JP3358235B2 - Scanning voltage waveform shaping method of ion beam - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、イオンビームを電気
的に平行走査(パラレルスキャン)してターゲットにイ
オン注入を行う方式のイオン注入装置に用いられるもの
であって、ターゲット上でのイオンビームの走査速度を
補正することによって、注入均一性を改善することがで
きるようにしたイオンビームの走査電圧波形整形方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in an ion implantation apparatus of a type in which an ion beam is electrically parallel scanned (parallel scan) to implant an ion into a target. The present invention relates to an ion beam scanning voltage waveform shaping method capable of improving the implantation uniformity by correcting the scanning speed of an ion beam.
【0002】[0002]
【従来の技術】ターゲット上でのイオンビームの走査速
度を一定にすることで、注入均一性を向上させることが
できるようにしたイオンビームの走査電圧波形整形方法
が、同一出願人によって先に提案されている(特開平4
−22900号)。それの要点を以下に説明する。2. Description of the Related Art A scanning voltage waveform shaping method for an ion beam, which is capable of improving the uniformity of implantation by making the scanning speed of the ion beam on a target constant, has been previously proposed by the same applicant. (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
No. -22900). The main points are described below.
【0003】図8は、パラレルスキャン方式のイオン注
入装置に従来の走査電圧波形整形方法を実施するための
構成を付加した例を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which a configuration for implementing a conventional scanning voltage waveform shaping method is added to a parallel scan type ion implantation apparatus.
【0004】イオン注入を行う対象であるターゲット
(例えばウェーハ)10の上流側に、スポット状のイオ
ンビーム2を静電的に走査する二組の走査電極4および
6が設けられており、両者には、共通の走査電源8から
走査電圧V1 、V2 が互いに180度位相が異なるよう
に印加される。[0004] Two sets of scanning electrodes 4 and 6 for electrostatically scanning the spot-like ion beam 2 are provided on the upstream side of a target (eg, a wafer) 10 to be subjected to ion implantation. Are applied from the common scanning power supply 8 so that the scanning voltages V 1 and V 2 are 180 degrees out of phase with each other.
【0005】ターゲット10は、ターゲット駆動装置1
6によって、イオンビーム2を走査する方向と実質的に
直交する方向(この例では紙面の表裏方向)に機械的に
走査される。The target 10 is a target driving device 1
6 mechanically scans the ion beam 2 in a direction substantially perpendicular to the direction in which the ion beam 2 is scanned (in this example, the front and back sides of the paper).
【0006】走査電源8は、外部から(この例では後述
する演算処理装置20から)与えられる走査電圧波形デ
ータに基づいて当該走査電圧波形データに対応する波形
の走査信号を発生する任意波形発生器81と、それから
の走査信号を昇圧して互いに180度位相の異なる走査
電圧V1 およびV2 をそれぞれ出力する高圧アンプ82
および83を備えている。A scanning power supply 8 generates an arbitrary waveform generator that generates a scanning signal having a waveform corresponding to the scanning voltage waveform data based on scanning voltage waveform data externally supplied (in this example, from an arithmetic processing unit 20 described later). 81 and a high-voltage amplifier 82 that boosts a scanning signal therefrom and outputs scanning voltages V 1 and V 2 having phases different from each other by 180 degrees.
And 83 are provided.
【0007】また、第1および第2の多点ビームモニタ
12および14が、ターゲット10に対する注入位置の
ビーム進行方向(Z方向)上の上流側および下流側にそ
れぞれ配置されている。各多点ビームモニタ12、14
は、この例では予め位置の分かった複数のビーム電流計
測アレイから成る。Further, first and second multipoint beam monitors 12 and 14 are arranged on the upstream side and the downstream side in the beam traveling direction (Z direction) of the injection position with respect to the target 10, respectively. Each multi-point beam monitor 12, 14
Consists of a plurality of beam current measurement arrays whose positions are known in advance in this example.
【0008】各多点ビームモニタ12、14で計測した
ビーム電流Iの時間的変化は、データロガー18によっ
て記録され、演算処理装置20による波形整形のための
データとして使用される。The change over time of the beam current I measured by each of the multipoint beam monitors 12 and 14 is recorded by a data logger 18 and used as data for waveform shaping by an arithmetic processing unit 20.
【0009】図の左から走査電極4に入射したイオンビ
ーム2は、当該走査電極4に印加される電圧に応じた角
度だけ曲げられ、その下流側の走査電極6で同じ角度だ
け曲げ戻され、走査電極4へ入射したときとほぼ同じ角
度で走査電極6を出て行く。この結果、ターゲット10
や各多点ビームモニタ12、14への入射角がほぼ一定
で、走査電極4、6への印加電圧に応じてX方向へ変位
したイオンビーム2が得られる。従って、走査電極4、
6へ印加する走査電圧V1 、V2 を連続的に(具体的に
は三角波状に)変化させることにより、ターゲット10
および各多点ビームモニタ12、14上で平行にイオン
ビーム2を走査することができる。The ion beam 2 incident on the scanning electrode 4 from the left in the figure is bent by an angle corresponding to the voltage applied to the scanning electrode 4, and is bent back by the same angle at the scanning electrode 6 on the downstream side. The light exits the scanning electrode 6 at substantially the same angle as when the light enters the scanning electrode 4. As a result, the target 10
And the angle of incidence on each of the multipoint beam monitors 12 and 14 is substantially constant, and the ion beam 2 displaced in the X direction according to the voltage applied to the scanning electrodes 4 and 6 can be obtained. Therefore, the scanning electrode 4,
The scanning voltages V 1 and V 2 applied to the target 6 are changed continuously (specifically, in a triangular wave shape), so that the target 10
In addition, the ion beam 2 can be scanned in parallel on each of the multipoint beam monitors 12 and 14.
