JPS5911180B2 - 荷電粒子をタ−ゲットに指向させる装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は荷電粒子源と、荷電粒子を加速する装置と、荷
電粒子のビームを互に直交する２方向に制御する偏向板
を有する静電偏向装置とを具え、前記偏向板は電圧源に
接続し、各偏向板の電圧値３０は電子制御装置で制御し
得るように構成された、荷電粒子を支持板のターゲット
取付個所上のターゲットに指向させる装置に関するもの
である。

斯る装置は一例として以下に説明するイオン注入装置と
することができるが、電子ビーム制御部３５置とするこ
ともできる。静電偏向装置を有するイオン注入装置にお
いては、イオンビームをターゲットに指向させ、ターゲ
ツト上を偏向板の電圧変化により所望パターンに従つて
移動させる。

イオン注入中、イオンビームは注入すべきターゲツトの
周囲にできるだけ近似した矩形パターンを描くのが普通
である。

しかし、所望パターンからの偏差が種々の態様で発生し
得る。例えば、イオンビーム自体が常に偏向板内の同一
点に同一方向に入射するとは限らない。更に、電子的に
構成するのが好適である偏向板電圧制御装置において増
幅器の温度変動による偏差が生じ得る。これらの不所望
な偏差の結果として、ビームが描くストロークが全体的
に片側に偏よりすぎたり（以後零点調整偏差と称す）、
ビームの振幅が大きくなりすぎたり小さくなりすぎたり
することが起り得る。イオンビーム又は電子ビームがタ
ーゲツト全体をカバーするか否かを検出する方法の一例
では、臭化カリのような塩が被覆された金属板をターゲ
ツトの前面に設ける。荷電粒子がこの塩に射突すると、
この塩が発光してビームの進路を可視化できる。しかし
、これにはイオン注入空間内にカメラが必要となると共
に操咋パネルにモニタが必要となる。また、小ビーム電
流で、薄い塩層の場合に′ま、発光効率が小さすぎて良
好な画像が得られない。更に、イオン注入空間内の真空
が衝撃された塩により悪影響を受ける。ビームの所望零
点調整からの偏差又はビーム振幅の偏差の場合には、ビ
ームを再調整する必要がある。

最適効率を達成する必要がある場合にはこの再調整を常
時精密に行なう必要がある。本発明の目的は、ビームの
零点及び振幅を自動的に正しく調整してビームの安定し
たストロークが尋られるように構成し、上述の塩層を使
用する場合の欠点を除去し得るようにした上述した種類
の装置を提供せんとするにある。

この目的のために、本発明装置においては、支持板のタ
ーゲツト取付個所の対向する各側に支持板に近接してそ
れぞれ２本の導電材料の棒を並置し、これら各導電棒を
抵抗を経て大地電位のような定電位に接続すると共に、
これら各導電棒を、更に、荷電粒子のビームが前記導電
棒に射突したときに前記抵抗の・両端間に発生する電圧
に応答する制御装置に接続し、該制御装置により、荷電
粒子のビームがターゲツト上を横切る各ストローク中に
２本の最内側の導電棒以外の組み合わせの棒に射突した
場合に、偏向板の制御用補正電圧を発生するよう構成し
たことを特徴とする。ターゲツトの各側に配置された２
本の導電棒の組み合わせはビームの各ストロークに対す
る補正に必要な情報を提供するため、ビームが描くスト
ロークの自動安定化を得ることができる。

前記抵抗両端間の電圧に応答する制御装置にはビームの
零点調整用補正装置と、ビームの振幅用補正装置とを設
けるのが好適である。

斯る制御装置は種々に構成することができる。

しかし、斯る制御装置を多安定バイブレータを含むデジ
タル回路で構成して前記導電棒により発生されたパルス
をスタテイツク信号に変換し、該スタテイツク信号をビ
ーム零点調整の制御部及びビーム振幅の制御部に供給し
、該各制御部を、供給された信号を所望の信号と比較す
る比較回路と、該比較回路に差がある場合にパルスを受
信しこれをその出力値に累算するカウンタ回路と、該カ
ウンタ回路から供給された入力値に比例しだｒナログ出
力電圧を発生するデジタル−アナログ変換器とで構成す
れば、所望の安定化が極めて容易に得られることを確か
めた。前記導電棒は、安定化の他にも、ビーム位置を簡
単に可視化するのに有利に用いることができる。

