KR20200083258A - 이온 주입 장치 및 측정 장치 - Google Patents

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KR20200083258A
KR20200083258A KR1020190172744A KR20190172744A KR20200083258A KR 20200083258 A KR20200083258 A KR 20200083258A KR 1020190172744 A KR1020190172744 A KR 1020190172744A KR 20190172744 A KR20190172744 A KR 20190172744A KR 20200083258 A KR20200083258 A KR 20200083258A
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히로시 마츠시타
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스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

2차 전자 발생에 의한 계측 정밀도의 저하를 방지한다. 이온 주입 장치는, 웨이퍼에 조사되는 이온 빔의 각도 분포를 측정하는 측정 장치(62)를 구비한다. 측정 장치(62)는, 이온 빔이 입사하는 슬릿(66)과, 슬릿(66)으로부터 이온 빔의 기준이 되는 빔 진행 방향으로 뻗은 중심선 C 상에 배치되는 빔 측정면(74)을 갖는 중앙 전극체(70)와, 슬릿(66)과 중앙 전극체(70)의 사이에 배치되고, 중심선 C로부터 슬릿(66)의 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 빔 측정면(78a 내지 78f)을 각각이 갖는 복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)와, 복수의 측방 전극체(80a 내지 80f) 중 적어도 하나의 빔 측정면에 슬릿(66)의 슬릿 길이 방향의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가하는 자석 장치(90)를 구비한다.

Description

이온 주입 장치 및 측정 장치{ION IMPLANTING DEVICE AND MEASURING DEVICE}
본 출원은 2018년 12월 28일에 출원된 일본 특허출원 제2018-247339호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온 주입 장치 및 측정 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는, 반도체의 도전성을 변화시킬 목적, 반도체의 결정구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정(이온 주입 공정이라고도 함)이 표준적으로 실시되고 있다. 이온 주입 공정에서는, 웨이퍼에 조사되는 이온 빔의 각도에 따라 이온 빔과 웨이퍼의 상호 작용의 양태가 변화되어, 이온 주입의 처리 결과에 영향을 주는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 이온 주입 전에 이온 빔의 각도 분포가 측정된다. 예를 들면, 슬릿을 통과한 빔의 전륫값을 슬릿 폭 방향으로 나열된 복수의 전극에서 측정함으로써, 슬릿 폭 방향의 각도 분포가 얻어진다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 공보 2017-174505호
측정 장치의 전극에 이온 빔이 조사되면, 전극으로부터 2차 전자가 발생할 수 있다. 2차 전자가 발생하면, 발생한 2차 전자량에 따라 측정되는 전하량이 변화되기 때문에, 측정 오차로 이어질 가능성이 있다. 예를 들면, 각도 분포를 측정하기 위하여 복수의 전극이 나열되는 구성에서는, 2차 전자가 발생하는 전극과는 다른 전극, 예를 들면 옆의 전극에 2차 전자가 입사하는 경우도 있다. 그렇게 되면, 2차 전자가 발생한 전극 및 2차 전자가 입사한 전극의 쌍방에서 측정되는 전하량이 2차 전자에 기인하여 변화되어, 각도 분포의 측정 오차로 이어진다.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 2차 전자 발생에 의한 계측 정밀도의 저하를 방지하기 위한 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태의 이온 주입 장치는, 웨이퍼에 조사되는 이온 빔의 각도 분포를 측정하는 측정 장치를 구비하는 이온 주입 장치로서, 측정 장치는, 이온 빔이 입사하는 슬릿과, 슬릿으로부터 이온 빔의 기준이 되는 빔 진행 방향으로 뻗은 중심선 상에 배치되는 빔 측정면을 갖는 중앙 전극체와, 슬릿과 중앙 전극체의 사이에 배치되고, 중심선으로부터 슬릿의 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 빔 측정면을 각각이 갖는 복수의 측방 전극체와, 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 슬릿의 슬릿 길이 방향의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가하는 자석 장치를 구비한다.
본 발명의 다른 양태는, 측정 장치이다. 이 장치는, 이온 빔의 각도 분포를 측정하는 측정 장치로서, 이온 빔이 입사하는 슬릿과, 슬릿으로부터 이온 빔의 기준이 되는 빔 진행 방향으로 뻗은 중심선 상에 배치되는 빔 측정면을 갖는 중앙 전극체와, 슬릿과 중앙 전극체의 사이에 배치되고, 중심선으로부터 슬릿의 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 빔 측정면을 각각이 갖는 복수의 측방 전극체와, 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 슬릿의 슬릿 길이 방향의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가하는 자석 장치를 구비한다.
여기서, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 빔의 각도 분포 측정 장치의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 이온 주입 장치의 개략 구성을 나타내는 상면도다.
도 2는 도 1의 이온 주입 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도다.
도 3은 실시 형태에 관한 측정 장치의 개략 구성을 나타내는 외관사시도다.
도 4는 측정 장치의 구성을 상세하게 나타내는 단면도다.
도 5는 각 전극체의 빔 측정면의 범위를 나타내는 도다.
도 6은 각 전극체에 인가되는 자장 분포의 일례를 나타내는 도다.
도 7은 측방 전극체에 인가되는 자장 분포의 일례를 상세하게 나타내는 도다.
도 8은 중앙 전극체에 인가되는 자장 분포의 일례를 상세하게 나타내는 도다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
실시 형태를 상세하게 서술하기 전에 개요를 설명한다. 본 실시 형태는, 웨이퍼에 조사되는 이온 빔의 각도 분포를 측정하는 측정 장치를 구비하는 이온 주입 장치이다. 측정 장치는, 이온 빔이 입사하는 슬릿과, 슬릿으로부터 이온 빔의 기준이 되는 빔 진행 방향으로 뻗은 중심선 상에 배치되는 빔 측정면을 갖는 중앙 전극체와, 슬릿과 중앙 전극체의 사이에 배치되고, 중심선으로부터 슬릿의 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 빔 측정면을 각각이 갖는 복수의 측방 전극체와, 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 슬릿의 슬릿 길이 방향의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가하는 자석 장치를 구비한다. 본 실시 형태에 의하면, 측방 전극체의 빔 측정면에 적절한 자장을 인가함으로써, 빔 측정면에 이온 빔이 입사함으로써 발생하는 2차 전자에 기인하는 계측 정밀도의 저하를 적절하게 방지할 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 관한 이온 주입 장치(10)를 개략적으로 나타내는 상면도이고, 도 2는, 이온 주입 장치(10)의 개략 구성을 나타내는 측면도다. 이온 주입 장치(10)는, 피처리물 W의 표면에 이온 주입 처리를 하도록 구성된다. 피처리물 W은, 예를 들면 기판이고, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에 있어서 피처리물 W을 웨이퍼 W라고 부르는 경우가 있으나, 이는 주입 처리의 대상을 특정 물체로 한정하는 것을 의도하지 않는다.
이온 주입 장치(10)는, 빔을 일방향으로 왕복 주사시키고, 웨이퍼 W를 주사방향과 직교하는 방향으로 왕복 운동시킴으로써 웨이퍼 W의 처리면 전체에 걸쳐서 이온 빔을 조사하도록 구성된다. 본서에서는 설명의 편의상, 설계 상의 빔 라인 A를 따라 진행하는 이온 빔의 진행 방향을 z방향이라 하고, z방향에 수직인 면을 xy면이라 정의한다. 이온 빔을 피처리물 W에 대하여 주사하는 경우에 있어서, 빔의 주사방향을 x방향이라 하고, z방향 및 x방향에 수직인 방향을 y방향이라 한다. 따라서, 빔의 왕복 주사는 x방향으로 행해지고, 웨이퍼 W의 왕복 운동은 y방향으로 행해진다.
이온 주입 장치(10)는, 이온원(12)과, 빔 라인 장치(14)와, 주입 처리실(16)과, 웨이퍼 반송 장치(18)를 구비한다. 이온원(12)은, 이온 빔을 빔 라인 장치(14)에 부여하도록 구성된다. 빔 라인 장치(14)는, 이온원(12)으로부터 주입 처리실(16)에 이온 빔을 수송하도록 구성된다. 주입 처리실(16)에는, 주입대상이 되는 웨이퍼 W가 수용되며, 빔 라인 장치(14)로부터 부여되는 이온 빔을 웨이퍼 W에 조사하는 주입 처리가 이루어진다. 웨이퍼 반송 장치(18)는, 주입 처리 전의 미처리웨이퍼를 주입 처리실(16)에 반입하고, 주입 처리 후의 처리완료웨이퍼를 주입 처리실(16)로부터 반출하도록 구성된다. 이온 주입 장치(10)는, 이온원(12), 빔 라인 장치(14), 주입 처리실(16) 및 웨이퍼 반송 장치(18)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.
