專利名稱：控制靜電透鏡的方法和離子注入裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制靜電透鏡的方法以及實施控制方法的該離子注入裝置，該方法用于通過靜電透鏡會聚/發(fā)散帶電粒子束例如離子束、電子束等并且在作用于被輻射物體上的電磁場中掃描帶電粒子束的裝置(例如離子注入裝置和電子顯微鏡)。尤其是本發(fā)明涉及通過考慮掃描方向上的帶電粒子束的大小而實施控制以防止掃描帶電粒子束的束電流比通過靜電透鏡控制之前要小的裝置。
離子束是帶電粒子束的一種。圖4表示備有用于會聚或發(fā)散離子束的靜電透鏡的離子注入裝置的例子。圖5表示其放大主要部件。
圖示的離子注入裝置基本上與日本未審查專利公開No.Hei.8-115701(JP-A-8-115701)所公開的相同，主要針對所謂的混合平行掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)在X-方向(例如水平方向)上往復/平行掃描離子束并在基本上垂直于X方向的Y方向(例如垂直方向)上往復驅動被輻射物體(例如晶片)22。
離子注入裝置包括產(chǎn)生離子束的離子源2、從離子源2產(chǎn)生的離子束4中選擇得到特定離子種類的質譜磁鐵6、對從質譜磁鐵6得到的離子束4加速或減速的加速腔8、用于去除從加速腔8得到的離子束的不必要部分的微調Q透鏡10、用于從微調Q透鏡10得到的離子束4選擇獲取特定能量的離子的能譜磁鐵12、通過該例子的磁場在X方向上掃描從能譜磁鐵12得到的離子束的掃描磁鐵14、和同掃描磁鐵14協(xié)作再次彎曲從掃描磁鐵14得到的離子束4平行掃描離子束4即使離子束4平行的平行磁鐵16。
從平行磁鐵16得到的離子束4作用于保持在掃描機構18的保持器20中的被輻射物體22上，離子注入被輻射物體22中。在這種情況下，通過掃描機構18在Y方向上往復驅動被輻射物體22。被輻射物體22的往復驅動與離子束4的掃描的協(xié)作實現(xiàn)了離子均勻注入被輻射物體22的整個表面中。
如圖5所示，在被輻射物體22的上游和下游安置前法拉第裝置36和后法拉第裝置44以便測量離子束4和給掃描波形整形。前法拉第裝置36包括由多個法拉第杯40組成的前法拉第陣列38，多個法拉第杯40在作為離子束4的掃描方向的X方向上列成一列。后法拉第陣列44由在X方向上列成一列的多個法拉第杯46組成。應注意到前法拉第裝置36垂直移動到分別對應離子注入被輻射物體22以及前法拉第陣列38測量的位置上。在由后法拉第陣列測量時，保持器20移出。
前法拉第陣列38和后法拉第陣列44基本上與日本未審查專利公開No.Hei.9-55179(JP-A-9-55179)所公開的相同。由這些元部件測量到的束電流經(jīng)為電流測量裝置的電流變換器48而進入波形整形控制器50。例如波形整形控制器50進行與例如上述JP-A-9-55179公開的相同控制。即，短而言之，波形整形控制器50產(chǎn)生掃描信號S(t)，它導致被輻射物體22上的離子束4的掃描速度達到一個穩(wěn)定值。該信號是時間t的函數(shù)。掃描電源52將掃描信號S(t)放大成掃描電流J(t)，掃描電流J(t)供給掃描磁鐵14用于它的驅動。在本發(fā)明中，應理解可進行各種變化和改型而不局限于JP-A-9-55179的上述控制。
同時，必須在大致預定離子注入時間由所希望的數(shù)量用具有一定能量和屬于所希望種類的離子注入被輻射物體22。
利用上述質譜磁鐵6和能譜磁鐵12選擇離子種類。利用離子源2的電源(未示出)和/或加速腔8的加速/減速電源(圖6的加速/減速電源32)，確定離子能量。利用附著于前法拉第裝置36的劑量法拉第42所測量到的掃描束的電流值(掃描離子束4的電流值)，控制離子注入的數(shù)量。
