビームの１つ又は複数の特性を検知するように動作可能なものである。

本発明の別の例示的な態様に従って、前記イオン注入システムは、移動機構を備えており、前記移動機構は、前記イオン注入装置及び前記測定装置に動作可能に結合されるとともに、前記測定装置を、前記延長型第１センサに対して略直交する方向に、前記イオンビームの経路を横切って移動させるように動作可能なものである。
これによって、前記移動機構は、前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサを、前記イオンビームを横切って移動させるように動作可能なものであり、前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサが前記イオンビームを通過する際に、前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサにより、１つ又は複数の特性、例えばビーム電流、のピーク又は最大値を特定することが可能となる。前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサのそれぞれによって検知されたビーム電流のピークに関連する、前記測定装置の１つ又は複数の時刻及び位置は、コントローラに供給される。前記コントローラは、前記イオンビームの、前記測定装置の前記平面に対する第１ビーム角度及び第２ビーム角度を特定するように動作可能なものである。

本発明の別の例示的に態様に従って、前記第１ビーム角度及び前記第２ビーム角度は、前記ビーム電流の第１ピーク及び第２ピークが検知されたときの前記測定装置の位置と、前記イオンビームが前記測定装置の平面に直交する方向から衝突する場合の前記イオンビームの既知の位置に、少なくとも部分的に基いて特定されるものである。前記測定装置が前記延長型第１センサに略直交する一軸方向に移動する場合、前記第１ビーム角度及び前記第２ビーム角度を特定するために、更に、前記測定装置の上流の前記イオンビームの既知の位置と、前記直交する方向から衝突する場合の前記イオンビームの前記既知の位置との間の距離が使用される。
このように、前記測定装置の一軸方向の移動を使用して、加工物に対する前記イオンビームの二次元の角度を特定することが可能となり、これによって、測定装置の運動に対して複雑な第２の自由度を追加することなく、前記イオンビームの特性を取得することが可能となる。

上述した目的及び関連する目的を達成するために、本発明は、ここに詳述され、又、特に、請求項に記載された特徴を含むものである。以下の説明および添付図面は、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明するものであるが、これらの実施形態は、本発明の原理を使用可能な様々な方法のうちの幾つかのみを示すものである。本発明の他の目的、利点、及び新規な特徴は、以下の詳細な説明を図面とともに考慮すれば、明らかなものである。

本発明は、イオン注入システムにおけるイオンビームの１つ又は複数の角度を測定するためのシステム、装置、及び方法に関するものである。より詳細には、本発明は、イオンビームを横切って一軸に沿って測定装置を移動させることによって、二次元のイオンビーム角度を測定するためのシステム、装置、及び方法に関する。以下、図面を参照して本発明を説明するが、以下の説明を通じて、同様の要素には同一の参照符号を付して参照する。尚、以下の実施形態の説明は、例示的なものであり、本発明は、これらの実施形態によって限定されるものではない。以下に、説明を目的として、本発明の完全な理解に供するための多くの特定の詳細事項が記載されているが、本発明が、これらの特定の詳細事項を用いることなく実現可能であることは、当業者にとって明らかである。

イオンビームのプロファイル及び角度含有量（angular content）は、イオン注入の均一性を決定する上で重要であるとともに、イオン注入処理の間に均一性を向上させるための調整を実施する上でも重要なものである。均一性に関連する特性の１つは、イオンビームの強度であり、イオンビーム強度は、イオンビームの断面の所定の位置における単位時間当たりの粒子数である。均一性に関連する別の特性は、イオンビーム角度であり、イオンビーム角度は、イオンビームがターゲット加工物に向けて移動する軌道の関数としての、イオンビームの角度方向である。イオンビーム角度は、通常、加工物の表面をなす平面の法線方向とイオンビーム（例えば、「ペンシル」形ビーム）の軌道との間の角度として定義され、この角度は、加工物の平面に対して二次元方向に測定される。

特定のイオン注入装置（例えば、逐次式イオン注入装置のいくつかのタイプ）では、イオンビームの軌道を略固定状態にし、加工物の平面をイオンビームの経路を横切るように走査することによって、加工物に対してイオンビームを走査する。あるいは、ターゲット加工物の方を一平面内に略固定状態とし、イオンビームを加工物の表面に渡って走査することもできる。他のイオン注入装置（例えば、通常、バッチ式イオン注入装置と呼ばれるイオン注入装置）では、回転ディスク又はプラテンを使用して、その上に複数の加工物を略固定するとともに、軌道が固定されたイオンビームを横切るように回転させることもできる。本発明は、このようなすべての類型のイオン注入装置上に実装することが可能であり、このような実装形態の全てが、本発明の範囲に含まれるものである。

