JP5203221B2 - ２つの次元でイオンビーム角を測定する方法及び装置 - Google Patents

Description

関連出願への相互参照

本願は、２００５年４月５日に出願した米国出願番号第１１／０９９，１１９号の一部継続出願であり、上述の出願の教示はその全体を本願に参照として組み込む。

本発明は、イオン注入システム及び方法に係り、より具体的には、イオンビームの入射角及び／又は平行度を２つの次元で測定する方法及び装置に係る。

イオン注入は、半導体ウェハ内に導電性を変化させる不純物を導入する標準的な技術である。望ましい不純物材料は、イオン源においてイオン化され、イオンは加速されて所定エネルギーのイオンビームを形成し、イオンビームは、ウェハの表面に向けて方向付けられる。ビーム内のエネルギーイオンは半導体材料のバルク内に侵入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれ、それにより、所望の導電性を有する領域が形成される。

イオン注入システムは、通常、ガス又は固体材料を明確なイオンビームに変換するイオン源を含む。イオンビームは、望ましくないイオン種を除去するよう質量分析され、所望のエネルギーに加速され、そして、ターゲット面に向けて方向付けられる。ビームは、ビーム走査、ターゲット移動、又は、ビーム走査及びターゲット移動の組み合わせによって、ターゲット領域全体に当てられうる。

１つの従来技術のアプローチでは、高電流の広ビームのイオン注入装置は、高電流密度イオン源と、分解スリットを通るよう所望のイオン種を方向付ける分析磁石と、結果として生じるビームを偏向させる角度補正磁石とを使用し、同時に、ビームをその幅寸法に沿って平行且つ均一にする。リボン形状のイオンビームがターゲットに供給され、ターゲットは、リボンビームの長さ寸法に直角に動かされ、それにより、イオンビームをターゲット全体に当てる。

半導体ウェハに並行イオンビームを既知の入射角で供給することは、多くのイオン注入適用において重要な要件である。並行イオンビームとは、半導体ウェハの表面上に並行なイオン軌道を有するビームのことである。イオンビームが走査される場合、走査ビームは、ウェハ表面上で平行度を維持する必要がある。並行イオンビームは、半導体ウェハの結晶構造における入射イオンのチャネリングを阻止する、又は、チャネリングが望まれる場合には均一なチャネリングを可能にする。更に、既知の入射角での並行イオンビームは、均一な結果を保証するために傾斜注入適用においても必要である。これらの要件によって、ビームの平行度及び方向を測定し、必要に応じてこれらのパラメータを調節することが必要となっている。イオン注入装置においてビームの平行度を調節する技術は、オルソン他（Olson, et al）に対して２００２年８月２０日に発行された米国特許番号第６，４３７，３５０号に開示される。

イオンビーム角度を測定する１つの既知のアプローチが、同じくオルソン他に対して２００４年９月１４日に発行された米国特許番号第６，７９１，０９４号に開示される。このアプローチでは、対象がイオンビーム内に置かれ、対象が投じる影のサイズ及び相対位置が測定される。イオンビーム入射角及びビーム広がりモニタが、２００２年９月５日に公開された米国特許出願公開番号第２００２／０１２１８８９号にラーセン他（Larsen et al）により開示される。測定デバイスは、アパーチャ及び可変抵抗器を使用して注入角を測定する。これらの開示技術は共に、１つの次元でのみ角度情報を供給するという制限を有する。装置を、ビームを横断するよう動かすことは、動作方向における測定しか可能にしない。別の方向における測定を行うためには、対象又はスリットを所望の方向に駆動させる追加の又はより複雑なメカニズムが必要となる。

イオンビーム角度を測定する更なる技術が、スウェンソン（Swenson）に対して１９９１年８月１３日に発行された米国特許番号第５，０３９，８６１号、イソベ（Isobe）に対して１９９３年１月１９日に発行された米国特許番号第５，１８０，９１８号、及び、スミック他（Smick et al）に対して１９９９年４月２７日に発行された米国特許番号第５，８９８，１７９号に開示される。しかし、全ての公知の従来技術のイオンビーム角度測定技術は、制限された角度測定能力、低精度、及び高コストを含む１つ以上の不利点を有する。

従って、イオンビーム入射角を測定するための新規及び改善された方法及び装置が必要である。

発明の概要

本発明の第１の面では、イオンビームの角度測定システムを提供する。この角度測定システムは、第１の形状及び第２の形状を画成し、第２の形状は、第２の形状上の位置に応じて第１の形状から可変の間隔を有するフラグと、フラグがイオンビームの少なくとも一部を遮断するようフラグを並進路に沿って並進させるメカニズムと、並進路に沿っての複数の異なるフラグ位置に対してイオンビームを検出し、検出されたイオンビームに応じてセンサ信号を生成するセンスデバイスとを含み、センサ信号及びフラグの対応する複数の位置は、垂直面におけるイオンビームの垂直ビーム角を表す。

本発明の別の面では、ある方法を提供する。この方法は、第１の形状及び第２の形状を画成し、第２の形状は、第２の形状上の位置に応じて第１の形状から可変の間隔を有するフラグを供給することと、フラグがイオンビームの少なくとも一部を遮断するようフラグを並進路に沿って並進させることと、並進路に沿っての複数の異なるフラグ位置に対してイオンビームを検出することと、検出されたイオンビームに応じてセンサ信号を生成することとを含み、センサ信号及びフラグの対応する複数の位置は、垂直面におけるイオンビームの垂直ビーム角を表す。

測定された１つの又は複数のビーム角は、予め決められた基準と比較されうる。測定されたビーム角が予め決められた基準を満足する場合、イオン注入が進められうる。測定されたビーム角が予め決められた基準を満足しない場合、ビーム角は調節されるか、又は、イオンビームに対して基板が傾斜されうる。

本発明をより理解する目的で、本願に参照として組み込まれる添付図面を参照する。

本発明の一実施形態による角度測定システムが組み込まれたイオン注入装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態による角度測定システムを示す概略図である。 図２の角度測定システムを示す斜視図である。 図２の角度測定システムに使用するマルチピクセルセンサアレイの一実施形態を示す正面図である。 図２の角度測定システムに使用するフラグの第１の実施形態を示す図である。 フラグ位置の関数としてセンサ信号の一例を示す図である。 図２の角度測定システムを示す略部分平面図である。 図２の角度測定システムを示す略部分側面図である。 イオンビームの異なる水平角に対するフラグ位置の関数としてセンサ信号を示すグラフである。 イオンビームの異なる垂直角に対するフラグ位置の関数としてセンサ信号を示すグラフである。 本発明によるフラグの第２の実施形態を示す図である。 本発明によるフラグの第３の実施形態を示す図である。 本発明のよるフラグの第４の実施形態を示す図である。 図４のセンサアレイを示す略部分断面図である。 本発明の別の実施形態による角度測定システムを示す概略図である。 図１４の角度測定システムを示す斜視図である。 図１４及び図１５の角度測定システムに使用しうる本発明によるフラグの第５の実施形態を示す図である。 図１５の角度測定システムの幾つかの構成要素を示す分解斜視図である。 マスクが第２の位置にある場合の図１４のマスク及びアパーチャプレートを示す略正面図である。 マスクが第１の位置にある場合の図１４のマスク及びアパーチャプレートを示す略正面図である。 図１４の実施形態についてのフラグ位置の関数としてセンサ信号を示すプロットである。 本発明の一実施形態による動作を説明するフローチャートである。

図１に、イオン注入装置の一実施形態のブロック図を示す。イオン源１０はイオンを発生し、イオンビーム１２を供給する。イオン源１０は、イオンチャンバとイオン化されるガスを含むガスボックスとを含みうる。ガスはイオンチャンバに供給され、そこでイオン化される。このように形成されたイオンは、イオンチャンバから引き出されてイオンビーム１２を形成する。イオンビーム１２は、分解磁石３２の極間に方向付けられる。第１の電源１４は、イオン源１０の引出電極に接続され、正の第１の電圧Ｖ_０を供給する。第１の電圧Ｖ_０は、例えば、約０．２乃至８０ｋＶで調節可能でありうる。従って、イオン源１０からのイオンは、第１の電圧Ｖ_０によって約０．２乃至８０ＫｅＶのエネルギーに加速される。

