KR100865507B1 - 이온 빔 측정 장치와 측정 방법 및 이온 빔 조사 장치 - Google Patents

이온 빔 측정 장치와 측정 방법 및 이온 빔 조사 장치 Download PDF

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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 다공 전극을 갖는 이온원의 이온 인출 구멍으로부터 출사될 때 이온 빔이 갖는 특성을 측정할 수 있는 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치(40a)는 이온원(2)의 다공 전극(6)으로부터 인출된 이온 빔(10)의 일부를 통과시키는 개구(14)를 구비한 차폐판(12)과, 개구(14)를 통과한 이온 빔(10)의 빔 전류를 검출하는 검출기(18)와, 검출기를 x축 방향으로 이동시키는 검출기 구동 장치(24)를 구비하고 있다. 또한, 다공 전극(6)과 검출기(18) 사이의 거리를 L, 차폐판(12)과 검출기(18) 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 다공 전극(6)의 각 이온 인출 구멍(8)의 치수를 a, 이온 인출 구멍 사이의 간격을 p, 상기 개구(14)의 치수를 b, 검출기(18)의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계를 만족한다.
Figure 112007025892108-pat00001

Description

이온 빔 측정 장치와 측정 방법 및 이온 빔 조사 장치{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING ION BEAM, AND DEVICE OF IRRADIATING ION BEAM}
도 1은 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치를 구비한 이온 빔 조사 장치의 일실시예를 도시하는 개략적인 정면도.
도 2는 도 1의 이온 빔의 단면 및 기판에 대한 일례를 도시하는 개략적인 평면도.
도 3은 차폐판의 개구 부근의 일례를 확대하여 도시하는 단면도.
도 4는 다공 전극, 차폐판 및 검출기의 위치 관계를 도시한 도면.
도 5는 검출기에 입사하는 이온 빔을 도시한 개략도.
도 6은 이온 빔의 공간 분포의 일례를 도시한 개략도.
도 7은 이온 빔의 공간 분포를 설명하기 위한 개략도로서, 도 7의 (A)는 원래의 공간 분포를 도시하는 도면이고, 도 7의 (B)는 차폐판의 개구를 통과하는 경우의 공간 분포를 도시하는 도면.
도 8은 이온 빔의 발산 각도를 설명하기 위한 도면.
도 9는 이온 빔의 편차 각도를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 11은 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치를 구비하는 이온 빔 조사 장치의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 정면도.
도 12는 차폐판의 2개의 개구와 검출기의 위치 관계를 도시한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치를 구비하는 이온 빔 조사 장치의 또 다른 실시예를 도시하는 개략적인 정면도.
도 14는 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 15는 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 이온원
6 : 다공 전극
8 : 이온 인출 구멍
10 : 이온 빔
12 : 차폐판
14 : 개구
18 : 검출기
24 : 검출기 구동 장치
25 : 검출기 유닛 구동 장치
26 : 기판
30 : 기판 구동 장치
32 : 검출기 유닛
40a∼40f : 이온 빔 측정 장치
본 발명은 이온원으로부터 인출되는 이온 빔을 기판에 조사하여 이 기판에, 예컨대 이온 주입, 이온 도핑(등록 상표), 이온 밀링, 이온 빔 에칭, 이온 빔 배향 처리 등의 처리를 실시하는 이온 빔 조사 장치 등에 이용되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하기 위한 이온 빔 측정 장치와 이온 빔 측정 방법 및 상기 이온 빔 측정 장치를 구비한 이온 빔 조사 장치에 관한 것이다.
이온원으로부터 인출되는 이온 빔의 발산 각도 등의 특성을 측정하는 것은, 예컨대 기판을 처리할 때 균일성을 양호하게 하기 위해 중요하다.
이온 빔의 발산 각도 등을 측정하는 종래의 측정 장치의 예로서는 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 것들이 있다. 이들 측정 장치는 이온 빔을 통과시키는 개구를 구비한 차폐판과, 복수의 검출기(예컨대, 패러데이컵, 검출 전극 등)가 마련된 검출기 유닛을 이용하여 이온 빔의 발산 각도 등을 측정하는 장치이다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-205223호 공보(단락 0043-0054, 도 1, 도 4)
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2005-56698호 공보(단락0017-0019, 도 2)
상기 종래의 측정 장치에서는, 어느 것이나 복수의 이온 인출 구멍을 구비한 다공 전극을 갖는 이온원으로부터 인출된 이온 빔의 특성, 예컨대 발산 각도를 측정하는 경우, 복수의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 각각의 이온 빔이 혼재되어 있는 이온 빔의 총합을 측정해 버리므로, 이온 인출 구멍으로부터 출사될 때 이온 빔의 발산 각도를 측정하기 위해서는 측정된 총합에 대해 컨볼루션 적분(예컨대, 특허 문헌 1의 단락 0046, 0047 참조)과 같은 복잡한 수학적 연산 처리를 행해야만 한다. 일반적으로 이러한 연산 처리는 복잡하여 연산 처리에 장시간이 소요되므로, 이것이 실용상의 장해가 된다.
따라서, 본 발명은 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 다공 전극을 갖는 이온원의 이온 인출 구멍으로부터 출사될 때 이온 빔이 갖는 특성을 측정할 수 있는 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 본 발명에 따른 제1 이온 빔 측정 장치는, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 거의 동일한 크기인 복수의 이온 인출 구멍이 실질적으로 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
xy 평면을 따라 상기 이온원의 하류측에 위치하며 상기 이온 빔의 일부를 통과시키는 개구를 갖는 차폐판과,
상기 차폐판의 하류측에 위치하고 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기와,
상기 차폐판의 개구의 하류부를 가로질러 x축을 따르는 방향으로 상기 검출기를 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치를 구비하고,
또한, z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 관계식 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하고 있다.
[수학식 1]
Figure 112007025892108-pat00002
상기 이온 빔 측정 장치에 따르면, 상기 수학식 1의 관계를 만족함으로써, 복수의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 이온 빔이 동시에 검출기에 입사하지 않게 되며, 하나의 측정 위치에서는 하나의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 이온 빔만이 입사하게 된다. 따라서, 상기 검출기를 이용하여 측정되는 이온 빔의 공간 분포는 하나의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 이온 빔을 순차적으로 측정한 결과를 연결한 것이 된다.
상기 이온 빔 측정 장치에 따르면, 전술한 바와 같이 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있으므로, 컨볼루션 적분 등의 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 간단하게 다공 전극의 이온 인출 구멍으로부터 출사될 때 이온 빔이 갖는 특성을 측정할 수 있다.