빔 라인 장치(14)는, 빔 라인 A의 상류측으로부터 순서대로, 질량 분석부(20), 빔 파크 장치(24), 빔 정형부(30), 빔 주사부(32), 빔 평행화부(34) 및 각도 에너지 필터(AEF; Angular Energy Filter)(36)를 구비한다. 여기서, 빔 라인 A의 상류란, 이온원(12)에 가까운 측을 말하고, 빔 라인 A의 하류란 주입 처리실(16)(또는 빔 스토퍼(46))에 가까운 측을 말한다.
질량 분석부(20)는, 이온원(12)의 하류에 마련되며, 이온원(12)으로부터 인출된 이온 빔으로부터 필요한 이온종을 질량 분석에 의하여 선택하도록 구성된다. 질량 분석부(20)는, 질량 분석 자석(21)과, 질량 분석 렌즈(22)와, 질량 분석 슬릿(23)을 갖는다.
질량 분석 자석(21)은, 이온원(12)으로부터 인출된 이온 빔에 자장을 인가하고, 이온의 질량 전하비 M=m/q(m은 질량, q는 전하)의 값에 따라 다른 경로로 이온 빔을 편향시킨다. 질량 분석 자석(21)은, 예를 들면 이온 빔에 y방향(예를 들면 -y방향)의 자장을 인가하여 이온 빔을 x방향으로 편향시킨다. 질량 분석 자석(21)의 자장 강도는, 원하는 질량 전하비 M을 갖는 이온종이 질량 분석 슬릿(23)을 통과하도록 조정된다.
질량 분석 렌즈(22)는, 질량 분석 자석(21)의 하류에 마련되며, 이온 빔에 대한 수렴/발산력을 조정하도록 구성된다. 질량 분석 렌즈(22)는, 질량 분석 슬릿(23)을 통과하는 이온 빔의 빔 진행 방향(z방향)의 수렴 위치를 조정하고, 질량 분석부(20)의 질량 분해능 M/dM을 조정한다. 여기서, 질량 분석 렌즈(22)는 필수 구성은 아니며, 질량 분석부(20)에 질량 분석 렌즈(22)가 마련되지 않아도 된다.
질량 분석 슬릿(23)은, 질량 분석 렌즈(22)의 하류에 마련되며, 질량 분석 렌즈(22)로부터 떨어진 위치에 마련된다. 질량 분석 슬릿(23)은, 질량 분석 자석(21)에 의한 빔 편향 방향(x방향)이 슬릿 폭이 되도록 구성되며, x방향이 상대적으로 짧고, y방향이 상대적으로 긴 형상의 개구(23a)를 갖는다.
질량 분석 슬릿(23)은, 질량 분해능의 조정을 위하여 슬릿 폭이 가변이 되도록 구성되어도 된다. 질량 분석 슬릿(23)은, 슬릿 폭 방향으로 이동 가능한 2매의 차폐체에 의하여 구성되며, 2매의 차폐체의 간격을 변화시킴으로써 슬릿 폭이 조정 가능해지도록 구성되어도 된다. 질량 분석 슬릿(23)은, 슬릿 폭이 다른 복수의 슬릿 중 어느 하나로 전환됨으로써 슬릿 폭이 가변이 되도록 구성되어도 된다.
빔 파크 장치(24)는, 빔 라인 A로부터 이온 빔을 일시적으로 퇴피하고, 하류의 주입 처리실(16)(또는 웨이퍼 W)을 향하는 이온 빔을 차폐하도록 구성된다. 빔 파크 장치(24)는, 빔 라인 A 도중의 임의의 위치에 배치할 수 있지만, 예를 들면 질량 분석 렌즈(22)와 질량 분석 슬릿(23)의 사이에 배치할 수 있다. 질량 분석 렌즈(22)와 질량 분석 슬릿(23)의 사이에는 일정한 거리가 필요하기 때문에, 그 사이에 빔 파크 장치(24)를 배치함으로써, 다른 위치에 배치하는 경우보다 빔 라인 A의 길이를 짧게 할 수 있어, 이온 주입 장치(10)의 전체를 소형화할 수 있다.
빔 파크 장치(24)는, 한 쌍의 파크 전극(25)(25a, 25b)과, 빔 덤프(26)를 구비한다. 한 쌍의 파크 전극(25a, 25b)은, 빔 라인 A를 사이에 두고 대향하며, 질량 분석 자석(21)의 빔 편향 방향(x방향)과 직교하는 방향(y방향)으로 대향한다. 빔 덤프(26)는, 파크 전극(25a, 25b)보다 빔 라인 A의 하류측에 마련되고, 빔 라인 A로부터 파크 전극(25a, 25b)의 대향 방향으로 떨어져 마련된다.
제1 파크 전극(25a)은 빔 라인 A보다 중력 방향 상측에 배치되고, 제2 파크 전극(25b)은 빔 라인 A보다 중력 방향 하측에 배치된다. 빔 덤프(26)는, 빔 라인 A보다 중력 방향 하측으로 떨어진 위치에 마련되고, 질량 분석 슬릿(23)의 개구(23a)의 중력 방향 하측에 배치된다. 빔 덤프(26)는, 예를 들면 질량 분석 슬릿(23)의 개구(23a)가 형성되어 있지 않은 부분으로 구성된다. 빔 덤프(26)는, 질량 분석 슬릿(23)과는 별체로서 구성되어도 된다.
빔 파크 장치(24)는, 한 쌍의 파크 전극(25a, 25b)의 사이에 인가되는 전장(電場)을 이용하여 이온 빔을 편향시키며, 빔 라인 A로부터 이온 빔을 퇴피시킨다. 예를 들면, 제1 파크 전극(25a)의 전위를 기준으로 하여 제2 파크 전극(25b)에 부(負)전압을 인가함으로써, 이온 빔을 빔 라인 A로부터 중력 방향 하방으로 편향시켜 빔 덤프(26)에 입사시킨다. 도 2에 있어서, 빔 덤프(26)를 향하는 이온 빔의 궤적을 파선으로 나타내고 있다. 또, 빔 파크 장치(24)는, 한 쌍의 파크 전극(25a, 25b)을 동전위로 함으로써, 이온 빔을 빔 라인 A를 따라 하류측으로 통과시킨다. 빔 파크 장치(24)는, 이온 빔을 하류측으로 통과시키는 제1 모드와, 이온 빔을 빔 덤프(26)에 입사시키는 제2 모드를 전환하여 동작 가능해지도록 구성된다.
질량 분석 슬릿(23)의 하류에는 인젝터 패러데이 컵(28)이 마련된다. 인젝터 패러데이 컵(28)은, 인젝터구동부(29)의 동작에 의하여 빔 라인 A에 출입 가능해지도록 구성된다. 인젝터구동부(29)는, 인젝터 패러데이 컵(28)을 빔 라인 A의 뻗는 방향과 직교하는 방향(예를 들면 y방향)으로 이동시킨다. 인젝터 패러데이 컵(28)은, 도 2의 파선으로 나타내는 바와 같이 빔 라인 A 상에 배치된 경우, 하류측을 향하는 이온 빔을 가린다. 한편 도 2의 실선으로 나타내는 바와 같이, 인젝터 패러데이 컵(28)이 빔 라인 A상으로부터 벗어난 경우, 하류측을 향하는 이온 빔의 가림이 해제된다.
인젝터 패러데이 컵(28)은, 질량 분석부(20)에 의하여 질량 분석된 이온 빔의 빔 전류를 계측하도록 구성된다. 인젝터 패러데이 컵(28)은, 질량 분석 자석(21)의 자장 강도를 변화시키면서 빔 전류를 측정함으로써, 이온 빔의 질량 분석 스펙트럼을 계측할 수 있다. 계측한 질량 분석 스펙트럼을 이용하여, 질량 분석부(20)의 질량 분해능을 산출할 수 있다.