イオンビーム１２は、質量分析器３０に向けて抑制電極２０及び接地電極２２を通過する。質量分析器３０は、分解磁石３２と、分解アパーチャ３６を有するマスキング電極３４を含む。分解磁石３２は、所望のイオン種のイオンは分解アパーチャ３６を通り、不所望のイオン種は分解アパーチャ３６を通らずマスキング電極３４によって遮断されるようイオンビーム１２内のイオンを偏向させる。一実施形態では、分解磁石３２は、所望のイオン種のイオンを９０°で偏向させる。

所望のイオン種のイオンは、質量分析器３０の下流に位置付けられる第１の減速段５０に向けて分解アパーチャ３６を通る。減速段５０には、上流電極５２、抑制電極５４、及び下流電極５６が含まれうる。イオンビーム内のイオンは、減速段５０により減速され、次に、角度補正磁石６０内を通される。角度補正磁石６０は、所望のイオン種のイオンを偏向し、イオンビームを、発散イオンビームから、実質的に平行なイオン軌道を有するリボンイオンビーム６２に変換する。一実施形態では、角度補正磁石６０は、所望のイオン種のイオンを７０°で偏向させる。

エンドステーション７０は、ウェハ７２といった１つ以上の半導体ウェハを、リボンイオンビーム６２の経路内に、所望のイオン種のイオンがその半導体ウェハ内に打ち込みされるよう支持する。エンドステーション７０には、ウェハ７２をリボンイオンビーム６２断面の長さ寸法に直角に動かし、ウェハ７２の表面全体にイオンを当てる冷却された静電プラテン及びスキャナ（図示せず）が含まれる。リボンイオンビームは、少なくともウェハ７２の幅と同じ幅を有しうる。

イオン注入装置は、角度補正磁石６０の下流に位置付けられる第２の減速段８０を含みうる。減速段８０には、上流電極８２、抑制電極８４、及び下流電極８６が含まれうる。

イオン注入装置は、当業者には既知である追加の構成要素を含みうる。例えば、エンドステーション７０は、一般に、イオン注入装置内にウェハを導入し、また、イオン注入後にウェハを取り除く自動ウェハ運搬器具を含む。エンドステーション７０は更に、線量測定システム、エレクトロンフラッドガン、及び他の既知の構成要素を含みうる。なお、イオンビームが移動する経路全体はイオン注入時には真空にされることは理解されよう。

図１のイオン注入装置は、幾つかのモードのうちのいずれかで動作しうる。ドリフトモードとして知られる第１の動作モードでは、減速段５０及び８０は接地接続され、イオンビーム１２は、イオン源１０から引き出された後に確立される最終ビームエネルギーでビームラインを運ばれる。エンハンスドドリフトモードとして知られる第２の動作モードでは、イオンビーム１２は、質量分析器３０を通される前に電極２２において中間エネルギーに加速され、その後、第１の減速段５０により最終ビームエネルギーに減速される。ダブル減速モードとして知られる第３の動作モードでは、イオンビームは、質量分析器３０を通される前に電極２２において第１の中間エネルギーに加速され、角度補正器６０を通される間に第２の中間エネルギーに第１の減速段５０によって減速され、次に、第２の減速段８０によって最終ビームエネルギーに減速される。第４の動作モードは、中間エネルギーのビームを第２の減速段８０に通し、第１の減速段５０におけるギャップは、短絡分路で動作される。イオンビームを、高エネルギーでビームラインの一部を通るよう運ぶことにより、空間電荷膨張を、所与の最終ビームエネルギーについて、ドリフトモードと比較して減少することができる。

本発明の１つの側面によれば、エンドステーション７０は、図１に示すように角度測定システム１００を含みうる。角度測定システム１００は、２つの直交方向の片方又は両方においてイオンビーム角度を測定するよう構成される。一般に、基板面１１０に対するイオンビーム角度が重要である。しかし、角度測定システム１００は、任意の所望の平面に対するイオンビーム角度を測定することができる。起点が基板面１１０内にイオン注入のために位置付けられるウェハの中心にあり、Ｘ軸が水平及び基板面１１０内にあり、Ｙ軸が垂直及び基板面１１０内にあり、また、Ｚ軸が基板面１１０に対して直角である座標系を定義することが有用である。

図２に、本発明の一実施形態による角度測定システム１００のブロック図を示す。図３には、角度測定システム１００の斜視図を示す。角度測定システム１００は、フラグ１２０、フラグ１２０をＸ方向に並進させる並進メカニズム１２２、及び、フラグ１２０からＺ方向で下流に位置付けられるセンスデバイス１２３を含む。図２及び図３の実施形態では、センスデバイス１２３は、マルチピクセルセンサアレイ１２４である。プロセッサ１３０は、センサアレイ１２４により生成されたセンサ信号を格納及び／又は処理する。

フラグ１２０は、以下に説明するようにイオンビーム角度を測定可能にする第１の形状１４０及び第２の形状１４２を含むプレートでありうる。これらの形状１４０及び１４２は、図５と共に以下に説明する。フラグ１２０は、以下に説明するようにイオンビーム６２を選択的に遮断する。

並進メカニズム１２２は、接続ロッド１５２及び支持ブロック１５４によってフラグ１２０に結合されるアクチュエータ１５０を含みうる。並進メカニズム１２２は、フラグ１２０を、基板面１１０内のＸ方向における並進路１７０に沿って並進させる。

マルチピクセルセンサアレイ１２４は、Ｚ方向において基板面１１０から離間され、また、図２の実施形態では、ファラデーカップビーム電流センサといったイオンビームセンサの２次元アレイを含む。マルチピクセルセンサアレイ１２４は、並進路１７０上の異なるフラグ位置についてのリボンイオンビーム６２を感知する。マルチピクセルセンサアレイ１２４は、感知したビーム電流に応じてセンサ信号を供給する。センサ信号は、プロセッサ１３０に供給されて処理され、以下に説明するようにイオンビーム角度を求める。プロセッサ１３０は、アクチュエータ１５０に位置制御信号を供給してもよい。

図４を参照するに、マルチピクセルセンサアレイ１２４は、ハウジング１６４に取り付けられる複数のビーム電流センサ１６２を含みうる。各ビーム電流センサ１６２は、遮断したイオンビームに応じた電気信号を生成するファラデーカップでありうる。当該技術において既知であるように、センサ信号の大きさは、遮断されたイオンビーム電流の関数である。各ビーム電流センサは、イオンビームに面するアパーチャを有するカップ型の導体でありうる。アパーチャのサイズによって、ビーム電流センサによりサンプリングされるイオンビームの領域が決定される。一実施形態では、９平方ミリメートルのアパーチャが使用される。

図４の実施形態では、センサアレイ１２４は、ビーム電流センサ１６２の２次元アレイであり、ビーム電流センサの７つの離間された列１６６を含む。各列の個々のビーム電流センサは、Ｙ方向において等間隔にされ、列１６６は、Ｘ方向において等間隔にされる。隣接する列は、測定に途切れがないようにＹ方向においてオフセットにされる。

他の実施形態では、センスデバイス１２３は、単一のビーム電流センサ、線形アレイにされる複数のビーム電流センサ、又は、任意に配置される複数のビーム電流センサを含んでもよい。以下に説明するように、各個々のビーム電流センサは、各ビーム電流センサの位置において、水平ビーム角、垂直ビーム角、又はその両方を測定するよう使用することができる。複数のビーム電流センサからなるアレイといった２つ以上のビーム電流センサを有するセンスデバイス１２３は、基板面１１０における２つ以上の位置において、水平ビーム角、垂直ビーム角、又はその両方を測定するよう使用することができる。ビーム電流センサの配置は、特定の用途に必要なビーム角度情報に依存する。従って、センスデバイス１２３は、基板面１１０に対して関心の選択位置にある複数のビーム電流センサを含みうる。