【0010】演算処理装置20は、ここでは次のような
論理で、ターゲット10上のイオン注入量が均一になる
ような走査電圧波形データV(t)を生成する。The arithmetic processing unit 20 generates scanning voltage waveform data V (t) such that the ion implantation amount on the target 10 becomes uniform with the following logic.
【0011】まず、上流側の多点ビームモニタ12によ
って、走査されているイオンビーム2のサンプリングを
行う。これによって得られるビーム電流Iの波形の一例
を図9に示す。横軸は時間軸で、Tは1往復走査分であ
る。図中の実線は多点ビームモニタ12のあるチャンネ
ル(例えばX=Xf1のビーム電流計測アレイ)の信号、
破線はそれよりも内側のチャンネル(例えばX=Xf2の
ビーム電流計測アレイ)の信号であり、ピークの時刻は
その時点で多点ビームモニタ12のあるチャンネルの正
面にイオンビーム2が入射していることを示している。
このようにして、予め位置{Xf1,Xf2,・・・,
Xfn}の分かっている多点ビームモニタ12の各チャン
ネルに対して、その位置にイオンビーム2が入射した時
刻{Tf1,T f2,・・・,Tfn}が得られる。First, the multi-point beam monitor 12 on the upstream side
Thus, the sampling of the ion beam 2 being scanned is
Do. An example of the waveform of the beam current I obtained by this
Is shown in FIG. The horizontal axis is the time axis, and T is one reciprocating scan.
You. The solid line in the figure indicates the channel where the multipoint beam monitor 12 is located.
(For example, X = Xf1Beam current measurement array) signal,
The dashed line indicates the inner channel (for example, X = Xf2of
Beam current measurement array), and the peak time is
At that time, the correctness of the channel on which the
This indicates that the ion beam 2 is incident on the surface.
In this manner, the position {Xf1, Xf2, ...,
XfnEach channel of the multipoint beam monitor 12 for which} is known
When the ion beam 2 is incident on the position
Time Tf1, T f2, ..., Tfn} Is obtained.
【0012】同様にして、下流側の多点ビームモニタ1
4においても、その位置{Xb1,Xb2,・・・,Xbn}
に対するイオンビーム2の入射時刻{Tb1,Tb2,・・
・,Tbn}のデータが得られる。Similarly, the multipoint beam monitor 1 on the downstream side
4, the position {X b1 , X b2 ,..., X bn }
The incident time of the ion beam 2 with respect to {T b1 , T b2 ,.
, T bn } data is obtained.
【0013】演算処理装置20から任意波形発生器81
へ入力する波形データは、時刻tに対する走査電圧を示
す関数V(t)であるから、この関数V(t)と先のデ
ータ{Tf1,・・・,Tfn}および{Tb1,・・・,T
bn}より、二つの多点ビームモニタ12および14(即
ちZ=Zf およびZ=Zb の位置)における、走査電圧
Vの入力とイオンビーム2の走査位置Xとの関係を示す
データ点列{(Vf1,Xf1),(Vf2,Xf2),・・
・,(Vfn,Xfn)}および{(Vb1,Xb1),
(Vb2,Xb2),・・・,(Vbn,Xbn)}が得られ
る。これは、簡単に言えば、時刻tが分かればそのとき
の走査電圧Vが分かり、同様に時刻tが分かればそのと
きの走査位置が分かることで、共通の時刻tで関係付け
れば、走査電圧Vが分かれば走査位置Xが分かるという
ことである。Arbitrary waveform generator 81 from arithmetic processing unit 20
Is a function V (t) indicating a scanning voltage with respect to the time t. Therefore, the function V (t) and the data {T f1 ,..., T fn } and {T b1,.・ ・ 、 T
from bn}, two multipoint beam monitor 12 and 14 in (i.e. Z = Z f and Z = Z b position), data point sequence showing the relationship between the scanning position X of the input and the ion beam 2 of the scanning voltage V {(V f1 , X f1 ), (V f2 , X f2 ), ...
·, (V fn , X fn )} and {(V b1 , X b1 ),
(V b2 , X b2 ),..., (V bn , X bn )} are obtained. In short, if the time t is known, the scanning voltage V at that time is known, and if the time t is known, the scanning position at that time is known. If V is known, the scanning position X can be known.
