KR20160059409A - 이온빔 조사 장치 및 이에 이용되는 프로그램과 그 방법 - Google Patents

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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

빔전류의 균일화를 안정성이 높으면서 단시간에 실시할 수 있는 이온빔 조사 장치(100) 등을 제공한다.
이온빔의 균일화를 도모하는 균일 제어 루틴에 있어서 상기 제어 장치가, 각 필라멘트 전류(IF)의 변화가 각 빔전류(IB)의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 산출하는 가중치 계수 산출 루틴과, 상기 가중치 계수 산출 루틴으로 얻어진 가중치 계수에 기초하여, 각 빔전류(IB)의 값을 기 설정된 목표 전류값에 가깝게 하기 위한, 각 필라멘트의 이론 전류값을 산출하는 필라멘트 이론 전류 계산 루틴을 실행하도록 했다.

Description

이온빔 조사 장치 및 이에 이용되는 프로그램과 그 방법{ION BEAM IRRADIATION APPARATUS WITH CONTROLLING ION BEAM CURRENT UNIFORMITY AND THEREOF TECHNIQUES}
본 발명은 이온빔을 웨이퍼 등에 조사하는 이온빔 조사 장치 등에 관한 것이다.
예를 들면 액정 디스플레이나 반도체 장치의 제조에 있어서, 액정 유리 기판이나 반도체 기판과 같은 피(被)처리물에 인(P)이나 붕소(B) 등의 불순물을 주입하기 위해서 이온빔 조사 장치가 이용된다.
이러한 이온빔 조사 장치에 이용되는 이온원(ion source)은 내부에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 용기와, 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 설치된 복수의 필라멘트를 가지는 것이며, 이들 각 필라멘트 전류를 흘려보내어 가열함으로써 열전자를 방출시키고, 플라즈마 생성 용기 내의 재료 가스 분자에 충돌시켜 플라즈마를 발생시킴과 함께, 상기 플라즈마를 인출 전극계에 의해 인출하여 이온빔으로서 가속 가능하도록 구성했다.
이렇게 하여 기 설정된 에너지로까지 가속화된 이온빔은 피처리물의 표면에 조사되는데, 이 피처리물 각 부위에 대한 이온 주입량을 균일화하기 위해서, 종래의 이온빔 조사 장치에는 이온빔에 교차하는 면 내에서의 복수 위치에 이온빔전류를 계측하는 빔전류 센서(예를 들면 패러데이 컵(Faraday Cup))가 마련되어 있다. 그리고 이들 빔전류 센서에 의해 각각 계측된 각 빔전류로부터 얻어지는 이온빔의 빔 프로파일을 보아, 각 필라멘트에 흘려보내는 전류를 오퍼레이터가 조정하여, 이온빔을 균일화할 수 있도록 했다.
또한 최근에는 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 나타나는 바와 같이, 이온 주입량을 균일화하기 위해서, 각 필라멘트에 흘려보내는 전류를 자동으로 제어하는 제어 장치를 마련한 것도 생각되고 있다. 이러한 제어 장치에서는 모두, 빔전류 센서가 필라멘트의 수로 그룹화되어 있으며, 각 필라멘트에 대응하는 복수의 빔전류 센서(즉, 그룹)가 정해져 있다.
그리고 특허문헌 1에서는, 그룹마다 빔전류 센서의 평균 전류, 즉 그룹 단위로 빔전류의 평균을 계측하고, 그룹 단위로 그 평균 빔전류가 목표 전류에 합치하도록, 대응하는 필라멘트의 전류를 제어하여 빔전류의 균일화를 도모하도록 했다.
특허문헌 2에서는, 그룹마다 빔전류 센서의 평균 전류를 계측하고, 그 평균 전류가 목표 전류에 합치하도록 각 필라멘트의 전류를 제어하는데, 그 제어에 있어서, 각 그룹의 평균 전류에 미치는 각 필라멘트 전류의 영향도(influence degree), 즉 가중치를 미리 구해 놓고, 그 가중치에 따라서 각 필라멘트의 전류를 제어하여 빔전류의 균일화를 도모하도록 했다.
그러나 상기 어떤 제어 장치도, 그룹마다 빔전류 센서의 평균 전류에만 기초하여 필라멘트 전류를 제어하기 때문에, 그룹 내에서의 각 빔전류 센서의 계측 전류, 즉 이온빔의 각 위치에서의 빔전류에 편차가 발생하거나, 그것을 해소하기 위해서 빔전류의 균일화 루틴을 반복하여 실시하거나 해야 한다.
요컨대, 각 필라멘트로부터 방출되는 열전자에 의한 플라즈마로부터 인출된 이온빔은, 이상적으로 가우시안 분포(Gaussian distribution) 형상을 이루는 것이며, 각 빔전류 센서에 있어서 본래 각각 다른 전류값이 되기 때문에, 빔전류 센서를 그룹화하여 평균값만을 보아 제어한다는 상기 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 구성에 의해 빔전류를 균일화하기에는 한계가 있다.