図５に、フラグ１２０の第１の実施形態を示す。図５では、フラグ１２０は、負のＺ方向、即ち、イオンビームの上流方向に観察される。フラグ１２０は、イオンビーム角度の測定を可能にする形状を有するプレートでありうる。このプレートは、例えば、グラファイトから作製されうる。図５の実施形態では、第１の形状１４０は、Ｙ方向に並行な長さ寸法を有する垂直スロット１４４であり、第２の形状１４２は、フラグ１２０の傾斜エッジ１４６である。好適には、スロット１４４を画成するプレートのエッジと傾斜エッジ１４６とは、イオンビームによるスパッタリングを制限するようベベルされる。フラグ１２０は、イオンビームを遮断する任意の素子でありえ、また、本願に説明するようにイオンビーム角度を測定可能にする形状を含む。

第２の形状１４２は、第２の形状１４２上の位置に応じて第１の形状１４０から可変の間隔を有する。図５の実施形態では、傾斜エッジ１４６は、傾斜エッジ１４６上の位置に応じてスロット１４４から可変の間隔を有する。従って、例えば、エッジ１４６及びスロット１４４は、エッジ１４６上の位置１４６ａにおいて間隔Ｓ１を有し、エッジ１４６上の位置１４６ｂにおいて間隔Ｓ２を有し、エッジ１４６上の位置１４６ｃにおいて間隔Ｓ３を有する。第１の形状１４０及び第２の形状１４２は直線でありうるが、直線である必要はない。一実施形態では、第１の形状１４０及び第２の形状１４２は共に直線であり、これらの形状のうちの１つは、フラグ１２０の並進方向に直交する。第１の形状１４０及び第２の形状１４２は、鋭角Ωをなして方向付けられうる。好適には、第１の形状と第２の形状の間の角度Ωは、約２０乃至４５度の範囲にある。

以下に説明するように、フラグ１２０の異なる実施形態を使用しうる。フラグ１２０の各形状は、イオンビームの遮断とイオンビームの通過との間の遷移を与えるエッジ又はスロットによって特徴付けられる。形状１４０及び１４２の配置によって、水平ビーム角及び垂直ビーム角を測定することができる。本願に使用するように、水平ビーム角とは、Ｘ−Ｚ面におけるビーム角であり、垂直ビーム角とは、Ｙ−Ｚ面におけるビーム角である。

動作時、フラグ１２０は、並進メカニズム１２２によってＸ方向において並進路１７０（図２）に沿って並進させられ、それにより、フラグ１２０は、並進路１７０の少なくとも一部に沿ってイオンビーム６２を遮断する。一般に、フラグ１２０は、イオンビーム６２の幅全体に亘って並進させられるか、又は、走査イオンビームの場合には、走査幅全体に亘って並進させられる。ビーム電流測定結果は、マルチピクセルアレイ１２４におけるビーム電流センサ１６２から、並進路１７０に沿っての異なるフラグ位置について獲得される。ビーム電流測定結果は、フラグ１２０が移動する間に、又は、ステップ動作の場合には、フラグ１２０が並進路に沿って停止する度に、獲得されうる。ビーム電流センサ１６２によって生成されるセンサ信号は、連続的に測定されても、所望間隔でサンプリングされてもよい。電流測定結果は、メモリ内での格納のためにプロセッサ１３０に供給される。フラグ１２０の異なる位置についての電流測定結果のセットは、２つの次元におけるイオンビーム角度を表す。電流測定結果のセットは処理されて以下に説明するように角度値を供給しうる。

角度測定システム１００のパラメータは、ビーム電流、断面寸法、及び形状といったイオンビーム６２の特性、及び、所望の角度測定分解能及び測定速度に依存する。マルチピクセルセンサアレイ１２４の高さ及び幅は、公称位置から外れたビームを遮断するためにイオンビーム６２の予想される最大高さ及び幅より大きいべきである。アレイ１６０内のビーム電流センサ１６２のサイズは、角度測定の所望の分解能と、許容信号レベルを生成するセンサの能力とに依存する。Ｙ方向におけるフラグ１２０は、少なくともセンサアレイ１２４の高さと同じ高さであるべきである。

並進路１７０に沿ってのフラグ１２０の並進は、連続的であっても離散ステップであってもよい。一実施形態では、フラグ１２０は、ビーム電流センサ１６２におけるアパーチャの幅の２分の１に等しいステップで並進される。並進メカニズム１２２は、例えば、ラック及びピニオン駆動メカニズムを使用しうる。他の好適な並進メカニズムには、ボール及びネジの組立体、線形モータ、及び空気ピストンが含まれる。

本願では、Ｘ方向に沿ってのフラグ１２０の並進を記載する。他の実施形態では、フラグ１２０は、Ｙ方向、又は、フラグ１２０にイオンビームの少なくとも一部を遮断させるよう任意の方向に沿って並進させられることができる。

図２に示すように、プロセッサ１３０は、並進路１７０に沿ってのフラグ１２０の並進を制御するようアクチュエータ１５０に位置制御信号を供給しうる。例えば、プロセッサ１３０は、アクチュエータ１５０を制御して、フラグ１２０を、ステップ式にイオンビーム６２を横断するよう並進させ、また、フラグ１２０の各位置においてマルチピクセルアレイ１２４における各ビーム電流センサ１６２により感知されるビーム電流を記録しうる。測定された電流値及びフラグ１２０の対応する位置は、イオンビーム６２内の異なる位置におけるビーム角度を表すデータセットを形成する。このデータセットは、プロセッサ１３０によって格納されうる。

図６に、フラグ１２０が並進路１７０に沿って並進される際のセンサ信号１８０の一例を示す。センサ信号１８０は、並進路１７０に沿ってのフラグ１２０の位置に応じてプロットされる。センサ信号１８０は、センサアレイ１２４内の位置（ｘ_ｐｘ，ｙ_ｐｘ）にあるビーム電流センサ１６２ａによって生成された信号を表しうる。フラグ１２０は、Ｘの負の値から正のＸ方向において移動しうる。フラグ１２０は、最初は、イオンビーム６２が電流センサ１６２ａに到達することを阻止せず、ビーム電流センサ１６２ａは、最大値１８４のセンサ信号を生成する。フラグ１２０が正のＸ方向に移動するにつれ、傾斜エッジ１４６が、イオンビーム６２が電流センサ１６２ａに到達することを阻止し、センサ信号１８０は、遷移１８６により示すように最大値１８４からゼロに減少する。フラグ１２０が、正のＸ方向において更に移動すると、イオンビーム６２は、スロット１４４を通るビームレット１９０として知られるイオンビーム６２の一部がビーム電流センサ１６２ａによって遮断されるまで、フラグ１２０によって電流センサ１６２ａに到達することから阻止され続けられる。ビームレット１９０は、センサアレイ１２４におけるビーム電流センサ１６２ａといったビーム電流センサ１６２により遮断されるイオンビーム６２の一部として定義されうる。ビームレット１９０は、イオンビーム６２の特性に依存して様々な角度を有するイオンにより形成されうる。ビーム電流センサ１６２ａは、ビームレット１９０がスロット１４４を通過し、ビーム電流センサ１６２ａにより遮断されるフラグ１２０のＸ位置において、センサ信号１８０における「バンプ」１８８を生成する。バンプ１８８とは、スロット１４４の幅、ビーム電流センサ１６２ａのアパーチャ、及び、ビーム角度広がりに依存するセンサ信号１８０におけるピークである。フラグ１２０が正のＸ方向において進み続けると、センサ信号１８０はゼロのままである。なお、フラグ１２０は、負のＸ方向に並進されることができ、また、同じセンサ信号が生成されることは理解されよう。

