JP6481834B2 - ビーム電流計測器、荷電粒子ビーム照射装置 - Google Patents

ビーム電流計測器、荷電粒子ビーム照射装置 Download PDF

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Description

本発明は、イオンビームや電子ビームのビーム電流の計測を行うビーム電流計測器と同ビーム電流計測器を有する荷電粒子ビーム照射装置に関する。
シリコンウエハやガラス基板といったターゲットに対してイオンビームや電子ビームを照射して、ターゲットの加工を行う荷電粒子ビーム照射装置が知られている。荷電粒子ビーム照射装置の具体例としては、イオンビームを扱うイオン注入装置やイオンビームエッチング装置、電子ビームを扱う電子線描画装置や電子線照射装置等々が挙げられる。
各装置では、ターゲット加工に使用される荷電粒子ビームのビーム電流を計測するための計測器としてカップ状の捕集電極からなるファラデーカップが使用されている。ファラデーカップによるビーム電流計測は、単一のファラデーカップを用いて任意の場所でのビーム電流を計測する場合もあるが、複数のファラデーカップを用いて任意の方向でのビーム電流分布を計測する場合もある。
図６には、特許文献１に述べられる複数のファラデーカップを用いて任意の方向でのビーム電流分布を計測する構成と同様のビーム電流計測器が描かれている。
図示されるＹ方向はスポット状のイオンビームＩＢの走査方向で、Ｚ方向はイオンビームの進行方向を指す。また、Ｘ方向は、Ｙ方向とＺ方向に直交する方向を指す。
複数のファラデーカップＦＣはＹ方向に沿って絶縁支持板２上に並べられていて、各ファラデーカップＦＣには図示されない電流計が接続されている。マスク２１と負電圧が印加される２次電子抑制電極２２には、個々のファラデーカップＦＣに対応した開口Ｈが形成されている。これらの開口Ｈを通じてイオンビームＩＢが個々のファラデーカップＦＣに入射することで、Ｙ方向でのビーム電流分布の計測が行われる。また、マスク２１や電極２２、ファラデーカップＦＣ等は、図示されない容器内に収納され、ユニットとして荷電粒子ビーム照射装置に取り付け、取り外しができるように構成されている。
特開平３−１１４１２７
図６のビーム電流計測器では、Ｙ方向に隙間を空けてファラデーカップＦＣが配置されているが、この隙間の部分にはファラデーカップがないので当然ながらビーム電流を計測することができない。
ターゲットに照射されるイオンビームには、図６のビーム電流計測器で計測できない領域のイオンビームも含まれている。ビーム電流計測器で計測できない領域のイオンビームのビーム電流が他の領域のものと比べて極端に大きい、あるいは、極端に小さい値の場合には、計測されたビーム電流やビーム電流分布が正常値であっても、ターゲットの加工処理が不良となることが懸念される。この点については、電子ビームを扱う装置でも同じことが言える。
本発明では、途切れなく連続的にビーム電流分布の計測を行うことのできるビーム電流計測器を提供することを主たる目的とする。
本発明のビーム電流計測器は、荷電粒子ビームのビーム電流分布計測に用いられ、並設方向において検出領域が途切れなく連続した複数の捕集電極を備えている。
複数の捕集電極が物理的に非接触であることから、従来技術と同様にビーム電流分布の計測が可能となる。その上、ビーム電流の検出領域が途切れなく連続しているので、捕集電極の並設方向において荷電粒子ビームのビーム電流を途切れなく連続して計測することが可能となる。
好ましくは、前記捕集電極をビーム受光側からみたとき、隣り合う捕集電極が部分的に重なっている構成であることが望ましい。
上記構成であれば、捕集電極に対して斜めに照射されるビーム成分の低減を図ることが可能となる。
より好ましくは、計測対象とする前記捕集電極を選択的に切換える切換え回路を有していることが望ましい。
上記構成であれば、電流計を共通して使用することが可能となる。
さらに、前記捕集電極のビーム受光側にビーム整形用のマスクと２次電子抑制電極を有し、前記マスクと前記電極には複数の捕集電極に対応した単一の開口が形成されている構成であることが望ましい。
発明の構成では並設方向において検出領域が途切れなく連続した複数の捕集電極を備えているので、隣り合う捕集電極間の隙間にビームが照射されることによって捕集電極間の短絡が生じる可能性は低い。このことから、捕集電極のビーム受光側に配置されるビーム整形用のマスクや２次電子抑制電極に個々の捕集電極に対応した開口を形成する必要がなく、複数の捕集電極に対応した単一の開口が形成されていれば済む。
また、荷電粒子ビーム照射装置の構成としては、上述したビーム電流計測器を、ビーム輸送経路やターゲット加工室に備えた装置構成のものが望まれる。