逐次式イオン注入装置では、ターゲット加工物の様々な部分が、イオンビームの異なる部分によって注入される可能性があるため、イオンビームのプロファイル及び角度含有量は、逐次式イオン注入装置による注入の均一性を決定する上で、特に重要である。更に、角度含有量及び／又はプロファイルを、イオン注入を実施する前に調整する必要がある場合もあり、そのような調整は、ターゲット加工物に渡る実質的に均一な注入を達成するために実施される。本発明は、ターゲット加工物の表面に対して二次元方向の入射角度値を特定することによって、半導体デバイスの製造を容易にするものである。又、二次元方向の入射角度値を特定することにより、例えば、イオンビームの発生及び／又はイオンビームの送出を調整することによってイオン注入装置を調整し、所望のイオン注入の結果を容易に得るものである。更に、このような調整は、イオンビームの均一性を改善するために使用することができるとともに、このような調整を使用して、「傾き」角度（例えば、イオン注入の所望の角度）を好適な値に変更することも可能となる。

ここで図面を参照すると、図１は、例示的なイオン注入システム１００を簡略化して示す図であり、このイオン注入システムは、本発明の１つ又は複数の態様を実装するために好適なものである。システム１００は、イオン注入装置１０２及び測定装置１０４を含み、これらのイオン注入装置及び測定装置は、更に、コントローラ１０６に動作可能に結合されている。コントローラ１０６は、例えば、１つ又は複数のイオン注入装置１０２及び測定装置１０４の動作を、後述する本発明の１つ又は複数の態様に従って、実質的に制御するように動作可能なものである。尚、図１に示すイオン注入システム１００は、例示の目的のために使用するものであり、イオン注入システムのすべての態様、構成要素、及び特徴を含むものではない。例示的なイオン注入システム１００は、本発明の更なる理解を容易にするために、図示されたものである。

例えば、イオン注入システム１００に関連するイオン注入装置１０２は、通常、多数のイオンを発生するためのイオン源１０８を含んでいる。これらの多数のイオンは、イオンビーム経路Ｐに沿って移動可能なものであり、それによって、加工物１１２（例えば、半導体ウエハ、ディスプレイパネル等）に対してイオンを注入するためのイオンビーム１１０が形成される。イオン源１０８は、例えば、プラズマチャンバー１１４を含み、プラズマチャンバーに対してパワーを供給することにより、その内部で処理ガス（図示は省略する）から正イオンが発生する。処理ガスは、イオン化可能ガス、又は気化された固体イオン源材料、又は予め気化された化学種のようなイオン源材料を含むものであってもよい。例えば、加工物１１２へのｎ型の注入の場合、イオン源材料は、ホウ素、ガリウム、又はインジウムを含むものであってもよい。ｐ型の注入の場合、イオン源材料は、ヒ素、リン、又はアンチモンを含むものであってもよい。

イオン源１０８は、更に、関連する引出アセンブリ１２０を含み、引出アセンブリに引出電圧が印加されると、荷電イオンがイオン源から引出される。更に、イオン源１０８の下流には、ビームラインアセンブリ１２２が備えられ、通常、荷電イオンはビームラインアセンブリに受け入れられる。ビームラインアセンブリ１２２は、例えば、ビームガイド１２６、質量分析装置１２８、及びアパーチャ１２０を含んでおり、イオンビーム１１０を形成及び整形するように動作可能なものである。

質量分析装置１２８は、例えば、更に、磁石（図示は省略する）のような磁界発生用の構成要素を含んでおり、通常、イオンビーム１１０と交差する磁界を発生させることによって、イオンの電荷対質量比に応じて変動する軌道に、イオンビームからイオンを偏向させるものである。例えば、磁界を通じて移動するイオンのうち、所望の電荷対質量比を有する個々のイオンに対しては、ビーム経路Ｐに沿ってイオンを導く力が作用し、望ましくない電荷対質量比を有するイオンに対しては、ビーム経路から逸れるように偏向させる力が作用する。質量分析装置１２８を通過した後、イオンビーム１１０は、アパーチャ１３０に向けて導かれ、通常、このアパーチャによって制限されることで、加工物１１２へのイオン注入のために余分なイオンが除去されたビームが生成される。