【0014】このデータ点列を用いて例えば最小二乗法
による高次関数近似することにより、多点ビームモニタ
12(Z=Zf )と多点ビームモニタ14(Z=Zb )
での走査電圧Vとイオンビーム2の走査位置Xとの関係
を表す関数Xf(V)およびXb(V)を求める。この二
つの関数と多点ビームモニタ12(Z=Zf )、多点ビ
ームモニタ14(Z=Zb )およびターゲット10(Z
=Zt )の位置関係から、ターゲット10上での、走査
電圧Vとイオンビーム2の走査位置Xとの関係を表す関
数Xt(V)は、次のように表される。A multi-point beam monitor 12 (Z = Z f ) and a multi-point beam monitor 14 (Z = Z b ) by approximating a higher-order function by, for example, the least square method using the data point sequence.
The functions X f (V) and X b (V) representing the relationship between the scanning voltage V and the scanning position X of the ion beam 2 are obtained. These two functions and multipoint beam monitor 12 (Z = Z f), multipoint beam monitor 14 (Z = Z b) and target 10 (Z
= Z t ), a function X t (V) representing the relationship between the scanning voltage V and the scanning position X of the ion beam 2 on the target 10 is expressed as follows.
【0015】[0015]
【数1】Xt(V)={(Zb−Zt)Xf(V)+(Zt−
Zf)Xb(V)}/(Zb−Zf)[Number 1] X t (V) = {( Z b -Z t) X f (V) + (Z t -
Z f) X b (V) } / (Z b -Z f)
【0016】演算処理装置20は、この数1を用いて、
ターゲット10上でのイオンビーム2の走査速度dXt
(V)/dtが一定になるような走査電圧波形データを
生成する。より具体的には、The arithmetic processing unit 20 uses this equation 1 to calculate
Scanning speed dX t of the ion beam 2 on the target 10
(V) / dt is generated such that scan voltage waveform data becomes constant. More specifically,
【数2】dXt(V)/dt={dXt(V)/dV}・
{dV(t)/dt} であるから、これがイオンビーム2の走査位置に拘わら
ず一定になるように走査電圧波形データを生成する。## EQU2 ## dX t (V) / dt = {dX t (V) / dV}.
Since {dV (t) / dt}, the scan voltage waveform data is generated such that the scan voltage waveform data becomes constant regardless of the scan position of the ion beam 2.
【0017】ここで、走査電圧Vが三角波の場合、数1
のイオンビームの走査位置を表す関数Xt(V)は、通
常は直線にはならず、一例を示せば図10に示すように
わずかにS字状になる。これは、イオンビーム2の軌道
が図8中に示す状態のように大振幅の場合、イオンビー
ム2が下流側の走査電極6を通過中に電位(正電位)の
高い電極近傍を通るためにイオンビーム2が減速されて
曲げ戻しの作用が大きくなり、イオンビーム2はわずか
に中心へ向かって集束する傾向になり、従ってdV/d
t=一定の三角波による走査では、小振幅の部分では走
査速度が速くなり、大振幅の部分では走査速度が遅くな
るからである。Here, when the scanning voltage V is a triangular wave,
The function X t (V) representing the scanning position of the ion beam is usually not linear but slightly S-shaped as shown in FIG. 10, for example. This is because, when the trajectory of the ion beam 2 has a large amplitude as shown in FIG. 8, the ion beam 2 passes near the electrode having a high potential (positive potential) while passing through the scanning electrode 6 on the downstream side. The ion beam 2 is decelerated and the effect of the bending back is increased, and the ion beam 2 tends to be slightly focused toward the center, and thus dV / d
This is because, in scanning with a triangular wave having a constant t =, the scanning speed increases in the small amplitude portion and decreases in the large amplitude portion.
【0018】この関数Xt(V)の導関数dXt(V)/
dVを図11に示す。これは走査電圧Vを変数とした走
査速度を表している。従ってこのままでは、ターゲット
10へのイオン注入量はその周辺へ行くほど多くなる。The derivative dX t (V) / of this function X t (V)
dV is shown in FIG. This represents the scanning speed with the scanning voltage V as a variable. Therefore, in this state, the amount of ions implanted into the target 10 increases toward the periphery.
【0019】このような走査速度の不均一を補正するた
めには、走査電圧V(t)の導関数dV(t)/dt
を、図12に示すように、図11の導関数dXt(V)
/dVとは逆の関係で変化させることによって、数2の
導関数、即ち走査速度dXt(V)/dtを一定にする
ように、走査電圧波形を整形すれば良いことになる。In order to correct such unevenness of the scanning speed, the derivative dV (t) / dt of the scanning voltage V (t) is used.
Is, as shown in FIG. 12, the derivative dX t (V) of FIG.
By changing the scan voltage waveform in the opposite relationship to / dV, the scan voltage waveform may be shaped so that the derivative of Equation 2, that is, the scan speed dX t (V) / dt is kept constant.
