JPS63284500A - 荷電ビ−ム電流測定機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （Ｉｆ要〕 本発明はターゲットへの荷電ビーム照射時に、そのビー
ム電流を測定するファラデーｍｓにおいて、 ターゲットへの荷電ビーム照射中は荷電ビームの電流値
を測定するための第１のファラデー構造に対し、ターゲ
ットへの荷電ビーム照射時以外に荷電ビームの電流値を
測定するための第２のファラデーｌｌ迄を電気的に切離
してグラウンド電位とすることにより、 ドーズ吊の不安定性を防止できると共に、ターゲット交
換後の真空度回復時間を短縮することができるようにし
たものである。

（産業上の利用分野） 本発明は荷電ビーム電流測定機構に係り、特にイオン注
入装置においてターゲットへのイオンビーム照射時にそ
のビーム電流を測定するファラデー機構に関する。

イオン注入装置ではターゲット上のウェーハへのドーズ
吊を正確に測定することが要求され、そのためビーム電
流をできるだけ正確に測定するための荷電ビーム電流測
定機構が必要とされる。

〔従来の技術〕

従来の荷電ビーム電流測定機構の一例を第３図（最終図
）に示す。図中、１はターゲット（回転円盤）で、その
表面上には円周方向に複数個のつ１−ハ２が載置されて
いる。３はリアファラデー電極で、ターゲット１に照射
されるイオンビームの電流値を測定するために設けられ
ている。

リアファラデー電極３の更にイオンビーム入射側には、
リアバイアス電極４、ビームゲート５、フロントファラ
デー電極６とが夫々順番に設けられである。リアバイア
ス電極４はリアファラデー電極３と共に第１のファラデ
ー構造を構成している。ビームゲート５はアルミニウム
製で、イオンビーム入射面にカーボン層が設けられてお
り、また開口部５ａ及び非開口部５ｂとを有し、更に図
中、上下方向に可動自在に構成されている。ビームゲー
ト５の開口部５ａの大きさは、リアバイアス電極４及び
リアファラデー電極３の開口部の外側端面にイオンビー
ムが当らないように適当な大きさに設定されてあり、ビ
ームマスクを兼ねている。

フロントファラデー電極６はバイアス電極も兼ねており
、ビームゲート５と共に、ターゲット１へのイオンビー
ム照ｔＪ４時以外にイオンビーム電流値を測定するため
の第２のファラデー構造を構成している。

７はバイアス電源で、リアバイアス電極４及びフロント
ノアラデー電極６に夫々負の直流電圧をバイアス電圧と
して印加する。更に、バイアス電源の正側端子は、ター
ゲット１、リアファラデー電極３及びビームゲート５と
共にビーム電流計８に接続されている。

上記構成の従来のハイブリッドスキャン方式の荷電ビー
ム電流測定機構において、注入しようとするイオンビー
ムによるビーム電流がどの程度であるかを予め知るため
、及びイオンビームのウェーハ２に対するスキャンニン
グが正規に行なわれるかどうかを確認するため、イオン
注入をウェーハ２に対して行なう前に、ビームゲート５
を図中、上方向へ移動してイオンビーム源（図示せず）
より外部の真空中に引き出され、更にフロントファラデ
ー電ｗＩ６内を通過して入来したイオンビームを、ビー
ムゲート５の非開口部５ｂによりリアバイアス電ｌ１ｉ
４以降への通過を阻止した状態で粗い精度でビーム電流
の測定を行なう。この場合、ビームゲート５の非開口部
５ｂに衝突したイオンビームに応じたビーム電ａｍがビ
ーム４０１８に指示される。

注入しようとするイオンビームによるビーム電流の値の
概略がわかり、かつ、スキャンニングが正規に行なわれ
ていることが確認されると、次にビームゲート５が図中
、下方向に移動され、ビームゲート５のｔｎＭ口部５ａ
とフロントノアラデー電極６、リアバイアス電極４、リ
アファラデー電極３の各開口部とが夫々連通せしめられ
る。これにより、イオンビームはフロントノアラデー電
極６、ビームゲート５の開口部５ａ、リアバイアス電極
４及びリアファラデー電極３を順番に通過してつ工−ハ
２上に照射せしめられる。

このときターゲット１は例えば一定方向にｉｏｏ。

ｒｐｌで回転しており、またイオンビームは１つのウェ
ーハ２の直径よりやや大なる範囲内で水平方向に、例え
ば１往復当り１０秒の割合で往復走査せしめられる。ま
た、ウェーハ２上に照射されたイオンビームによるビー
ム電流はビーム′？ｉｉＲ計８により測定される。