この目的のために、本発明の他の例では、前記導電棒を
更にビーム位置表示用発光表示器に接続し、各表示器を
関連する導電棒が荷電粒子ビームによりヒツトされたと
きに該導電棒の抵抗両端間に発生する電圧によつて点灯
するよう構成した。これら表示器としてはランプ、ネオ
ン管、発光ダイオード等を用いることができる。斯る光
学表示は、電圧増幅器及び単安定マルチバイブレータを
各導電棒と関連する表示器の接続線内に組み入れること
により改善することができる。

即ち、電圧増幅器により高い光度が得られると共に、単
安定マルチバイブレータにより表示器の点灯時間を長く
することができる。必要に応じ、ターゲツト取付個所の
各側に２本以上の導電棒を配置することもできる。

これらの追加の導電棒は安定化には必要ないが、これら
によつて、例えばビームのストローク長が過度に大きい
こと、従つて動作に不所望な時間損失を生ずることを表
示することができる。図面につき本発明を説明する。

以下の説明においては、イオンビームを例にとつてその
安定化及び位置表示を説明するが、本発明は荷電粒子が
電子の場合にも適用して、電子ビームの安定化及び位置
表示を行なうことができるものである。

第１図はイオン注入装置を線図的に示す。

イオン源１からのイオンは電界により加速される。この
電界はイオン源１と加速電極２との間の電圧差により形
成され、この電圧差は例えば１００ｋとすることができ
る。形成されたイオンビームは磁界中を通り、この磁界
の強さは偏向磁石３により、所望のイオンのみが彎曲路
５を通過するよう調整される。所望粒子より小質量又は
大質量の粒子は彎曲路５の外面及び内面に衝突する。彎
曲路５を通過したイオンは支持板１１に固着されたター
ゲツト１０上にレンズ系４により集束される。ターゲツ
ト１０は例えば半導体デイスクで、これにイオン注入し
て１個以上の所望導電型の領域を形成する。この目的の
ためにはイオンビームにより半導体デイスク上にパター
ンを描かせる必要がある。イオンビームの制御は静電偏
向装置により行なわれる。この目的のためにビームを互
に直交する２方向に偏向する偏向板６，７及び８，９が
具えられている。偏向板６，７及び８，９間の差電圧（
例えば最大１０ｋまで制御できる）を制御することによ
り、イオンビームを偏向して半導体デイスク１０が所望
のパターンに従つてたたかれるようにする。斯るイオン
注入装置の動作原理は既知であり、これ以上の説明は省
略する。半導体デイスクの全域をできるだけ均一にイオ
ン注入する必要が度々ある。

第２図は既知の装置におけるビームが半導体装置上に射
突するパターンの例示である。これに使用される静電偏
向装置においては三角波電圧を電圧発生器により発生さ
せる。この電圧を大地に対し対称に分割し、増幅して偏
向板に供給する。この電圧供給を、Ｘ方向にビームを偏
向する偏向板６，７及びＹ方向にビームを偏向する偏向
板８，９の双方に対し行なう。Ｘ及びＹ偏向板の電圧値
を制御することによりビームを半導体デイスク上に第２
図に示す往復ラ・ｆンに従つて射突させ、矩形パターン
を描かせることができる。第３図は第２図のパターンよ
り好適なイオン注入パターンを示す。

第２図に示すパターンにおいては、円形又は楕円形の半
導体デイスク上に射突する往復ビームが部分的に重なる
ことによりイオン注入が不均一になる。この重複は第３
図に示すパターンでは避けられる。第３図に示すパター
ンは、例えばＸ方向に対しては強度が変化する電界で、
Ｙ方向に対しては一定の電界でビームを偏向させること
により得ることができる。ビームのＸ方向の各ストロー
クの終了時にＹ偏向板間の静電界を小量だけ変化させて
ビームをＹ方向に小距離だけ偏向する。次いでビームを
再びＸ方向に偏向し、その間Ｙ偏向板間の電界を一定に
維持する。これら偏向板に必要とされる電圧はデジタル
的に発生させるのが有利である。第４図はこれら偏向電
圧をデジタル的に発生させる電子制御装置の一例を示す
。