【0020】このようにして整形した走査電圧V(t)
の波形を図13中に実線Fで示す。同図中の破線Eは元
の三角波であり、これに比べて実線Fは、それのピーク
付近がより尖った格好になっている。このような波形が
この例では演算処理装置20において作られ、これが任
意波形発生器81に与えられ、走査電圧V1 、V2 が作
られる。両走査電圧V1 、V2 は、前述したように、同
一の走査電圧波形データを位相が180度異なるように
増幅したものである。このような走査電圧V1、V2 に
よってイオンビーム2の走査を行えば、イオンビーム2
の曲げ戻し作用の不均一が存在しても、ターゲット10
上でのイオンビーム2の走査速度が一定になるので、タ
ーゲット10の面内における注入量の均一性を向上させ
ることができる。The scanning voltage V (t) thus shaped
Is shown by a solid line F in FIG. The broken line E in the figure is the original triangular wave, whereas the solid line F has a sharper peak near its peak. Such waveform is in this example made in the processing unit 20, which is given to the arbitrary waveform generator 81, the scanning voltage V 1, V 2 is made. As described above, both scan voltages V 1 and V 2 are obtained by amplifying the same scan voltage waveform data so that the phases are different by 180 degrees. If the scanning of the ion beam 2 is performed with such scanning voltages V 1 and V 2 , the ion beam 2
Of the target 10 even if there is non-uniformity of the
Since the scanning speed of the ion beam 2 above becomes constant, the uniformity of the implantation amount in the plane of the target 10 can be improved.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の走査
電圧波形整形方法で注目しているのは、ターゲット10
上でのイオンビームの走査速度だけであり、イオンビー
ム2のスポットサイズが走査位置に対して不変であると
いうことが前提である。しかしながら、実際は、走査位
置によってイオンビーム2のスポットサイズ(即ちビー
ム電流密度)が変化する場合がある。However, the above-mentioned scanning voltage waveform shaping method focuses on the target 10.
The above is only the scanning speed of the ion beam, and it is assumed that the spot size of the ion beam 2 does not change with respect to the scanning position. However, actually, the spot size (that is, beam current density) of the ion beam 2 may change depending on the scanning position.
【0022】その原因の主たるものは、静電走査による
中性点作用と呼ぶことのできるものであるが、他にも、
イオンビーム2を走査電極4の上流側で整形するQレン
ズにおいてビーム位置によってビーム集束状態がわずか
に変化すること等もある。この中性点作用を図3および
図4を参照して説明する。The main cause is that which can be called neutral point action by electrostatic scanning.
In the Q lens for shaping the ion beam 2 on the upstream side of the scanning electrode 4, the beam focusing state may slightly change depending on the beam position. This neutral point effect will be described with reference to FIGS.
【0023】図3では話を分かりやすくするために走査
電圧V1 およびV2 は共に三角波で示しているが、この
ような走査電圧V1 、V2 が印加される走査電極4、6
によってイオンビーム2を静電的に走査すると、例えば
図4に示すように、イオンビーム2が走査電極間の端部
AまたはCにある時にはスポットサイズが大きく、走査
電極間の中心部Bにある時にはスポットサイズが小さく
なるという問題が生じる。In FIG. 3, the scanning voltages V 1 and V 2 are both shown as triangular waves for easy understanding, but the scanning electrodes 4 and 6 to which such scanning voltages V 1 and V 2 are applied are shown.
When the ion beam 2 is electrostatically scanned by, for example, as shown in FIG. 4, when the ion beam 2 is at the end A or C between the scanning electrodes, the spot size is large and the ion beam 2 is at the center B between the scanning electrodes. There is a problem that the spot size sometimes becomes small.
【0024】これは、イオンビーム2内に含まれている
イオンと電子の移動速度の差により(イオンは電子に比
べて数千倍重く従って動きにくい)、電界のかかった部
分(時)において、イオンと電子とが分離して、イオン
ビーム2内に含まれていた電子が少なくなってイオンビ
ーム2がそれ自身の電荷により発散してビームサイズが
大きくなるからである。即ち、イオンビーム2が走査電
極4(または6)間の中心部B付近以外を通る時は、何
らかの電界がかかるので、イオンビーム2の発散は大き
くそのスポットサイズは大きくなる。一方、イオンビー
ム2が走査電極4(または6)間の中心部B付近を通る
時は、一対の走査電極は共にゼロ電位にあるため(図3
参照)、イオンビーム2内で電子とイオンが分離せず、
従ってイオンビーム2は発散しにくいのでそのスポット
サイズは一番小さくなる。This is because, due to the difference between the moving speeds of the ions and the electrons contained in the ion beam 2 (the ions are several thousand times heavier than the electrons and therefore hard to move), the portion (time) where the electric field is applied This is because the ions and the electrons are separated, the number of electrons contained in the ion beam 2 decreases, and the ion beam 2 diverges due to its own electric charge, thereby increasing the beam size. That is, when the ion beam 2 passes other than near the center B between the scanning electrodes 4 (or 6), some electric field is applied, so that the divergence of the ion beam 2 is large and its spot size is large. On the other hand, when the ion beam 2 passes near the center B between the scanning electrodes 4 (or 6), the pair of scanning electrodes are both at zero potential (FIG. 3).
), Electrons and ions do not separate in the ion beam 2,
Therefore, since the ion beam 2 does not easily diverge, its spot size becomes the smallest.