일본국 공개특허공보 2000-315473호 일본국 공개특허공보 2008-293724호
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 빔전류의 균일화를 확실하면서 단시간에 실시할 수 있는 이온빔 조사 장치 및 이에 이용되는 프로그램을 제공하기 위해 도모한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 이온빔 조사 장치는, 독립적으로 전류를 흘려보내는 것이 가능한 복수의 필라멘트를 가지는 이온원과, 상기 이온원으로부터 인출된 이온빔의 빔전류를 상기 이온빔에 교차하는 면 내에서의 복수 위치에서 계측하는 것으로서 상기 필라멘트 수 이상의 수의 빔전류 센서와, 상기 복수의 필라멘트 각각에 흘려보내는 필라멘트 전류를 제어하는 제어 장치를 구비한 이온빔 조사 장치이다.
그리고 상기 제어 장치가, 빔전류 센서의 전부 또는 일부로부터 얻어진 빔전류의 평균값을 연산하여, 상기 평균값이 기 설정된 목표 범위에 들어가도록 각 필라멘트 전류를 제어하는 평균 빔전류 제어 루틴을 실행한 후, 각 빔전류를 균일화하기 위한 필라멘트 이론 전류를 각각 산출하여 출력하는 균일 제어 루틴을 실행하는 것이며,
상기 균일 제어 루틴에 있어서 상기 제어 장치는, 각 필라멘트 전류의 변화가 각 빔전류의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 산출하는 가중치 계수 산출 루틴과, 상기 가중치 계수 산출 루틴으로 얻어진 가중치 계수에 기초하여, 각 빔전류의 값을 기 설정된 목표 전류값에 가깝게 하기 위한 각 필라멘트의 이론 전류값을 각각 산출하는 필라멘트 이론 전류 계산 루틴을 실행하는 것을 특징으로 한다.
단시간이면서 유효한 가중치 계수를 구하기 위한 구체적인 실시양태로는, 상기 가중치 계수 산출 루틴에 있어서 제어 장치가, 상기 평균 빔전류 제어 루틴으로 조정된 각 필라멘트 전류를 초기값으로 하여 각 필라멘트의 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키고, 각 필라멘트 전류의 변화에 따라 발생하는 각 빔전류의 변화량에 기초하여 상기 가중치 계수를 산출하도록 구성된 것을 들 수 있다.
필라멘트 이론 전류를 실제로 필라멘트에 흘려보내는 것만으로는, 빔전류의 균일성은 실현할 수 있어도, 빔전류 전체로서 과부족이 발생할 가능성이 있다. 이를 해소하기 위해서는, 예를 들면 상기 제어 장치가 상기 균일 제어 루틴 후, 상기 평균 빔전류 제어 루틴을 다시 실행하도록 해 놓으면 된다.
빔전류의 균일성만을 과도하게 추구하면 제어성이 악화되거나, 각 필라멘트 전류에 불균일이 발생하여 특정한 필라멘트에 부하가 걸려서 제품 수명이나 유지 관리 기간이 짧아지거나 할 가능성이 있다.
이 과제를 해결하기 위해서는, 균일 제어 루틴에 있어서 상기 제어 장치가, 상기 필라멘트 이론 전류 계산 루틴으로 얻어진 각 필라멘트의 이론 전류값을 보정하는 필라멘트 이론 전류 보정 루틴을 더 실행하고, 상기 필라멘트 이론 전류 보정 루틴에 있어서 상기 제어 장치가, 상기 필라멘트 이론 전류로부터 이온빔의 이론상의 균일성을 계산하여, 상기 이론상의 빔 균일성이 상기 목표 전류값을 포함하는 기 설정된 범위에 들어가 있다는 조건을 충족하는 한, 각 필라멘트 이론 전류의 값의 편차가 감소하는 방향으로, 일부의 필라멘트 이론 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키는 보정을 실시하도록 해 놓는 것이 바람직하다.
상기에서는, 제어 장치가 각각의 이온빔전류 균일화 프로그램에 기초하여 각 제어 루틴을 실행하고 있었지만, 프로그램된 제어 장치가 아니라, 오퍼레이터가 제어 장치를 조작함으로써 빔전류를 조정하여 채취해서, 각 필라멘트 전류의 변화가 각 빔전류의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 결정해도 된다.