バンプ１８８は、センサ信号１８０の第１の成分であり、フラグ１２０の第１の形状１４０（スロット１４４）を表し、また、遷移１８６は、センサ信号１８０の第２の成分であり、フラグ１２０の第２の形状１４２（傾斜エッジ１４６）を表す。以下に説明するように、バンプ１８８のＸ位置は、イオンビーム６２の水平角を示し、遷移１８６とバンプ１８８との間の間隔Ｓは、イオンビーム６２の垂直角を表す。

水平ビーム角θ_ｈの測定を、図５、６、７Ａ、及び８を参照して説明する。図７Ａには、角度測定システムの略平面図を示す。異なる水平ビーム角に対してイオンビーム６２を遮断するビーム電流センサ１６２ａを示す。図７Ａに示すように、水平ビーム角θ_ｈは、水平（Ｘ−Ｚ）面におけるＺ方向とイオンビーム６２との間の角度である。ビームレット１９０は、フラグ１２０内のスロット１４４を通過し、センサアレイ１２４におけるビーム電流センサ１６２ａによって遮断される。ビームレット１９０がビーム電流センサ１６２ａによって遮断されるときに、ビーム電流センサ１６２ａはＸ座標ｘ_ｐｘを有し、スロット１４４はＸ座標ｘ_ｂｃを有する。センサアレイ１２４は、フラグ１２０から、Ｚ方向において、距離ｚ_ｐｘで離間される。この幾何学形状について、水平ビーム角θ_ｈは、次のように表しうる：

ｔａｎθ_ｈ＝（ｘ_ｐｘ−ｘ_ｂｃ）／ｚ_ｐｘ （１）

ビームレット１９０がビーム電流センサ１６２ａによって遮断されるスロット１４４のＸ座標ｘ_ｂｃは、水平ビーム角が変化するに従って変化する。従って、ゼロの水平ビーム角を有するイオンビームの一例については、ビームレット１９０は、軌道１９２に沿ってビーム電流センサ１６２ａに運ばれる。負の水平ビーム角を有するイオンビームについては、ビームレット１９０は、軌道１９４に沿ってビーム電流センサ１６２ａに運ばれ、正の水平ビーム角を有するイオンビームについては、ビームレット１９０は、軌道１９６に沿ってビーム電流センサ１６２ａに運ばれる。ビーム電流センサに対する変位方向は、水平ビーム角の符号を示す。

図８を参照するに、垂直角は一定のままで異なる水平ビーム角θ_ｈに対してビーム電流センサ１６２ａにより生成されるセンサ信号を示す。センサ信号２００は、水平ビーム角の中間値を、センサ信号２０２は、水平ビーム角のより小さい値を、また、センサ信号２０４は、水平ビーム角のより大きい値を表す。どの場合も、センサ信号におけるバンプ２００ａといったバンプのＸ位置は、水平ビーム角の値を表す。センサ信号２００、２０２、及び２０４におけるバンプのＸ位置は、ビームレット１９０がビーム電流センサ１６２ａによって遮断されるときのスロット１４４のＸ座標に対応する。遷移２００ｂといったスロット１４４のエッジ１４２によるセンサ信号における遷移は、垂直角が一定のままである場合に、各バンプと同量分移動することが観察されうる。

図６を参照するに、バンプ１８８のＸ位置は、ビームレット１９０がスロット１４４を通過し、Ｚ座標ｚ _ｐｘ におけるビーム電流センサ１６２ａによって遮断されるときのフラグ１２０におけるスロット１４４のＸ座標ｘ_ｂｃを表す。ビーム電流センサ１６２ａのＸ座標ｘ_ｐｘ及びＺ座標ｚ_ｐｘは既知であり、固定されるので、スロット１４４のＸ座標ｘ_ｂｃは、バンプ１８８の位置から求められ、水平ビーム角θ_ｈは、上述の方程式（１）から求めることができる。なお、センサアレイ１２４の異なる列におけるビーム電流センサ１６２は異なるＸ座標ｘ_ｐｘを有することは理解されよう。バンプ１８８の中心は、ビームレット１９０のＸ座標を求めるよう使用される。バンプ１８８の中心は、積分電流の半分がバンプの両側にあるポイントとして定義される。この位置は、物理的には、スロットの中心が、ウェハ面のビームレット領域の重心を横断した位置である。

垂直ビーム角θ_ｖの測定を、図５、６、７Ｂ、及び９を参照して説明する。図７Ｂには、角度測定システムの略側面図を示す。異なる垂直ビーム角に対してビームレット１９０を遮断するビーム電流センサ１６２ａを示す。図７Ｂに示すように、垂直ビーム角θ_ｖは、垂直（Ｙ−Ｚ）面におけるＺ方向とイオンビームとの間の角度である。図７Ｂにはフラグ１２０の傾斜エッジ１４６を示す。ゼロの垂直ビーム角を有するビームレット１９０は、軌道２２０に沿ってビーム電流センサ１６２ａに運ばれ、位置１４６ｂにおいてフラグ１２０のエッジ１４６を遮断する。負の垂直ビーム角を有するビームレット１９０は、軌道２２２に沿ってビーム電流センサ１６２ａに運ばれ、位置１４６ａにおいてフラグ１２０のエッジ１４６を遮断する。正の垂直ビーム角を有するビームレット１９０は、軌道２２４に沿ってビーム電流センサ１６２ａに運ばれ、位置１４６ｃにおいてフラグ１２０のエッジ１４６を遮断する。

図５に示すように、位置１４６ａ、１４６ｂ、及び１４６ｃは、それぞれ、スロット１４４からの間隔Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３に対応する。エッジ１４６上の位置とスロット１４４との間の間隔は、図６に示すセンサ信号１８０において、バンプ１８８と遷移１８６との間の間隔Ｓによって示す。従って、ゼロの垂直ビーム角θ_ｖは、例えば、図５において間隔Ｓ２に対応するセンサ信号１８０における間隔Ｓにより示される。同様に、正の垂直ビーム角は、例えば、図５において間隔Ｓ１に対応する小さい値の間隔Ｓによりセンサ信号１８０において示される。また、負の垂直ビーム角は、例えば、図５における間隔Ｓ３に対応する大きい値の間隔Ｓによりセンサ信号１８０において示される。バンプ１８８と遷移１８６との間の間隔Ｓは、ビームレット１９０が横断し、ビームレット１９０のＹ座標を求めるために使用されたエッジ１４６上の位置を定義する。バンプ１８８のＸ座標は上述したように求められる。エッジ１４６の中心は、センサ信号の半分が発生する位置として決定される。この位置は、物理的には、フラグ１２０のエッジ１４６が、ウェハ面のビームレット領域の半分を遮断した位置である。

図９に、垂直ビーム角θ_ｖの異なる値に対するセンサ信号の例を示す。図９では、水平ビーム角θ_ｈは、一定であると仮定する。センサ信号３００は、ゼロの垂直ビーム角に、センサ信号３０２は、負の垂直ビーム角に、また、センサ信号３０４は、正の垂直ビーム角に対応しうる。各センサ信号は、フラグ１２０におけるスロット１４４を表すバンプ３００ａといったバンプと、フラグ１２０のエッジ１４６を表す遷移３００ｂといった遷移を含む。バンプ３００ａのＸ位置は、一定の水平ビーム角に対して固定される。いずれの場合も、バンプ３００ａと、エッジ１４６を表す遷移との間の間隔は、垂直ビーム角の値に対応する。従って、間隔Ｓ１といった相対的に小さい間隔は、負の垂直ビーム角に対応し、また、間隔Ｓ３といった相対的に大きい間隔は、正の垂直ビーム角に対応する。

図７Ｂに示すように、ビーム電流センサ１６２ａは、Ｙ座標ｙ_ｐｙを有し、イオンビームは、Ｙ座標ｙ_ｂｃにおいてエッジ１４６と交差する。ビーム電流センサ１６２ａは、フラグ１２０から、Ｚ方向において、距離ｚ_ｐｘで離間される。この幾何学形状について、垂直ビーム角θ_ｖは、以下のように表しうる：