【0025】そして、上記のようにイオンビーム2のス
ポットサイズが変化すると、イオンビーム2全体のビー
ム電流は一定であるから、イオンビーム2が走査電極間
の中心部Bを通る時にビーム電流密度が高くなって注入
量が多くなり、端部A、Cを通る時にビーム電流密度が
低くなって注入量が少なくなるので、これを無視する
と、ターゲット10に対する注入均一性を悪化させると
いう問題が生じる。When the spot size of the ion beam 2 changes as described above, since the beam current of the entire ion beam 2 is constant, the beam current density is reduced when the ion beam 2 passes through the center B between the scanning electrodes. Since the injection amount increases and the injection amount increases, the beam current density decreases when passing through the ends A and C, and the injection amount decreases. If this is ignored, there is a problem that the injection uniformity to the target 10 is deteriorated.
【0026】そこでこの発明は、上記のようなイオンビ
ームの走査方向のビーム電流密度分布も考慮することに
よって、ターゲットの面内での注入均一性をより一層向
上させることができるようにしたイオンビームの走査電
圧波形整形方法を提供することを主たる目的とする。Accordingly, the present invention provides an ion beam in which the uniformity of implantation in the target surface can be further improved by considering the beam current density distribution in the scanning direction of the ion beam as described above. The main object of the present invention is to provide a scanning voltage waveform shaping method.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の走査電圧波形整形方法は、前記ターゲッ
トに対する注入位置に出し入れできる可動式の第3のビ
ームモニタであってイオンビームの走査方向のビーム電
流密度分布を計測することのできるものを設け、これに
よってターゲットに対する注入位置でのビーム走査方向
のビーム電流密度分布を表す第4の関数を求め、前記第
3の関数の導関数と走査電圧の導関数との積がイオンビ
ームの走査位置に拘わらず一定になるようにイオンビー
ムの走査電圧波形を整形する代わりに、このビーム電流
密度分布を表す第4の関数の逆数と前記第3の関数の導
関数と走査電圧を表す関数の導関数との積またはそれと
数学的に等価の関数がイオンビームの走査位置に拘わら
ず一定になるように、イオンビームの走査電圧波形を整
形することを特徴とする。In order to achieve the above object, a scanning voltage waveform shaping method according to the present invention is directed to a movable third beam monitor which can be moved into and out of an implantation position with respect to the target, and is provided in a scanning direction of an ion beam. Which is capable of measuring the beam current density distribution of the target, thereby obtaining a fourth function representing the beam current density distribution in the beam scanning direction at the injection position with respect to the target. Instead of shaping the scanning voltage waveform of the ion beam so that the product of the derivative of the voltage and the product of the voltage becomes constant regardless of the scanning position of the ion beam, the reciprocal of the fourth function representing the beam current density distribution and the third Or the product of the derivative of the function of
It is characterized in that the scanning voltage waveform of the ion beam is shaped so that a mathematically equivalent function is constant regardless of the scanning position of the ion beam.
【0028】[0028]
【実施例】図1は、パラレルスキャン方式のイオン注入
装置にこの発明に係る走査電圧波形整形方法を実施する
ための構成を付加した例を示す概略図である。図8の従
来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以
下においては当該従来例との相違点を主に説明する。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example in which a configuration for implementing a scanning voltage waveform shaping method according to the present invention is added to a parallel scan type ion implantation apparatus. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example of FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.
【0029】この実施例においては、前述したターゲッ
ト10に対する注入位置(即ちZ=Zt )に、ビームモ
ニタ駆動装置26によって例えば矢印Dのように出し入
れできる可動式の第3のビームモニタ22を設けてい
る。但しこのビームモニタ22の出し入れ方向は、要は
ターゲット駆動装置16によるターゲット10の機械的
走査と干渉しなければ良く、図示例のようなものに限ら
ない。In this embodiment, a movable third beam monitor 22 which can be moved in and out as shown by an arrow D by a beam monitor driving device 26 is provided at the above-described injection position (that is, Z = Z t ) with respect to the target 10. ing. However, the direction in which the beam monitor 22 is moved in and out is not essential as long as it does not interfere with the mechanical scanning of the target 10 by the target driving device 16 and is not limited to the example shown in the drawing.
【0030】ビームモニタ22は、イオンビーム2のビ
ーム走査方向(即ちこの例ではX方向)のビーム電流密
度分布を計測することができるものであるが、その計測
結果を用いた後述する補正をできるだけ正確に行うため
には、ビーム電流密度分布をできるだけきめ細かく計測
することのできるものが好ましい。The beam monitor 22 can measure the beam current density distribution in the beam scanning direction of the ion beam 2 (ie, the X direction in this example). In order to perform the measurement accurately, it is preferable that the beam current density distribution can be measured as finely as possible.
【0031】そのようなビームモニタ22の一例を図2
に示す。このビームモニタ22は、イオンビーム2の走
査方向に長い単一の帯状のファラデーカップ23の前方
に、イオンビーム2の最小スポットサイズよりも幅Wが
狭く、しかもイオンビーム2の走査方向に長いスリット
24を設けたものである。このような構造にすれば、フ
ァラデーカップ23には常に一定面積のイオンビーム2
が入射するので、イオンビーム2のビーム電流密度に応
じたビーム電流がファラデーカップ23に流れる。イオ
ンビーム2の走査位置Xは、前述した数1で分かってい
るから、その走査位置とファラデーカップ23に流れる
ビーム電流とによって、イオンビーム2の走査方向のビ
ーム電流密度分布をこのビームモニタ22の場合は連続
的に計測することができる。An example of such a beam monitor 22 is shown in FIG.