為在預定注入時間完成離子注入處理，作用于被輻射物體22的離子束的掃描束電流值必須設定為規(guī)定值，該規(guī)定值從注入的必要數(shù)量和預定注入時間計算出。
實現(xiàn)此的手段是通過電場或磁場控制會聚/發(fā)散帶電粒子束(例子中的離子束4)的靜電透鏡的技術。通常，該靜電透鏡用于提高在被輻射物體的位置上得到的掃描束電流。
在該例子中，控制在加速腔8中的靜電透鏡。該技術主要在下面描述。順帶說說，可采用控制微調Q透鏡10的技術，微調Q透鏡10是4極型磁透鏡。
圖6所示的加速腔8基本上與日本未審查專利公開No.Hei.8-273895(JP-A-8-273895)所公開的相同。加速腔8針對2隙3極型。加速腔8的結構是高壓側電極26和接地側電極28放置在絕緣體24內而聚焦電極30位于電極26和28之間。加速/減速電源32在電極26和28之間施加加速或減速的電壓。聚焦電源34在高壓側電極26和聚焦電極30之間施加聚焦電壓Vf。電源32和34可單獨并獨立控制輸出電壓。三個電極26、30和28之間產(chǎn)生的電場充當會聚或發(fā)散離子束4的靜電透鏡。因此，靜電透鏡處于加速腔8中。
主要參考圖5，解釋以控制加速腔8中的靜電透鏡的方式提高在被輻射物體22位置處的掃描束電流的傳統(tǒng)方法。
構成后法拉第44的所有多個(例如11)法拉第杯46并聯(lián)連接到電流變換器48。在該狀態(tài)下，改變作為聚焦電源34的輸出的聚焦電壓Vf，從而改變聚焦電極30的電位。因此，改變加速腔8內的靜電透鏡處的離子束4的會聚或發(fā)散狀態(tài)，從而也改變傳輸期間損失粒子束4的比率。因此，由電流變換器48測量到的束電流與聚焦電壓Vf之間的關系如圖7所示，形狀如小山。在這種情況下，選擇給出最大束電流的聚焦電壓Vf作為解決方法，而聚焦電壓Vf設定在該值。因此，完成了控制。
在如上所述的控制方法中，通過改變聚焦電壓Vf，(1)傳輸期間損失粒子束4的比率改變，從而被輻射物體處的束電流改變，和(2)通過靜電透鏡之后離子束的發(fā)散角度改變，從而在被輻射物體22位置處的離子束4的大小(幾何尺寸)也改變。
控制聚焦電壓Vf的目的是得到被輻射物體22位置處的大量掃描束電流。如果改變聚焦電壓Vf而得到的效果只是上述項目(1)，上述控制方法可完成該目的。
然而，實際上，同時發(fā)生(2)的效果。因此，在上述控制方法中，控制聚焦電壓Vf的結果，可能如下情況。即被輻射物體22位置處的離子束4的尺寸改變，從而也提高了離子束4掃描的面積。結果，與此目的相反，在被輻射物體22位置處的掃描束電流比控制前要低。這將下面解釋。
粒子束4掃描的面積取決于被輻射物體22的尺寸和離子束4的尺寸。假定離子束4的束斑形狀(即掃描之前的離子束4的截面形狀)是直徑d的圓，而被輻射物體22的束斑形狀是直徑D的圓。為使離子注入被輻射物體22的整個表面，離子束4必須從離子束4未施加于被輻射物體22上的狀態(tài)A開始，抵達被輻射物體22，穿過被輻射物體22的表面，最終達到離子束4未完全施加于被輻射物體22上的狀態(tài)B。返回中，離子束4必須在相反方向上類似移動。通常，設定過掃描數(shù)量α，從而即使離子束4的尺寸改變以及被輻射物體22略微偏移其正確位置，也可確保上述移動。
因此，通過如下等式可表述由離子束4掃描的寬度W。即隨離子束4的束斑直徑增大，寬度W增大。