이온빔전류 균일화 방법은, 독립적으로 전류를 흘려보내는 것이 가능한 복수의 필라멘트를 가지는 이온원과, 이온원으로부터 인출된 이온빔의 빔전류를 상기 이온빔에 교차하는 면 내에서의 복수 위치에서 계측하는 것으로서 필라멘트 수 이상의 수의 빔전류 센서와, 복수의 필라멘트 각각에 흘려보내는 필라멘트 전류를 제어하는 제어 장치를 구비한 이온빔 조사 장치에 있어서, 빔전류 센서의 전부 또는 일부로부터 얻어진 빔전류의 평균값을 연산하여, 상기 평균값이 기 설정된 목표 범위에 들어가도록 각 필라멘트 전류를 제어하는 평균 빔전류 제어 스텝과, 평균 빔전류 제어 스텝 실행 후, 각 빔전류를 균일화할 수 있는 필라멘트 이론 전류를 각각 산출하는 균일 제어 스텝과, 균일 제어 스텝에 있어서 평균 빔전류 제어 스텝으로 조정된 각 필라멘트 전류를 초기값으로 하여, 각 필라멘트의 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키고, 각 필라멘트 전류의 변화에 따라 발생하는 각 빔전류의 변화량에 기초하여, 각 필라멘트 전류의 변화가 각 빔전류의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 산출하는 가중치 계수 산출 스텝과, 가중치 계수 산출 스텝으로 얻어진 가중치 계수에 기초하여, 각 빔전류의 값을 기 설정된 목표 전류값에 가깝게 하기 위한, 각 필라멘트의 이론 전류값을 산출하는 필라멘트 이론 전류 계산 스텝을 실행한다.
이렇게 구성한 본 발명에 의하면, 종래와 같은 그룹화한 일군의 빔전류 평균에 기초하여 필라멘트 전류를 제어하는 것이 아니라, 각 계측 위치에서의 빔전류의 값에 기초하여 각 필라멘트 전류를 제어하므로, 보다 정밀도가 높은 빔전류의 균일화를 도모할 수 있다.
한편, 이러한 각 빔전류의 값에 기초한 제어는 멀티 밸류(multi-valued), 멀티 파라미터가 되어, 피드백 제어만으로는 안정될 때까지 시간이 걸리거나, 안정되지 않는 경우도 충분히 있을 수 있는데, 여기서는 각 빔전류의 균일성을 실현할 수 있는 필라멘트 전류를, 이론 계산에 의해 피드포워드(feedforward)적으로 구하고 있기 때문에, 짧은 시간에 높은 안정성으로 각 빔전류의 균일화를 도모할 수 있다.
또한 평균 빔전류 제어 루틴을 이론 계산 전에 실행하고, 그 실행 결과에 기초하여 이론 계산을 실시하므로 상기 이론 계산의 정밀도가 보다 향상됨과 함께, 필라멘트 이론 전류만으로는 채울 수 없는 필라멘트 전류의 과부족을 회피할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에서의 이온빔 조사 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 동 실시형태의 제어부 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 동 실시형태의 제어부 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 동 실시형태의 제어부 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 동 실시형태의 제어부 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태의 제어부 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 동 실시형태의 제어부 동작을 나타내는 플로우차트이다.
이하에 본 발명의 한 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
<제1 실시형태>
이 이온빔 조사 장치(100)는 예를 들면 비(非)질량 분리형 이온 주입 장치에 이용되는 것으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 이온원(2)으로부터 인출 전극 기구(10)를 통해 인출한 대(大)면적의 이온빔(B)을, 질량 분리기를 통하지 않고 그대로 피조사체(W)에 조사하여 이온 주입할 수 있도록 한 것이다. 이온 주입시에는 필요에 따라서, 피조사체(W)를 이온빔(B)의 조사 영역 내에서, 예를 들면 지면(紙面)의 표리 방향에 기계적으로 주사(走査)해도 된다. 피조사체(W)는 예를 들면 유리 기판, 반도체 기판 등이다.
상기 이온원(2)은 버킷형 이온원(또는 다극 자장형 이온원)이라고도 불리는 것이며, 이온원 가스가 수용된 플라즈마 생성 용기(21)와, 이 플라즈마 생성 용기(21) 내에 마련된 복수(예를 들면 10개)의 필라멘트(22)와, 각 필라멘트(22)에 각각 독립적으로 전류를 공급하는 동일한 수의 필라멘트 전원(23)을 구비하여 이루어진다.
그리고 각 필라멘트(22)에 필라멘트 전원(23)으로부터 필라멘트 전류(IF)를 흘려보내 이를 가열하여, 열전자를 발생시켜 플라즈마 생성 용기(21)와의 사이에서 아크 방전을 발생시키고, 이온원 가스를 전리시켜 플라즈마(8)를 생성함과 함께, 상기 인출 전극 기구(10)에 의해 이 플라즈마(8)로부터 상기 이온빔(B)을 인출할 수 있도록 구성했다.
또한 이 이온빔 조사 장치(100)에는, 이온빔(B)에 교차하는 면 내에서, 기 설정된 각 위치에서의 빔전류(IB)를 측정하기 위한 복수의 빔전류 센서(3)와, 이들 빔전류 센서(3)에 의해 계측된 빔 프로파일을 목표값(여기서는 균일한 기 설정된 값)에 가까이 하기 위해서, 필라멘트 전원(23)을 통해 상기 각 필라멘트(22)로 흘려보내는 전류(IF)를 제어하는 제어 장치(4)가 마련되어 있다.