Shown in The beam monitor 22 has a slit in front of a single strip-shaped Faraday cup 23 long in the scanning direction of the ion beam 2 and having a width W smaller than the minimum spot size of the ion beam 2 and long in the scanning direction of the ion beam 2. 24 are provided. With such a structure, the ion beam 2 having a constant area is always provided on the Faraday cup 23.
Is incident, a beam current corresponding to the beam current density of the ion beam 2 flows through the Faraday cup 23. Since the scanning position X of the ion beam 2 is known from the above-described equation 1, the beam current density distribution in the scanning direction of the ion beam 2 is changed by the beam monitor 22 based on the scanning position and the beam current flowing through the Faraday cup 23. In this case, it can be measured continuously.
【0032】あるいはビームモニタ22に、この図2に
示したようなもの以外に、前述した多点ビームモニタ1
2、14と同様に、多数の小さなファラデーカップをイ
オンビーム2の走査方向に並列配置した構造のものを用
いても良い。その場合、二つのファラデーカップの中心
間間隔を、イオンビーム2の最小スポットサイズの直径
よりも小さくしておけば、イオンビーム2の走査方向の
ビーム電流密度分布をほぼ連続的に計測することができ
る。Alternatively, in addition to the beam monitor 22 shown in FIG.
Similarly to 2 and 14, a structure in which a number of small Faraday cups are arranged in parallel in the scanning direction of the ion beam 2 may be used. In this case, if the distance between the centers of the two Faraday cups is smaller than the diameter of the minimum spot size of the ion beam 2, the beam current density distribution in the scanning direction of the ion beam 2 can be measured almost continuously. it can.
【0033】なお、このビームモニタ22によるイオン
ビーム2のビーム電流密度分布の計測は、例えば、多点
ビームモニタ12および14による計測と同じ時期に、
より具体的には多点ビームモニタ12および14による
計測に引き続いて行えば良い。The measurement of the beam current density distribution of the ion beam 2 by the beam monitor 22 is performed, for example, at the same time as the measurement by the multipoint beam monitors 12 and 14.
More specifically, the measurement may be performed following the measurement by the multipoint beam monitors 12 and 14.
【0034】イオンビーム2のスポットサイズが図4に
示したように変化する場合、イオンビーム2のビーム電
流密度J(X)は、図5に示すように、走査位置X=0
付近にピークPがある分布をしている。ここでは、この
ビーム電流密度分布を表す第4の関数として、J(X)
/J0 を採用している。J0 は、ビーム電流密度の基準
値(例えば平均値)である。When the spot size of the ion beam 2 changes as shown in FIG. 4, the beam current density J (X) of the ion beam 2 becomes as shown in FIG.
The distribution has a peak P in the vicinity. Here, J (X) is used as a fourth function representing the beam current density distribution.
/ A J 0 is adopted. J 0 is a reference value (for example, an average value) of the beam current density.
【0035】そして、この実施例では、従来のように数
2に示すdXt(V)/dtがターゲット10に対する
注入位置上の各点で一定になるようにする代わりに、次
の数3で表される関数がイオンビーム2の走査位置に拘
わらず一定になるように、走査電圧波形データを生成す
る。In this embodiment, instead of making dX t (V) / dt shown in Expression 2 constant at each point on the injection position with respect to the target 10 as in the prior art, the following Expression 3 is used. The scanning voltage waveform data is generated so that the function represented is constant regardless of the scanning position of the ion beam 2.
【0036】[0036]
【数3】{J0/J(X)}・{dXt(V)/dV}・
{dV(t)/dt}{J 0 / J (X)} · {dX t (V) / dV} ·
{DV (t) / dt}
【0037】この数3は、前述した数2に、上記第4の
関数の逆数J0/J(X)を掛けたものである。数2の
関数をイオンビーム2の走査位置に拘わらず一定にする
ためには、前述したように、走査電圧V(t)の導関数
dV(t)/dtを図12に示すように、従って走査電
圧V(t)を図13中の実線Fで示すように補正すれば
良いのであるから、この数2に上記第4の関数の逆数J
0/J(X)を掛けたこの数3の関数をイオンビーム2
の走査位置に拘わらず一定にするためには、走査電圧V
(t)の導関数dV(t)/dtを、図6に示すよう
に、図12に示したものから図5のピークPに対応する
位置にピークQを有するように補正すれば良い。Equation 3 is obtained by multiplying Equation 2 described above by the reciprocal J 0 / J (X) of the fourth function. In order to make the function of Equation 2 constant regardless of the scanning position of the ion beam 2, as described above, the derivative dV (t) / dt of the scanning voltage V (t) is calculated as shown in FIG. Since the scanning voltage V (t) may be corrected as shown by a solid line F in FIG. 13, this equation 2 is replaced by the reciprocal J of the fourth function.
0 / J (X) is multiplied by the function of equation (3).
Is constant regardless of the scanning position, the scanning voltage V
The derivative dV (t) / dt of (t) may be corrected from that shown in FIG. 12 to have a peak Q at a position corresponding to the peak P in FIG. 5, as shown in FIG.