複数の捕集電極が物理的に非接触であることから、従来技術と同様にビーム電流分布の計測が可能となる。その上、ビーム電流の検出領域が途切れなく連続しているので、捕集電極の並設方向において荷電粒子ビームのビーム電流を途切れなく連続して計測することが可能となる。
本発明に係るビーム電流計測器の模式的断面図。（Ａ）はＹＺ平面でのビーム電流計測器の様子を表し、（Ｂ）はＺＸ平面でのビーム電流計測器の様子を表す。 切換え回路を用いたビーム電流計測についての説明図。（Ａ）は各捕集電極で計測されるビーム電流の総和を計測する場合の構成例。（Ｂ）は計測対象とする捕集電極を順次切り替えてビーム電流を計測する場合の構成例。 複数の電流計を用いたビーム電流計測についての説明図。 本発明に係るビーム電流計測器を備えた荷電粒子ビーム照射装置の模式的平面図。 捕集電極の別の並設構成についての説明図。 従来のビーム電流計測器を表す模式的断面図。
以下、図１を参照して、本発明のビーム電流計測器ＢＤの基本構成について図６に示す従来のビーム電流計測器との違いを中心に説明する。
図１に示すビーム電流計測器ＢＤでは、図６に示す従来のビーム電流計測器の構成と同じく、Ｙ方向に走査されたイオンビームＩＢのビーム電流分布の計測が行われる。ＸＹＺ軸の定義等、図６と共通する符号が使用されている箇所については、図６で説明した構成と共通している。
図１（Ａ）はビーム電流計測器ＢＤのＹＺ平面での様子を表し、図１（Ｂ）はビーム電流計測器ＢＤのＺＸ平面での様子を表す。
複数の捕集電極１はＹ方向に沿って並べられている。各捕集電極１は絶縁支持板２上に固定用のねじを兼ねる計測端子５で固定されている。計測端子５には、図示されない電流計が接続されていて、個々の捕集電極１を通じてビーム電流の計測が行われる。
捕集電極１をイオンビームＩＢの受光側からみたとき、Ｙ方向で隣り合う捕集電極１は図中Ｄで示す領域で部分的に重なっているので、捕集電極１でビーム電流の検出に利用される領域（検出領域）が捕集電極１の並設方向に途切れなく連続することになる。
ここで述べた検出領域とは、捕集電極１でイオンビームＩＢを受光する領域であり、換言すればイオンビームＩＢから見えている捕集電極１の部位に相当する。
ビーム電流計測器ＢＤが上記構成の捕集電極１を備えることで、従来のビーム電流計測器では計測できなかった捕集電極間でのビーム電流計測が可能となる。
捕集電極１の重なり部分Ｄについては、計測対象とするイオンビームＩＢがＺ方向と実質的に平行に捕集電極１に照射されているならば、重なり部分Ｄはゼロであっても、Ｙ方向に沿って捕集電極１の検出領域は途切れなく連続したものとなる。
一方で、イオンビームＩＢの進行方向がＺ方向に対して斜めである場合、Ｚ方向での捕集電極１の厚みやイオンビームＩＢの照射角度によるが、隣り合う捕集電極１の間にある絶縁支持板２にイオンビームＩＢの一部が照射されてしまうことが懸念される。この点を考慮するならば、重なり部分Ｄはゼロよりも大きい構成、つまりは隣り合う捕集電極１の検収領域を重ねておくことが望まれる。
マスク４、２次電子抑制電極３には、従来技術と同様に各捕集電極１に対応する開口を個別に形成しておいてもよい。しかしながら、各捕集電極１に対応した開口を設けた場合、隣り合う開口間で遮蔽されたイオンビームＩＢのビーム電流を計測することが不可能となる。
このことから、マスク４、２次電子抑制電極３には、図１に示されているように全ての捕集電極１に対応した１つの開口Ｈを形成しておき、ここを通して広範囲にイオンビームＩＢのビーム電流を検出できるように構成しておくことが望まれる。
なお、マスク４は接地されており、２次電子抑制電極３には接地電位を基準にして負の電圧が印加されている。
ビーム電流の計測にあたっては、例えば、捕集電極１の数だけ電流計を設けておいてもよい。ただし、電流計の数が増加すれば、装置コストが高くなるので、切換え回路を用いて複数の捕集電極１で電流計を共用してもよい。
一例として、図２には、３つの捕集電極１に対して１つの電流計を共有する例が示されている。例えば、捕集電極１と電流計との間に切換え回路Ｓを設けておく。切換え回路Ｓは、電流計で計測対象とする捕集電極１を切換える回路である。
図２（Ａ）のように、各捕集電極１に接続された切換え回路Ｓを全てオン状態にすることで、３つの捕集電極１で検出されたビーム電流の総和を計測することが可能となる。
また、図２（Ｂ）のように、各捕集電極１に接続された切換え回路Ｓの１つをオン状態とし、残りをオフ状態にしておけば、任意の捕集電極１で検出されたビーム電流を計測することが可能となる。さらに、切換え回路Ｓのオン状態を順番に切り替え、各捕集電極１を通じてビーム電流の計測を行うことで、ビーム電流分布を知ることが出来る。
図２では、複数の捕集電極１に対して１つの電流計を用いる構成であったが、電流計の数に限りはなく、例えば２つの電流計を用いるようにしてもよい。