W＝D＋2α＋d(1)如果離子束4的實際掃描寬度超過等式(1)表示的值，未施加于被輻射物體22上而浪費的離子束4的比率增大。相反，如果太小，離子束4未施加到被輻射物體22的一部分上。兩者都是不希望的。因此，在已完成設定期間改變離子束4的直徑d的操作之后，檢查目前掃描面積是否滿足等式(1)(這表示為“過掃描檢查”)，并且如果必要的話完成掃描長度的調節(jié)(這表示為“掃描調節(jié)”)。
然而，當離子束的掃描寬度隨掃描調節(jié)的結果而改變時，掃描束電流改變。其原因如下解釋。
掃描束電流表示掃描離子束4期間單位時間已進入一定區(qū)域的電荷Q的數(shù)量。通常，單位時間已進入任何法拉第杯(例如圖5所示的任何法拉第杯46)的電荷Q的數(shù)量認為是法拉第杯的掃描束電流。然而，目前為簡化問題，考慮被輻射物體22的掃描束電流。
由圖8可看出，如果確保足夠的過掃描數(shù)量α，通過下列等式利用點束電流Isp可表示離子束4每次掃描(一次往返)進入被輻射物體22的電荷Q的數(shù)量?，F(xiàn)假定t是時間而離子束在其半掃描(一個路徑)期間施加于被輻射物體22上，離子束的掃描速度是v，t＝D/v。
Q＝Isp×2t(2)在該實施例所述的裝置中，離子束4的掃描頻率總固定在恒定值而不管其掃描寬度。因此，離子束4的掃描速度v是掃描寬度(掃描面積)的函數(shù)。實際上可用如下等式表示。假定tsw是一次掃描(一次往返)所需的時間并取一定規(guī)定時間。
V＝2W/tsw(3)被輻射物體22的掃描束電流I，即當每次掃描進入被輻射物體22的電荷Q的數(shù)量除以一次掃描所需的時間所得到的值，可用下式表示I＝Q/tsw＝Isp×2{D/(2W/tsw)}tsw
＝Isp×D/W＝Isp×D/(D＋2α＋d)(4)在等式4中，除d之外的任何其它數(shù)是恒定的。因此，與滿足等式(1)的狀態(tài)相比，當束直徑d增大，被輻射物體22的掃描束電流I下降。
利用這些關系，完成聚焦電壓和隨后的掃描調節(jié)的控制的結果是，可得到比控制前要大的掃描束電流I的情況。
控制前的掃描束電流I可用如下等式(5)表示，而控制后的掃描束電流I′可用如下等式(6)表示。在完成控制之后，束斑束電流Isp隨上述項(1)的作用而改變。變化的符號附帶有短點標號(′)。
I＝Isp×D/(D＋2α＋d) (5)I′＝Isp′×D/(D＋2α＋d′)(6)因此，應理解使I′/I＞1的條件是如下等式(7)。
(Isp′/Isp)＞{(D＋2α＋d′)/(D＋2α＋d)} (7)然而，實際上，并不一定滿足等式(7)。同時，不能了解控制前是否滿足等式(7)。因此，完成聚焦電壓和隨后的掃描調節(jié)的控制的結果是，被輻射物體22的掃描束電流比聚焦電壓控制前要小。在這種情況下，盡管目的是在被輻射物體22處得到大量掃描束電流，但不能實現(xiàn)該目的?？梢哉J為控制以失敗而結束。
鑒于上述情況，本發(fā)明主要提供利用靜電透鏡而能防止掃描帶電粒子束的束電流變得比控制前的要小的方法和裝置，通過考慮掃描方向上的帶電粒子束的大小而進行控制。
按照本發(fā)明的控制靜電透鏡的方法，特征在于利用法拉第杯接受掃描帶電粒子束，測量帶電粒子束的束數(shù)量和其掃描方向上的束寬度；根據(jù)其規(guī)定標準，計算其估量值；將權重分給所述估量值，計算其一元化估量值；和控制所述靜電透鏡，從而提高所述的一元化估量值。
一元化估量值不僅受帶電粒子束的束數(shù)量的估量值的影響，還受束寬度的估量值的影響，束寬度是掃描帶電粒子束的方向上的大小。因此，通過控制加速腔內的靜電透鏡，從而提高一元化估量值，掃描帶電粒子束的束電流和掃描方向上的帶電粒子束的大小可近似到其優(yōu)選狀態(tài)。結果，可防止帶電粒子束的束電流變得比控制靜電透鏡之前要小。