상기 빔전류 센서(3)는, 예를 들면 패러데이 컵 등으로 구성된 것이며, 필라멘트(22)의 수보다도 많은 복수(예를 들면 59개)가, 이온빔(B)의 조사 영역 내이며 그 단면(斷面) 길이 방향으로 평행하게 직렬 배치되어 있다. 한편, 이 빔전류 센서(3)에 의한 이온빔(B)의 계측시에는, 피조사체(W)는 이온빔(B)을 가로막지 않는 위치로 이동시켰다. 또한 빔전류 센서의 수와 필라멘트의 수는 동일한 수여도 된다.
제어 장치(4)는 도시하지 않은 CPU, 메모리, 1/O포트, AD컨버터 등을 구비한 디지털 내지 아날로그 전자 회로로 이루어지는 것으로서, 상기 메모리에 기억시킨 기 설정된 프로그램에 따라서 CPU나 그 주변기기가 함께 동작함으로써, 빔전류 센서(3)로부터 얻어지는 빔 프로파일이 기 설정된 균일 범위가 되도록 필라멘트 전원(23)을 제어하는 균일화 루틴을 실행하는 것이다.
다음으로, 상기 균일화 루틴의 상세한 내용을 설명한다. 여기서의 균일화 루틴은 후술하는 균일 제어 루틴과 평균 빔전류 제어 루틴을 포함하는 것이다. 또한 이 실시형태에서는 잇달아 반송되어 오는 각 피조사체(W)가 이온 주입 위치에 설치되기 전에 때마다 균일화 루틴을 실행하도록 하고 있지만, 피조사체 로트(lot)마다 균일화 루틴을 실행하는 등 그 실행 타이밍은 적절히 변경 가능하다.
그러나 상기 균일화 루틴에 있어서 제어 장치(4)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 우선 각 필라멘트 전원(23)에 지령을 내려 미리 정한 초기 전류를 각 필라멘트(22)에 흘려보내고(스텝 S1), 계속해서 평균 빔전류 제어 루틴을 실행한다(스텝 S2).
이 평균 빔전류 제어 루틴에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(4)는 모든 각 빔전류 센서(3)에 의해 빔전류(IB)를 각각 계측하고(스텝 Sb11), 계측한 각 빔전류(IB)의 평균값을 연산한다(스텝 Sb12). 그리고 연산한 평균값이 설정값의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하고(스텝 Sb13), 허용 범위 내에 없는 경우, 평균값이 허용 범위 내가 될 때까지 모든 필라멘트 전류(IF)를 각각 거의 동일한 양만큼 증감시키는 스텝(스텝 Sb14~Sb16)을 반복한다.
또한 이 평균 빔전류 제어 루틴에 있어서는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이 그룹마다 빔전류 센서의 평균 전류를 계측하여 각 그룹의 평균 전류가 목표 전류에 각각 합치하도록, 대응하는 필라멘트의 전류를 제어하도록 해도 된다.
또한 모든 빔전류 센서 중 몇 개를 미리 선정해 두고, 그 선정한 빔전류 센서로 계측된 빔전류의 평균값에 기초하여 필라멘트의 전류를 제어하도록 해도 된다.
다음으로, 상기 평균 빔전류 제어 루틴에 의해 계측한 각 빔전류(IB)의 평균값이 설정값의 허용 범위 내가 되면, 전술한 바와 같이 제어 장치(4)는 균일 제어 루틴을 실행한다.
이 균일 제어 루틴에 있어서, 제어 장치(4)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 가중치 계수 산출 루틴(스텝 S3)을 우선 실행한다.
이 가중치 계수 산출 루틴에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(4)는 각 필라멘트(22)의 전류IFj(j=1, 2,ㆍㆍㆍ, M)를 기 설정된 값(여기서는, 예를 들면 단위량(1A))만큼 변화시키고, 각 필라멘트 전류의 변화에 따른 각 빔전류IBi(i=1, 2,ㆍㆍㆍ, N)의 변화량을 각각 계측하여(스텝 Sb21~Sb26), 그 값을 메모리의 기 설정된 영역에 저장한다. 그리고 메모리에 저장된 상기 각 빔전류IBi의 변화량에 기초하여, 각 필라멘트 전류IFj의 변화가, 각 빔전류IBi의 변화에 미치는 정도, 즉 가중치 계수aij를 산출한다(스텝Sb27). 여기서의 가중치 계수aij는, 각 필라멘트 전류IFj를 각각 단위량만큼 변화시켰을 때의 각 빔전류IBi의 변화량으로 하고 있다.