상기 검출기 및 검출기 구동 장치 대신에 차폐판의 하류측에 위치하며 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기로서, x축을 따르는 방향으로 배열된 서로 실질적으로 동일한 크기의 검출기가 복수로 마련된 검출기 유닛을 구비하고 있더라도 좋다. 이 경우에는 검출기 유닛을 이동시키지 않더라도, 전술한 바와 같이 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 이온 빔 측정 장치는, xy 평면을 따라 상기 이온원의 하류측에 위치하며 상기 이온 빔의 일부를 통과시키는 개구로서 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 실질적으로 동일한 크기의 개구를 복수로 구비하는 차폐판과,
상기 차폐판의 하류측에 위치하고 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기와,
상기 차폐판의 복수의 개구의 하류부를 가로 질러 x축을 따르는 방향으로 상기 검출기를 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치를 구비하고,
또한, z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 검출기의 치수를 w라고 하면, 상기 수학식 1의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하며,
또한, 상기 거리(d)는 상기 차폐판의 복수의 개구를 통과한 이온 빔이 상기 검출기에 동시에 입사하게 되는 거리보다 짧은 것을 특징으로 한다.
상기 이온 빔 측정 장치는 차폐판이 복수의 개구를 갖고 있지만, 복수의 개구를 통과한 이온 빔이 검출기에 동시에 입사하는 거리보다 거리(d)를 짧게 함으로써, 차폐판의 각 개구에 대해서 상기 제1 이온 빔 측정 장치와 동일한 기능을 발휘한다. 그 결과로, 여러 위치에서 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다.
차폐판이 복수의 개구를 갖는 경우에는, 차폐판의 하류측에 위치하며 x축을 따르는 방향으로 차폐판의 개구와 실질적으로 동일한 간격으로 배열된 복수의 검출기와, 차폐판이 대응하는 개구의 하류부를 가로 질러 x축을 따르는 방향으로 이들 검출기를 일괄적으로 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치를 구비하고 있더라도 좋다.
상기 검출기 및 검출기 구동 장치 대신에 차폐판의 각 개구의 하류부에 각각 위치하고 차폐판의 각 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 각각 검출하는 복수의 검출기 유닛을 구비하고 있더라도 좋다. 각 검출기 유닛은 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 것으로서, x축을 따르는 방향으로 배열된 복수의 서로 실질적으로 동일한 크기의 검출기를 각각 구비하고 있다.
전술한 바와 같은 하나의 검출기 유닛과, x축을 따르는 방향으로 이 검출기 유닛을 이동시켜 차폐판의 복수의 개구의 하류부에 검출기 유닛을 순차적으로 위치시키는 기능을 갖는 검출기 유닛 구동 장치를 구비하고 있더라도 좋다.
본 발명에 따른 제1 이온 빔 측정 방법은 전술한 바와 같은 이온 빔 측정 장 치를 이용하여 상기 이온원으로부터 인출된 이온 빔의 x축을 따르는 방향으로의 공간 분포를 측정하며, 이 측정에 의해 얻어진 공간 분포를 가우스 분포에 근사하여 상기 가우스 분포의 표준 편차(σ)를 구하고, 이 표준 편차(σ), 상기 치수(a), 상기 거리(L) 및 거리(d)를 이용해서 다음 식 또는 이와 수학적으로 등가인 식에 기초하여, x축을 따르는 방향으로의 상기 이온 빔의 발산 각도(θ)를 구하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
Figure 112007025892108-pat00003
본 발명에 따른 제2 이온 빔 측정 방법에서는 전술한 바와 같은 이온 빔 측정 장치를 이용하여 상기 이온원으로부터 인출되는 이온 빔의 x축을 따르는 방향의 공간 분포를 측정하며, 이 측정에 의해 얻어진 공간 분포를 가우스 분포에 근사하여 상기 가우스 분포의 최대값의 x 좌표 x0를 구하여, 이 x 좌표 x0, 상기 공간 분포를 측정하는 데 이용한 차폐판의 개구의 중심의 x 좌표 xs 및 상기 거리(d)를 이용하여 다음 식 또는 이와 수학적으로 등가인 식에 기초하여, x축을 따르는 방향으로의 상기 이온 빔의 편차 각도(α)를 구하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 3]
Figure 112007025892108-pat00004
한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 본 발명 에 따른 이온 빔 조사 장치는, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 거의 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 실질적으로 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하고 있으며, y축을 따르는 방향의 치수보다는 x축을 따르는 방향의 치수가 큰 단면 형상의 이온 빔을 z축을 따르는 방향으로 인출하는 이온원과, 이 이온원으로부터 인출되는 이온 빔의 조사 영역 내에서 y축을 따르는 방향으로 기판을 이동시키는 기능을 갖는 기판 구동 장치와, 전술한 바와 같은 이온 빔 측정 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 및 도면에 있어서는, 각 기기의 방향, 이온 빔의 진행 방향 등을 나타내기 위해, 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축, 즉 x축, y축 및 z축을 이용하고 있다. 이 x축, y축 및 z축은 한 점에서 서로 직교하는 축이어도 좋고, 반드시 도시된 예에서의 방향으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, z축을 수직 방향, 수평 방향 또는 이들 방향과 경사진 방향으로 취하더라도 좋다.
도 1은 본 발명에 따른 이온 빔 측정 장치를 구비하는 이온 빔 조사 장치의 일실시예를 도시하는 개략적인 정면도이다. 상기 이온 빔 조사 장치는 z축을 따르는 방향으로 이온 빔(10)을 인출하는 이온원(2)과, 이 이온원(2)으로부터 인출되는 이온 빔(10)의 조사 영역 내에서 기판(26)을 유지하는 홀더(28)와 함께 화살표 B로 나타낸 바와 같이 y축을 따르는 방향으로 기판을 직선적으로 이동시키는 기능을 갖는 기판 구동 장치(30)와, 이온원(2)으로부터 인출되는 이온 빔(1O)의 공간 분포를 측정하는 이온 빔 측정 장치(40a)를 구비하고 있다. 이온 빔(10)의 경로는 도시하지 않은 진공 용기 내에서 진공 분위기로 유지된다.
이 명세서에 있어서「따르는 방향」이란, 예컨대 평행 또는 실질적으로 평행한 방향이지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이온원(2)으로부터 인출되는 이온 빔(10)은 상기 예에서는, 예컨대 도 2에 도시한 바와 같이 y축을 따르는 방향의 치수보다도 x축을 따르는 방향의 치수가 크며, 직사각형 단면의 형상을 하고 있지만 이 형상에 한정되지 않는다. 전술한 예와 같은 형상의 이온 빔(10)은 리본형, 시트형 또는 띠형 이온 빔이라고 불리는 경우가 있다. 단, y축을 따르는 방향의 치수가 종이에서와 같이 얇다고 하는 의미는 아니다.