イオン注入装置１０２は、更に、通常、イオンビーム１１０の下流に配置されたエンドステーション１３２を含み、加工物１１２は、通常、このエンドステーション内に配置される。集積回路デバイス、ディスプレイパネル、及び他の製品の製造では、通常、加工物１１２の全表面に渡ってドーパントイオン種を均一に注入することが望ましい。このような注入は、「逐次式」イオン注入装置１０２により、１つの加工物１１２上で実施することもでき、この場合、加工物は、通常、エンドステーション１３２内に配置された受台又はチャック１３６上に配置される。あるいは、イオン注入装置１０２を、複数の加工物中にイオンを注入するように構成することもできる（例えば、「バッチ式」イオン注入装置）。この場合、エンドステーション１３２は、回転する円盤（図示は省略する）を含み、この円盤上の複数の加工物が、イオンビーム１１０に対して移動するものである。

イオンビーム１１０は、例えば、イオン注入装置１０２によりイオンビームの経路Ｐを制御することによって、加工物１１２を横切って移動する（又は、加工物１１２に渡って走査される）ものであってもよい。あるいは、エンドステーション１３２が、加工物１１２を、軌道が略固定されたイオンビームを横切って制御された速度で移動させるように動作可能であり、それによって、注入の所望の結果を達成するものであってもよい。ここで、イオンビーム１１０は、加工物１１２の表面１３４に対して略直交するスポットビーム又は「ペンシル」形ビームとして図示されているが、イオンビームは、加工物の表面に対して他の入射角度をなすものであってもよい（例えば、０°を越える入射角度。但し、０°は、表面に対して直交するイオンビームに関連付けられている）。更に別の例では、イオンビーム１１０は、引き伸ばされた断面を有するリボン形ビームをなすものであってもよい。このように、イオン源からイオンを引き出して、そのイオンを１つ又は複数の加工物に注入するように動作可能な任意のイオン注入装置は、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の一態様に従って、イオン注入システム１００は、測定装置１０４により、ビーム経路Ｐに沿って導かれたイオンビーム１１０の特性を取得するように動作可能なものである。したがって、加工物１１２へのイオン注入の均一性は、通常、測定装置１０４からのフィードバックによって制御することができる。例えば、「ペンシル形」ビームをなすイオンビーム１１０は、形状、ドーパントの種類、線量、ビーム電流、強度、放射率（エミッタンス）、入射角度、エネルギー等の多くの特性を有しており、測定装置１０４は、所定のイオン注入に対して、これらの多くの特性のうちの１つ又は複数を取得するように動作可能である。

この例において、測定装置１０４は、エンドステーション１３２内に、イオンビームに対して（例えば、イオンビーム経路Ｐに沿って）ほぼ直線状に揃えられて配置されている。例えば、測定装置１０４は、受台又はチャック１３６に組み込まれていてもよい。この場合、測定装置の平面１３８は、加工物１１２の表面１３４と略同一の平面内にあり、この場合、測定装置の平面と加工物の上流のイオンビーム１１０の既知の位置（例えば、アパーチャ１３０）との間の距離Ｆは、既知のものである。あるいは、測定装置１０４は、測定装置の平面１３８と、イオンビーム１１０の、ビームラインアセンブリの下流かつ測定装置の上流の既知の位置（図示は省略する）との間の、測定装置の平面の法線方向の距離Ｆが既知であるような、ビームラインアセンブリ１２２とエンドステーション１３２の間の任意の場所に存在する。例えば、測定装置１０４は、加工物１１２の同一平面内にあるのではなく、加工物の平面の前側又は後側にあってもよい。この場合、測定装置１０４は、加工物へのイオン注入の以前に、加工物１１２の前側に移動されるものであってもよく、又は、移動機構が加工物の下流に存在し、測定装置は、エンドステーション１３２内に加工物を配置しない状態で使用されるものであってもよい。測定装置１０４の位置に関わらず、測定装置の平面１３８と、イオンビーム１１０の、測定装置の上流の既知の位置との間の、平面１３８の法線方向の距離Ｆは、既知のものである必要がある。

本発明の別の例示的な態様に従って、図１のイオン注入システム１００は、更に、測定装置１０４と動作可能に結合された移動機構１４０を含んでおり、この移動機構は、測定装置を水平方向又はｘ方向に移動させるように動作可能なものである。例えば、移動機構１４０は、ステッピングモータを含み、このステッピングモータは、コントローラ１０６に対して測定装置１０４の位置に関連付けられた信号を供給するように動作可能なものである。例えば、移動機構１４０は、更に、コントローラ１０６と動作可能に結合され、このコントローラは、移動機構１４０の移動を制御するように動作可能なものである。別の例では、コントローラは、測定装置１０４の位置を決定するように動作可能なものであり、後述するように、この測定装置の位置を、更に、イオンビームの特性を特定するために使用することができる。例えば、測定装置１０４の位置は、移動機構１４０が測定装置を一定速度で移動させているときに、コントローラ１０６によって測定装置の移動時間を調整することにより決定することができる。別の例では、移動機構１４０は、チャック１３６にも動作可能に結合されており、更に、チャック、したがって加工物１１２を、水平走査方向（例えば、ｘ方向）に移動させるように動作可能なものである。