ここで、イオンビームがターゲット１及びウェーハ２に
衝突した際に発生する二次電子による電流がビーム電流
として加口されないように、リアバイアス電極４がバイ
アス電源７よりの負の直流電圧でバイアスされているた
め、注入イオンビームによるビーム電流のみが測定され
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記の従来の荷電ビーム電流測定機構は、イ
オンビームの注入中に、注入されたイオンビームの一部
がビームゲート５の開口部５ａ以外の所に衝突してリア
バイアス電極４への通過を阻止されることがある。この
場合は、ビームゲート５の開口部５ａ以外の所に衝突し
たイオンビームの一部によるビーム７ｆｆｉが、ビーム
ゲート５を介してビーム電流具１８に供給されるため、
上記イオンビームの一部はターゲット１及びウェーハ２
に照射されていないにも拘らず、ビーム電流として測定
されることとなり、ドーズ伍誤差（不足）を生じるとい
う問題点を有していた。

しかも、そのドーズ８誤差はビームゲート５の開口部５
ａ以外の所に当るイオンビーム量がその都度異なるため
、不定であり、ビームサイズの変化に伴い、ドーズ吊の
不安定性を引起していた。

本発明は上記の点に鑑みて創作されたもので、ドーズ８
誤差の少ないビーム電流の測定ができる荷電ビーム電流
測定機構を提供することを目的する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の荷電ビーム電流測定機構は、第１及び第２のフ
ァラデー構造と電流５１とからなる機構において、ター
ゲットへの荷電ビーム照射中は第１のファラデー構造の
荷電ビーム入射側に設けられた第２のファラデー構造を
すべて第１のファラデー構造と電気的に切離してグラウ
ンド電位とづる手段を設けたものである。

〔作用〕

第２のファラデー構造は、ターゲットに照射中の荷電ビ
ームの電流値を測定するための第１のファラデー構造の
荷電ビーム入射側に設けられ、ターゲットへの荷電ビー
ム照射中は荷電ビームを間口部を通して第１のファラデ
ー構造に導き、ターゲットへの荷電ビーム照射時以外に
荷電ビーム電流値を測定するときは非同口部により荷電
ビームの第１のファラデー構造への通過を阻止する。す
なわち、第２のファラデー構造は荷電ビームを第１のフ
ァラデー構造へ通過させたり、遮断したりするシャッタ
ー機能を有すると共に、前記開口部によって前記第１の
ファラデー構造のビームマスクを°兼ねた構造とされて
いる。

上記の第２のファラデー構造は、荷電ビームのターゲッ
トへの照射中は、第１のファラデー構造と電気的に切離
され、グラウンド電位とされる。

これにより、荷電ビームのターゲットへの照射中におい
て、荷電ビームの一部が第２のファラデー構造に当って
ターゲットへ照射されなくても、第２の７？ラデー構造
に当った荷電ビーム分のビーム電流は前記電流計に供給
されることはなく、電流計にはターゲットに実際に照射
された荷電ビーム分のビーム電流が流れる。

〔実施例〕

第１図は本発明ｖｓｌの一実施例の構成図を示す。

同図中、第３図と同一構成部分には同一符号を付し、そ
の説明を適宜省略する。第１図において、スキャンマグ
ネット等（図示せず）により、イオンビームは水平方向
にスキャン（走査）され、ウェーハ２の幅をカバーする
ように照射される。従って、リアファラデー電極３、リ
アバイアス’Ｍ４ｆＪ４、ビームゲート５の開口部５８
　％フロントファラデー電極６は、それらの開口部（通
路）のイオンビームの注入方向に対して直角り向の断面
形状が横長となる。

また、８１及びＳ２は夫々２つの固定接点ａ及びｂを有
するスイッチで、ビームゲート５の上下動に連動して切
換ねる構成とされている。スイッチＳ１の固定接点ａは
リアバイアス電４１ｉＡ４とバイアス電源７の負側端子
との接続点に接続されている。また、スイッチＳ１の固
定接点すとスイッチＳ２の固定接点すとは共に接地され
ている。

更に、スイッチＳ２の固定接点ａはターゲット１、リア
ファラデー電極３、ビーム電流計８の非接地側端子及び
バイアス電源７の正側端子の共通接続点に接続されてい
る。また更に、スイッチＳ１の共通接点はフロントファ
ラデー電極６に接続され、スイッチＳ２の共通接点はビ
ームゲート５に接続されている。

第１図はビームゲート開、すなわち、イオンビームがビ
ームゲート５の開口部を通過し、更にリアバイアス電極
４、リアファラデー電極３を各々通過してターゲット１
上にイオンビームが照射されている状態を示している。

このときは、イオンビームの注入が行なわれ、かつ、ビ
ーム電流計８にはターゲット１上に照射されたイオンビ
ームによるビーム電流が表示されることは前記した通り
である。また、このときは第１図に示すようにスイッチ
Ｓ＋及びＳ２は共に固定接点す側に接続されている。