図３は２つの電流計を用いた例であり、電流計ごとに対応する捕集電極１をグループ分けしている。ビーム電流分布の計測にあたっては、各グループで、１つの捕集電極１を通じてビーム電流の計測ができるように切換え回路Ｓのオン・オフ状態を順次切り替える。このような手法を用いることで、ビーム電流分布の計測に要する時間が短縮できる。
これまでに述べたビーム電流計測器ＢＤを荷電粒子ビーム照射装置で使用する場合、例えば、図４の装置構成が考えられる。
図４には、イオン源１１、引出電極１２、質量分析電磁石１３、分析スリット１４を通してイオンビームＩＢを処理室１６に輸送し、処理室１６内で一方向に沿って往復走査されているターゲット１５にイオンビームＩＢを照射する典型的なイオン注入装置ＩＭの構成が描かれている。
このイオン注入装置ＩＭにおいて、ビーム電流計測器ＢＤはイオンビームＩＢの輸送経路や処理室１６に配置されている。
必要に応じてイオンビームＩＢの輸送経路にビーム電流計測器ＢＤが出し入れできるように、図示されない移動機構が設けられていてもよい。また、同移動機構は特定の方向だけでなく、直交する２方向にビーム電流計測器ＢＤを移動させ、特定平面内の任意の場所でビーム電流の計測が行えるように構成されていてもよい。
処理室１６においても、可動式のビーム電流計測器ＢＤを用いてもいいが、ターゲット１５へのイオンビームＩＢの照射位置の下流側にビーム電流計測器ＢＤを固定しておいてもよい。
これまでの実施形態で述べた捕集電極１の並設方向は一直線状であったが、捕集電極１の並設方向はこれに限定されない。例えば、十字状に並設してもいいし、２列、３列といった複数列で捕集電極を並設するようにしてもいい。さらには、各々の捕集電極の形状は同一である必要はなく、異なっていてもよい。
捕集電極の形状を異ならせた例として、図５に示す構成が挙げられる。図５は、ビーム電流計測器をビーム受光側からみたときの図で、図１に記載のマスク４、２次電子抑制電極３の図示は省略されている。図５では、同心円状に形状の異なる複数の捕集電極１が領域Ｄで部分的に重なるようにして並設されている。
これまでに述べた実施形態では、イオンビームのビーム電流計測について述べたが、計測対象は電子ビームでもよく、広くは荷電粒子ビームであればよい。
また、荷電粒子ビームの形状は、スポット状の形状に限られず、一方向に長いシート状のビームやリボンビームであってもよい。
さらに、ターゲットのチャージアップやイオンビームの発散抑制用のプラズマ源近傍でビーム電流計測器が使用される際には、図１のマスク２と２次電子抑制電極３との間に、接地電位を基準として正の電圧が印加される抑制電極を追加するようにしてもいい。
また、捕集電極１の形状は、図１に開示の形状に限られない。捕集電極１の並設方向に検出領域が途切れなく連続していればいいので、例えば、絶縁支持板２の平面に対して水平、垂直に延びた電極部位を斜めに構成しておいてもよい。
ビーム電流分布という点では、個々の捕集電極１での正確なビーム電流の計測は要求されない。つまり、個々の捕集電極１での計測精度が同程度であれば、ビーム電流の比で求められるビーム電流分布は概ね正しい値を求めることができる。この点を考慮すれば、捕集電極１のカップ状の部位から２次電子が少々飛び出すような構成であってもよい。極端に言えば、捕集電極１としてはカップ状の部位がない、凹み部分がないような構成であってもよい。
１．捕集電極
２．絶縁支持板
３、２２．２次電子抑制電極
４、２１．マスク
５．計測端子
１１．イオン源
１２．引出電極
１３．質量分析電磁石
１４．分析スリット
１５．ターゲット
ＢＤ．ビーム電流計測器
Ｓ．切換え回路
ＦＣ．ファラデーカップ

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームのビーム電流分布計測に用いられ、
    並設方向において検出領域が途切れなく連続しているとともに、互いに物理的に離間した複数の捕集電極を備えているビーム電流計測器。
  2. 前記捕集電極をビーム受光側からみたとき、隣り合う捕集電極が部分的に重なっている請求項１記載のビーム電流計測器。
  3. 計測対象とする前記捕集電極を選択的に切換える切換え回路を有する請求項１または２記載のビーム電流計測器。
  4. 前記捕集電極のビーム受光側にビーム整形用のマスクと２次電子抑制電極を有し、前記マスクと前記電極には複数の捕集電極に対応した単一の開口が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のビーム電流計測器。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のビーム電流計測器を、ビーム輸送経路またはターゲットが加工される処理室に備えた荷電粒子ビーム照射装置。
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