Ｘ偏向板及びＹ偏向板の偏向電圧に対し同一構成のチヤ
ンネルを用いる。主としてＸ方向の偏向電圧を発生する
チヤンネルについて動作の説明をする。本例では、この
チヤンネルは２進カウンタ回路２０、デジタル−アナロ
グ変換器２１、分相回路２２及び偏向板６及び７にそれ
ぞれ接続された互に反対位相の並列出力増幅器２３及び
２４とを具える。各回路は既知の素子から成る。カウン
タ回路２０は多数のセツト入力端子を有し、簡単のため
これら入力端子の内の４個を２５，２６，２７及び２８
で示すと共に同数の出力端子を２９，３０，３１及び３
２で示す。

セツト入力端子によりカウンタ回路２０をプリセツトす
ることができる。このカウンタ回路２０は更に発振器か
らの電圧パルスが供給されるクロツク入力端子３３と、
クロツク入力端子の電圧パルスをカウントアツプ又はカ
ウントダウンさせるカウントアツプ／カウントダウン入
力端子３４を具える。出力端子２９〜３２の出力は電圧
パルスの数を２進的に表わし、各出力端子の状態は６０
゛又は″１”で表わすことができる。各パルスは２進的
にカウントされ、少くとも１つの出力端子の状態が変化
する。これら出力端子の状態はデジタル−アナログ変換
器２１に供給され、その出力電圧はその入力の２進値に
比例する。変換器２１の出力電圧は分相回路に供給され
、これから反対位相に接続された並列出力増幅器２３及
び２４に供給される。

増幅器２３及び２４は互に反対極性の等しい大きさの電
圧を偏向板６及び７にそれぞれ供給する。クロツク入力
端子３３に供給された電圧パルスはカウンタ回路２０に
よりカウントアツプされるため、変換器２１の出力電圧
が変化し、従つて偏向板６及び７の電圧が変化する。

それゆえイオンビームがＸ方向に偏向される。全ての出
力端子２９〜３２が１１゛で表わされる状態になると、
ビームは最高に偏向され、半導体デイスク１０から外れ
る。このときカウンタ回路２０の最大／最小出力端子３
５に電圧変化が生じ、これがＹチヤンネルのカウンタ回
路３７のクロツク入力端子３６に供給される。このパル
スはＹカウンタ３７においてその出力端子の値に累算さ
れる。これによりＹチヤンネル用デジタル−アナログ変
換器３８の出力電圧が１ステツプだけ変化し、これが分
相回路３９を経て出力増幅器４０及び４１に供給され、
Ｙ偏向板の電圧に１ステツプの変化が生ずる。従つて、
ビームはＹ方向に１ステツプ移動する。

このときデジタル回路はＸカウンタ回路２０の力 ニウ
ントアツプ／カウントダウン入力端子３４に６０″を供
給してＸカウンタがカウントダウンを開始する。この場
合ビームは半導体デイスク上を反対方向に移動する。Ｘ
カウンタの全ての出力端子２９〜３２が゛Ｏ”になると
、ビームは反導体シデイスクの反対側に外れる。このと
き最大／最小出力端子３５が再び電圧変化を発生して、
ビームが再びＹ方向に１ステツプだけ移動される。Ｙカ
ウンタがその最大値になると、その出力端子は全て″１
″となり、Ｙカウントアツプ／カウントダ５ウン入力端
子４２の極性が変化し、斯る後ビームは第３図のパター
ンを反対方向に辿る。以上の動作を、所望の注入量が得
られるまで繰返えす。しかし、デジタル−アナログ変換
器、分相器及び出力増幅器において偏差が生じ、ビーム
の零点３調整及び振幅が変化し得ることを確かめた。本
発明はこれらの変化を検出し、ビームの零点調整及びス
トローク長を安定化する手段を提供するものである。本
発明による安定化手段を第５〜第７図を参照４してイオ
ンビームのＸ方向偏向について説明する。

２本の棒４３，４４８１．び４５，４６を半導体装置１
０の両側に配置する。

これらの棒は例えば銅のような導電材料で造る。これら
の導電棒は半導体デイスク１０の支持板１１上に設ける
ことができ、また必要に応じ半導体デイスクの近傍の任
意の場所に配置してもよい。各棒は抵抗４７〜５０を経
て例えば大地電位のような定電位点に接続すると共に導
線を経て安定化回路に接続する。イオンビームが棒４３
〜４６の１本に射突すると、関連する抵抗の両端間に電
圧パルスが発生し、この電圧パルスが安定化回路に供給
される。第６図はビームが各ストローク中に呈し得る種
種の位置を示す。