図２は、本発明のいくつかの態様を更に説明するために、図１に示すイオン注入システム１００の一部分１５０を示した透視図である。図２に示すように、イオンビームの所定の軌道又は公称経路Ｐ_nomが測定装置１０４の平面１３８（例えば、測定装置の表面１５２）に対して略直交する場合、距離Ｆは、イオンビーム１１０の公称経路Ｐ_nomに沿って定義される。距離Ｆは、例えば、イオンビーム１１０の公称経路Ｐ_nomに沿った既知の第１位置１５４（例えば、図１に示すアパーチャ１３０の出口１５６）と、公称経路Ｐ_nomに沿った、測定装置１０４に関連する既知の第２位置１５８（例えば、図１に示す測定装置又はチャックの表面１５２）との間に定義されている。

しかし、図２に示すように、イオンビーム１１０の実際の経路Ｐ（及び、測定装置１０４の平面１３８上のイオンビームの実際の位置１６０）が、公称経路Ｐ_nomから偏向する場合がある。このような偏向は、例えば、図１に示すビームラインアセンブリ１２２の調整における変動、アパーチャ１３０の向き、又は様々な他の理由等によって生じる可能性がある。実際の経路Ｐの公称経路Ｐ_nomからの偏向は、所望のイオン注入のために意図的になされる場合もあり、又は、意図的なものではない場合もある。したがって、均一なイオン注入のために、イオンビーム１１０の実際の経路Ｐの公称経路Ｐ_nomからの角度偏向は、非常に重要なものである。

本発明は、図２に示すように、イオンビーム１１０の第１方向（例えば、水平方向又はｘ方向）における第１ビーム角度α、及び、イオンビーム１１０の第２方向（例えば、垂直方向又はｙ方向）における第２ビーム角度βを特定するものであり、この際、第１及び第２ビーム角度の特定には、図１に示すイオン注入システム１００及び測定装置１０４が使用される。図２によれば、距離Ｆは既知であるため、第１ビーム角度αと第２ビーム角度βは、次の式により求められる、
α＝ａｒｃｔａｎ（Δｘ／Ｆ） （１）
β＝ａｒｃｔａｎ（Δｙ／Ｆ） （２）
但し、Δｘは、イオンビーム１１０の実際の位置１６０の、既知の第２位置１５８からの第１方向における偏差、Δｙは、イオンビームの第２方向における偏差である。

図３は、図１における装置１０４のような、例示的な測定装置２００を示す図である。例示的な測定装置２００は、例えば、第１センサ（延長型第１センサ）２０２及び第２センサ（延長型第２センサ）を含み、これらの第１及び第２センサは、測定装置の平面２０５上に配置されている。この例では、第１センサ２０２及び第２センサ２０４は、測定装置の表面２０６に関連付けられているが、測定装置３００は、第１センサ２０２及び第２センサ２０４が、測定装置の平面２０５上に配置されている限り、必ずしも表面２０６を含んでいなくてもよい（例えば、第１及び第２センサは、平面上に配置されたブラケットにより、測定装置に結合されるものであってもよい）。一例では、第１センサ２０２及び第２センサ２０４の各々は、測定装置２００の表面に結合された延長型（スロット型）ファラデーカップを含み、各ファラデーカップは、ビーム電流又は強度といったイオンビーム（図示は省略する）の１つまたは複数の特性を特定するように動作可能なものである。

例えば、第１センサ２０２は、測定装置２００の表面２０６をなすｘ−ｙ平面上に、ｙ軸に対して略平行に配置されており、第２センサ２０４は、表面２０６をなすｘ−ｙ平面上に、第１センサに対して斜行するように配置されている。第１センサ２０２と第２センサ２０４との仮想交差点２０８は、各センサの中心線を延長して交差する点によって定義される。第２センサ２０４は、測定装置２００の表面２０６上に、第１センサに対して傾斜角φを有するように配置されている。この傾斜角は、例えば、第１センサに対して直交する方向から、約３０°〜約６０°の範囲内にある。第１センサ２０２の第１長さＬ₁は、例えば、図１及び図２に示すイオンビーム１１０の、垂直方向（例えば、ｙ方向）に生じる可能性のある最大の偏差に関連する。例えば、図３に示す第２センサ２０４の第２長さＬ₂は、更に、図１及び図２に示すイオンビーム１１０の、垂直方向に生じる可能性のある最大の偏差に関連する。この例では、図３に示す第２センサ２０４が、第１センサ２０２に対して傾斜角φで延在しつつ、垂直方向又はｙ方向にほぼ長さＬ₁だけ延在していることに、Ｌ₂はＬ₁よりも大きいものである。