빔 정형부(30)는, 사중극 수렴/발산 장치(Q렌즈) 등의 수렴/발산 렌즈를 구비하고 있으며, 질량 분석부(20)를 통과한 이온 빔을 원하는 단면 형상으로 정형하도록 구성되어 있다. 빔 정형부(30)는, 예를 들면 전장식의 삼단 사중극 렌즈(트리플릿 Q렌즈라고도 함)로 구성되며, 세 사중극 렌즈(30a, 30b, 30c)를 갖는다. 빔 정형부(30)는, 세 사중극 렌즈(30a 내지 30c)를 이용함으로써, 이온 빔의 수렴 또는 발산을 x방향 및 y방향의 각각에 대하여 독립적으로 조정할 수 있다. 빔 정형부(30)는, 자장식의 렌즈 장치를 포함해도 되고, 전장과 자장의 쌍방을 이용하여 빔을 정형하는 렌즈 장치를 포함해도 된다.
빔 주사부(32)는, 빔의 왕복 주사를 제공하도록 구성되며, 정형된 이온 빔을 x방향으로 주사하는 빔 편향 장치이다. 빔 주사부(32)는, 빔 주사 방향(x방향)으로 대향하는 주사 전극쌍을 갖는다. 주사 전극쌍은 가변 전압 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 주사 전극쌍의 사이에 인가되는 전압을 주기적으로 변화시킴으로써, 전극 사이에 발생하는 전계를 변화시켜 이온 빔을 다양한 각도로 편향시킨다. 그 결과, 이온 빔이 x방향의 주사범위 전체에 걸쳐 주사된다. 도 1에 있어서, 화살표 X에 의하여 빔의 주사방향 및 주사범위를 예시하며, 주사범위에서의 이온 빔의 복수의 궤적을 일점쇄선으로 나타내고 있다.
빔 평행화부(34)는, 주사된 이온 빔의 진행 방향을 설계 상의 빔 라인 A의 궤도와 평행으로 하도록 구성된다. 빔 평행화부(34)는, 중앙부에 이온 빔의 통과슬릿이 마련된 원호 형상의 복수의 평행화 렌즈 전극을 갖는다. 평행화 렌즈 전극은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 전압 인가에 의하여 발생하는 전계를 이온 빔에 작용시켜, 이온 빔의 진행 방향을 평행하게 맞춘다. 여기서, 빔 평행화부(34)는 다른 빔 평행화 장치로 치환되어도 되고, 빔 평행화 장치는 자계를 이용하는 자석 장치로서 구성되어도 된다.
빔 평행화부(34)의 하류에는, 이온 빔을 가속 또는 감속시키기 위한 AD(Accel/Decel) 칼럼(도시하지 않음)이 마련되어도 된다.
각도 에너지 필터(AEF)(36)는, 이온 빔의 에너지를 분석하여 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향시켜 주입 처리실(16)로 안내하도록 구성되어 있다. 각도 에너지 필터(36)는, 전계 편향용 AEF 전극쌍을 갖는다. AEF 전극쌍은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 2에 있어서, 상측의 AEF전극에 정전압, 하측의 AEF전극에 부전압을 인가시킴으로써, 이온 빔을 하방으로 편향시킨다. 여기서, 각도 에너지 필터(36)는, 자계 편향용 자석 장치로 구성되어도 되고, 전계 편향용 AEF 전극쌍과 자석 장치의 조합으로 구성되어도 된다.
이와 같이 하여, 빔 라인 장치(14)는, 웨이퍼 W에 조사되어야 할 이온 빔을 주입 처리실(16)에 공급한다.
주입 처리실(16)은, 빔 라인 A의 상류측으로부터 순서대로, 에너지 슬릿(38), 플라즈마 샤워 장치(40), 사이드 컵(42), 센터 컵(44) 및 빔 스토퍼(46)를 구비한다. 주입 처리실(16)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1매 또는 복수 매의 웨이퍼 W를 유지하는 플래튼 구동 장치(50)를 구비한다.
에너지 슬릿(38)은, 각도 에너지 필터(36)의 하류측에 마련되며, 각도 에너지 필터(36)와 함께 웨이퍼 W에 입사하는 이온 빔의 에너지 분석을 한다. 에너지 슬릿(38)은, 빔 주사 방향(x방향)으로 가로로 긴 슬릿으로 구성되는 에너지 제한 슬릿(EDS; Energy Defining Slit)이다. 에너지 슬릿(38)은, 원하는 에너지값 또는 에너지범위의 이온 빔을 웨이퍼 W를 향하여 통과시키고, 그 이외의 이온 빔을 차폐한다.
플라즈마 샤워 장치(40)는, 에너지 슬릿(38)의 하류측에 위치한다. 플라즈마 샤워 장치(40)는, 이온 빔의 빔 전류량에 따라 이온 빔 및 웨이퍼 W의 표면(웨이퍼 처리면)에 저에너지전자를 공급하여, 이온 주입으로 발생하는 웨이퍼 처리면의 정전하의 차지업을 억제한다. 플라즈마 샤워 장치(40)는, 예를 들면 이온 빔이 통과하는 샤워튜브와, 샤워튜브 내에 전자를 공급하는 플라즈마발생장치를 포함한다.
사이드 컵(42(42R, 42L))은, 웨이퍼 W로의 이온 주입 처리 중에 이온 빔의 빔 전류를 측정하도록 구성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 사이드 컵(42R, 42L)은, 빔 라인 A 상에 배치되는 웨이퍼 W에 대하여 좌우(x방향)로 어긋나게 배치되어 있으며, 이온 주입 시에 웨이퍼 W를 향하는 이온 빔을 가리지 않는 위치에 배치된다. 이온 빔은, 웨이퍼 W가 위치하는 범위를 넘어 x방향으로 주사되기 때문에, 이온 주입 시에 있어서도 주사되는 빔의 일부가 사이드 컵(42R, 42L)에 입사한다. 이로써, 이온 주입 처리 중의 빔 전류량이 사이드 컵(42R, 42L)에 의하여 계측된다.
센터 컵(44)은, 웨이퍼 처리면에 있어서의 빔 전류를 측정하도록 구성된다. 센터 컵(44)은, 구동부(45)의 동작에 의하여 가동으로 되도록 구성되며, 이온 주입 시에 웨이퍼 W가 위치하는 주입 위치로부터 퇴피되고, 웨이퍼 W가 주입 위치에 없을 때에 주입 위치에 삽입된다. 센터 컵(44)은, x방향으로 이동하면서 빔 전류를 측정함으로써, x방향의 빔 주사범위 전체에 걸쳐서 빔 전류를 측정할 수 있다. 센터 컵(44)은, 빔 주사 방향(x방향)의 복수의 위치에 있어서의 빔 전류를 동시에 계측 가능해지도록, 복수의 패러데이 컵이 x방향으로 나열되어 어레이형으로 형성되어도 된다.
사이드 컵(42) 및 센터 컵(44) 중 적어도 일방은, 빔 전류량을 측정하기 위한 단일의 패러데이 컵을 구비해도 되고, 빔의 각도 정보를 측정하기 위한 각도계측기를 구비해도 된다. 각도계측기는, 예를 들면 슬릿과, 슬릿으로부터 빔 진행 방향(z방향)으로 떨어져 마련되는 복수의 전류 검출부를 구비한다. 예를 들면, 슬릿을 통과한 빔을 슬릿 폭 방향으로 나열되는 복수의 전류 검출부에서 계측함으로써, 슬릿 폭 방향의 빔의 각도 성분을 측정할 수 있다. 사이드 컵(42) 및 센터 컵(44) 중 적어도 일방은, x방향의 각도 정보를 측정 가능한 제1 각도 측정기와, y방향의 각도 정보를 측정 가능한 제2 각도 측정기를 구비해도 된다.
플래튼 구동 장치(50)는, 웨이퍼 유지 장치(52)와, 왕복 운동 기구(54)와, 트위스트 각 조정 기구(56)와, 틸트 각 조정 기구(58)를 포함한다. 웨이퍼 유지 장치(52)는, 웨이퍼 W를 유지하기 위한 정전 척 등을 포함한다. 왕복 운동 기구(54)는, 빔 주사 방향(x방향)과 직교하는 왕복 운동 방향(y방향)으로 웨이퍼 유지 장치(52)를 왕복 운동시킴으로써, 웨이퍼 유지 장치(52)에 유지되는 웨이퍼를 y방향으로 왕복 운동시킨다. 도 2에 있어서, 화살표 Y에 의하여 웨이퍼 W의 왕복 운동을 예시한다.