또한 상기 가중치 계수 산출 루틴에 있어서, 가중치 계수를 구하기 위해서 전류를 변화시키는 필라멘트(22)는, 통상 운전시에 사용되는, 혹은 가동중인 모든 필라멘트(22)라는 의미이다. 이러한 종류의 이온 조사 장치에서는, 사용중인 필라멘트가 단선, 소모되었을 때에 대체시키기 위한 예비 필라멘트를 가지고 있는 경우가 있어, 이러한 예비 필라멘트는 포함하지 않는다는 의미이다. 또한 모든 빔전류 센서를 이용할 필요는 없으며, 일부만(예를 들면 1개 간격)을 이용하고 나머지는 추정에 의해 가중치 계수를 구하는 등으로 해도 된다.
다음으로, 제어 장치(4)는 상기 가중치 계수aij에 기초하여, 각 빔전류IBi를 목표 전류에 합치시킬 수 있는 각 필라멘트의 전류값(이하, 필라멘트 이론 전류라고도 한다.)을 산출한다(스텝 S4, 필라멘트 이론 전류 계산 루틴).
그 산출 이론을 이하에 설명한다.
i번째의 빔전류 센서(3)로 계측된 빔전류IBi(i=1, 2,ㆍㆍㆍN)는 이하의 식(수학식 1)으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, aij는 j번째의 필라멘트 전류IFj(j=1, 2,ㆍㆍㆍ, M)를 단위량(1A) 증가시켰을 때의 i컵째의 빔전류의 증가량[㎂/A]을 나타내고, 상기 가중치 계수 산출 루틴에서의 계측 결과로부터 산출된 것이다. 계수 Ci는, aij가 필라멘트 전류값에 대하여 비선형인 값을 가지고 있으며 그 비선형성에 의해 발생하는 전류값의 차이를 채우기 위한 오프셋 계수이다.
이온빔(B)의 균일성을 향상시키기 위해서는, 식(수학식 1)에 나타내는 각 빔전류IBi가 목표 전류(일정값)가 되도록 각 필라멘트 전류IFj를 변화시키면 된다.
필라멘트 전류IFj를 △IFj만큼 변화시켰을 때, 식(수학식 1)은 이하의 식(수학식 2)으로 나타낸다.
Figure pat00002
으로 나타낸다. 여기서, △IBi는 필라멘트 전류의 변화에 의한 빔전류의 변화량을 나타낸다.
식(수학식 2)으로부터, 각 빔전류의 변화량 △IBi는 이하의 식(수학식 3)으로 나타낸다.
Figure pat00003
그러므로, 각 빔전류의 계측값을 기 설정된 목표값으로 하기 위한 편차를 상기 △IBi로 한 경우, 균일 제어에는 식(수학식 3)으로 나타내는 각 △IBi(i=1, 2,ㆍㆍㆍN)를 동시에 충족하는 △IFj(j=1, 2,ㆍㆍㆍ, M)를 구할 필요가 있다. 즉, N개 식의 연립방정식의 엄밀해(exact solution)를 구할 필요가 있다. 그러나 애초에 변수와 식의 수가 일치하지 않는 경우가 있으며, 그런 경우에는 엄밀해가 존재하지 않는 경우도 발생할 수 있기 때문에, 여기서는 엄밀해가 아니라 최소제곱법에 의한 근사해(approximate solution)를 구하도록 하고 있다.
즉, △IBi와 식(수학식 3)의 잔차(殘差)의 제곱합 S는,
Figure pat00004
로 나타낸다.
근사해의 조건은 △IFj(j=1, 2,ㆍㆍㆍ, M)의 미소(微小)변화에 대하여, 잔차의 제곱합 S의 변화가 제로가 되는 것이다. 구체적으로는 최소값을 구하면 되고, 그 조건을 하기 식(수학식 5)으로 나타낸다.
Figure pat00005
즉, 식(수학식 4)과 식(수학식 5)으로부터, 하기 식(수학식 6)으로 나타내는 M개의 식으로 이루어지는 연립방정식의 해를 구하면 된다.
Figure pat00006
식(수학식 6)은 하기 식(수학식 7)으로 전개되며, 식(수학식 7)을 충족하는 △IFj(j=1, 2,ㆍㆍㆍ, M)를 구하면 된다.
Figure pat00007
식(수학식 7)은 M개의 변수를 가지고, 동일한 수의 1차방정식으로 구성되기 때문에, 크레이머(Cramer) 공식을 적용할 수 있다. 크레이머 공식으로부터 식(수학식 7)의 해는,
Figure pat00008
로 주어진다. 여기서 행렬 X는 하기 식(수학식 9)으로 나타내는 것이며, 행렬 Xj는 행렬 X의 제j열을 식(수학식 7)의 우변으로 치환한 행렬을 나타낸다.
Figure pat00009
이상으로부터, 빔전류 제어에 필요한 필라멘트 전류값의 세트를 구할 수 있다. 실제로는, 제어 장치(4)는 필라멘트 이론 전류 계산 루틴(스텝 S4)에 있어서, 식(수학식 8) 또는 그것과 균등한 식으로부터 각 필라멘트(22)에 흘려보내야 할 이론 전류를 계산한다.