上述したように、測定装置２００は移動機構に結合されており、これによって、移動機構は、第１センサ２０２及び第２センサ２０４を、図１に示すイオンビーム１１０に対して第１方向（例えば、ｘ方向）に移動させるように動作可能なものである。ここで、図４には、測定装置２００の相対運動の解析図が示されており、この相対運動は、３つの異なるイオンビーム２１０Ａ〜２１０Ｃ（例えば、測定装置１０４に対して３つの異なる入射角度で入射する、図１〜図３に示すイオンビーム１１０）のビーム経路Ｐを横切って移動する測定装置の視点から見た図として描かれている。第１センサ２０２及び第２センサ２０４は、第１センサ及び第２センサの各々がイオンビームを横切って通過する際に、イオンビーム２１０Ａ〜２１０Ｃの１つ又は複数の特性、例えばビーム電流Ｉ_Beam、を測定するように動作可能なものである。

図４から分かるように、ビーム電流Ｉ_Beamは、各イオンビーム２１０Ａ〜２１０Ｃがそれぞれのセンサを通過するときにピーク値を取る。例えば、時間線２１２は、第１センサが各イオンビーム２１０Ａ〜２１０Ｃを横切って通過するときに検知されたビーム電流Ｉ_Beamを示すものであり、ビーム電流の第１ピーク２１４は、３つのイオンビームの全てに対して同時に生じる。しかし、時間線２１６Ａ〜２１６Ｃに示すように、第２センサ２０４が各イオンビーム２１０Ａ〜２１０Ｃを横切って通過するときの、ビーム電流の第２ピーク２１８Ａ〜２１８Ｃは、各イオンビームの垂直方向の位置が異なることにより、それぞれ異なる時刻で生じる。

上述したように、図１に示すコントローラ１０６は、移動機構１４０及び測定装置１０４に動作可能に結合されている。更に、コントローラは、与えられたイオンビーム１１０又は２１０に対してビーム電流の第１ピーク２１４及び第２ピーク２１８が検知されると、図４に示す第１センサ２０２及び第２センサ２０４の、ｘ−ｙ平面上の基準線２２０に対する１つ又は複数の時刻情報及び位置情報を特定するように動作可能なものである。これによって、後述するように、第１センサ２０２及び第２センサ２０４に関する時刻情報及び／又は位置情報を使用して、図２に示すイオンビーム１１０の第１ビーム角度α及び第２ビーム角度βを特定することができる。

図１に示すコントローラ１０６は、１つまたは複数のイオン注入装置１０２及び測定装置１０４を制御するように動作可能なものであり、それによって、イオンビーム１１０の軌道を制御するように動作可能である。例えば、コントローラ１０６は、イオンを発生するイオン源１０８、ビームラインアセンブリ１２２（例えば、磁界の強さ及び方向を制御する）の１つ又は複数を制御するとともに、受台又はチャック１３６の位置を制御することによって、加工物１１２に対するイオンビーム１１０の経路Ｐを制御するように動作可能である。コントローラ１０６は、後述するように、更に、イオンビーム経路Ｐに対する測定装置１０４の位置を制御するように動作可能なものである。コントローラ１０６は、（例えば、操作員による入力と共に）イオン注入システム１００全体の制御を達成可能な、１つ又は複数の処理装置及び／又はコンピュータシステムを含むものであってもよい。