트위스트 각 조정 기구(56)는, 웨이퍼 W의 회전각을 조정하는 기구이며, 웨이퍼 처리면의 법선을 축으로 하여 웨이퍼 W를 회전시킴으로써, 웨이퍼의 외주부에 마련되는 얼라인먼트 마크와 기준위치의 사이의 트위스트 각을 조정한다. 여기에서, 웨이퍼의 얼라인먼트 마크란, 웨이퍼의 외주부에 마련되는 노치나 오리엔테이션 플랫을 말하며, 웨이퍼의 결정축 방향이나 웨이퍼의 원주 방향의 각도 위치의 기준이 되는 마크를 말한다. 트위스트 각 조정 기구(56)는, 웨이퍼 유지 장치(52)와 왕복 운동 기구(54)의 사이에 마련되어, 웨이퍼 유지 장치(52)와 함께 왕복 운동된다.
틸트 각 조정 기구(58)는, 웨이퍼 W의 기울기를 조정하는 기구이며, 웨이퍼 처리면을 향하는 이온 빔의 진행 방향과 웨이퍼 처리면의 법선의 사이의 틸트 각을 조정한다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼 W의 경사각 중, x방향의 축을 회전의 중심축으로 하는 각도를 틸트 각으로 하여 조정한다. 틸트 각 조정 기구(58)는, 왕복 운동 기구(54)와 주입 처리실(16)의 벽면의 사이에 마련되어 있으며, 왕복 운동 기구(54)를 포함하는 플래튼 구동 장치(50) 전체를 R방향으로 회전시킴으로써 웨이퍼 W의 틸트 각을 조정하도록 구성된다.
플래튼 구동 장치(50)는, 이온 빔이 웨이퍼 W에 조사되는 주입 위치와, 웨이퍼 반송 장치(18)와의 사이에서 웨이퍼 W가 반입 또는 반출되는 반송 위치의 사이에서 웨이퍼 W가 이동 가능해지도록 웨이퍼 W를 유지한다. 도 2는, 웨이퍼 W가 주입 위치에 있는 상태를 나타내고 있고, 플래튼 구동 장치(50)는, 빔 라인 A과 웨이퍼 W가 교차하도록 웨이퍼 W를 유지한다. 웨이퍼 W의 반송 위치는, 웨이퍼 반송 장치(18)에 마련되는 반송 기구 또는 반송 로봇에 의하여 반송구(48)를 통하여 웨이퍼 W가 반입 또는 반출될 때의 웨이퍼 유지 장치(52)의 위치에 대응한다.
빔 스토퍼(46)는, 빔 라인 A의 최하류에 마련되며, 예를 들면 주입 처리실(16)의 내벽에 장착된다. 빔 라인 A 상에 웨이퍼 W가 존재하지 않는 경우, 이온 빔은 빔 스토퍼(46)에 입사한다. 빔 스토퍼(46)는, 주입 처리실(16)과 웨이퍼 반송 장치(18)의 사이를 접속하는 반송구(48)의 가까이에 위치하고 있으며, 반송구(48)보다 연직 하방의 위치에 마련된다.
이온 주입 장치(10)는, 중앙 제어 장치(60)를 구비한다. 중앙 제어 장치(60)는, 이온 주입 장치(10)의 동작 전반을 제어한다. 중앙 제어 장치(60)는, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 CPU나 메모리를 비롯한 소자나 기계 장치로 실현되고, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의하여 실현되며, 중앙 제어 장치(60)에 의하여 제공되는 각종 기능은, 하드웨어 및 소프트웨어의 연계에 의하여 실현될 수 있다.
도 3은, 실시 형태에 관한 측정 장치(62)의 개략 구성을 나타내는 외관사시도다. 측정 장치(62)는, 하우징(64)과, 하우징(64)의 전면(64a)에 마련되는 슬릿(66)을 구비한다. 하우징(64)의 내부에는 복수의 전극체가 마련된다. 측정 장치(62)는, 이온 빔의 각도 분포를 측정하기 위한 장치이며, 슬릿(66)을 통과하는 이온 빔을 복수의 전극체에서 검출하고, 각 전극체의 검출결과에 근거하여 이온 빔의 각도 분포를 구한다. 측정 장치(62)는, 예를 들면 상술한 이온 주입 장치(10)의 사이드 컵(42)이나 센터 컵(44)의 위치에 배치하여 이용할 수 있다.
도시하는 예에서는, 이온 빔의 진행 방향을 z방향으로 하며, 슬릿(66)의 슬릿 폭 방향을 x방향으로 하고, 슬릿(66)의 슬릿 길이 방향을 y방향으로 하고 있으며, 측정 장치(62)가 x방향의 각도 분포를 측정하도록 구성된다. 여기서, 측정 장치(62)의 각도 분포의 측정방향은 x방향에 한정되지 않고, y방향의 각도 분포를 측정 가능해지도록 측정 장치(62)를 이용해도 된다. 또, x방향 및 y방향의 쌍방에 대하여 비스듬해지는 방향의 각도 분포를 측정 가능해지도록 측정 장치(62)를 이용해도 된다.
도 4는, 측정 장치(62)의 구성을 상세하게 나타내는 단면도이며, 슬릿(66)의 슬릿 길이 방향(y방향)에 직교하는 단면(xz평면)의 구조를 나타내고 있다. 측정 장치(62)는, 하우징(64)과, 중앙 전극체(70)와, 복수의 측방 전극체(80a, 80b, 80c, 80d, 80e, 80f)(총칭하여 측방 전극체(80)라고도 함)와, 자석 장치(90)를 구비한다.
하우징(64)은, 슬릿부(64b)와, 각도 제한부(64c)와, 전극 수용부(64d)를 갖는다. 슬릿부(64b)는, 슬릿(66)이 마련되는 전면(64a)을 갖는다. 각도 제한부(64c)는, 슬릿부(64b)보다 빔 진행 방향(z방향)의 하류측에 마련된다. 각도 제한부(64c)는, 측방 전극체(80)(예를 들면 제1 측방 전극체(80a) 및 제2 측방 전극체(80b))를 향하는 이온 빔의 일부를 차폐하여, 계측범위 외의 각도 성분을 갖는 빔이 측방 전극체(80)에 입사하지 않게 한다. 전극 수용부(64d)는, 각도 제한부(64c)보다 빔 진행 방향(z방향)의 하류측에 마련된다. 전극 수용부(64d)는, 자석 장치(90)의 자기회로를 형성하기 위한 요크를 포함하도록 구성된다.
중앙 전극체(70)는, 슬릿(66)으로부터 빔 진행 방향(z방향)으로 뻗은 중심선 C 상에 배치되며, 슬릿(66)으로부터 빔 진행 방향으로 떨어진 최하류에 배치된다. 중앙 전극체(70)는, 슬릿 폭 방향(x방향)의 각도 성분이 제로(0) 또는 극히 작은 빔, 즉 복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)에 입사하지 않고 중심선 C를 따라 거의 곧게 진행하는 빔을 측정대상으로 한다.
중앙 전극체(70)는, 기부(71)와, 한 쌍의 연재부(延在部)(72L, 72R)를 갖는다. 기부(71)는, 중심선 C 상에 배치된다. 기부(71)는, 슬릿(66)을 향하여 빔 진행 방향으로 노출되는 빔 측정면(74)을 갖는다. 한 쌍의 연재부(72L, 72R)는, 기부(71)의 슬릿 폭 방향(x방향)의 양단의 각각으로부터 빔 진행 방향(z방향)의 상류측으로 뻗어 있다.
복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)는, 슬릿(66)과 중앙 전극체(70)의 사이에 배치되며, 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭으로 배치된다. 도시하는 예에서는, 6개의 측방 전극체(80a 내지 80f)가 마련되며, 중심선 C를 사이에 두고 3개씩의 측방 전극체가 마련된다. 구체적으로는, 제1 측방 전극체(80a) 및 제2 측방 전극체(80b)가 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭으로 배치되고, 제3 측방 전극체(80c) 및 제4 측방 전극체(80d)가 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭으로 배치되며, 제5 측방 전극체(80e) 및 제6 측방 전극체(80f)가 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭으로 배치된다.
제1 측방 전극체(80a), 제3 측방 전극체(80c) 및 제5 측방 전극체(80e)는, 빔 진행 방향(z방향)으로 나열되는 제1 그룹의 측방 전극체를 구성한다. 제2 측방 전극체(80b), 제4 측방 전극체(80d) 및 제6 측방 전극체(80f)는, 빔 진행 방향(z방향)으로 나열되는 제2 그룹의 측방 전극체를 구성한다. 제2 그룹의 측방 전극체(80b, 80d, 80f)는, 제1 그룹의 측방 전극체(80a, 80c, 80d)에 대하여, 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭이 되도록 배치된다.