一方、イオン注入を始める前に注入しようとするイオン
ビームによるビーム電流値の測定などを行なう場合は、
ビームゲート５は第１図中、上方へ移動され、その非開
口部５ｂによりフロントファラデー電極６を通過して入
来したイオンビームのリアバイアス電極４への通過を阻
止する（すなわち、ビームゲート開となる゛）。

このビームゲート開のときは、ビームゲート５の移動に
連動してスイッチＳ１及びＳ２が夫々固定接点ａ側に切
換接続される。従って、ビームゲート開のときは第３図
に示した従来の機構と同一の結線となるので、その説明
は省略し、従来の機構と結線が異なるビームゲート１ｔ
ｆ１の場合の動作について次に説明する。

ビームゲート開の場合、前記したようにスイッチＳ＋及
びＳ２は各々固定接点す側に切換接続されるから、フロ
ントファラデー電極６及びビームゲート５が各々リアバ
イアス電極４及びリアファラデー電極３と電気的に切離
され、グラウンド電位とされる。

一方、このときはイオンビーム源（図示せず）よりのイ
オンビームはフロントファラデー電極６、ビームゲート
５の間ロ部５ａ１リアバイアス電極４及びリアファラデ
ー電極３を夫々順次に通過してターゲット１及びウェー
ハ２上に照射されるが、その注入されるイオンビームの
一部がビームゲート５の開口部５ａ以外の個所に当りそ
の通過が阻止されることがある。

この場合、ビームゲ−１・５はスイッチＳ２を介してグ
ラウンド電位とされており、かつ、リアファラデー電極
３、リアバイス電極４及びビーム電流計８と大々電気的
に切離されているので、ビームゲート５によりその通過
が阻止された上記の注入イオンビームの一部によるビー
ム電流は、ビーム電流計８に流れることはない。このた
め、ビーム電流Ｍ８によりターゲット１に照射されたイ
オンビームによるビーム電流のみが正確に測定される。

ところで、ビームゲート間のとぎに注入イオンビームの
一部がビームゲート５の開口部５ａ以外の個所に当るこ
とに起因して生ずるビーム電流測定誤差を除去するには
、ビームゲート５のみをビームゲート間のときにグラウ
ンド電位に切換え、フロントファラデー電極６に関して
は結線の切換えを行なわず、従来と同様にバイアス電源
７の負側端子に常時接続しておくようにすることも考え
られる（これを説明の便宜上方式Ａというものとする）
。

しかし、この方式Ａでは、イオンビームがビームゲート
５に照射されたときに生じる二次イオンや、ビームライ
ン中で残留ガスより生じる低エネルギーイオンがフロン
トファラデー電極６に流入し、これによりビーム電流計
８の被測定ビーム電流がターゲット１に照射されたイオ
ンビームによるビーム電流値より増加し、ドーズ聞の誤
差の発生及びドーズ石の不安定性が発生することを、本
発明者は見出した。

上記方式Ａの伺題点はフロントファラデー電極６とリア
バイアス電極４のバイアス電源７を共用している点にあ
るから、そこでフロントファラデー電極６に対して負の
直流電圧を供給するバイアス電源はバイアス電源７とは
別に設け、かつ、その別に設番プたバイアス電源の正側
端子はビーム電流計８に結線しないようにすることが考
えられる（これを説明の便宜上、方式８というものとす
る）。

この方式Ｂによれば、前記した二次イオンや、低エネル
ギーイオンは上記の別のバイアス電源によって負にバイ
アスされているフロントファラデー電極６によってバイ
パスされることとなり、−見好都合である。しかし、こ
の方式Ｂでは、真空度が悪く、残留ガスが多い場合、イ
オンの一部がイオンビーム中でチャージを失って中性ビ
ーム化するのに対し、運動エネルギーは失っていないの
でドーズ量は変化せず、このため、ビーム電流計８によ
り測定される被測定ビーム電流の値が小さくなる分最終
的ドーズ吊は逆に多くなり、やはりドーズ量誤差を生じ
てしまう。

これに対し、本発明によれば、上記方式Ａ及びＢの問題
点も解決できるものであり、これにつぎ第２図と共に更
に詳細に説明する。

第２図は被測定ビーム電流１ｅとビーム測定機構の圧力
との関係を示しており、前記方式への場合は曲１！ｉｌ
ｌで示す如く、低圧力のとき（すなわち、高真空のとき
）には、残留ガスが極めて少なく、一定のドーズ量に相
当する所定値の被測定ビーム電流ＩＢが得られる。しか
し、圧力が高くなると（すなわち、真空度が低くなると
）残留ガスが多くなり、それにより生じる低エネルギー
イオンにより前記した如く被測定ビーム電流１ａが増加
し、第２図に破１２ＩＶで示す一定のドーズ量に対して
大ぎく異なる被測定ビーム電流値となってしまう。