位置ａはビームの正しいストロークを示し、この場合に
は棒４３及び４５がヒツトされて安定化回路にパルスを
供給し、棒４４及び４６はヒツトされない。ビームでヒ
ツトされた棒を１１”で表わし、ヒツトされない棒を゛
０゛で表わすと、ビームの正しい位値は０１１０で表わ
される。第６図に示す位置ａ−ｈにおけるストロークは
下表で表わされる。第７図は安定化回路の一例を示す。

導電棒４３〜４６からのパルスを多安定バイブレータを
含むデジタル回路５１に供給してこれらパルスをスタテ
イツク信号に変換し、ビームが半導体デイスク上を走査
し終えた時に上表の位置ａ−ｈの１つと関連する情報が
形成されるようにする。回路５１からの情報とその補数
値をデジタル回路５２及び５３に供給する。これらのデ
ジタル回路において、供給された信号を所望の調整され
た値と比較する。零点調整と振幅の双方に差が発生した
ものと仮定すると、この場合には回路５２が信号をカウ
ンタ回路５５のカウントアツプ／カウントダウン入力端
子５４及びそのクロツク入力端子５６に信号を供給する
。カウンタ出力端子５７からその２進累算値がデジタル
−アナログ変換器５８に供給されてその出力端子にその
入力端子に供給された２進値に比した電圧を発生する。
この電圧を偏向板の高電圧制御の零レベルの制御に供給
して零点調整を補正する。補正信号は偏向電圧用前置増
幅器も含む第４図の回路２２の入力端子６３に供給する
のが好適である。Ｘ偏向板に対しては前置増幅器におい
て、変化する偏向電圧に零点補正信号により一定値を重
畳してＸ偏向板の一方の偏向板の電圧を増大すると共に
他方の偏向板の電圧を等しく減少させて位置の補正を得
る。他方、補正信号を異なる方法で用いることもでき、
例えば補正電圧を用いて静電偏向装置の補助偏向板（図
示せず）を制御するようにしてもよい。デジタル回路５
３も受信パルスを所望パルスと比較し、一致しない場合
にカウンタ６０のカウントアツプ／カウントダウン入力
端子５９を制御すると共にパルスをカウンタ６０のク田
ソク入力端子６１に供給する。

カウンタ６０の出力端子からの累算値をデジタル−アナ
ログ変換器６２に供給し、これにより偏向板の電圧の振
幅制御を行なう。この補正電圧も第４図の回路２２内の
前置増幅器に入力端子６４から供給してその増幅率を制
御するのが好適である。他方、この補正電圧を用いて補
助偏向板（図示せず）を制御してもよい。ビームの次の
ストロークにおいてもパルス０１１０が回路５１に供給
されるまで、即ち導電棒４３及び４５のみがビームでヒ
ツトされるようになるまで上述の処理が繰返えされる。

このときデジタル回路５２及び５３は所望値からの差を
発生せず、補正は行らない。こうしてビームのストロー
クを導電棒４３〜４６がビームでヒツトされたときに形
成されるパルスによつて安定化することができ、人間の
制御及び介入を必要としない自動補正が得られる。

Ｙ方向のビーム偏向についても同様の安定化回路を用い
ることができること明らかである。棒４３〜４６により
得られるパルスはビームのストローク長の表示に用いる
こともできる。

第８図はその例を示す。半導体デイスクの区域をイオン
注入するイオンビームがそのストローク中に棒４３〜４
６の１本をヒツトすると、ビームの安定化において既に
説明したように電圧パルスが関連する抵抗４７，４８，
４９又は５０の両端間に発生し、このパルスを用いて光
表示器を点灯することができる。このパルスは電子電圧
増幅器６５の入力端子に供給して表示器の光度を高める
のが有利である。更に、増幅した信号を単安定マルチバ
イブレータから成る回路６６に供給し、極めて短持続時
間の受信パルスを関連する単安定マルチバイブレータに
よりもつて長持続時間のパルスに変換して表示器を長く
点灯させて明瞭に観察し得るようにすることもできる。
これら表示器を６７〜７０で示し、これら表示器は第８
図に示すように棒４３〜４６に配列に一致するパターン
に配列するのが好適である。