복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)의 중심선 C로부터의 슬릿 폭 방향(x방향)의 거리(da, db, dc, dd, de, df)는, 빔 진행 방향의 하류측에 배치될수록 작아진다. 제1 측방 전극체(80a) 및 제2 측방 전극체(80b)의 각각의 중심선 C로부터의 거리(da 및 db)는 상대적으로 크고, 예를 들면 슬릿(66)의 슬릿 폭 w의 1.5배이다. 제3 측방 전극체(80c) 및 제4 측방 전극체(80d)의 각각의 중심선 C로부터의 거리(dc 및 dd)는 중간 정도이며, 예를 들면 슬릿(66)의 슬릿 폭 w의 1배(즉, 동일)이다. 제5 측방 전극체(80e) 및 제6 측방 전극체(80f)의 각각의 중심선 C로부터의 거리(de 및 df)는 상대적으로 작고, 예를 들면 슬릿(66)의 슬릿 폭 w의 0.5배이다.
복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)의 각각은, 본체부(81a, 81b, 81c, 81d, 81e, 81f)(총칭하여 본체부(81)라고도 함)와, 상류측 연재부(82a, 82b, 82c, 82d, 82e, 82f)(총칭하여 상류측 연재부(82)라고도 함)와, 하류측 연재부(83a, 83b, 83c, 83d, 83e, 83f)(총칭하여 하류측 연재부(83)라고도 함)를 갖는다. 복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)의 각각은, 슬릿(66)을 통과한 빔이 입사할 수 있는 빔 측정면(78a, 78b, 78c, 78d, 78e, 78f)(총칭하여 빔 측정면(78)이라고도 함)을 갖는다.
본체부(81)는, 중심선 C를 향하여 슬릿 폭 방향(x방향)으로 돌출하는 부분이다. 따라서, 중심선 C로부터 본체부(81)까지의 거리(예를 들면 거리(da))는, 중심선 C로부터 상류측 연재부(82) 또는 하류측 연재부(83)까지의 거리보다 작다. 본체부(81)는, 슬릿(66)을 통과하는 빔이 주로 입사하는 부분이다. 따라서, 본체부(81)의 적어도 일부의 표면은, 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)의 적어도 일부를 구성한다.
상류측 연재부(82)는, 본체부(81)로부터 상류측에 뻗어 있는 부분이다. 상류측 연재부(82)는, 본체부(81)보다 중심선 C로부터 슬릿 폭 방향(x방향)으로 떨어져 마련된다. 하류측 연재부(83)는, 본체부(81)로부터 하류측으로 뻗어 있는 부분이다. 하류측 연재부(83)는, 본체부(81)보다 중심선 C로부터 슬릿 폭 방향(x방향)으로 떨어져 마련된다. 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)의 각각의 빔 진행 방향(z방향)의 길이는, 본체부(81)의 빔 진행 방향(z방향)보다 크다.
도 5는, 각 전극체(70, 80)의 빔 측정면(74, 78)의 범위를 나타내는 도다. 도 5에서는, 중앙 전극체(70)의 빔 측정면(74) 및 복수의 측방 전극체(80)의 각각의 빔 측정면(78)의 범위를 굵은 선으로 나타내고 있다. 각 전극체의 빔 측정면은, 슬릿(66)을 통과한 빔이 입사할 수 있는 각 전극체의 표면의 범위이다.
슬릿(66)을 통과하는 빔 중, 슬릿 폭 방향(x방향)의 각도 성분이 θ보다 큰 빔은 하우징(64)의 각도 제한부(64c)의 내면에 입사한다. 그 결과, 슬릿 폭 방향(x방향)의 각도 성분이 θ보다 큰 빔은, 전극체에서는 검출되지 않아, 측정 장치(62)의 측정 범위 외가 된다. 한편, 슬릿 폭 방향(x방향)의 각도 성분이 θ 이하인 빔은, 중앙 전극체(70) 또는 복수의 측방 전극체(80) 중 어느 일방에 입사할 수 있다.
각도 성분이 상대적으로 큰 빔은, 제1 측방 전극체(80a)의 제1 빔 측정면(78a) 또는 제2 측방 전극체(80b)의 제2 빔 측정면(78b)에 입사할 수 있다. 제1 빔 측정면(78a)은, 제1 본체부(81a)의 표면의 일부 및 제1 상류측 연재부(82a)의 표면의 일부에 의하여 구성된다. 한편, 제1 하류측 연재부(83a)의 표면에는 슬릿(66)을 통과하는 빔은 입사하지 않는다. 슬릿(66)으로부터 보았을 때, 제1 하류측 연재부(83a)의 표면은 중심선 C를 향하여 돌출하는 제1 본체부(81a)의 이측(裏側)에 위치하기 때문이다. 여기서, 제1 빔 측정면(78a)는, 제1 본체부(81a)의 표면의 일부만으로 구성되며, 제1 상류측 연재부(82a)의 표면에 슬릿(66)을 통과한 빔이 입사하지 않는 구성이어도 된다. 제2 빔 측정면(78b)은, 제1 빔 측정면(78a)과 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향으로 대칭이 되도록 구성된다.
각도 성분이 중간 정도인 빔은, 제3 측방 전극체(80c)의 제3 빔 측정면(78c) 또는 제4 측방 전극체(80d)의 제4 빔 측정면(78d)에 입사할 수 있다. 제3 빔 측정면(78c)은, 제3 본체부(81c)의 표면의 일부에 의하여 구성된다. 한편, 제3 상류측 연재부(82c) 및 제3 하류측 연재부(83c)의 표면에는 슬릿(66)을 통과하는 빔은 입사하지 않는다. 슬릿(66)으로부터 보았을 때, 제3 상류측 연재부(82c)의 표면은 제1 측방 전극체(80a)의 이측에 위치하고, 제3 하류측 연재부(83c)의 표면은 중심선 C를 향해 돌출하는 제3 본체부(81c)의 이측에 위치하기 때문이다. 여기서, 제3 상류측 연재부(82c)의 표면의 일부가 제3 빔 측정면(78c)이 되도록 구성되어도 된다. 제4 빔 측정면(78d)은, 제3 빔 측정면(78c)과 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향으로 대칭이 되도록 구성된다.
각도 성분이 상대적으로 작은 빔은, 제5 측방 전극체(80e)의 제5 빔 측정면(78e) 또는 제6 측방 전극체(80f)의 제6 빔 측정면(78f)에 입사할 수 있다. 제5 빔 측정면(78e)은, 제5 본체부(81e)의 표면의 일부에 의하여 구성된다. 한편, 제5 상류측 연재부(82e) 및 제5 하류측 연재부(83e)의 표면에는 슬릿(66)을 통과하는 빔은 입사하지 않는다. 슬릿(66)으로부터 보았을 때, 제5 상류측 연재부(82e)의 표면은 제3 측방 전극체(80c)의 이측에 위치하고, 제5 하류측 연재부(83e)의 표면은 중심선 C를 향해 돌출하는 제5 본체부(81e)의 이측에 위치하기 때문이다. 여기서, 제5 상류측 연재부(82e)의 표면의 일부가 제5 빔 측정면(78e)이 되도록 구성되어도 된다. 제6 빔 측정면(78f)은, 제5 빔 측정면(78e)과 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향으로 대칭이 되도록 구성된다.
각도 성분이 거의 제로인 빔은, 중앙 전극체(70)의 빔 측정면(74)에 입사할 수 있다. 중앙 전극체(70)의 빔 측정면(74)은, 중앙 전극체(70)의 기부(71)의 표면의 일부에 의하여 구성된다. 여기서, 중앙 전극체(70)의 연재부(72L, 72R)의 내면의 적어도 일부가 빔 측정면(74)으로서 구성되어도 된다.
자석 장치(90)는, 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)의 각각의 빔 측정면(74, 78)에 자장을 인가하도록 구성된다. 자석 장치(90)는, 복수의 제1 자석(91a, 91b, 91c, 91d, 91e, 91f)(총칭하여 제1 자석(91)이라고도 함)과, 복수의 제2 자석(92a, 92b, 92c, 92d, 92e, 92f)(총칭하여 제2 자석(92)이라고도 함)과, 2개의 제3 자석(93L, 93R)(총칭하여 제3 자석(93)이라고도 함)과, 하나의 제4 자석(94)을 포함한다. 각 자석(91 내지 94)은, 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)보다 중심선 C로부터 슬릿 폭 방향(x방향)으로 떨어져 배치된다. 각 자석(91 내지 94)은, 하우징(64)의 전극 수용부(64d)의 내벽면을 따라 배치된다. 도시되는 화살표는, 각 자석(91 내지 94)의 자화방향을 모식적으로 나타낸다.