ｔａｎθ_ｖ＝（ｙ_ｐｘ−ｙ_ｂｃ）／ｚ_ｐｘ （２）

ビーム電流センサ１６２ａのＹ座標ｙ_ｐｘ及びＺ座標ｚ_ｐｘは既知であり、固定されるので、ビームレット１９０がエッジ１４６を横断するＹ座標ｙ_ｂｃは、センサ信号１８０におけるバンプ１８８と遷移１８６との間の間隔Ｓによって求められる。例えば、間隔ＳとＹ座標ｙ_ｂｃとの間の関係は、表から得ることができる。従って、垂直ビーム角θ_ｖは、上述の方程式（２）から求めることができる。なお、センサアレイ１２４の異なる行におけるビーム電流センサ１６２は異なるＹ座標ｙ_ｐｘを有することは理解されよう。

図６、８、及び９とそれらの説明は、センサアレイ１２４における単一ビーム電流センサ１６２ａによって生成されたセンサ信号に関する。ビーム電流センサ１６２ａは、イオンビーム内の１つの位置における水平及び垂直ビーム角を、それぞれ、方程式（１）及び（２）に従って求めることを可能にするセンサ信号を生成する。センサアレイ１２４における各ビーム電流センサは、フラグ位置に応じて同様のセンサ信号を生成する。イオンビーム６２の水平ビーム角及び垂直ビーム角は、基板面１１０内の位置に応じて変化しうる。センサアレイ１２４は、基板面１１０内の複数の位置における水平ビーム角及び垂直ビーム角を測定する。従って、センサアレイにおける位置（ｘ_ｐｘ，ｙ_ｐｘ）における各ピクセル（ビーム電流センサ１６２）は、水平ビーム角及び垂直ビーム角の測定結果を獲得する。例えば、イオンビームが完全に並行である場合、全てのビーム電流センサは、同じ水平及び垂直ビーム角を測定する。発散イオンビームの場合、センサアレイ１２４内の異なる位置におけるビーム電流センサ１６２は、異なる水平及び垂直ビーム角を測定する。従って、センサアレイ１２４のビーム電流センサ１６２により獲得される測定結果は、基板面１１０内の位置に応じた水平及び垂直ビーム角のマップを構成する。

センサアレイ１２４における一部又は全てのビーム電流センサ１６２からのセンサ信号は処理されて、追加の情報を供給しうる。リボンビーム又は走査ビームである広ビームの場合、ビーム幅における様々な水平位置での水平又は垂直のビーム角変化が関心の対象となる。これは、ウェハ上の１つのポイントは、ビーム内の１つの水平位置からのビームを遮断するが、この水平位置では、ウェハは、注入装置の機械的な垂直走査によってビームの各部分を垂直に遮断するからである。

従って、水平及び／又は垂直角測定結果の重み付けされた平均を供給するよう同じ水平位置における全てのビーム電流センサからのセンサ信号は処理され、それにより、その水平位置における平均水平及び／又は垂直角が得られる。各ビーム電流センサ用の角度測定結果は、そのビーム電流センサにおいて検出されたビーム電流によって重み付けされうる。７つの垂直列を有するピクセルアレイの例では、この演算は、７つの平均水平角と、７つの平均垂直角を生成する。イオンビームは、一般に、水平位置に応じて均一にされるので、７つの測定結果の等しく重み付けされた平均が、ビームの全体の平均方向を決める。７つの平均における偏差は、収束ビームのビーム角広がりとして定義されうる。結果として、中央ではゼロの水平ビーム角、ウェハの負の側では正の水平ビーム角、及び、ウェハの正の側では負の水平ビーム角でありうる。

本願に開示する角度測定システムは、ビーム角度の他にもビーム角度の広がりを測定するよう使用されうる。ビーム角度の広がりとは、イオンビーム６２に含まれる角度の範囲である。ビームレット１９０のコンテキストにおいて、ビーム角度の広がりとは、単一ビーム電流センサにより遮断されるイオンの角度の範囲である。センサアレイ１２４を用いて、イオンビーム６２内の異なる位置におけるビーム角度の広がりを評価しうる。ビーム角度の広がり測定は、センサアレイ１２４における各ビーム電流センサによって行われる。各ビーム電流センサは、水平ビーム角広がりφ_ｈ及び垂直ビーム角広がりφ_ｖの測定を行いうる。定性的に、水平ビーム角広がりφ_ｈは、センサ信号１８０におけるバンプ１８８の幅により示される。従って、バンプ１８８の幅が広ければ、水平ビーム角の広がりが大きいことを示す。同様に、垂直ビーム角の広がりφ_ｖは、センサ信号１８０における遷移１８６の勾配により示される。遷移１８６が緩やかであれば、垂直ビーム角の広がりが大きいことを示す。

水平ビーム角の広がりφ_ｈは、以下のように求められうる：

ただし、Δｘ_ｂは、ビームレット窓幅、即ち、ビームレット１９０がスロット１４４を通過し、ビーム電流センサ１６２ａにより遮断されうるＸ位置の範囲であり、Δｘ_ｐｘは、ビーム電流センサ１６２ａにおけるアパーチャのＸ方向における寸法であり、ｚ_ｐｘは、フラグ１２０とビーム電流センサ１６２ａとの間のＺ方向における間隔であり、Ｗ_ｂは、例えば、最大振幅の０．０１で測定されたセンサ信号１８０におけるバンプの幅であり、Ｗ_ｓは、スロット１４４の幅である。方程式（４）において、バンプ幅Ｗ_ｂだけが所与の構成に対して可変である。従って、水平ビーム角の広がりφ_ｈは、バンプ幅Ｗ_ｂの関数として表される。

垂直ビーム角の広がりφ_ｖは、以下のように求められうる：

ただし、Δ_ｙｂは、ビームレット窓高であり、Δｙ_ｐｘは、ビーム電流センサ１６２ａにおけるアパーチャのＹ方向における寸法であり、Ｗ_ｒは、最大振幅から最大振幅の０．０１まで測定された遷移１８６の幅であり、Δｘ_ｂは、上述したようにビームレット窓幅であり、Ωは、エッジ１４６の角度である。方程式（６）において、遷移幅Ｗ_ｒ及びビームレット窓幅Δｘ_ｂ（Ｗ_ｂ−２Ｗ_ｓにより与えられる）だけが所与の構成に対して可変である。

ビーム角測定結果は、可能なアクションを決定するよう評価されうる。例えば、許容基準が、ビーム角パラメータについて設定されうる。ビーム角パラメータがこの許容基準を満たす場合、イオン注入が進められうる。ビーム角パラメータがこの許容基準を満たさない場合、イオン注入装置は、ビーム角パラメータをこの許容基準内とするよう調整可能である。別のアプローチでは、ウェハは、本願に参照として組み込まれる米国特許番号第６，４３７，３５０号に記載されるように傾斜されて、ビーム角パラメータを許容基準内とすることができる。

他の好適なフラグ構成を図１０−１２に示す。図１０に示すように、フラグ４００は、垂直外側エッジ４０２の形である第１の形状と、傾斜スロット４０４の形である第２の形状とを含む。図１０の実施形態では、スロット４０４によりもたらされるセンサ信号におけるバンプの位置は、垂直ビーム角の関数として移動し、また、エッジ４０２によりもたらされる遷移の位置は、水平ビーム角の関数として移動する。

図１１に示すように、フラグ４２０は、垂直エッジ４２４の形である第１の形状と、傾斜エッジ４２６の形である第２の形状とを含み、これらは共に、フラグ４２０のアパーチャ４２２の内側エッジである。垂直エッジ４２４は、水平ビーム角を求めるために使用されるセンサ信号における遷移をもたらし、傾斜エッジ４２６は、垂直ビーム角を測定するために使用されるセンサ信号における遷移をもたらす。