例えばビームが棒４３に射突すると、表示器６７が点灯
し、以下同様である。ビームの位置の表示を史に拡大す
るには、半導体デイスク１０の両側に２本以上の棒を設
け、各棒を関連する光表示器に接続すればよい。更に、
Ｙ方向のビーム位置も上述のような棒及び光検出器を用
いて表示することができる。光表示器としては例えばラ
ンプ、ネオン管或は発光ダイオードを用いることができ
る。以上、第３図に示すパターンを描くビームと関連し
て導電材料棒によるビーム位置の表示及び安定化につい
て説明した。しかし、本発明はこれに限定されるもので
なく、第２図に示すような他のパターンを描くビームの
位置表示及び安定化も本発明の範囲に含まれること勿論
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン注入装置の基本的構成を示す線図、第２
図はイオンビームがターゲツト上に描くパターンの一例
を示す線図、第３図はイオンビームがターゲツト上に描
くパターンの好適例を示す線図、第４図は第３図のパタ
ーンを得る電子制御装置の一例の構成図、第５図は本発
明による安定化導電棒とターゲツトの配置図、第６図は
ビームが補正用導電棒に対し呈し得る種々の位置を示す
線図、第７図は補正電圧を発生する電子制御装置の一例
の構成図、第８図は補正用導電棒に光表示器を設けた例
の構成図である。 １・・・・・・イオン源、２・・・・・・加速電極、３
・・・・・・偏向磁石、４・・・・・・集束レンズ、６
，７；８，９・・・・・・偏向板、１０・・・・・・タ
ーゲツト、１１・・・・・・支持板、２０，３７・・・
・・・カウンタ回路、２１，３８・・・・・・Ｄ／Ａ変
換器、２２，３９・・・・・・分相回路、２４，２３；
４０，４１・・・・・・増幅器、２５〜２８・・・・・
・セツト入力端子、２９〜３２・・・・・・出力端子、
３３，３６・・・・・・クロツク入力端子、３４，４２
・・・・・・カウントアツプ／カウントダウン入力端子
、３５・・・・・・最大／最小出力端子、４３〜４６・
・・・・・導電材料棒、４７〜５０・・・・・・抵抗、
５１・・・・・・マルチパイプレータ回路、５２，５３
・・・・・・比較回路、５５，５７・・・・・・カウン
タ回路、５４，５９・・・・・・カウントアツプ／カウ
ントダウン入力端子、５６，６１・・・・・・クロツク
入力端子、５８，６２・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、６５
・・・・・・電圧増幅器、６６・・・・・・単安定マル
チバイブレータ、６７〜７０・・・・・・表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子源と、荷電粒子を加速する装置と、荷電粒
   子のビームを互に直交する２方向に制御する偏向板を有
   する静電偏向装置とを具え、前記偏向板は電圧源に接続
   し、各偏向板の電圧値は電子制御装置で制御し得るよう
   に構成された、荷電粒子を支持板のターゲット取付個所
   上のターゲットに指向させる装置において、前記支持板
   のターゲット取付個所の対向する各側に支持板に近接し
   てそれぞれ２本の導電材料の棒を並置し、これらの各導
   電棒を抵抗を経て例えば大地電位のような定電位に接続
   すると共に、これら各導電棒を、更に、荷電粒子ビーム
   が前記導電棒に射突したときに前記抵抗の両端間に発生
   する電圧に応答する制御装置に接続し、該制御装置によ
   り、荷電粒子ビームがターゲット上を横切る各ストロー
   ク中に２本の内側導電棒以外の組合わせの導電棒に射突
   したときに前記偏向板の制御に対する補正電圧を発生す
   るよう構成したことを特徴とする荷電粒子をターゲット
   に指向させる装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、前記抵抗の
   両端間に発生する電圧に応答する制御装置にはビームの
   零点調整用補正装置と、ビームの振幅値用補正装置とを
   設けたことを特徴とする荷電粒子をターゲットに指向さ
   せる装置。 ３ 特許請求の範囲２記載の装置において、前記制御装
   置を多安定バイブレータを含むデジタル回路で構成して
   前記導電棒により発生されたパルスをスタティック信号
   に変換し、該スタティック信号をビーム零点調整の制御
   部及びビーム振幅の制御部に供給し、該各制御部を、供
   給された信号を所望の信号と比較する比較回路と、該比
   較回路に差がある場合にパルスを受信しこれをその出力
   値に累算するカウンタ回路と、該カウンタ回路から供給
   された入力値に比例したアナログ出力電圧を発生するデ
   ジタル−アナログ変換器とで構成したことを特徴とする
   荷電粒子をターゲットに指向させる装置。