다음으로, 제어 장치(4)는 상기 필라멘트 이론 전류를 각 필라멘트(22)에 실제로 흘려보낸다(스텝 S5).
이상으로, 균일 제어 루틴을 종료한다.
다음으로, 제어 장치(4)는 상기 스텝 S2와 동일한 평균 빔전류 제어 루틴을 다시 실행한다(스텝 S6).
그리고 계측한 각 빔전류IBi가 기 설정된 목표 범위에 들어가 있는지 여부, 즉 균일성이 기 설정된 범위 내인지 여부를 판정한다(스텝 S7). 그리고 균일성이 충족되어 있으면 이 균일화 루틴을 종료하고, 그렇지 않으면 스텝 S3으로 되돌아간다.
이상의 구성에 의하면, 종래와 같은 그룹화한 일군의 빔전류 평균에 기초하여 필라멘트 전류를 제어하는 것이 아니라, 각 계측 위치에서의 빔전류의 값에 기초하여 각 필라멘트 전류를 제어하므로, 보다 정밀도가 높은 빔전류의 균일화를 도모할 수 있다.
한편, 이러한 각 빔전류의 값에 기초한 제어는 멀티 밸류, 멀티 파라미터가 되어, 피드백 제어만으로는 안정될 때까지 시간이 걸리거나 안정되지 않는 경우도 충분히 있을 수 있는데, 여기서는 각 빔전류의 균일성을 실현할 수 있는 필라멘트 전류를, 예를 들면 최소제곱법을 응용한 이론 계산에 의해 피드포워드적으로 구하고 있기 때문에, 짧은 시간에 높은 안정성으로 각 빔전류의 균일화를 도모할 수 있다. 또한 평균 빔전류 제어 루틴을 이론 계산 전에 실행하고, 그 실행 결과에 기초하여 이론 계산을 실시하므로 상기 이론 계산의 정밀도(특히 가중치 계수의 정밀도)가 보다 향상됨과 함께, 이론 계산 후에도 평균 빔전류 제어 루틴을 실행하므로 필라멘트 이론 전류만으로는 채울 수 없는 필라멘트 전류의 과부족을 수정할 수도 있다.
또한 이 실시형태에서는 각 피조사체마다, 혹은 로트마다 상기 각 루틴을 실행하므로 최신의 데이터를 사용할 수 있어서 장치의 컨디션 변화에 대응할 수 있다.
<제2 실시형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태를 설명한다.
이 제2 실시형태에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 균일화 루틴에 있어서 필라멘트 이론 전류 계산 루틴 후에, 상기 루틴으로 산출한 필라멘트 이론 전류를 보정하는 필라멘트 이론 전류 보정 루틴(스텝 S4')을 실행하는 점이 다르다.
이 필라멘트 이론 전류 보정 루틴은, 균일한 빔전류를 얻기 위한 최적화된 필라멘트 이론 전류 그 자체를 즉시 출력해버리는 것이 아니라, 빔전류의 균일성이 최적값보다 다소 완화된 허용 범위 내에 있는 것을 조건으로, 각 필라멘트 이론 전류의 값을 평균화되는 방향으로 보정하기 위한 것이다.
다음으로, 이 필라멘트 이론 전류 보정 루틴에 대하여 상세하게 기술한다.
이 필라멘트 이론 전류 보정 루틴에 있어서, 제어 장치(4)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 우선 필라멘트 이론 전류 계산 루틴으로 구한 필라멘트 이론 전류를 그대로 출력할지(즉, 도 5에 나타내는 스텝 S5로 진행할지), 보정을 위한 재계산을 실시할지 중 어느 하나를 판단하는 출력/재계산 판정 루틴을 실행한다.
보다 구체적으로는 이 출력/재계산 판정 루틴에 있어서, 제어 장치는 도 7에 나타내는 바와 같이, 상기 필라멘트 이론 전류로부터 이온빔(B)(또는 각 빔전류)의 이론상의 균일성을 계산한다(스텝 Sb41).
그리고 상기 이론상의 빔 균일성이 기 설정된 범위에 들어가 있는지 여부를 판단하여(스텝 Sb42), 들어가 있지 않는 경우, 상기 필라멘트 이론 전류를 그대로 출력한다고 판단한다(스텝 Sb45). 그 이유는, 이 필라멘트 이론 전류 보정 루틴이, 전술한 바와 같이 이론상의 빔 균일성의 최적값을 완화하는 방향의 보정을 실시하는 것이기 때문에, 이 판단 시점(스텝 Sb42)에서 이론상의 빔 균일성이 기 설정된 범위에 들어가 있지 않는 경우는, 그 후의 필라멘트 이론 전류 보정 루틴을 실시함으로써 이론상의 빔 균일성이 더욱 나빠져 상기 허용 범위를 벗어나 버리기 때문이다.