図１２に示すように、フラグ４４０は、垂直エッジ４４４の形の第１の形状と、傾斜エッジ４４６の形の第２の形状とを含み、これらは共に、フラグ４４０の外側エッジである。垂直エッジ４４４は、水平ビーム角を測定するために使用されるセンサ信号における遷移をもたらし、傾斜エッジ４４６は、垂直ビーム角を測定するために使用されるセンサ信号における遷移をもたらす。フラグ４４０は、並進路に沿っての並進のために柱４４８によって支持されてもよい。

本願に開示する角度測定システムにより異なるタイプのイオンビームを測定することができる。リボンイオンビームは、一般に、ビーム高さ及びビーム幅により特徴付けられる細長い断面を有する。Ｙ方向におけるセンサアレイ１２４の高さは、ビーム高さより大きくなるよう選択され、それにより、予想される最大垂直ビーム角におけるビーム角測定を可能にする。Ｘ方向における並進路１７０の長さは、ビーム幅以上となるよう選択される。フラグ１２０を、イオンビーム断面の長さ寸法に沿って並進させることが最も実用的である。しかし、本発明はこれに限定されない。

本発明の角度測定システムは、走査イオンビームの角度測定結果を獲得するよう使用することができる。イオンビームは走査方向に走査されて、走査パターンを供給する。角度測定システムを使用して、この走査パターンの領域に亘ってのビーム角度測定結果を獲得することができる。フラグ１２０は、走査方向に並進され、並進路１７０は、走査パターン以上の長さを有する。フラグ１２０の並進速度は、イオンビーム角度が、並進路に沿っての各位置において少なくとも１回は測定されることを確実にするようビーム走査速度に比べて遅い。

本発明の角度測定システムは、固定スポットイオンビームの角度測定結果を獲得するよう使用することができる。センサアレイ１２４の高さ及び幅は共に、スポットイオンビームの直径より大きく、これにより、予想される最大ビーム角におけるビーム角度測定を可能にする。スポットイオンビームは、必ずしも円形断面を有さず、一般に、不規則な断面形状を有する。

図１３に、センサアレイ１２４の略部分断面図を示す。センサアレイ１２４のビーム電流センサ５００及び５０２を示す。アパーチャ５１２及び５１４を有するアパーチャプレート５１０が、各ビーム電流センサにより感知されるイオンビーム６２の領域を画成する。具体的には、アパーチャ５１２は、ビーム電流センサ５００のセンサ領域を画成し、アパーチャ５１４は、ビーム電流センサ５０２のセンサ領域を画成する。各アパーチャは、図７Ａ及び７Ｂに示すような寸法（Δｘ_ｐｘ，Δｙ_ｐｘ）を有する。ビーム電流センサ５００及び５０２は更に、それぞれ、支持プレート５３０に取り付けられるコレクタカップ５２０及び５２２を含む。コレクタカップ５２０及び５２２は、それぞれ、電流センサ５２４及び５２６を介して接地に接続される。

ビーム角を測定する、特に、低イオンビーム電流を測定する際の困難さの１つは、イオンビームによる電流のみが測定されることを確実にすることである。角度測定システムは、イオンビームの背景ガスとの衝突とウェハ上の電荷を中和するよう使用されるエレクトロンフラッドガンからの導入との両方により発生される電子及び低エネルギーイオンも存在するイオン注入装置の領域内で動作する。センサアレイ１２４には、ビーム電流センサ内に電子及び低エネルギーイオンが入ることを抑制する抑制素子が設けられうる。

図１３の実施形態では、センサアレイ１２４は、アパーチャプレート５１０とコレクタカップ５２０及び５２２との間に位置付けられる第１の静電抑制電極５４０、第２の静電抑制電極５４２、及び、第３の静電抑制電極５４４を含む。各抑制電極５４０、５４２、及び５４４は、アパーチャプレート５１０におけるアパーチャと位置合わせされるアパーチャを含む。例示的に、アパーチャプレート５１０は、接地されることが可能である。第１の抑制電極５４０及び第３の抑制電極５４４は、−５０乃至−１０００ボルトでバイアスがかけられ、第２の抑制電極５４２は、＋５０乃至＋５００ボルトでバイアスがかけられうる。一例では、電極５４０及び５４４は、−５００ボルトでバイアスがかけられ、電極５４２は、＋１００ボルトでバイアスがかけられる。なお、これらの値は例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよう。

図１３の実施形態は、複数の静電抑制素子を含む。他の実施形態では、磁気抑制素子、又は、静電と磁気の抑制素子の組み合わせを使用してもよい。一例では、単一の静電抑制電極を使用してもよい。

図１４は、本発明の別の実施形態による角度測定システム１４００のブロック図を示す。図１５には、角度測定システム１４００の斜視図を示す。図１４及び１５の同様の部分には、図２等の前の図面と同様に符号が付けられ、従って、ここでは簡潔にするために説明は繰り返さない。一般に、角度測定システム１４００は、フラグ１４２０、フラグ１４２０をＸ方向に並進させる並進メカニズム１２２、及び、フラグ１４２０からＺ方向で下流に位置付けられるセンスデバイス１４２３を含みうる。

図１４の実施形態では、フラグ１４２０は、図１６と共により詳細に説明する第１の形状及び第２の形状を有し、それにより、イオンビーム角度を測定可能にする。センスデバイス１４２３は、マスク１４２５と、マスク１４２５を第１の位置と第２の位置との間で並進させる並進メカニズム１４３０を含みうる。図１４の実施形態では、並進方向とは、矢印１４６０により示されるＸ方向であるが、他の並進方向も本願において同様に考えられる。一実施形態では、マスク１４２５の第１の位置は、伸展位置であってよく、また、第２の位置は、収縮位置であってよく、以下、本願においてそのように呼称しうる。

センスデバイス１４２３は更に、マスク１４２５からＺ方向において更に下流に位置付けられる複数のファラデーセンサ１４７０を含みうる。チャンバ１４３６が、ファラデーセンサ１４３６を支持しうる。チャンバ１４７０は更に、関連するファラデーセンサのための細長いアパーチャが画成されたアパーチャプレート１４６２に付加される。キャビティ１４７３が、チャンバ１４３６とアパーチャプレート１４６２との間に画成され、マスク１４２５の支持を支援しうる。キャビティ１４７３は更に、キャビティ１４７３内のマスク１４２５の並進を可能にするのに十分なサイズでありうる。

任意の複数のファラデーセンサを使用してもよく、図１４の実施形態では、７つのファラデーセンサ１４７０−１、１４７０−２、１４７０−３、１４７０−４、１４７０−５、１４７０−６、及び１４７０−７がありうる。各ファラデーセンサは、当該技術において既知であるように遮断されたビームに応じて電気信号を生成しうる。センサ信号の大きさは、遮断されたイオンビーム電流の関数でありうる。各ファラデーセンサは、ファラデーカップとして構成され、以下、本願においてそのように呼称しうる。

並進メカニズム１４３０は、コネクタロッド１４３４又は他の締結デバイスによりマスク１４２５に結合され、マスクを第１の位置と第２の位置との間で並進させるアクチュエータ１４３２を含みうる。第１の位置では、マスク１４２５は、関連するファラデーセンサの一部にビーム電流センサを画成するよう構成されうる。例えば、一実施形態では、マスクは、各ファラデーセンサ１４７０−３、１４７０−４、及び１４７０−５上に１つのビーム電流センサを画成しうる。

図１６は、図１４及び図１５の実施形態及び他の実施形態に使用しうる好適なフラグ構成の別の実施形態を示す。フラグ１４２０は、第１の形状と第２の形状とを含み、第２の形状は、第２の形状上の位置に応じて第１の形状からの可変間隔を有する。この第１の形状は、外側垂直エッジ１４２２の形であり、第２の形状は、外側傾斜エッジ１４２４の形でありうる。外側傾斜エッジ１４２４は、間隔Ｓ４、Ｓ５、及びＳ６により示すように、外側傾斜エッジ１４２４上の位置に応じて、垂直エッジ１４２２からの可変間隔を有しうる。