이온원(2)은 플라즈마(3)를 생성하는 플라즈마 생성부(4)와, 이 플라즈마(3)로부터 전계의 작용으로 이온 빔(10)을 인출하는 다공 전극(6)을 구비하고 있다. 다공 전극(6)은 도시예에서는 3장이지만 이에 한정되지 않고, 1장 이상으로 임의의 개수로 한다. 각 다공 전극(6)은 xy 평면을 따라 배치되어 있다.
각 다공 전극(6)은 적어도 x축을 따르는 방향에 있어서, 서로 거의 동일한 치수(a)의 복수의 (보다 구체적으로는 다수의) 이온 인출 구멍(8)을 실질적으로 등간격(p)으로 구비하고 있다.
각 이온 인출 구멍(8)은, 예컨대 둥근 구멍이지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대, y축을 따르는 방향으로 긴 슬릿형이더라도 좋다. 각 이온 인출 구멍(8)이 둥근 구멍과 같은 작은 구멍인 경우에는, 각 다공 전극(6)은 y축을 따르는 방향에 있어서도 서로 거의 동일한 치수의 복수의 이온 인출 구멍(8)을 실질적으로 등간격으로 구비하고 있더라도 좋다.
이온 빔 측정 장치(40a)는 전술한 바와 같이 다공 전극(6)을 구비한 이온원(2)으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔(10)의 공간 분포를, 보다 구체적으로는 x축을 따르는 방향에 있어서의 공간 분포를 이온원(2)과 기판(26) 사이에서 측정하는 것이다. 또한, 이하에서는 y축을 따르는 방향에 대한 언급이 없는 한, x축을 따르는 방향에 주목하는 것이다.
상기 실시예에서 이온 빔 측정 장치(40a)는, 이온원(2)의 하류측[이온 빔(10)의 진행 방향에서 볼 때 하류측. 이하 동일함]에 위치되는 것으로, 이온원(2)으로부터 인출되는 이온 빔(10)의 일부를 통과시키는 하나의 개구(14)를 구비하는 차폐판(12)과, 이 차폐판(12)의 하류측에 위치하며 차폐판(12)의 개구(14)를 통과한 이온 빔(10)의 빔 전류를 검출(다시 말해 측정. 이하 동일함)하는 하나의 검출기(18)와, 이 실시예에서는 화살표 C로 나타낸 바와 같이 차폐판(12)의 개구(14)의 하류부를 가로질러 x축을 따르는 방향으로 지지체(22)를 통해 상기 검출기(18)를 직선적으로 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치(24)를 구비하고 있다. 도면 부호 20은 검출기(18)(보다 구체적으로는 그 입구)의 이동 평면이다.
상기 개구(14)는 이온 빔(10)의 공간 분포 측정에 사용되는 개구이며, 상기 측정에 사용되지 않는 개구가 차폐판(12)에 설치되는지의 여부는 중요하지 않다.
검출기(18)는 검출기를 이용한 이온 빔(10)의 빔 전류 검출에 지장이 없도록, 지지체(22)로부터 전기적으로 절연되어 있다. 이는 후술하는 다른 실시예에 있어서도 동일하다.
검출기(18)는, 예컨대, 패러데이컵이나, 판형 전극, 와이어 전극 등의 검출 전극이다. 또한, 이들 패러데이컵 등의 상류측 부근에, 방출 2차 전자의 배출을 억제하는 서프레서 전극을 구비하고 있더라도 좋다.
검출기 구동 장치(24)에 의한 검출기(18)의 전술한 이동은 후술하는 거리(L, d)를 실질적으로 일정하게 유지한 상태로 행한다. 그 이동 방향은 한쪽 방향이더라도 좋지만, 왕복 방향이 바람직하다. 후술하는 다른 실시예에 있어서, 검출기 구동 장치(24) 및 검출기 유닛 구동 장치(25)에 의한 검출기(18)와 검출기 유닛(32) 각각의 이동에 대해서도 동일하다.
이 실시예에 있어서, 차폐판(12)은 차폐판 구동 장치(16)에 의해 이온 빔(10)의 공간 분포 측정 시에는 이온원(2)의 하류측에 위치되고, 기판(26)에 대한 이온 빔 조사 시에는 이에 방해되지 않는 위치로 이동(후퇴)된다. 이 실시예의 경우, 검출기 구동 장치(24)는 이온 빔(10)의 공간 분포 측정 시에는 검출기(18)를 차폐판(12)의 하류측의 측정 위치에 위치시키고, 기판(26)에 대한 이온 빔 조사 시에는 이에 방해되지 않는 위치로 이동(후퇴)시키는 기능도 갖는다. 후술하는 다른 실시예에 있어서도 동일하다.
그리고 상기 이온 빔 측정 장치(40a)에 있어서는, z축을 따르는 방향으로 다공 전극(6)과 검출기(18)사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 차폐판(12)과 검출기(18) 간의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 차폐판(12)의 개구(14)의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 검출기(18)의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하고 있다. 이 수학식 4는 상기 수학식 1과 동일한 것이다. 전술한 바와 같이, a는 x축을 따르는 방향으로 다공 전극(6)의 각 이 온 인출 구멍(8)의 치수, b는 x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍(8)의 간격이다. 이온 인출 구멍(8), 개구(14), 검출기(18)의 평면 형상이 원인 경우, 치수 a, b, w는 각각의 직경이다.
[수학식 4]
Figure 112007025892108-pat00005
여기서, 복수의 다공 전극(6)이 마련된 경우에는, 최하류측의 다공 전극(6)의 하면으로부터 상기 거리(L)를 측정하는 것으로 한다. 검출기(18)가 z축을 따르는 방향으로 깊이를 갖는 경우에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 검출기(18)의 입구에서부터 상기 거리(L 및 d)를 측정하는 것으로 한다. 상기 거리(d)는, 보다 상세하게 말하면 검출기(18)와 차폐판(12)의 개구(14) 부분 사이의 z축을 따르는 방향의 거리이다.
차폐판(12)은 전체가 동일한 두께의 판이라도 좋고, 예컨대 도 3에 도시하는 예와 같이 개구(14)의 주변부가 다른 부분보다 얇은 판이라도 좋다. 어떻든 간에, 차폐판(12)의 개구(14) 부분의 두께는 통상, 상기 거리(L 및 d)에 비해 충분히 작고, 예컨대 거리(L)는 380 ㎜ 정도, 거리(d)는 320 ㎜ 정도인 데 비해, 개구(14) 부분의 두께는 1 ㎜ 정도이며 상기 거리보다 1/100 정도로 작고, 상기 수학식 4의 관계를 정할 때에 있어서는 실용상, 차폐판(12)의 두께를 무시하더라도 지장이 없으므로 상기 두께를 무시한다. 굳이 두께를 고려하는 경우에는, 상기 거리(d)는 도 3에 도시한 바와 같이 개구(14) 부분의 판 두께의 중심에서 측정하여도 좋다.