ここで、第１方向（例えば、ｘ方向）における第１ビーム角度αの特定について説明する。図１に示すコントローラ１０６は、第１ビーム角度αを特定するために様々な計算を実行するように動作可能なものである。一例では、図４に示す第１センサ２０２の、ビーム電流の最大値（例えば、ビーム電流の第１ピーク２１４）が検知された位置における時刻情報及び／又は位置情報を、図２に示す公称経路Ｐ_nomをたどったイオンビーム１１０の軌道の場合に予測される、同様の最大値の時刻情報及び／又は位置情報と比較することができる。例えば、イオンビーム１１０の公称経路Ｐ_nomは、図４に示す第１センサ２０２が基準線２２０に位置している場合の、第１センサにおけるビーム電流のピークに関連するものである。この場合、図２に示すような実際の経路Ｐをたどるイオンビームについて、ビーム電流の第１ピーク２１４が検知された時の第１センサ２０２の時刻（第１時刻）及び／又は位置と、公称経路Ｐ_nom（例えば、基準線２２０に関連する）の時刻及び／又は位置との差によって、第１ビーム角度αを算出することができる。例えば、既知の一定速度で移動する測定装置１０４に対して、イオンビームの基準線２２０（例えば、公称経路Ｐ_nomに関連する）の通過と、図４に示す第１センサ２０２の通過（ビーム電流の第１ピーク２１４に関連する）との間の第１経過時間Δｔ₁を、測定装置の水平位置における第１変化量Δｘ₁に変換することができる。この水平位置における第１変化量Δｘ₁は、図２に示す第１方向の偏差Δｘに等しいものである。したがって、図２に示す距離Ｆは既知であるため、次式に示すように、式（１）のΔｘにΔｘ₁を代入することにより、第１ビーム角度αを計算して求めることができる。
α＝ａｒｃｔａｎ（Δｘ₁／Ｆ） （３）
本例では、図４に示すように、基準線２２０（例えば、ｔ＝０）は、第１センサ２０２からｘ方向にオフセットされている。但し、基準線２２０は、イオンビームの基準線の通過と第１センサの通過との間の時間及び／又は位置の変化が上記の計算に使用されるような、第１センサ２０２に対するｘ方向の任意の位置に関連付けられる。

本発明の更なるいくつかの態様を詳細に説明するために、図５に、別の例示的な測定装置３００を示す。例えば、本発明に従って、図２に示す第２方向（例えば、ｙ方向）における第２ビーム角度βを、図１に示すコントローラ１０６により特定することができる。このコントローラは、第２ビーム角度βを特定するために様々な計算を実行するものである。図５に示す測定装置３００は、例えば、図４に示す測定装置２００と同様なものである。この例では、図５に示すｘ方向及びｙ方向の基準点３０１は、更に、図２に示す既知の第２位置１５８に関連付けられている。上述したように、第１センサ３０２は、ｘ−ｙ平面上にｙ軸に略平行に配置されており、第２センサ３０４は、測定装置３００の表面３０６上に、傾斜角φで傾けて配置されている。第１センサ３０２と第２センサ３０４との仮想交差点３０８は、各センサの中心線を交差点まで延長することにより定義される。この場合、仮想交差点３０８は、基準点３０１（例えば、図２に示す既知の第２位置１５８）からｙ方向に垂直距離Δｙ_intの位置にあり、物理的測定又は幾何学的計算のいずれかによって特定することができる。図２に示す第２ビーム角度βは、図５に示す仮想交差点３０８、第２センサ３０４の第１センサ３０２に対する傾斜角φ、及び（第１センサ及び第２センサを含む）測定装置３００のイオンビーム３１０に対する相対運動に基いて、特定することができる。

上式（２）に示すように、第２方向（ｙ方向）における第２ビーム角度βは、測定装置の表面１５２におけるイオンビーム１１０の実際の位置１６０の、図２に示す既知の第２位置１５８からの第２方向の偏差Δｙの関数である。したがって、第１ビーム角度βを特定するためには、この垂直位置の偏差Δｙを特定する必要がある。図４に示すように、測定装置２００のイオンビーム２１０に対する相対運動に基いて、イオンビームの基準線２２０の通過と第２センサ２０４の通過（例えば、ビーム電流の第２ピーク２１８に関連する）との間の第２経過時間Δｔ₂を、上述したように、測定装置の水平位置の第２変化量Δｘ₂に変換することができる。これによって、図５に示すように、第１センサ３０２によって検知されたビーム電流のピークと、第２センサ３０４によって検知されたビーム電流のピークとの間の水平位置の第３変化量Δｘ₃を、次式により求めることができる。
Δｘ₃＝Δｘ₂−Δｘ₁ （３）
この場合、仮想交差点３０８と、図４に示す第２センサによりビーム電流の第２ピーク２１８が検知されたとき（第２時刻）の、測定装置３００の表面３０６におけるイオンビーム３１０の実際の位置３１２との間の垂直位置の偏差Δｙ₁は、次式により求めることができる。
Δｙ₁＝Δｘ₃ｔａｎ（φ） （４）
これによって、イオンビーム３１０の実際位置３１２と基準点３０１（図２に示す既知の第２位置１５８に関連する）との間の第２方向における偏差Δｙは、次式により求めることができる。
Δｙ＝Δｙ₁−Δｙ_int （５）
このように、第２方向における偏差Δｙが求められたならば、図２に示すように、上式（２）により第２ビーム角度βを求めることができる。
以上のように、図１に示す測定装置１０４の一軸方向への移動によって、第１ビーム角度αと第２ビーム角度βの両方を特定することが可能であることにより、イオン注入システム１００におけるビーム角度の、簡単でありながらロバスト性の高い測定手段を提供するものである。