図１４及び図１５に更に示すように、フラグが矢印１７０により示す正のＸ方向に並進させられる場合に、垂直エッジ１４２２は、フラグ１４２０のリーディングエッジ（前縁）上にあり、傾斜エッジ１４２４は、フラグ１４２０のトレーリングエッジ（後縁）上にありうる。垂直エッジ１４２２は、水平ビーム角を測定するために使用されうるセンサ信号における遷移をもたらし、一方、傾斜エッジ１４２４は、垂直ビーム角を測定するために使用されうる。図１６の実施形態では、垂直エッジ１４２２及び傾斜エッジ１４２４は、直線であって、また、互いに対し鋭角φ１で方向付けられてもよい。鋭角φ１は、２０乃至４５度の範囲内でありえ、また、一実施形態では、約２２．５度でありうる。

図１７は、図１４及び図１５の角度測定システム１４００の分解斜視図であって、チャンバ１４３６、マスク１４２５、及びアパーチャプレート１４６２を示す。複数のファラデーカップ１４７０も示す。キャビティ１４７３は、チャンバ１４３６の一部内に形成されてマスク１４２５を支持し、また、キャビティ１４７３内のマスク１４２５の並進を可能にしうる。マスクは、マスクが第１の位置に並進させられる場合に関連するファラデーカップ上にビーム電流センサを画成するよう少なくとも１つのアパーチャを含みうる。

図１８は、マスクが第２の位置にある場合のアパーチャプレート１４６２及びマスク１４２５（ファントムで示す）の略正面図を示し、図１９は、マスクが第１の位置にあり、関連するファラデーカップの一部にビーム電流センサを画成する同様の略正面図を示す。マスク１４２５は、第１の位置にある場合にイオンビーム６２を選択的に遮断するよう、次に限定されないが、グラファイトを含む様々な材料から形成されうるプレートでありうる。図１８の位置では、この実施形態におけるマスク１４２５は、収縮されて、それにより、マスク１４２５の細長いアパーチャが、アパーチャプレート１４６２の関連する細長いアパーチャ１４８５、１４８４、及び１４８３と位置合わせされうる。つまり、マスク１４２５は、図１８の位置では、ビーム電流を阻止しない。

図１９は、マスクが、関連するファラデーカップの一部にビーム電流センサを画成するよう第１の位置に並進させられる場合に、イオンビーム側からのアパーチャプレート１４６２及びマスク１４２５の略正面図を示す。この実施形態では、マスク１４２５は、図１９におけるマスクの位置に対して正のＸ方向において伸展されうる。この第１の位置では、マスク１４２５のアパーチャ１７０６、１７０８、及び１７１０は、イオンビーム６２の一部はそれらを通過可能とするが、マスク１４２５の他の部分は、イオンビーム６２を遮断しうる。

従って、マスク１４２５は、イオンビーム６２を複数のファラデーカップ１４７０から選択的に遮断し、それにより、複数のファラデーカップ１４７０のうちの１つの一部に少なくとも１つのビーム電流センサを画成する。例えば、マスク１４２５の一部１４２５ａは、第３のファラデーセンサ１４７０−３用のアパーチャプレート１４６２のアパーチャ１４８３においてイオンビームを遮断し、マスク１４２５の別の部分１４２５ｂは、第４のファラデーセンサ１４７０−４用のアパーチャプレート１４６２のアパーチャ１４８４においてイオンビームを遮断し、マスク１４２５の更に別の部分１４２５ｃは、第５のファラデーセンサ１４７０−５用のアパーチャプレート１４６２のアパーチャ１４８５においてイオンビームを遮断しうる。

アパーチャ１７０６、１７０８、及び１７１０は、図１８及び図１９に詳細に示すようにＹ軸方向においてオフセットにされうる。アパーチャ１７１０は、第３のファラデーカップ１４７０−３の一部にビーム電流センサを画成するよう構成されうる。アパーチャ１７０８は、第４のファラデーカップ１４７０−４の一部にビーム電流センサを画成するよう構成されうる。最後に、アパーチャ１７０６は、第５のファラデーカップ１４７０−５の一部にビーム電流センサを画成するよう構成されうる。関連するファラデーカップの一部に形成されたビーム電流センサのそれぞれは、マスク１４２５のアパーチャ１７０６、１７０８、及び１７１０のサイズにより決定される幾何学形状を有しうる。一実施形態では、アパーチャ１７０６、１７０８、及び１７１０は、９０ｍｍ^２未満、例えば、ある場合では、９×９ｍｍ^２、即ち、８１ｍｍ^２である矩形形状を有しうる。しかし、様々な幾何学形状を有する任意の複数のアパーチャを使用して、様々な位置において１つ以上のファラデーカップに１つ以上のビーム電流センサを形成しうる。

動作時、フラグ１４２０は、並進メカニズム１２２によって正のＸ方向に、並進路１７０（図１４）に沿って並進させられ、それにより、フラグ１４２０は、並進路１７０の少なくとも一部に沿ってイオンビーム６２を遮断する。マスク１４２５は、最初は、図１８の第２の位置にあり、その場合、マスク１４２５は、アパーチャプレート１４６２のアパーチャを通り方向付けられたイオンビームのいずれの部分も遮断しない。ビーム電流測定結果が、複数のファラデーカップ１４７０のそれぞれから獲得されうる。各ファラデーカップからのセンサ信号は、連続的に測定されても、又は、所定の間隔でサンプリングされてもよい。

水平角は、図５、６、７Ａ、及び８を参照して上述したのと同様に求めうる。一般に、フラグ１４２０の垂直リーディングエッジ１４２２は、フラグ１４２０が並進路１７０に沿って並進される際にイオンビームを遮断し、ファラデーセンサからイオンビームを遮断する。ファラデーセンサの位置及びフラグ１４２０のリーディングエッジ１４２２の位置は、ファラデーセンサがイオンビーム信号における中断を感知する際には既知である。ファラデーセンサから基板面１１０へのＺ方向における距離も既知であるので、水平角θ_ｈを求めうる。例えば、水平角は、ファラデーセンサから基板面１１０へのＺ方向における距離によって除算される、ビームが遮断されるときのフラグ１４２０のリーディングエッジ１４２２のｘ座標とファラデーセンサのｘ位置との差の逆タンジェントでありうる。

マスク１４２５は、次に、図１９に示すような第１の位置に並進させられて、関連するファラデーカップの一部に少なくとも１つのビーム電流センサを画成する。マスク１４２５は、図１９の実施形態に示すように構成されて、第３のファラデーカップ１４７０−３上に１つのビーム電流センサを、第４のファラデーカップ１４７０−４上に１つのビーム電流センサを、また、第５のファラデーカップ１４７０−５上に１つのビーム電流センサを画成しうる。第１のファラデーカップ１４７０−１、第２のファラデーカップ１４７０−２、第６のファラデーカップ１４７０−６、及び第７のファラデーカップ１４７０−７の出力は無視しうる。

マスク１４２５によってファラデーカップ１４７０−３、１４７０−４、及び１４７０−５上に画成されたビーム電流センサのそれぞれは、フラグ１４２０が並進路１７０に沿って並進される際に、図２０に示すようなセンサ信号出力を供給しうる。垂直角は、図５、６、７Ｂ、及び９を参照して上述したのと同様に求めうる。換言すれば、フラグ１４２０の傾斜エッジ１４２４は、間隔Ｓ４、Ｓ５、及びＳ６（図１６）により示すように傾斜エッジ１４２４上の位置に応じて垂直エッジ１４２２から可変の間隔を有し、これらの間隔は、図５の間隔Ｓ１、Ｓ２、及びＳ３と同様である。従って、ビームの垂直角は、ビームの垂直角に依存してエッジ１４２４の異なる位置においてフラグの傾斜エッジ１４２４と交差しうる。