제1 자석(91) 및 제2 자석(92)은, 서로 극성이 반대가 되도록 구성된다. 제1 자석(91)은, 예를 들면 N극인 제1 자극을 갖고, 제1 자극이 내측이 되도록 배치된다. 제2 자석(92)은, 예를 들면 S극인 제2 자극을 갖고, 제2 자극이 내측이 되도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 제3 자석(93) 및 제4 자석(94)은 서로 극성이 반대가 되도록 구성된다. 제3 자석(93)은, 예를 들면 N극인 제3 자극을 갖고, 제3 자극이 내측이 되도록 배치된다. 제4 자석(94)은, 예를 들면 S극인 제4 자극을 갖고, 제4 자극이 내측이 되도록 배치된다. 여기서, 제1 자극 및 제3 자극이 S극이고, 제2 자극 및 제4 자극이 N극이어도 된다.
복수의 제1 자석(91) 및 복수의 제2 자석(92)은, 하우징(64)의 전극 수용부(64d)의 내벽면을 따라 빔 진행 방향으로 교대로 나열되도록 배치되며, 제1 자석(91)과 제2 자석(92)의 페어가 복수의 측방 전극체(80a 내지 80f)의 각각에 대응하도록 배치된다. 예를 들면, 제1 측방 전극체(80a)의 근방에는 제1 자석(91a) 및 제2 자석(92a)의 페어가 배치된다. 제1 자석(91)은, 대응하는 측방 전극체(80)의 본체부(81)보다 상류측에 배치되고, 제2 자석(92)은, 대응하는 측방 전극체(80)의 본체부(81)보다 하류측에 배치된다. 제1 자석(91) 및 제2 자석(92)은, 대응하는 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)에 슬릿(66)의 슬릿 길이 방향(y방향)의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가한다(후술하는 도 6 및 도 7을 참조). 복수의 제1 자석(91) 및 복수의 제2 자석(92)의 각각은, 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭으로 배치되어 있으며, 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대략 대칭이 되는 분포의 자장을 인가한다.
두 제3 자석(93L, 93R) 및 제4 자석(94)은, 중앙 전극체(70)의 근방에 배치된다. 두 제3 자석(93L, 93R)은, 중앙 전극체(70)를 사이에 두고(즉, 중심선 C를 사이에 두고) 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭으로 배치된다. 한편, 제4 자석(94)은, 중앙 전극체(70)를 사이에 두고(즉, 중심선 C를 사이에 두고) 편측에만 배치된다. 도시하는 예에 있어서, 제5 측방 전극체(80e)의 근방에 배치되는 제2 자석(92e)의 하류측에는 제3 자석(93L) 및 제4 자석(94)이 배치된다. 한편, 제6 측방 전극체(80f)의 근방에 배치되는 제2 자석(92f)의 하류측에는 제3 자석(93R)만이 배치되고, 제4 자석은 배치되지 않는다. 그 결과, 두 제3 자석(93L, 93R) 및 제4 자석(94)은, 중심선 C를 사이에 두고 슬릿 폭 방향으로 비대칭이 되는 분포의 자장을 인가한다(후술하는 도 6 및 도 8을 참조).
도 6은, 각 전극체에 인가되는 자장 분포의 일례를 나타내는 도다. 도 6에서는, 각 전극체의 내부의 자장 분포를 알 수 있도록, 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)의 윤곽선만을 나타내고, 해칭을 생략하고 있다. 도시되는 바와 같이, 제1 자석(91)으로부터 제2 자석(92)을 향하여 원호상으로 자력선이 뻗어 있다. 제1 자석(91)으로부터 제2 자석(92)을 향하여 뻗는 자력선은, 도 6의 지면에 직교하는 방향(즉 y방향)으로 뻗는 축 둘레로 구부러져 있다. 또, 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)으로부터 출사하는 자력선이 동일한 측방 전극체(80)의 표면에 입사하도록 구성되고, 또는 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)에 입사하는 자력선이 동일한 측방 전극체(80)의 표면으로부터 출사하도록 구성된다. 또, 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)의 근방을 통과하는 자력선은, 동일한 측방 전극체(80)의 표면으로부터 출사하여 동일한 측방 전극체(80)의 표면에 입사하도록 구성된다.
도 7은, 측방 전극체(80)에 인가되는 자장 분포의 일례를 상세하게 나타내는 도이며, 도 6의 제1 측방 전극체(80a)의 근방의 확대도다. 도 7에서는, 측방 전극체(80)에 인가되는 자장 분포의 일례로서, 제1 자석(91)과 제2 자석(92)의 사이의 3개의 자력선(B1, B2, B3)을 그리고 있다. 제1 자석(91)으로부터 출사하는 자력선(B1 내지 B3)은, 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)과 교차하거나, 또는 빔 측정면(78)의 근방을 통과하고, 그 후에 제2 자석(92)에 입사한다.
제1 자력선(B1)은, 상류측 연재부(82)를 통과하여 상류측 연재부(82)의 내측면(86)으로부터 출사한다. 제1 자력선(B1)은, 빔 측정면(78)의 일부를 구성하는 본체부(81)의 내측면(85)의 근방을 중심선 C를 따르도록 진행한 후, 하류측 연재부(83)의 내측면(87)에 입사한다. 제2 자력선(B2)은, 상류측 연재부(82)의 내측면(86)으로부터 출사한 후, 빔 측정면(78)의 일부를 구성하는 본체부(81)의 내측면(85)에 입사한다. 제3 자력선(B3)은, 상류측 연재부(82)의 내측면(86)으로부터 출사한 후, 빔 측정면(78)의 일부를 구성하는 본체부(81)의 상면(84)에 입사한다. 여기에서, 본체부(81)의 상면(84)은, 슬릿(66)(도 4 내지 도 6을 참조)을 향하여 빔 진행 방향(z방향)의 상류측에 노출되는 표면이다. 또, 본체부(81), 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)의 내측면(85, 86, 87)은, 중심선 C를 향하여 슬릿 폭 방향(x방향)의 내측으로 노출되는 표면이다.
도시되는 바와 같은 자장 분포로 함으로써, 측정대상이 되는 이온 빔의 입사에 의하여 빔 측정면(78)에서 2차 전자가 발생하는 경우라도, 자력선(B1, B2, B3)의 각각에 감기는 나선궤도(E1, E2, E3)를 따라 2차 전자를 이동시켜, 동일한 측방 전극체(80)의 내측면(86, 87)에 2차 전자를 입사시킬 수 있다. 즉, 측방 전극체(80)의 빔 측정면(78)에서 발생하는 2차 전자를 동일한 측방 전극체(80)의 내측면(86, 87)에 흡수시킬 수 있다. 그 결과, 2차 전자가 발생하는 전극체와는 다른 전극체에 2차 전자가 흡수되어, 다른 전극체 사이에서 전하이동이 발생하여 측정 오차가 되는 것을 방지할 수 있다. 다르게 말하면, 측방 전극체(80)의 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)의 내측면(86, 87)의 적어도 일부가 2차 전자 흡수면이 되도록 측방 전극체(80)를 구성함으로써, 2차 전자에 기인하는 측정 오차의 발생을 방지할 수 있다.
도시되는 바와 같이, 자력선을 따라 이동하는 2차 전자는 나선궤도를 그리기 때문에, 2차 전자가 발생하는 측방 전극체(예를 들면 제1 측방 전극체(80a))와는 다른 측방 전극체(예를 들면 중심선 C를 사이에 두고 대향하는 제2 측방 전극체(80b))에 2차 전자가 입사하지 않도록 나선궤도(E)의 반경을 작게 하는 것이 바람직하다. 발명자들의 지견에 의하면, 이온 빔의 입사에 의하여 빔 측정면(78)에서 발생하는 2차 전자의 에너지는 30eV 이하이다. 따라서, 30eV의 전자가 나선운동하는 경우의 라머반경이 중심선 C로부터 측방 전극체(80)까지의 거리(d1)보다 작아지는 강도의 자장을 인가하는 것이 바람직하다.