한편, 이론상의 빔 균일성이 기 설정된 범위에 들어가 있는 경우는, 또한 각 필라멘트의 제어 전 전류와 각 필라멘트의 상기 이론 전류의 차의 절대값 평균이 기 설정된 값 이하인지 여부를 판단한다(스텝 Sb43). 기 설정된 값 이하이면, 상기 필라멘트 이론 전류를 그대로 출력한다고 판단하여(스텝 Sb45), 도 5에 나타내는 스텝 S5로 진행한다. 그 이유는 aij의 비선형성 영향이 작다고 판단할 수 있기 때문이다. 한편, 그렇지 않으면, 재계산이 필요, 즉 보정이 필요하다고 판단한다(스텝 Sb44).
그러나 이 출력/재계산 판정 루틴에 있어서 재계산이 필요하다고 판단한 경우, 제어 장치(4)는 제어 전 전류값과 이론 전류값의 차가 가장 큰 필라멘트를 추출하여, 그 추출한 필라멘트(이하, FILext1이라고도 한다.)의 이론 전류값을, 그 차를 없애는 방향으로 기 설정된 값만큼 바꾼다(스텝 Sb32).
다음으로, 제어 장치(4)는, FILext1을 제외하여 상기 필라멘트 이론 전류 계산 루틴을 실행한다(스텝 Sb33).
그리고 다시, 출력/재계산 판정 루틴을 실행하여(스텝 Sb34), 상기 필라멘트 이론 전류에 대해 재계산하는 경우, 스텝 Sb35로 진행하여, 평균 이론 전류의 값으로부터 가장 먼 값의 이론 전류를 가지는 필라멘트가 상기 FILext1인지 여부를 판단한다.
그리고 상기 FILext1이었을 경우는 스텝 Sb32로 되돌아간다.
그렇지 않으면, 제어 장치(4)는 필라멘트 제어 전 전류값과 필라멘트 이론 전류값의 차가 가장 큰 필라멘트를 새롭게 추출하여 상기 동일한 순서를 반복한다(스텝 Sb36~스텝 Sb311ㆍㆍㆍ).
이러한 제2 실시형태에 의하면, 이온빔의 균일화를 보장하면서, 제어 전의 필라멘트 전류값, 즉 평균 빔전류 제어 루틴으로 조정된 필라멘트 전류값과 필라멘트 이론 전류값의 차를 적게 하여, 실제로 흘려보내는 각 필라멘트 전류의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이것은 필라멘트 전류값의 증가량에 대한, 빔에의 의존성이 비례 관계가 아닌 것에 착안함으로써 처음으로 이루어진 것이며, 이로 인해 취득한 가중치 계수에 의한 이론 계산과 실제 균일성의 오차를 적게 하는 것이 가능해진다. 더 나아가서는, 상기 제1 실시형태보다도 제어성, 제어 안정성이 뛰어나다는 효과를 얻을 수 있다.
또한 필라멘트의 균일성도 좋은 값으로 유지할 수 있다. 이로 인해, 특정한 필라멘트에만 부하가 걸리는 것을 피할 수 있다.
그 외에, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
100: 이온빔 조사 장치 2: 이온원
22: 필라멘트 3: 빔전류 센서
4: 제어 장치 IB: 빔전류
IF: 필라멘트 전류

Claims (6)

  1. 독립적으로 전류를 흘려보내는 것이 가능한 복수의 필라멘트를 가지는 이온원(ion source)과, 상기 이온원으로부터 인출된 이온빔의 빔전류를 상기 이온빔에 교차하는 면 내에서의 복수 위치에서 계측하는 것으로서 상기 필라멘트 수 이상의 수의 빔전류 센서와, 상기 복수의 필라멘트 각각에 흘려보내는 필라멘트 전류를 제어하는 제어 장치를 구비한 이온빔 조사 장치에 있어서,
    상기 제어 장치가, 빔전류 센서의 전부 또는 일부로부터 얻어진 빔전류의 평균값을 연산하여, 상기 평균값이 기 설정된 목표 범위에 들어가도록 각 필라멘트 전류를 제어하는 평균 빔전류 제어 루틴을 실행한 후, 각 빔전류를 균일화하기 위한 필라멘트 이론 전류를 각각 산출하여, 출력하는 균일 제어 루틴을 실행하는 것이며,
    상기 균일 제어 루틴에 있어서 상기 제어 장치는, 각 필라멘트 전류의 변화가 각 빔전류의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 산출하는 가중치 계수 산출 루틴과, 상기 가중치 계수 산출 루틴으로 얻어진 가중치 계수에 기초하여, 각 빔전류의 값을 기 설정된 목표 전류값에 가깝게 하기 위한, 각 필라멘트의 이론 전류값을 각각 산출하는 필라멘트 이론 전류 계산 루틴을 실행하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치가, 상기 균일 제어 루틴 후, 상기 평균 빔전류 제어 루틴을 다시 실행하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가중치 계수 산출 루틴에 있어서 상기 제어 장치는, 상기 평균 빔전류 제어 루틴으로 조정된 각 필라멘트 전류를 초기값으로 하여, 각 필라멘트의 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키고, 각 필라멘트 전류의 변화에 따라 발생하는 각 빔전류의 변화량에 기초하여, 상기 가중치 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 균일 제어 루틴에 있어서 상기 제어 장치가, 상기 필라멘트 이론 전류 계산 루틴으로 얻어진 각 필라멘트의 이론 전류값을 보정하는 필라멘트 이론 전류 보정 루틴을 더 실행하고,
    상기 필라멘트 이론 전류 보정 루틴에 있어서 상기 제어 장치는, 상기 필라멘트 이론 전류로부터 이온빔의 이론상의 균일성을 계산하여, 상기 이론상의 빔 균일성이 상기 목표 전류값을 포함하는 기 설정된 범위에 들어가 있다는 조건을 충족하는 한, 각 필라멘트 이론 전류의 값의 편차가 감소하는 방향으로, 일부의 필라멘트 이론 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키는 보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사 장치.