도 4를 참조하여 상기 수학식 4(즉 수학식 1. 이하 동일함)를 도출하는 과정을 설명한다. x축을 따르는 방향에 있어서, 검출기(18)로부터 차폐판(12)의 개구(14)를 통해 다공 전극(6)을 볼 수 있는 치수를 t, 이 치수 t의 x 좌표 상의 시점을 원점 O, 차폐판(12)의 개구(14)의 한쪽 단(원점 O에 가까운 쪽)의 x 좌표를 s라고 하면, 검출기(18)의 한쪽 단(e)의 x 좌표 xe는 수학식 5로, 다른쪽 단(f)의 x 좌표 xf는 수학식 6으로 각각 나타낸다.
[수학식 5]
Figure 112007025892108-pat00006
[수학식 6]
Figure 112007025892108-pat00007
그리고, 검출기(18)의 치수 w는 xe-xf이므로, 즉 w= xe-xf이므로 이에 수학식 5, 수학식 6을 대입하여 정리하면, 상기 치수 t는 다음식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
여기서, 이 치수(t)를 다음 식과 같이 다공 전극(6)의 이온 인출 구멍(8)이 아닌 부분(9)의 치수, 즉 p-a보다 작게함으로써, 검출기(18)로 측정되는 이온 빔(10)은 항상 하나의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 것이 된다. 다시 말해, 복수의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 이온 빔(10)이 하나의 검출기(18)에 동시에 입사하지 않는 상태로 측정을 행할 수 있다. 이것은 검출기(18)가 x축을 따른 방향의 어느 위치에 있더라도 (이동하더라도) 성립한다.
[수학식 8]
Figure 112007025892108-pat00009
이 수학식 8에 수학식 7을 대입하면, 상기 수학식 4를 얻을 수 있다.
이 수학식 4의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족시킴으로써, 검출기 구동 장치(24)로 전술한 바와 같이 x축을 따르는 방향으로 검출기 유닛(18)을 이동시키면, 검출기(18)에는 복수의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 이온 빔(10)이 동시에 입사하지 않고, 하나의 측정 위치에서는 하나의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 이온 빔(10)만이 입사하게 된다. 도 5를 참조하여 이를 보다 상세하게 설명하면, 예컨대 다공 전극(6)의 이온 인출 구멍(8a∼8g)으로부터 각각 출사된 이온 빔(10a∼10g)은 차폐판(12)의 개구(14)를 통과하여 x축을 따르는 방향의 위치(x1∼x7)를 통과하여, 검출기(18)에 각각 입사하게 된다. 이 경우, 상기 수학식 4의 관계를 만족하고 있으므로, 복수의 이온 빔(10a)이 동시에 검출기(18)에 입사하는 경우는 없다.
따라서, 검출기(18)에 의해 측정되는 이온 빔(10)의 공간 분포는 하나의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 이온 빔(10)을 순차적으로 측정한 결과를 연결한 것이다. 이와 같이 하여 측정되는 이온 빔 전류의 x축을 따르는 방향의 분포의 개 략적인 예를 도 6에 도시한다. 도 6의 검은색 점은 전술한 각 위치(x1∼x7)에서의 빔 전류를 나타낸다. 파선(34)은 이들 이산적인 빔 전류값을 연결한 것으로, 통상적으로 가우스 분포에 가까운 형태를 하고 있다.
상기 이온 빔 측정 장치에 따르면, 전술한 바와 같이 다공 전극(6)을 구비한 이온원(2)의 복수의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 이온 빔(10)이 하나의 검출기(18)에 동시에 입사하지 않는 상태로, x축을 따르는 방향으로 이온 빔(10)의 공간 분포를 측정할 수 있으므로, 컨볼루션 적분 등의 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고 간단하게 다공 전극(6)의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사될 때 이온 빔(10)이 갖는 특성을 측정할 수 있다. 그 결과, 이온 빔의 특성에 대한 연산 처리에 요구되는 시간이 단축되므로, 측정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
예컨대, 다음과 같은 단순한 측정 방법에 의해, x축을 따르는 방향으로의 이온 빔(10)의 발산 각도(θ)나 편차 각도(α)를 구할 수 있다.
도 7의 (A)를 참조하여, 차폐판(12)이 존재하지 않는 경우, 중심의 x 좌표가 xi 의 위치에 있는 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사되는 이온 빔(10)이 다공 전극(6)으로부터 거리(L)만큼 떨어진 평면[즉 검출기(18) 입구의 이동 평면](20)에 형성하는 이온 빔 강도 분포(즉 이온 빔 전류 분포. 이하 동일함)를 다음 식으로 표현되는 가우스 분포 Ii에 근사할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112007025892108-pat00010
여기서, K1은 정수, σi는 상기 가우스 분포 Ii의 표준 편차이다. 이 표준 편차(σi)와, 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사될 때 이온 빔(10)의 발산 각도(θ)는 여기서는 도 8을 참조하여, 다음의 관계식으로 정의하고 있다. a는 상기 이온 인출 구멍(8)의 치수이다.
[수학식 10]
Figure 112007025892108-pat00011
이상을 x= xs인 위치를 중심으로 하는 개구(14)를 갖는 차폐판(12)이 존재하는 경우에 있어서, 검출기(18)에 이온 빔(10)을 입사시킬 수 있는 이온 인출 구멍(8)에 대해 차례로 고려하면, 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이, 중심의 x 좌표가 xs인 위치로부터 이온 빔(10)이 출사되는 경우와 같다고 할 수 있다. 도 7의 (A)의 이온 빔(10a∼10e)과, 도 7의 (B)의 이온 빔(10a∼10e)은 각각 대응하고 있다. 도 7의 (A)의 이온 빔(10a∼10e)은 하나의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 것인데 비해, 도 7의 (B)의 이온 빔(10a∼10e)은 복수의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 것이지만, 이 복수의 이온 인출 구멍(8)은 서로 동일한 치수(a)이며 또한 서로 가깝게 존재하는 것이므로, 도 7의 (A)의 이온 빔(10a∼10e)과 도 7의 (B)의 이온 빔(10a∼10e)은 각각 동등한 것이라 할 수 있다.