この結果、方式Ａでは被測定ビーム電流値を前記高真空
時の所定値になるように注入イオンビーム酪を制御する
ので、ドーズ量は注入すべき本来の値より低下する。

一方、方式Ｂの場合は第２図に曲線■で示す如く、低圧
力時にはドーズ量に相当する所定値の被測定ビーム電流
１ａが得られるが、圧力が高くなると（真空度が悪くな
ると）、イオンビーム中で発生する中性ビームの増加に
より、被測定ビーム電流の値は、破線ＩＶで示す一定の
ドーズ量に相当するビーム電流値よりも大ぎく低下して
しまう。

この結果、方式Ｂでは被測定ビーム電流値を前記高真空
時の所定値になるように注入イオンビームｍを制御する
ので、ドーズ量は注入すべき本来の値より増加すること
となる。従って、方式Ａ及びＢの場合はいずれもドーズ
量誤差を生じ、またドーズ量が不安定である。

これに対し、本発明によれば、イオン注入時にはビーム
ゲート５及びフロントファラデー電極６の両方をリアフ
ァラデー電極３及びリアバイアス電極４と夫々電気的に
切離してグラウンド電位にしているので、真空度が悪く
なると、低エネルギーイオンのリアバイアス電極４への
流入による被測定ビーム電流ＩＢの増加と、中性ビーム
の増加による被測定ビーム電流１８の減少とが同時に生
じ、これらは本発明者の試作実験によれば略相殺される
ことが確められた。

従って、本発明によれば、イオン注入時の被測定ビーム
電流Ｉｓは真空度が悪くなっても、第２図に実線■で示
す如く、一定ドーズ量（破線■で示す）に対応した誤差
の極めて小さな電流値が得られる。

このことは、本発明によれば、真空度が悪く残留ガス圧
の比較的高い状Ｉ’ｍ（例えば１Ｏ−５Ｔｏｒｒオーダ
ー）でも、ドーズ量測定精度を確保できることを意味す
る。これにより、ターゲット１やウェーハ２の交換時に
は一旦真空を破るが、本発明ではターゲット１やウェー
ハ２の交換後の真空度回復時間を短縮することができ、
処理量を増大することができる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば実施例の如き静電サプレッションを用いたファ
ラデー機構ではなく、磁場勺プレッションを用いたファ
ラデーａｍにも適用することができる。また、イオンビ
ーム以外の他の荷電ビームのビーム電流測定機構にも本
発明を適用覆ることができるものである。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、荷電ビームのターゲット
への照射中において、荷電ビームの一部がｖＡ２のファ
ラデー構造に当ってターゲットへ照射されない場合にも
、実際にターゲットに照射された荷電ビーム分のビーム
電流を測定することができるので、ドーズ伍誤差やドー
ズ量の不安定性のない正確なビーム電流の測定を行なう
ことができる。また、真空度が悪くても所定のドーズ量
測定精度を確保することができ、ターゲット変換後の真
空回復時間をう、０縮することができ、これによりイオ
ン注入等の処理量を増大することができる等の数々の特
長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明機構の一実施例を示す構成図、第２図は
本発明機構と他の機構との被測定ビーム電流対圧力特性
を対比して示す図、 第３図は従来機構の一例を示す構成図である。 図において、 １はターゲット（回転円板）、 ２はウェーハ、 ３はリアファラデー電極、 ４はリアバイアス電極、 ５はビームゲート、 ５ａは開口部、 ５ｂは非開口部、 ６はフロントファラデー電極、 ７はバイアス電源、 ８はビーム電流計、 Ｓ＋　、Ｓ２はスイッチである。 一′じ′シ ー＋−一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターゲット（１）に照射中の荷電ビームの電流値を測定
   するための第１のファラデー構造（３、４）と、 該第１のファラデー構造（３、４）の荷電ビーム入射側
   に設けられ、前記ターゲット（１）への荷電ビーム照射
   中は該荷電ビームをビームマスクを兼ねた開口部を通し
   て該第１のファラデー構造（３、４）に導き、前記ター
   ゲット（１）への荷電ビーム照射時以外に荷電ビームの
   電流値を測定するときは非開口部により該荷電ビームの
   該第１のファラデー構造（３、４）への通過を阻止する
   第２のファラデー構造（５、６）と、 該第１及び第２のファラデー構造（３〜６）に接続され
   た電流計（８）とよりなる荷電ビーム電流測定機構にお
   いて、 前記ターゲット（１）への荷電ビーム照射中は前記第２
   のファラデー構造（５、６）をすべて前記第１のファラ
   デー構造（３、４）と電気的に切離してグラウンド電位
   とする手段（Ｓ＿１、Ｓ＿２）を設けたことを特徴とす
   る荷電ビーム電流測定機構。