도 7에 나타나는 자장 분포를 측방 전극체(80)에 인가하기 위해서는, 제1 자석(91) 및 제2 자석(92)의 빔 진행 방향(z방향)의 위치를 적절히 설정할 필요가 있다. 제1 자석(91)의 빔 진행 방향(z방향)에 있어서의 중심(95)은, 상류측 연재부(82)에 대응하는 위치, 즉, 빔 측정면(78)보다 상류측이며 측방 전극체(80)의 상류단(88)보다 하류측의 위치에 배치할 필요가 있다. 마찬가지로, 제2 자석(92)의 빔 진행 방향(z방향)에 있어서의 중심(96)은, 하류측 연재부(83)에 대응하는 위치, 즉, 빔 측정면(78)보다 하류측이며 측방 전극체(80)의 하류단(89)보다 상류측의 위치에 배치할 필요가 있다. 여기서, 제1 자석(91)의 중심(95)은, 빔 측정면(78)보다 상류단(88)의 가까이에 배치되는 것이 바람직하다. 제2 자석(92)의 중심(96)은, 빔 측정면(78)보다 하류단(89)의 가까이에 배치되는 것이 바람직하다. 또, 제1 자석(91) 및 제2 자석(92)의 빔 진행 방향(z방향)에 있어서의 중간점은, 빔 측정면(78)의 빔 진행 방향(z방향)의 위치와 일치하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 측방 전극체(80)에 의하면, 중심선 C를 향하여 돌출하는 본체부(81)의 빔 진행 방향(z방향)의 길이가 작기 때문에, 빔 측정면(78)의 빔 진행 방향(z방향)에 있어서의 범위를 작게 할 수 있어, 2차 전자가 발생할 수 있는 개소(즉 빔 측정면(78))를 한정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)의 중심선 C로부터의 거리(d2, d3)를 본체부(81)의 중심선 C로부터의 거리(d1)보다 크게 함으로써, 상류측 연재부(82)의 내측면(86)의 적어도 일부 및 하류측 연재부(83)의 내측면(87)의 전체를 빔이 조사되지 않는 "빔 비조사면"으로 할 수 있다. 또, 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)의 내측면(86, 87)의 적어도 일부를 빔 측정면(78)에서 발생하는 2차 전자를 흡수시키는 "2차 전자흡수면"으로 할 수 있다. 그리고, 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)의 빔 진행 방향(z방향)의 길이를 본체부(81)보다 크게 함으로써, 빔 진행 방향(z방향)에 있어서 "빔 비조사면"이면서 "2차 전자흡수면"이 되는 범위를 크게 할 수 있어, 빔 측정면(78)에서 발생한 2차 전자를 상류측 연재부(82) 및 하류측 연재부(83)에서 확실히 흡수할 수 있다.
또, 중심선 C로부터 하류측 연재부(83)까지의 거리(d3)를 중심선 C로부터 상류측 연재부(82)까지의 거리(d2)보다 작게 하여, 하류측 연재부(83)의 내측면(87)을 가능한 한 빔 측정면(78)(본체부(81)의 내측면(85))에 접근시킴으로써, 빔 측정면(78)으로부터 하류측을 향하는 2차 전자를 하류측 연재부(83)의 내측면(87)에 효율적으로 흡수시킬 수 있다. 여기서, 중심선 C로부터 하류측 연재부(83)까지의 거리(d3)는, 하류측 연재부(83)의 내측면(87)의 전체가 "빔 비조사면"이 될 정도로, 즉 본체부(81)의 이측에 숨겨질 정도로 크게 할 필요가 있다.
도 8은, 중앙 전극체(70)에 인가되는 자장 분포의 일례를 상세하게 나타내는 도이며, 도 6의 중앙 전극체(70)의 근방의 확대도다. 도 8에서는, 중앙 전극체(70)에 인가되는 자장 분포의 일례로서, 2개의 제3 자석(93L, 93R)과 제4 자석(94)의 사이의 3개의 자력선(B4, B5, B6)을 그리고 있다. 도시되는 바와 같이, 중앙 전극체(70)의 근방의 자장 분포는, 중심선 C에 대하여 슬릿 폭 방향(x방향)으로 비대칭으로 되어 있다. 예를 들면, 빔 측정면(74)(기부(71)의 표면)과 교차하는 제4 자력선(B4)은, 제3 자석(93R)으로부터 출사한 후, 연재부(72R)를 통과하고 연재부(72R)의 내측면(73R)으로부터 출사하여, 빔 측정면(74)에 입사한다. 그 후, 제4 자력선(B4)은, 기부(71)를 통과하여 제4 자석(94)에 입사한다.
중앙 전극체(70)의 빔 측정면(74)에서 발생하는 2차 전자는, 제4 자력선(B4)에 감기는 나선궤도(E4)를 따라 이동하여 연재부(72R)의 내측면(73R)에 입사한다. 따라서, 연재부(72R)의 내측면(73R)의 적어도 일부는, "빔 비조사면" 및 "2차 전자흡수면"이 된다. 도시되는 바와 같은 비대칭인 자장 분포로 함으로써, 빔 측정면(74)에서 발생하는 2차 전자를 일방의 연재부(72R)의 내측면(73R)에 입사시킬 수 있다. 만일, 중심선 C에 대하여 슬릿 폭 방향(x방향)으로 대칭인 자장 분포로 한 경우, 중심선 C의 근방에 있어서 중심선 C를 따른 방향으로 자력선이 뻗기 때문에, 빔 측정면(74)에서 발생한 2차 전자가 중심선 C를 따라 중앙 전극체(70)보다 상류측으로 빠져 버릴 우려가 있다. 그렇게 되면, 중앙 전극체(70)의 상류측에 위치하는 측방 전극체(80)(예를 들면 제5 측방 전극체(80e)나 제6 측방 전극체(80f))에 중앙 전극체(70)에서 발생한 2차 전자가 흡수되어, 측정 오차로 이어질 우려가 있다. 한편, 본 실시 형태에 의하면, 중앙 전극체(70)에 인가되는 자장 분포가 비대칭이기 때문에, 중심선 C의 근방에서 발생한 2차 전자를 일방의 연재부(72R)의 내측면(73R)에 확실하게 흡수시킬 수 있다.
여기서, 도 8에 나타나는 바와 같은 자장 분포를 중앙 전극체(70)에 인가하기 위해서는, 제3 자석(93L, 93R)의 빔 진행 방향(z방향)의 위치를 연재부(72L, 72R)에 대응하는 위치, 즉, 빔 측정면(74)보다 상류측이며 중앙 전극체(70)의 상류단(75)보다 하류측의 위치에 배치할 필요가 있다. 제3 자석(93L, 93R)의 빔 진행 방향(z방향)에 있어서의 중심(97L, 97R)은, 빔 측정면(74)보다 상류단(75)의 가까이에 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 제4 자석(94)은, 빔 측정면(74)보다 하류측에 배치할 필요가 있으며, 제4 자석(94)의 빔 진행 방향(z방향)에 있어서의 중심(98)이 빔 측정면(74)보다 하류측에 배치되는 것이 바람직하다.
이상의 구성의 측정 장치(62)에 의하면, 슬릿(66)을 통과하는 이온 빔의 슬릿 폭 방향(x방향)의 각도 성분을 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)를 이용하여 측정할 수 있다. 복수의 측방 전극체(80)에 인가되는 자장 분포는, 중심선 C에 대하여 슬릿 폭 방향으로 거의 대칭이기 때문에, 중심선 C의 근방의 자력선은 중심선 C를 따른 방향이 된다. 그 결과, 중심선 C의 근방을 통과하는 이온 빔의 궤도가 자장의 인가에 의하여 변화해 버리는 영향을 작게 할 수 있어, 빔 궤도의 변화에 의한 측정 오차가 발생하지 않도록 할 수 있다. 한편, 중앙 전극체(70)에 인가되는 자장 분포는, 중심선 C에 대하여 슬릿 폭 방향으로 비대칭이기 때문에, 중심선 C의 근방을 통과하는 이온 빔의 궤도에 영향을 미칠 우려가 있지만, 중앙 전극체(70)의 근방을 통과하는 빔은 모두 중앙 전극체(70)에서 검출되기 때문에, 측정 오차로는 이어지지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 각 전극체에 자장을 인가함으로써, 2차 전자에 기인하는 측정 오차의 발생을 적절하게 방지할 수 있어, 이온 빔의 각도 분포의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 상술한 각 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 각 실시 형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시 형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 변경하는 것이나 각종 설계 변경 등의 변형을 실시 형태에 대하여 가하는 것도 가능하고, 그와 같은 변형이 가해진 실시 형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 하우징(64)(슬릿(66))의 전위(예를 들면 그라운드 전위)에 대하여 부전압을 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)에 인가해도 된다. 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)에 인가되는 부의 바이어스전압의 절댓값은 30V 이상이어도 된다. 즉, 부의 바이어스전압은 -30V 이하여도 된다. 예를 들면 측정대상의 이온 빔의 에너지를 EB, 이온의 전하를 q라 한 경우, 절댓값이 EB/q×0.1 정도가 되는 부의 바이어스전압을 인가해도 된다. 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)에 부의 바이어스전압을 인가함으로써, 이온 빔의 입사에 의하여 각도 제한부(64c)의 내면에서 발생하는 2차 전자가 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80) 중 적어도 어느 한쪽에 흘러드는 것을 적절하게 방지할 수 있다. 이로써, 측정 장치(62)의 측정정밀도를 더 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)의 모두에 자장을 인가하는 구성으로 했다. 변형예에 있어서는, 중앙 전극체(70) 및 복수의 측방 전극체(80)의 일부에만 자장을 인가하는 구성으로 해도 된다. 예를 들면, 2차 전자의 발생에 의한 측정 오차가 현저한 일부의 전극체에만 자장이 인가되도록 해도 된다.