도 7의 (B)의 경우, 검출기(18)의 중심의 x 좌표를 xd라고 하면, 검출기(18)를 전술한 바와 같이 이동시킴으로써 측정되는 이온 빔 강도 분포는 다음 식으로 나타내는 가우스 분포 Io에 근사할 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112007025892108-pat00012
여기서, K2는 정수, x0는 상기 가우스 분포 Io의 최대값의 x 좌표, σ는 이 가우스 분포의 표준 편차이다. 상기 가우스 분포 Io는 도 7의 (A)의 가우스 분포 Ii와 서로 실질적으로 닮은 형태로 축소한 것이므로, 표준 편차(σ)는 상기 표준 편차 σi의 d/L배가 된다. 거리(d)는 전술한 차폐판(12)과 검출기 사이의 거리이다. 따라서, 수학식 10에 기초하여 다음 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112007025892108-pat00013
이 수학식 12를 변형하여, 다공 전극(6)의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사될 때 x축을 따르는 방향으로의 이온 빔(10)의 발산 각도(θ)를 다음 식 또는 이와 수학적으로 등가인 식으로부터 구할 수 있다. 이 수학식 13은 상기 수학식 2와 동일한 것이다.
[수학식 13]
Figure 112007025892108-pat00014
또한, 상기 x 좌표 xd, x0 및 거리(d)로부터, 도 9를 참조하여, 다음 식 또는 이와 수학적으로 등가인 식에 기초하여, 다공 전극(6)의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사될 때 x축을 따르는 방향으로의 이온 빔(10)의 편차 각도(α)를 구할 수 있다. 이 수학식 14는 상기 수학식 3과 동일한 것이다.
[수학식 14]
Figure 112007025892108-pat00015
이와 같은 전술한 이온 빔 측정 방법에 따르면, 다공 전극(6)을 구비한 이온원(2)의 복수의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사된 이온 빔(10)이 하나의 검출기(18)에 동시에 입사하지 않는 상태로, x축을 따르는 방향의 이온 빔(10)의 공간 분포를 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 x축을 따르는 방향의 이온 빔(10)의 발산 각도(θ)나 편차 각도(α)를 측정할 수 있으므로, 컨볼루션 적분 등의 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 간단하게 다공 전극(6)의 이온 인출 구멍(8)으로부터 출사될 때 이온 빔(10)의 발산 각도(θ)나 편차 각도(α)를 측정할 수 있다. 그 결과, 연산 처리에 요구되는 시간이 단축되므로, 측정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 이온 빔 측정 장치(40a) 및 이온 빔 측정 방법에서는 전술한 바 와 같이 y축을 따르는 방향에 대한 이온 빔(10)의 분포에는 주목하지 않으므로, 상기 개구(14)는 y축을 따르는 방향으로 긴 슬릿형이더라도 좋다. 이러한 경우에는 검출기(18)도 y축을 따르는 방향으로 긴 것이라도 좋다. 이와 같이 하면, 검출기(18)로 검출하는 빔 전류가 커져서, 검출 감도를 높일 수 있다. 이는 후술하는 다른 실시예에 있어서도 마찬가지이다.
도 1에 도시된 이온 빔 조사 장치는 전술한 바와 같은 이온 빔 측정 장치(40a)를 구비하고 있으며, 이온 빔 측정 장치(40a)에 의한 이온 빔(10)의 측정과, 기판(26)에의 이온 빔(10) 조사를 통한 기판(26)의 처리를 전환하여 행할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 도시된 예에서 기판 구동 장치(30)는, 홀더(28) 및 이 홀더에 유지된 기판(26)을 실질적으로 수평방향으로 이동시키지만, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 홀더(28) 및 이 홀더에 유지된 기판(26)을 실질적으로 수직방향으로 세운 상태로 이동시키는 것이라도 좋다. z축은 전술한 바와 같이 반드시 수직방향일 필요가 없으며, 예컨대 상기 기판(26)의 방향을 따라, 수직방향, 수평방향 또는 이들 방향에 대해 경사진 방향이더라도 좋다. z축은 기판(26)의 표면에 대해 수직이 아니고 비스듬히 경사지게 되더라도 좋다. 이 경우에는 통상적으로 x축을 기판(26)의 표면과 실질적으로 평행하게 유지한다.
z축의 각도를 전술한 바와 같이 용이하게 바꿀 수 있도록 하기 위해, 이온원(2), 또한 필요에 따라서는 이온 빔 측정 장치(40a)도, x축에 실질적으로 평행한 축을 중심으로 회전 가능하게 하여, 기판(26)의 표면에 대한 이온 빔(10)의 입사 각도를 변화시킬 수 있더라도 좋다. 이와 같이 하면, 상기 입사 각도를, 예컨대 90도보다 작은 범위에서 가변할 수 있다.
기판 구동 장치(30)에 의한 기판(26)의 이동은 한쪽 방향이더라도 좋고, 왕복 방향(왕복 주사)이더라도 좋지만, 등속도로 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이 z축을 기판(26)의 표면에 대해 비스듬하게 취하더라도 좋으므로, y축을 따르는 방향으로 기판(26)을 이동시킨다는 것은 정면에서 보아 y축을 따르는 방향으로 기판 표면을 이동시킨다는 것이다(도 2 참조).
기판(26)은, 예컨대 반도체 기판, 유리 기판, 배향막이 있는 기판, 그 외의 기판이다. 배향막이 있는 기판은 유리 기판 등의 기판의 표면에 액정 분자를 일정 방향으로 배향시키기 위한 배향막을 형성한 것이다.
도 2에 도시된 예와 같이, x축을 따르는 방향으로의 이온 빔(10)의 길이를 동일한 방향의 기판(26)의 길이보다 약간 길게 하고, 전술한 기판(26)의 이동을 병용함으로써, 기판(26)이 대형이더라도, 기판(26)의 전면에 이온 빔(10)을 조사하여 이온 주입, 이온 도핑(등록 상표), 이온 밀링, 이온 빔 에칭, 이온 빔 배향 처리 등의 처리를 실시할 수 있다.
다음으로, 이온 빔 측정 장치의 다른 실시예를 설명한다. 전술한 실시예의 이온 빔 측정 장치(40a)와 동일한 부분 또는 상응하는 부분에는 동일한 도면 부호를 붙이고, 이하에서는 상기 실시예와의 차이점을 주로 설명한다.
전술한 1개의 검출기(18) 및 검출기 구동 장치(24) 대신에 도 10에 도시된 이온 빔 측정 장치(40b)와 같이, 차폐판(12)의 하류측에 위치하는 것으로서, x축을 따르는 방향으로 직선적으로 배열된 전술한 바와 같은 검출기(18)를 복수로 구비하는 검출기 유닛(32)이 마련되어 있더라도 좋다. 각 검출기(18)는 x축을 따르는 방향으로 서로 실질적으로 동일한 크기(즉, 치수 w)를 갖는다. 도면에서는 각 검출기(18) 사이가 서로 접하고 있는 것처럼 보이지만, 실제로는 서로 전기적으로 절연되어 있고, 서로 독립적으로 이온 빔(10)의 빔 전류를 검출(측정) 할 수 있다. 이는 후술하는 다른 실시예에 있어서도 마찬가지이다.