【0038】このようにして整形した走査電圧V(t)
の波形を図7中に実線Gで示す。同図中の破線Eは三角
波を参考までに示したものである。この実線Gは、図1
3中の実線Fに比べて、上記ピークP、Qに対応する部
分Rの傾きが大きくなっている。このような波形がこの
例では前述した演算処理装置20において作られ、これ
が任意波形発生器81に与えられ、走査電圧V1 、V2
が作られる。The scanning voltage V (t) thus shaped
Is shown by a solid line G in FIG. A broken line E in the figure shows a triangular wave for reference. This solid line G corresponds to FIG.
The inclination of the portion R corresponding to the peaks P and Q is larger than that of the solid line F in FIG. In this example, such a waveform is generated in the arithmetic processing unit 20 described above, and this is supplied to the arbitrary waveform generator 81, and the scanning voltages V 1 , V 2
Is made.
【0039】このような走査電圧V1 、V2 によってイ
オンビーム2の走査を行えば、イオンビーム2のスポッ
トサイズが小さくなってビーム電流密度が高くなる走査
位置(即ちX=0付近)では、イオンビーム2の走査速
度が速くなるので、イオンビーム2の曲げ戻し作用の不
均一による注入均一性の低下に加えて、イオンビーム2
の走査方向のビーム電流密度分布の不均一による注入均
一性の低下をも抑制することができるので、ターゲット
10の面内での注入均一性をより一層向上させることが
できる。When the scanning of the ion beam 2 is performed with such scanning voltages V 1 and V 2 , at the scanning position where the spot size of the ion beam 2 is reduced and the beam current density is increased (ie, near X = 0), Since the scanning speed of the ion beam 2 is increased, not only the implantation uniformity is reduced due to the unevenness of the bending back action of the ion beam 2, but also the ion beam 2
Therefore, it is possible to suppress the decrease in the injection uniformity due to the non-uniformity of the beam current density distribution in the scanning direction, so that the injection uniformity in the plane of the target 10 can be further improved.
【0040】なお、数3と実質的に等価の関数、例えば
それに定数を掛けたものとか、J0を1としたもの等、
が一定になるように走査電圧波形を整形するようにして
も良いのは勿論である。[0040] Note that the number 3 and substantially equivalent functions, for example Toka it multiplied by constants, such as those in which the J 0 and 1,
Of course, the scanning voltage waveform may be shaped so that the constant becomes constant.
【0041】また、イオンビーム2の図5に示したよう
なビーム電流密度分布は典型例であり、それ以外の分布
の場合にも上記方法で補正できるのは勿論である。The beam current density distribution of the ion beam 2 as shown in FIG. 5 is a typical example, and other distributions can of course be corrected by the above method.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、イオン
ビームの曲げ戻し作用の不均一による注入均一性の低下
に加えて、イオンビームの走査方向のビーム電流密度分
布の不均一による注入均一性の低下をも抑制することが
できるので、ターゲットの面内での注入均一性をより一
層向上させることができる。As described above, according to the present invention, in addition to the decrease in the injection uniformity due to the unevenness of the ion beam bending-back action, the uniformity of the implantation due to the unevenness of the beam current density distribution in the scanning direction of the ion beam. Therefore, it is possible to further improve the uniformity of implantation in the plane of the target.
【図1】パラレルスキャン方式のイオン注入装置にこの
発明に係る走査電圧波形整形方法を実施するための構成
を付加した例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example in which a configuration for implementing a scanning voltage waveform shaping method according to the present invention is added to a parallel scan type ion implantation apparatus.
【図2】図1中のビームモニタの一例を示す正面図であ
る。FIG. 2 is a front view showing an example of a beam monitor in FIG.
【図3】三角波の走査電圧波形を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a triangular scanning voltage waveform.
【図4】イオンビームのスポットサイズの変化を模式的
に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a change in spot size of an ion beam.
【図5】イオンビームのビーム電流密度分布の一例を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a beam current density distribution of an ion beam.
【図6】走査電圧を表す関数の導関数の一例を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an example of a derivative of a function representing a scanning voltage.
【図7】この発明の方法による走査電圧波形の一例を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a scanning voltage waveform according to the method of the present invention.
【図8】パラレルスキャン方式のイオン注入装置に従来
の走査電圧波形整形方法を実施するための構成を付加し
た例を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which a configuration for implementing a conventional scanning voltage waveform shaping method is added to a parallel scan type ion implantation apparatus.
【図9】多点ビームモニタからの信号の一例を部分的に
示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram partially showing an example of a signal from a multipoint beam monitor.
【図10】イオンビームの走査位置を表す関数の一例を
示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a function representing a scanning position of an ion beam.
【図11】イオンビームの走査位置を表す関数の導関数
の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a derivative of a function representing a scanning position of an ion beam.
【図12】走査電圧を表す関数の導関数の一例を示す図
である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a derivative of a function representing a scanning voltage.
【図13】従来の方法による走査電圧波形の一例を示す
図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a scanning voltage waveform according to a conventional method.