10: 이온 주입 장치
62: 측정 장치
66: 슬릿
70: 중앙 전극체
71: 기부
72: 연재부
74, 78: 빔 측정면
80: 측방 전극체
81: 본체부
82: 상류측 연재부
83: 하류측 연재부
90: 자석 장치
C: 중심선

Claims (19)

  1. 웨이퍼에 조사되는 이온 빔의 각도 분포를 측정하는 측정 장치를 구비하는 이온 주입 장치로서, 상기 측정 장치는,
    상기 이온 빔이 입사하는 슬릿과,
    상기 슬릿으로부터 상기 이온 빔의 기준이 되는 빔 진행 방향으로 뻗은 중심선 상에 배치되는 빔 측정면을 갖는 중앙 전극체와,
    상기 슬릿과 상기 중앙 전극체의 사이에 배치되고, 상기 중심선으로부터 상기 슬릿의 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 빔 측정면을 각각이 갖는 복수의 측방 전극체와,
    상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 상기 슬릿의 슬릿 길이 방향의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가하는 자석 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석 장치는, 상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면으로부터 출사하는 자력선이 동일한 측방 전극체의 표면에 입사하도록, 또는, 상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 입사하는 자력선이 동일한 측방 전극체의 표면으로부터 출사하도록 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 인가되는 자장 강도는, 상기 이온 빔의 입사에 의하여 상기 빔 측정면에서 발생하는 2차 전자의 라머반경이 상기 빔 측정면으로부터 상기 중심선까지의 거리보다 작아지도록 정해지는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자석 장치는, 상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면보다 상기 빔 진행 방향의 상류측에 배치되는 제1 자극과, 상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면보다 상기 빔 진행 방향의 하류측에 배치되며, 상기 제1 자극과 극성이 다른 제2 자극을 포함하고, 상기 제1 자극과 상기 제2 자극의 사이의 자력선의 적어도 일부가 대응하는 측방 전극체의 빔 측정면과 교차하도록 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자극의 상기 빔 진행 방향에 있어서의 중심은, 상기 대응하는 측방 전극체의 빔 측정면보다 상기 대응하는 측방 전극체의 상류단의 가까이에 위치하고, 상기 제2 자극의 상기 빔 진행 방향에 있어서의 중심은, 상기 대응하는 측방 전극체의 빔 측정면보다 상기 대응하는 측방 전극체의 하류단의 가까이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 자극의 상기 빔 진행 방향에 있어서의 중심은, 상기 대응하는 측방 전극체의 상기 상류단보다 하류측에 위치하고, 상기 제2 자극의 상기 빔 진행 방향에 있어서의 중심은, 상기 대응하는 측방 전극체의 상기 하류단보다 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자극 및 상기 제2 자극은, 상기 복수의 측방 전극체보다 상기 중심선으로부터 상기 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 측방 전극체는, 상기 빔 진행 방향으로 나열되는 제1 그룹의 측방 전극체와, 상기 제1 그룹의 측방 전극체에 대하여 상기 중심선을 사이에 두고 상기 슬릿 폭 방향으로 대칭으로 배치되는 제2 그룹의 측방 전극체를 포함하고,
    상기 자석 장치는, 상기 제1 그룹의 측방 전극체에 인가되는 자장 분포와, 상기 제2 그룹의 측방 전극체에 인가되는 자장 분포가 상기 중심선을 사이에 두고 상기 슬릿 폭 방향으로 대칭이 되도록 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자석 장치는, 상기 중심선 상의 자력선이 상기 중심선을 따르도록 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 측방 전극체의 각각은, 상기 빔 측정면의 적어도 일부를 갖는 본체부와, 상기 본체부로부터 상기 빔 진행 방향의 상류측으로 뻗어 있는 상류측 연재부와, 상기 본체부로부터 상기 빔 진행 방향의 하류측으로 뻗어 있는 하류측 연재부를 갖고,
    상기 상류측 연재부 및 상기 하류측 연재부의 각각으로부터 상기 중심선까지의 상기 슬릿 폭 방향의 거리는, 상기 본체부로부터 상기 중심선까지의 상기 슬릿 폭 방향의 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하류측 연재부로부터 상기 중심선까지의 상기 슬릿 폭 방향의 거리는, 상기 상류측 연재부로부터 상기 중심선까지의 상기 슬릿 폭 방향의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 상류측 연재부 및 상기 하류측 연재부의 각각의 상기 빔 진행 방향의 길이는, 상기 본체부의 상기 빔 진행 방향의 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 본체부의 빔 측정면은, 상기 슬릿을 향하여 상기 빔 진행 방향으로 노출되는 상면과, 상기 중심선을 향하여 상기 슬릿 폭 방향으로 노출되는 내측면을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 상류측 연재부의 상기 중심선을 향하여 노출되는 내측면의 적어도 일부는, 상기 상류측 연재부보다 상류측의 구조에 의하여 상기 슬릿을 통과한 빔의 입사가 가려지는 빔 비조사면이고, 또한 상기 빔 측정면에서 발생하는 2차 전자가 입사하는 2차 전자 흡수면인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 하류측 연재부의 상기 중심선을 향하여 노출되는 내측면의 적어도 일부는, 상기 본체부에 의하여 상기 슬릿을 통과한 빔의 입사가 가려지는 빔 비조사면이고, 또한 상기 빔 측정면에서 발생하는 2차 전자가 입사하는 2차 전자 흡수면인 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자석 장치는, 상기 중앙 전극체의 빔 측정면에 인가되는 자장 분포가 상기 중심선을 사이에 두고 상기 슬릿 폭 방향으로 비대칭이 되도록 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 중앙 전극체는, 상기 슬릿을 향하여 상기 빔 진행 방향으로 노출되는 빔 측정면을 갖는 기부와, 상기 기부의 상기 슬릿 폭 방향의 양단의 각각으로부터 상기 빔 진행 방향의 상류측으로 뻗어 있는 한 쌍의 연재부를 갖고,
    상기 자석 장치는, 상기 기부의 빔 측정면으로부터 출사하는 자력선이 상기 한 쌍의 연재부의 일방의 표면에 입사하도록, 또는, 상기 기부의 빔 측정면에 입사하는 자력선이 상기 한 쌍의 연재부의 상기 일방의 표면으로부터 출사하도록 자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정 장치는, 상기 슬릿의 전위를 기준으로 하여 부전압을 상기 중앙 전극체 및 상기 복수의 측방 전극체에 인가하는 바이어스전원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  19. 이온 빔의 각도 분포를 측정하는 측정 장치로서,
    상기 이온 빔이 입사하는 슬릿과,
    상기 슬릿으로부터 상기 이온 빔의 기준이 되는 빔 진행 방향으로 뻗은 중심선 상에 배치되는 빔 측정면을 갖는 중앙 전극체와,
    상기 슬릿과 상기 중앙 전극체의 사이에 배치되고, 상기 중심선으로부터 상기 슬릿의 슬릿 폭 방향으로 떨어져 배치되는 빔 측정면을 각각이 갖는 복수의 측방 전극체와,
    상기 복수의 측방 전극체 중 적어도 하나의 빔 측정면에 상기 슬릿의 슬릿 길이 방향의 축 둘레로 구부러지는 자장을 인가하는 자석 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
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