이 검출기 유닛(32)을 구성하는 각 검출기(18)는, 상기 수학식 4에 나타낸 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하고 있다.
상기 이온 빔 측정 장치(40b)에 따르면, 전술한 이온 빔 측정 장치(40a)에서의 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 검출기(18)나 검출기 유닛(32)을 이동시키지 않더라도 이온 빔(10)의 공간 분포를 측정할 수 있다. 그 결과, 전술한 바와 같은 기계적인 이동용 구동 장치가 불필요하게 되므로, 구조의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 장치의 이동 시간이 필요 없으므로, 측정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
차폐판(12)은 도 11에 도시된 이온 빔 측정 장치(40c)와 같이, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 실질적으로 동일한 크기의(즉 치수 b) 개구(14)를 복수로 구비하는 것이라도 좋다. 개구(14)의 개수는 도 11에 도시된 3개에 한정되지 않는다. 인접하는 개구(14) 사이의 간격 q1, q2 …은 서로 동일하더라도 좋고 다르더라도 좋다.
이 실시예의 경우, 검출기 구동 장치(24)는, 화살표 C로 나타낸 바와 같이 차폐판(12)의 복수의 개구(14)의 하류부를 가로 질러 x축을 따르는 방향으로 직선적으로 검출기(18)를 이동시키는 기능을 갖고 있다.
이 검출기(18)는, 상기 수학식 4에 나타낸 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하고 있다. 또한, 상기 이온 빔 측정 장치(40c)에 있어서, 상기 거리(d)는 차폐판(12)의 복수의 개구(14)를 통과한 이온 빔(10)이 검출기(18)에 동시에 입사하게 되는 거리보다 짧게 하고 있다. 이하에서 이러한 관계에 대해 상술한다.
도 12를 참조하여, 이온원(2)의 다공 전극(6)의 구성상, 이론적으로 가능한 이온 빔(10)의 최대 발산 각도를 β라고 하면, 인접하는 2개의 개구(14)를 통과한 이온 빔(10)이 검출기(18)에 동시에 입사하지 않는 조건은 다음 식으로 나타낸다. 여기서, q는 복수의 개구(14)의 간격 q1, q2 … 중에서 제일 작은 것이다. 이 외의 도면 부호는 전술한 바와 동일하다.
[수학식 15]
Figure 112007025892108-pat00016
이 수학식 15를 변형하여 상기 거리(d)에 대해 정리하면 다음 식을 얻을 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112007025892108-pat00017
상기 이온 빔 측정 장치(40c)에서는 차폐판(12)이 복수의 개구(14)를 구비하고 있지만, 전술한 바와 같이 복수의 개구(14)를 통과한 이온 빔(10)이 검출기(18)에 동시에 입사하게 되는 거리보다 상기 거리(d)가 짧으므로, 차폐판(12)의 각 개구(14)에 대해서 상기 이온 빔 측정 장치(40a)와 동일한 작용을 발휘한다. 그 결과, 상기 이온 빔 측정 장치(40c)에 따르면, 전술한 이온 빔 측정 장치(40a)에서의 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 여러 위치에서 이온 빔(10)의 공간 분포를 측정할 수 있다. 또한 그 측정 결과에 기초하여, 필요에 따라, x축을 따르는 방향상의 여러 위치에서 이온 빔(10)의 상기 발산 각도(θ)나 편차 각도(α)를 측정할 수 있다.
상기 이온 빔 측정 장치(40c)에 있어서 각각의 거리, 치수 등에 관한 구체적인 예를 나타내면 다음과 같다. 상기 예에서, 이온 인출 구멍(8)은 둥근 구멍이다. 차폐판(12)의 복수의 개구(14) 사이의 간격은 모두 q로 동일하다.
이온 인출 구멍(8)의 치수(a) : 2 ㎜(직경 2 ㎜)
이온 인출 구멍(8)의 간격(p) : 3 ㎜
검출기(18)의 치수(w) : 2 ㎜
거리(L) : 380 ㎜
거리(d) : 320 ㎜
개구(14)의 치수(b) : 0.5 ㎜
개구(14)의 간격(q) : 80 ㎜
이온 빔(10)의 최대 발산 각도(β) : 5도
상기 예의 경우, 상기 수학식 7에서의 치수(t)는 0.96 ㎜이며, 상기 수학식 8의 조건, 그리고 또한 수학식 4의 조건을 만족하고 있다. 또한, 상기 수학식 15의 우변은 2d·tanβ+w+b= 58 ㎜로 되므로 상기 수학식 15, 나아가서는 수학식 16의 조건을 만족하고 있다.
차폐판(12)이 복수의 개구를 구비하고 있는 경우, 도 13에 도시하는 이온 빔 측정 장치(40d)와 같이, 차폐판(12)의 하류측에 위치하며 차폐판(12)의 개구(14)와 실질적으로 동일한 간격 q1, q2 …으로 x축을 따르는 방향으로 직선적으로 배치된 복수의 검출기(18)와, 화살표 C로 나타낸 바와 같이 차폐판(12)의 대응하는 개구(14)의 하류부를 가로 질러 x축을 따르는 방향으로 일괄적으로 직선적으로 검출기들을 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치(24)를 구비하고 있더라도 좋다.
각 검출기(18)는, 지지체(22)와 검출기 사이 및 각 검출기 사이가 전기적으로 절연된 상태로 상기 지지체(22)에 지지되어 있다. 따라서, 각 검출기(18)는 서로 독립적으로 이온 빔(10)의 빔 전류를 검출할 수 있다.
각 검출기(18)는, 상기 수학식 4 및 수학식 16으로 나타낸 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하고 있다.
상기 이온 빔 측정 장치(40d)에 따르면, 전술한 이온 빔 측정 장치(40c)에서의 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 발휘한다. 즉, 복수의 검출기(18) 및 이들을 일괄적으로 이동시키는 검출기 구동 장치(24)를 구비하고 있으므로, 하나의 검출기(18)를 이동시키는 경우에 비해 측정에 필요한 시간을 단축 할 수 있다.
차폐판(12)이 복수의 개구(14)를 구비하고 있는 경우, 상기 복수의 검출기(18) 및 검출기 구동 장치(24) 대신에 도 14에 도시된 이온 빔 측정 장치(40e)와 같이, 각 개구(14)의 하류부에 각각 위치하는 전술한 바와 같은 복수의 검출기 유닛(32)을 구비하고 있더라도 좋다.