  5. 독립적으로 전류를 흘려보내는 것이 가능한 복수의 필라멘트를 가지는 이온원과, 상기 이온원으로부터 인출된 이온빔의 빔전류를 상기 이온빔에 교차하는 면 내에서의 복수 위치에서 계측하는 것으로서 상기 필라멘트 수 이상의 수의 빔전류 센서와, 상기 복수의 필라멘트 각각에 흘려보내는 필라멘트 전류를 제어하는 제어 장치를 구비한 이온빔 조사 장치의 상기 제어 장치에 탑재되는 프로그램으로서,
    상기 제어 장치가, 빔전류 센서의 전부 또는 일부로부터 얻어진 빔전류의 평균값을 연산하여, 상기 평균값이 기 설정된 목표 범위에 들어가도록 각 필라멘트 전류를 제어하는 평균 빔전류 제어 루틴을 실행한 후, 각 빔전류를 균일화하는 것이 가능한 필라멘트 이론 전류를 각각 산출하여, 출력하는 균일 제어 루틴을 실행하고,
    상기 균일 제어 루틴에 있어서 상기 제어 장치가, 상기 평균 빔전류 제어 루틴으로 조정된 각 필라멘트 전류를 초기값으로 하여 각 필라멘트의 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키고, 각 필라멘트 전류의 변화에 따라 발생하는 각 빔전류의 변화량에 기초하여, 각 필라멘트 전류의 변화가 각 빔전류의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 산출하는 가중치 계수 산출 루틴과,
    상기 가중치 계수 산출 루틴으로 얻어진 가중치 계수에 기초하여, 각 빔전류의 값을 기 설정된 목표 전류값에 가깝게 하기 위한, 각 필라멘트의 이론 전류값을 산출하는 필라멘트 이론 전류 계산 루틴을 실행하도록 상기 제어 장치를 기능시키는 것을 특징으로 하는 프로그램.
  6. 독립적으로 전류를 흘려보내는 것이 가능한 복수의 필라멘트를 가지는 이온원과, 상기 이온원으로부터 인출된 이온빔의 빔전류를 상기 이온빔에 교차하는 면 내에서의 복수 위치에서 계측하는 것으로서 상기 필라멘트 수 이상의 수의 빔전류 센서와, 상기 복수의 필라멘트 각각에 흘려보내는 필라멘트 전류를 제어하는 제어 장치를 구비한 이온빔 조사 장치에 있어서,
    빔전류 센서의 전부 또는 일부로부터 얻어진 빔전류의 평균값을 연산하여, 상기 평균값이 기 설정된 목표 범위에 들어가도록 각 필라멘트 전류를 제어하는 평균 빔전류 제어 스텝과,
    상기 평균 빔전류 제어 스텝 실행 후, 각 빔전류를 균일화할 수 있는 필라멘트 이론 전류를 각각 산출하는 균일 제어 스텝과,
    상기 균일 제어 스텝에 있어서, 상기 평균 빔전류 제어 스텝으로 조정된 각 필라멘트 전류를 초기값으로 하여, 각 필라멘트의 전류를 기 설정된 값만큼 변화시키고, 각 필라멘트 전류의 변화에 따라 발생하는 각 빔전류의 변화량에 기초하여, 각 필라멘트 전류의 변화가 각 빔전류의 변화에 미치는 정도인 가중치 계수를 산출하는 가중치 계수 산출 스텝과,
    상기 가중치 계수 산출 스텝으로 얻어진 가중치 계수에 기초하여, 각 빔전류의 값을 기 설정된 목표 전류값에 가깝게 하기 위한, 각 필라멘트의 이론 전류값을 산출하는 필라멘트 이론 전류 계산 스텝을 실행하는 이온빔전류 균일화 방법.
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