図２０は、ある（ｘ，ｙ）位置においてマスク１４２５によってファラデーカップ１４７０−３、１４７０−４、及び１４７０−５のうちの１つ上に画成された複数のビーム電流センサのうちの１つからのセンサ信号２０００の一例を示す。センサ信号２０００は、並進路１７０に沿ってのフラグ１４２０の位置に応じてプロットされる。フラグ１４２０は、Ｘの負の値から正のＸ方向に移動しうる。最初は、フラグ１４２０は、イオンビーム６２がビーム電流センサに到達することを阻止せず、従って、センサ信号２０００は、最大値２００４にある。フラグ１４２０の垂直エッジ１４２２が最初にイオンビームを遮断して、従って、センサ信号２０００は、ｘ位置ｘ１においてゼロに減少しうる。フラグ１４２０のトレーリングエッジ１４２４は、最終的には、イオンビームを遮断しないよう十分に遠くに並進させられ、従って、センサ信号は、位置ｘ２におけるゼロ値から、ｘ位置ｘ３におけるその最大値に増加しうる。

センサ信号２０００は、従って、リーディングエッジ１４２２を表す第１の成分と、トレーリングエッジ１４２４を表す第２の成分とを含みうる。第１の成分と第２の成分との間の距離、即ち、間隔Ｓは、垂直ビーム角を表す。例えば、間隔Ｓは、ビームが横断した傾斜エッジ１４２４上の位置を画成し、また、イオンビームのＹ軸を求めるよう使用されうる。

図２１は、本発明の別の実施形態による動作２１００を示す。動作２１０２は、第１の形状及び第２の形状が画成されるフラグを供給することを含みうる。第２の形状は、第２の形状上の位置に応じて第１の形状からの可変間隔を有する。動作２１０４は、フラグが、イオンビームの少なくとも一部を遮断するようフラグを並進路に沿って並進させることを含みうる。動作２１０６は、並進路に沿っての異なるフラグ位置についてイオンビームを検出することを含みうる。最後に、動作２１０８は、検出されたイオンビームに応じてセンサ信号を生成することを含みうる。このセンサ信号とフラグの対応する位置は、垂直面におけるイオンビームの垂直ビーム角を表す。

本発明の少なくとも１つの例示的な実施形態を説明したが、様々な変形、変更、及び改善点は、当業者には容易に想到できよう。このような変形、変更、及び改善点は、本発明内及び範囲であることを意図する。従って、上述の記載は、例示的に過ぎず、限定的であることを意図しない。本発明は、特許請求の範囲及びその等価物において定義されるようにのみ限定される。

Claims (18)

1. 第１の形状及び第２の形状を画成し、前記第２の形状は、前記第２の形状上の位置に応じて前記第１の形状から可変の間隔を有するフラグと、
   前記フラグがイオンビームの少なくとも一部を遮断するよう前記フラグを並進路に沿って並進させるメカニズムと、
   前記並進路に沿っての複数の異なるフラグ位置に対して前記イオンビームを検出し、検出された前記イオンビームに応じてセンサ信号を生成するセンスデバイスと、
   を含み、
   前記センサ信号及び前記フラグの対応する複数の位置は、前記並進路に対して垂直な垂直面における前記イオンビームの垂直ビーム角を表す、角度測定システム。
2. 前記センスデバイスは、
   マスクと、
   前記マスクを第１の位置と第２の位置との間で並進させるメカニズムと、
   を含み、
   前記第１の位置における前記マスクは、関連するファラデーセンサの一部の上にビーム電流センサを画成し、
   前記ビーム電流センサは、前記センサ信号を生成する、請求項１に記載の角度測定システム。
3. 前記ファラデーセンサの一部は、９０平方ミリメートル未満の表面積を有する矩形形状を有する、請求項２に記載の角度測定システム。
4. 前記マスクは、前記マスクが前記第１の位置にある場合に、前記ビーム電流センサを画成する少なくとも１つのアパーチャを含む、請求項２に記載の角度測定システム。
5. 前記マスクは、前記マスクが前記第１の位置にある場合に、関連する複数のファラデーセンサ上に１つの関連のビーム電流センサを画成する複数のアパーチャを含む、請求項２に記載の角度測定システム。
6. 前記複数のアパーチャは、
   前記マスクが前記第１の位置にある場合に、第１のファラデーセンサの一部の上に第１のビーム電流センサを画成する第１のアパーチャと、
   前記マスクが前記第１の位置にある場合に、第２のファラデーセンサの一部の上に第２のビーム電流センサを画成する第２のアパーチャと、
   前記マスクが前記第１の位置にある場合に、第３のファラデーセンサの一部の上に第３のビーム電流センサを画成する第３のアパーチャと、
   を含む、請求項５に記載の角度測定システム。
7. 前記センサ信号に応じて、前記ビーム電流センサにおける、前記垂直面における前記垂直ビーム角及び水平面における水平ビーム角を決定する処理デバイスを更に含む、請求項２に記載の角度測定システム。
8. 前記センサ信号は、
   前記第１の形状を表す第１の信号成分と、
   前記第２の形状を表す第２の信号成分と、
   を有し、
   前記第１の信号成分と前記第２の信号成分との間の距離は、前記垂直ビーム角を表す、請求項２に記載の角度測定システム。
9. 前記第１の形状及び前記第２の形状は、前記フラグの外側エッジを含む、請求項１に記載の角度測定システム。
10. 前記第１の形状及び前記第２の形状は、直線であり、且つ、鋭角を成して方向付けられる、請求項９に記載の角度測定システム。
11. 前記鋭角は、２２．５度である、請求項１０に記載の角度測定システム。
12. 前記第１の形状は、前記並進路に直交し、
    前記第２の形状は、前記フラグの傾斜外側エッジを含む、請求項１０に記載の角度測定システム。
13. 第１の形状及び第２の形状を画成し、前記第２の形状は、前記第２の形状上の位置に応じて前記第１の形状から可変の間隔を有するフラグを供給することと、
    前記フラグがイオンビームの少なくとも一部を遮断するよう前記フラグを並進路に沿って並進させることと、
    前記並進路に沿っての複数の異なるフラグ位置に対して前記イオンビームを検出することと、
    検出された前記イオンビームに応じてセンサ信号を生成することと、
    を含み、
    前記センサ信号及び前記フラグの対応する複数の位置は、前記並進路に対して垂直な垂直面における前記イオンビームの垂直ビーム角を表す、方法。
14. マスクを第１の位置と第２の位置との間で並進させることを更に含み、
    前記第１の位置における前記マスクは、関連するファラデーセンサの一部の上にビーム電流センサを画成し、
    前記ビーム電流センサは、前記センサ信号を生成する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記マスクは、前記マスクが前記第１の位置にある場合に、関連する複数のファラデーセンサ上に１つの関連のビーム電流センサを画成する複数のアパーチャを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記複数のアパーチャは、
    前記マスクが前記第１の位置にある場合に、第１のファラデーセンサの一部の上に第１のビーム電流センサを画成する第１のアパーチャと、
    前記マスクが前記第１の位置にある場合に、第２のファラデーセンサの一部の上に第２のビーム電流センサを画成する第２のアパーチャと、
    前記マスクが前記第１の位置にある場合に、第３のファラデーセンサの一部の上に第３のビーム電流センサを画成する第３のアパーチャと、
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ビーム電流センサにおける、前記垂直面における前記垂直ビーム角及び水平面における水平ビーム角を決定するよう前記センサ信号を処理することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
18. モニタリングされた前記垂直ビーム角を予め定められた基準と比べることと、
    モニタリングされた前記垂直ビーム角が前記予め定められた基準を満足しない場合に、前記イオンビームを調節する、又は、前記イオンビームに対して基板を傾斜させることで前記垂直ビーム角を調節することと、
    を更に含む、請求項１７に記載の方法。

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