각 검출기 유닛(32)을 구성하는 각각의 검출기(18)는, 상기 수학식 4 및 수학식 16에 나타낸 관계 또는 이들과 수학적으로 등가인 관계를 만족하고 있다.
상기 이온 빔 측정 장치(40e)에 따르면, 전술한 이온 빔 측정 장치(40c)에서의 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 검출기(18)나 검출기 유닛(32)을 이동시키지 않더라도 이온 빔(10)의 공간 분포를 측정할 수 있으므로, 전술한 바와 같은 기계적인 이동용 구동 장치가 불필요하게 되어, 구조의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 장치의 이동 시간을 필요로 하지 않으므로, 측정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
차폐판(12)이 복수의 개구(14)를 구비하고 있는 경우, 도 15에 도시된 이온 빔 측정 장치(40f)와 같이, 차폐판(12)의 하류측에 위치하는 전술한 바와 같은 하나의 검출기 유닛(32)과, 예컨대 화살표 C1, C2 …로 나타낸 바와 같이 x축을 따르는 방향으로 상기 간격 q1, q2 …와 실질적으로 동일한 간격으로 직선적으로 이 검출기 유닛(32)을 이동시켜 각 개구(14)의 하류부에 순차적으로 위치시키는 기능을 갖는 검출기 유닛 구동 장치(25)를 구비하고 있더라도 좋다.
상기 검출기 유닛(32)을 구성하는 각 검출기(18)와 지지체(22)는 각각의 검출기(18) 사이가 서로 전기적으로 절연되어 있고, 각 검출기(18)는 이온 빔(10)을 독립적으로 검출할 수 있다.
상기 검출기 유닛(32)을 구성하는 각 검출기(18)는, 상기 수학식 4 및 수학식 16에 나타낸 관계 또는 이들과 수학적으로 등가인 관계를 만족하고 있다.
상기 이온 빔 측정 장치(40f)에 따르면, 전술한 이온 빔 측정 장치(40c)에서의 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, 검출기 유닛(32) 및 이 검출기 유닛(32)을 순차적으로 이동시키는 검출기 유닛 구동 장치(25)를 구비하고 있으므로, 하나의 검출기(18)를 이동시키는 경우에 비해 측정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 전술한 각 실시예의 발전된 형태로서, y축을 따르는 방향도 포함하는 2차원 공간에 검출기(18) 또는 검출기 유닛(32)을 배열시키거나 이동시켜, 2차원(x축을 따르는 방향 및 y축을 따르는 방향)에 있어서의 이온 빔(10)의 공간 분포를 측정하도록 하여도 좋다. 또한 그 측정 결과에 기초하여, 2차원에서의 이온 빔(10)의 발산 각도(θ) 및 편차 각도(α)를 구하여도 좋다.
청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 다공 전극을 구비하는 이온원의 복수의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 이온 빔이 하나의 검출기에 동시에 입사하지 않는 상태로 x축을 따르는 방향에서의 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있으므로, 컨볼루션 적분 등의 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 다공 전극의 이온 인출 구 멍으로부터 출사될 때 이온 빔이 갖는 특성을 간단하게 측정할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1의 전술한 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 검출기나 검출기 유닛을 이동시키지 않더라도 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다. 그 결과, 청구항 1에서와 같은 기계적인 이동용 구동 장치가 불필요하게 되므로, 구조의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 장치의 이동 시간을 필요로 하지 않으므로, 측정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1의 전술한 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 여러 위치에서 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1의 전술한 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 여러 위치에서 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다. 또한, 복수의 검출기 및 이들 검출기를 일괄적으로 이동시키는 검출기 구동 장치를 구비하고 있으므로, 하나의 검출기를 이동시키는 경우에 비해 측정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1의 전술한 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 여러 위치에서 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다. 또한, x축을 따르는 방향으로 검출기나 검출기 유닛을 이동시키지 않더라도 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있으므로, 전술한 바와 같은 기계적인 이동용 구동 장치가 불필요하게 되어 구조의 간소 화를 도모할 수 있다. 또한, 상기 장치의 이동 시간을 필요로 하지 않으므로, 측정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1의 전술한 효과와 동일한 효과에 부가하여 다음과 같은 효과를 더 나타낸다. 즉, x축을 따르는 방향으로 여러 위치에서 이온 빔의 공간 분포를 측정할 수 있다. 또한, 검출기 유닛 및 이 검출기 유닛을 순차적으로 이동시키는 검출기 유닛 구동 장치를 구비하고 있으므로, 하나의 검출기를 이동시키는 경우에 비해 측정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 따르면, 다공 전극을 구비한 이온원의 복수의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 이온 빔이 하나의 검출기에 동시에 입사하지 않는 상태로 x축을 따르는 방향으로의 이온 빔의 공간 분포를 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 x축을 따르는 방향으로의 이온 빔의 발산 각도를 측정할 수 있으므로, 컨볼루션 적분 등의 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 다공 전극의 이온 인출 구멍으로부터 출사될 때 이온 빔의 발산 각도를 간단하게 측정할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명에 따르면, 다공 전극을 구비한 이온원의 복수의 이온 인출 구멍으로부터 출사된 이온 빔이 하나의 검출기에 동시에 입사하지 않는 상태로, x축을 따르는 방향으로의 이온 빔의 공간 분포를 측정하여, 그 측정 결과에 기초하여 x축을 따르는 방향으로의 이온 빔의 편차 각도를 측정할 수 있으므로, 컨볼루션 적분 등의 복잡한 연산 처리를 필요로 하지 않고, 다공 전극의 이온 인출 구멍으로부터 출사될 때 이온 빔의 편차 각도를 간단하게 측정할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 항에 기 재된 이온 빔 측정 장치를 구비하고 있으므로, 대응하는 청구항의 전술한 효과와 동일한 효과를 발휘한다.

Claims (9)

  1. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
    상기 이온원의 하류측에 xy 평면을 따라 위치되는 것으로, 상기 이온 빔의 일부를 통과시키는 개구를 갖는 차폐판과,
    상기 차폐판의 하류측에 위치되는 것으로서, 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기와,
    상기 차폐판의 개구의 하류부를 가로질러 x축을 따르는 방향으로 상기 검출기를 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치를 구비하고 있으며,
    z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 장치.
    Figure 112008033693107-pat00018
  2. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
    상기 이온원의 하류측에 xy 평면을 따라 위치되는 것으로, 상기 이온 빔의 일부를 통과시키는 개구를 갖는 차폐판과,
    상기 차폐판의 하류측에 위치되는 것이며, 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기로서, x축을 따르는 방향으로 배치된 복수의 서로 동일한 크기의 검출기가 마련된 검출기 유닛을 구비하고,
    z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 각 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 각 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 각 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 장치.