図６は、本発明の別の態様に従って、例えば、図５に示す測定装置３００に関して示されている水平方向と垂直方向のような、２つの直交する方向におけるイオンビーム角度を測定するための方法４００を示す図である。ここで、例示された方法は、一連の動作又は事象として図示及び説明されているが、本発明は、これらの動作又は事象の順序によって限定されるものではなく、本発明に従って、ここで図示及び説明された順序から逸脱して、いくつかの段階が異なる順序で生じるものであってもよく、及び／又は、他の段階と同時に生じるものであってもよい。加えて、本発明に従う方法を実現するために、必ずしも図示及び説明されたすべての段階が必要なわけではない。更に、本発明に従う方法は、本明細書及び図面で説明及び図示されたシステムだけでなく、説明及び図示されていない他のシステムに関連させて実現することも可能である。

図６に示すように、方法４００は、動作段階４０５において、イオン注入システムを準備することから開始する。このイオン注入システムは、イオン注入装置、測定装置、及び測定装置に動作可能に結合された移動機構を含むものである。イオン注入システムは、例えば、図５に示す測定装置３００を備えており、図１に示す移動機構１４０により第１方向（例えば、ｘ方向）に移動可能なものである。

本発明の１つの例示的な態様に従って、図６に示す動作段階４１０において、イオン注入システム及び測定装置に対するイオンビームの公称位置が確定される。ここで、イオンビームの測定装置の表面における公称位置と、イオンビームのイオン注入装置に関する既知の位置との間の、測定装置の表面対して直交する方向の距離が、既知のものとなる。図６に示す動作段階４１５において、移動機構は、開始位置又は開始時刻から移動し、測定装置は、イオンビームの実際の経路を横切って第１方向に移動する。動作段階４２０において、第１センサにより第１ピークが検知される。この第１ピークは、測定装置の第１時刻又は第１位置に関連する。動作段階４２５において、第１ビーム角度が特定される。この第１ビーム角度は、イオン注入装置と測定装置の表面との間の既知の距離、及び、測定装置の第１時刻又は第１位置の関数である。

動作段階４３０において、測定装置は、少なくとも第２センサにより第２ピークが検知されるまで、更に移動する。この第２ピークは、測定装置の第２時刻又は第２位置に関連する。動作段階４３５において、第２ビーム角度が特定される。この第２ビーム角度は、イオン注入装置と測定装置の表面との間の既知の距離、測定装置の第２時刻又は第２位置、及び第２センサが第１センサに対してなす角度の関数である。

本発明の別の例示的な態様に従って、ビーム角度の測定後、イオン注入システムの１つ又は複数の調整が実施される。その際、上述した方法を再度実施するものであってもよく、又は、１つ又は複数の加工物に対してイオンビームによるイオン注入を実施するもものであってもよい。

以上、本発明を特定の好適な実施形態に関連させて図示及び説明してきたが、当業者であれば、本明細書及び添付図面の閲読及び理解に基いて等価な変更及び修正に想到し得ることは明らかである。特に、上述した構成要素（アセンブリ、装置（デバイス）、回路等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する上述した構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものである。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、所定の又は特定の用途のために望ましくかつ有利であるように、そのような特徴を他の態様の１つ又はそれ以上の特徴と組み合わせることも可能である。

図１は、本発明の一態様に従う例示的なイオン注入システムを示す平面図である。 図２は、本発明の一態様に従うイオン注入システムの一部分を示す透視図である。 図３は、本発明の別の態様に従う例示的な測定装置を示す平面図である。 図４は、本発明の更に別の態様に従って、例示的な測定装置の平面図とイオンビームの特性のピークを示すグラフとを組み合せた図である。 図５は、本発明の更に別の態様に従って、別の例示的な測定装置を示す図である。 図６は、本発明の別の態様に従って、イオンビームの角度を測定するための例示的な方法を示すブロック図である。

Claims (17)