2 イオンビーム 4,6 走査電極 8 走査電源 10 ターゲット 12 第1の多点ビームモニタ 14 第2の多点ビームモニタ 18 データロガー 20 演算処理装置 22 第3のビームモニタ 26 ビームモニタ駆動装置 Reference Signs List 2 ion beam 4, 6 scanning electrode 8 scanning power supply 10 target 12 first multipoint beam monitor 14 second multipoint beam monitor 18 data logger 20 arithmetic processing unit 22 third beam monitor 26 beam monitor driving device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−301346(JP,A) 特開 平5−89819(JP,A) 特開 平5−89811(JP,A) 特開 平7−201975(JP,A) 特開 平7−169432(JP,A) 特開 平7−169431(JP,A) 特開 平4−163845(JP,A) 特開 平6−215724(JP,A) 特開 平4−22900(JP,A) 特開 平2−5346(JP,A) 特開 昭63−45744(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/147 C23C 14/48 H01J 37/04 H01J 37/317 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-4-301346 (JP, A) JP-A-5-89819 (JP, A) JP-A-5-89811 (JP, A) JP-A-7- 201975 (JP, A) JP-A-7-169432 (JP, A) JP-A-7-169431 (JP, A) JP-A-4-163845 (JP, A) JP-A-6-215724 (JP, A) JP-A-4-22900 (JP, A) JP-A-2-5346 (JP, A) JP-A-63-45744 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 37/147 C23C 14/48 H01J 37/04 H01J 37/317
Claims (1)
るイオンビームのビーム電流をその走査方向における予
め位置の分かった複数点でそれぞれ計測する第1および
第2の多点ビームモニタを、ターゲットに対する注入位
置のビーム進行方向上の上流側および下流側にそれぞれ
配置しておき、イオンビームの走査を行いながら各多点
ビームモニタでビーム電流のサンプリングを行うことに
より、走査電圧と第1および第2の多点ビームモニタ上
でのイオンビームの走査位置との関係を表す第1および
第2の関数をそれぞれ求め、この第1および第2の関数
に基づいて、走査電圧とターゲットに対する注入位置で
のイオンビームの走査位置との関係を表す第3の関数を
求め、そしてこの第3の関数の導関数と走査電圧を表す
関数の導関数との積がイオンビームの走査位置に拘わら
ず一定になるように、イオンビームの走査電圧波形を整
形する方法において、前記ターゲットに対する注入位置
に出し入れできる可動式の第3のビームモニタであって
イオンビームの走査方向のビーム電流密度分布を計測す
ることのできるものを設け、これによってターゲットに
対する注入位置でのビーム走査方向のビーム電流密度分
布を表す第4の関数を求め、前記第3の関数の導関数と
走査電圧の導関数との積がイオンビームの走査位置に拘
わらず一定になるようにイオンビームの走査電圧波形を
整形する代わりに、このビーム電流密度分布を表す第4
の関数の逆数と前記第3の関数の導関数と走査電圧を表
す関数の導関数との積またはそれと数学的に等価の関数
がイオンビームの走査位置に拘わらず一定になるよう
に、イオンビームの走査電圧波形を整形することを特徴
とするイオンビームの走査電圧波形整形方法。1. A first and second multipoint beam monitor for measuring a beam current of an ion beam electrically parallel scanned by a scanning voltage at a plurality of points whose positions are known in advance in the scanning direction. The scan voltage and the first and second scan currents are sampled by each of the multi-point beam monitors while scanning the ion beam while being arranged on the upstream and downstream sides of the implantation position in the beam traveling direction. First and second functions representing the relationship between the scanning position of the ion beam and the scanning position of the ion beam on the multi-point beam monitor are determined, and based on the first and second functions, the scanning voltage and the implantation A third function representing the relationship with the scanning position of the ion beam is obtained, and the product of the derivative of the third function and the derivative of the function representing the scanning voltage is obtained. A movable third beam monitor which can be moved into and out of an implantation position with respect to the target in a method of shaping the scanning voltage waveform of the ion beam so that the scanning voltage waveform is constant regardless of the scanning position of the ion beam. That can measure the beam current density distribution in the target direction, thereby obtaining a fourth function representing the beam current density distribution in the beam scanning direction at the injection position with respect to the target, and calculating the derivative of the third function and Instead of shaping the scan voltage waveform of the ion beam so that the product of the scan voltage and the derivative with the derivative is constant regardless of the scan position of the ion beam, a fourth current representing the beam current density distribution is used.
The product of the reciprocal of the above function and the derivative of the third function and the derivative of the function representing the scanning voltage, or a mathematically equivalent function thereof, is constant regardless of the scanning position of the ion beam. A method of shaping a scanning voltage waveform of an ion beam.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP13138893A JP3358235B2 (en) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | Scanning voltage waveform shaping method of ion beam |
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JP13138893A JP3358235B2 (en) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | Scanning voltage waveform shaping method of ion beam |
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JPH06318444A JPH06318444A (en) | 1994-11-15 |
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US7550751B2 (en) * | 2006-04-10 | 2009-06-23 | Axcelis Technologies, Inc. | Ion beam scanning control methods and systems for ion implantation uniformity |
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- 1993-05-07 JP JP13138893A patent/JP3358235B2/en not_active Expired - Fee Related
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