    Figure 112008033693107-pat00019
  3. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
    상기 이온원의 하류측에 xy 평면을 따라 위치되는 것으로, 상기 이온 빔의 일부를 통과시키며 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기인 복수의 개구를 갖는 차폐판과,
    상기 차폐판의 하류측에 위치되는 것으로, 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기와,
    상기 차폐판의 복수의 개구의 하류부를 가로질러 x축을 따르는 방향으로 상기 검출기를 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치를 구비하고,
    z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 각 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하고,
    상기 거리(d)는 상기 차폐판의 복수의 개구를 통과한 이온 빔이 상기 검출기에 동시에 입사하게 되는 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 장치.
    Figure 112008033693107-pat00020
  4. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
    상기 이온원의 하류측에 xy 평면을 따라 위치되는 것으로, 상기 이온 빔의 일부를 통과시키며 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기인 복수의 개구를 갖는 차폐판과,
    상기 차폐판의 하류측에 위치되고, 상기 차폐판의 각 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 각각 검출하는 것으로서, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기이며 상기 차폐판의 개구와 동일한 간격으로 x축을 따르는 방향으로 배치된 복수의 검출기와,
    상기 차폐판의 대응하는 개구의 하류부를 가로질러 x축을 따르는 방향으로 일괄적으로 상기 복수의 검출기를 이동시키는 기능을 갖는 검출기 구동 장치를 구비하고 있으며,
    z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 각 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 각 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 각 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 각 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하며,
    상기 거리(d)는 상기 차폐판의 복수의 개구를 통과한 이온 빔이 하나의 검출기에 동시에 입사하게 되는 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 장치.
    Figure 112008033693107-pat00021
  5. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
    상기 이온원의 하류측에 xy 평면을 따라 위치되는 것으로, 상기 이온 빔의 일부를 통과시키며 적어도 x축을 따르는 방향에서 서로 동일한 크기인 복수의 개구를 갖는 차폐판과,
    상기 차폐판의 각 개구의 하류측에 각각 위치되며, 상기 차폐판의 각 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 각각 검출하는 복수의 검출기 유닛을 구비하고,
    상기 각 검출기 유닛은 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 것으로서, x축을 따르는 방향으로 배치된 복수의 서로 동일한 크기의 검출기를 각각 구비하며,
    z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 각 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 각 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 각 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 각 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하며,
    상기 거리(d)는 상기 차폐판의 복수의 개구를 통과한 이온 빔이 상기 각 검출기 유닛을 구성하는 검출기 중의 하나에 동시에 입사하게 되는 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 장치.
    Figure 112008033693107-pat00022
  6. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하는 이온원으로부터 z축을 따르는 방향으로 인출되는 이온 빔의 공간 분포를 측정하는 장치로서,
    상기 이온원의 하류측에 xy 평면을 따라 위치되는 것으로, 상기 이온 빔의 일부를 통과시키며 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 개구를 갖는 차폐판과,
    상기 차폐판의 하류측에 위치되는 것으로, 상기 차폐판의 개구를 통과한 이온 빔의 빔 전류를 검출하는 검출기로서 x축을 따르는 방향으로 배치된 복수의 서로 동일한 크기의 계측기를 구비하는 검출기 유닛과,
    x축을 따르는 방향으로 상기 검출기 유닛을 이동시켜, 상기 차폐판의 복수의 개구의 하류부에 상기 검출기 유닛을 순차적으로 위치시키는 기능을 갖는 검출기 유닛 구동 장치를 구비하고,
    z축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극과 각 검출기 사이의 거리를 L, z축을 따르는 방향으로 상기 차폐판과 각 검출기 사이의 거리를 d, x축을 따르는 방향으로 상기 다공 전극의 각 이온 인출 구멍의 치수를 a, x축을 따르는 방향으로 상기 이온 인출 구멍의 간격을 p, x축을 따르는 방향으로 상기 차폐판의 각 개구의 치수를 b, x축을 따르는 방향으로 상기 각 검출기의 치수를 w라고 하면, 다음 식의 관계 또는 이와 수학적으로 등가인 관계를 만족하고,
    상기 거리(d)는 상기 차폐판의 복수의 개구를 통과한 이온 빔이 상기 검출기 유닛을 구성하는 검출기 중의 하나에 동시에 입사하게 되는 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 장치.
    Figure 112008033693107-pat00023
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재한 이온 빔 측정 장치를 이용하여 상기 이온원으로부터 인출되는 이온 빔의 x축을 따르는 방향으로의 공간 분포를 측정하며, 이 측정에 의해 얻어진 공간 분포를 가우스 분포에 근사하여 상기 가우스 분포의 표준 편차(σ)를 구하고, 이 표준 편차(σ), 상기 치수(a), 상기 거리(L) 및 거리(d)를 이용하여 다음 식 또는 이와 수학적으로 등가인 식에 기초하여, x축을 따르는 방향으로의 상기 이온 빔의 발산 각도(θ)를 구하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 방법.
    Figure 112007025892108-pat00024
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재한 이온 빔 측정 장치를 이용하여 상기 이온원으로부터 인출되는 이온 빔의 x축을 따른 방향으로의 공간 분포를 측정하며, 이 측정에 의해 얻어진 공간 분포를 가우스 분포에 근사하여 상기 가우스 분포의 최대값의 x 좌표 x0를 구하고, 이 x 좌표 x0, 상기 공간 분포를 측정하는 데 이용한 차폐판의 개구의 중심의 x 좌표 xs 및 상기 거리(d)를 이용하여 다음 식 또는 이와 수학적으로 등가인 식에 기초하여, x축을 따르는 방향으로의 상기 이온 빔의 편차 각도(α)를 구하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 측정 방법.
    Figure 112007025892108-pat00025
  9. 한 점에서 서로 직교하는 3개의 축을 x축, y축 및 z축이라고 하면, 전극이 xy 평면을 따라 위치하며, 적어도 x축을 따르는 방향으로 서로 동일한 크기의 복수의 이온 인출 구멍이 등간격으로 배치된 다공 전극을 구비하며, y축을 따르는 방향의 치수보다도 x축을 따르는 방향의 치수가 큰 단면 형상을 한 이온 빔을 z축을 따르는 방향으로 인출하는 이온원과,
    상기 이온원으로부터 인출된 이온 빔의 조사 영역 내에서 y축을 따르는 방향으로 기판을 이동시키는 기능을 갖는 기판 구동 장치와,
    제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 이온 빔 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사 장치.
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