1. イオンビームを形成するように動作可能なイオン注入装置と、
   関連する平面を有する測定装置とを有しており、
   前記測定装置は、更に、
   前記測定装置の前記平面に沿って第１方向に延在するとともに、前記イオンビームの１つ又は複数の特性を検知するように動作可能な延長型第１センサと、
   前記延長型第１センサに対する傾斜角を有して前記平面に沿って延在するとともに、前記イオンビームの１つ又は複数の特性を検知するように動作可能な延長型第２センサと、
   前記イオン注入装置及び前記測定装置に動作可能に結合されるとともに、前記測定装置を、前記延長型第１センサに対して略直交し、かつ、前記平面に対して略平行な方向に、前記イオンビームの経路を横切って移動させるように動作可能な移動機構と、
   前記移動機構を制御し、かつ、検知された前記イオンビームの前記１つ又は複数の特性を受け取るとともに、前記測定装置の位置並びに前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサによって検知された前記イオンビームの前記１つ又は複数の特性に少なくとも部分的に基いて、前記イオンビームの、前記測定装置の前記平面に対する第１ビーム角度及び第２ビーム角度を特定するように動作可能なコントローラと、
   を含むことを特徴とするイオン注入システム。
2. 前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサの各々は、スロット型ファラデーカップを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記延長型第２センサの長さは、前記延長型第１センサの長さよりも大きいか又は略等しいことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記傾斜角は、前記延長型第１センサから、３０度と６０度との間の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記移動機構は、ステッピングモータを含んでおり、前記ステッピングモータは、前記測定装置の位置を示す信号を前記コントローラに供給するように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記移動機構は、前記測定装置を一定速度で移動させるとともに、前記測定装置の位置は、前記一定速度での経過時間に基いて前記コントローラにより特定されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記イオン注入装置は、加工物を保持するための受台又はチャックを含んでおり、前記移動機構は、更に、前記受台又はチャックに動作可能に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記測定装置の前記平面は、前記測定装置の表面によって形成されるとともに、前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサは、前記測定装置の前記表面に動作可能に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. イオンビーム角度の測定装置であって、
   前記測定装置の平面に沿って第１方向に延在するとともに、イオンビームの１つ又は複数の特性を検知するように動作可能な延長型第１センサと、
   前記延長型第１センサに対する傾斜角を有して前記平面に沿って延在するとともに、前記イオンビームの１つ又は複数の特性を検知するように動作可能な延長型第２センサと、
   前記測定装置に動作可能に結合されるとともに、前記測定装置を、前記延長型第１センサに対して略直交し、かつ、前記平面に対して略平行な方向に、前記イオンビームの経路を横切って移動させるように動作可能な移動機構と、
   を含んでおり、
   加工物を保持するための受台又はチャックを更に含み、前記受台又はチャックは更に前記移動機構に動作可能に結合されていることを特徴とする測定装置。
10. 前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサの各々は、スロット型ファラデーカップを含むことを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
11. 前記延長型第２センサの長さは、前記延長型第１センサの長さよりも大きいか又は略等しいことを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
12. 前記傾斜角は、前記延長型第１センサに対して３０度と６０度との間の範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
13. 前記移動機構は、ステッピングモータを含んでおり、前記ステッピングモータは、前記測定装置の位置を示す信号を供給するように動作可能であることを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
14. 前記測定装置の前記平面は、前記測定装置の表面によって形成されるとともに、前記延長型第１センサ及び前記延長型第２センサは、前記測定装置の前記表面に動作可能に結合されていることを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
15. イオンビームの角度を測定するための方法であって、
    イオンビーム、並びに、関連する平面と該平面に関連する延長型第１センサ及び延長型第２センサを有するとともに前記延長型第２センサが前記延長型第１センサに対して傾斜するように配置されている測定装置を準備する段階と、
    前記測定装置を、前記延長型第１センサに略直交する第１方向に前記イオンビームを横切って移動させる段階と、
    第１時刻において前記イオンビームを通過する前記延長型第１センサに関連するビーム電流の第１ピークを取得する段階と、
    第２時刻において前記イオンビームを通過する前記延長型第２センサに関連するビーム電流の第２ピークを取得する段階と、
    前記第１方向及び前記第１方向に略直交する第２方向は前記測定装置の前記平面に対して略平行であり、前記第１方向における前記イオンビームの第１ビーム角度、並びに、前記第２方向における前記イオンビームの第２ビーム角度を、前記第１時刻、前記第２時刻、及び、前記イオンビームの、前記測定装置の前記平面に略直交する上流側への経路に沿った既知の位置に少なくとも部分的に基いて特定する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 前記測定装置は、略一定の速度で移動するとともに、前記第１時刻及び前記第２時刻における前記測定装置の位置は、更に、前記略一定の速度に基いて特定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２ビーム角度は、更に、前記第１時刻と前記第２時刻との差に基いて特定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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