按照本發(fā)明的離子注入裝置，特征在于它包括接受所述掃描離子束的法拉第杯，和根據(jù)測量到的從法拉第杯發(fā)出的信號而控制所述靜電透鏡的控制器，并且所述控制器的作用為測量法拉第杯的位置處的掃描方向上的離子束的束數(shù)量和束寬度；相對其規(guī)定標準，計算其估量值；將權重分給所述估量值，計算一元化它們估量值的一元化估量值；和控制所述靜電透鏡，從而提高所述一元化估量值。
由于離子注入裝置包括控制裝置，控制裝置具有實現(xiàn)控制靜電透鏡和法拉第杯的方法的作用，可防止掃描離子束的束電流變得比控制靜電透鏡之前要小。因此，可更確實地完成得到大掃描束電流的目的。


圖1是表示完成按照本發(fā)明的控制方法的離子注入裝置主要部件的實施例圖；圖2是表示按照本發(fā)明的控制方法的實施例的流程圖；圖3是表示束波形的實施例的圖；圖4是表示傳統(tǒng)離子注入裝置的實施例的示意平面圖；圖5是表示傳統(tǒng)離子注入裝置主要部件的實施例圖；圖6是表示具有圖1、4和5的靜電透鏡的加速腔的實施例的截面圖；圖7是表示聚焦電壓與束電流之間的關系的實施例的圖；和圖8是解釋束的必要掃描寬度的圖。
圖1是表示按照本發(fā)明完成控制方法的離子注入裝置主要部件的例子圖。離子注入裝置的整體結構如圖4所示。因此，參考該圖以及相關描述，不再重復解釋。在下列描述中，相同標號表示圖4-6的現(xiàn)有技術的相同或相應部件。下面主要解釋本發(fā)明與現(xiàn)有技術的不同。
首先，簡要說明圖1結構與圖5結構的不同。在圖1所示的離子注入裝置中，波形整形控制器50也具有測量束數(shù)量I(n)和束寬度Wd(p)的作用。束控制器54根據(jù)束數(shù)量I(n)和束寬度Wd(p)，也控制聚焦電源34的聚焦電壓Vf(即控制加速腔8中的靜電透鏡)。
在該例子中，波形整形控制器50和束控制器54構成用于控制加速腔8中的靜電透鏡的控制裝置。然而，可結合兩個控制器來構成控制裝置，而只有束控制器54能用于構成控制裝置。
現(xiàn)參考圖2的流程圖，詳細解釋利用上述波形整形控制器50和束控制器54等來控制加速腔8中的靜電透鏡的方法。
聚焦電壓Vf(kV)是聚焦電源34的輸出，在構成后法拉第陣列44的多個(即11)法拉第杯46中的一個(例如位于中心)與電流變換器48連接的狀態(tài)(該狀態(tài)稱為“背中心”)下，聚焦電壓Vf(kV)以{Vf(m)-Vf(0)}/(m)(m是不小于1的整數(shù))的步階從Vf(0)變化到Vf(m)。在該狀態(tài)下，在掃描離子束4(稱為“背中心掃描”)時，將測量(1)離子束4的束數(shù)量和(2)離子束4的束寬度。
(1)關于束數(shù)量在一定聚焦電壓Vf(n)處，測量并存儲“背中心掃描”的束數(shù)量I(n)(圖2的步驟100)。在該例子中，通過波形整形控制器50完成，測量到的數(shù)據(jù)I(n)供給束控制器54。束數(shù)量I(n)是圖3所示的束波形的束電流瞬間值的積分值，用電荷數(shù)量表示。
符號n表示0≤n≤m的整數(shù)。通過以{Vf(m)-Vf(0)}/(m)的步驟將聚焦電壓Vf從Vf(0)變化到Vf(m)，完成該測量。因此，排列I(n)有從n＝0到n＝m的(m＋1)個元素。
假定I(n)元素中的最大值是Imax，通過如下等式(步驟101)得到束數(shù)量的估量值RI(n)。在該例子中，利用束控制器54完成。RI(n)是I(n)的相對表示，是具有等同于I(n)的大小的排列。
RI(n)＝I(n)/Imax(8)(2)關于束寬度在聚焦電壓Vf(n)處，H作為圖3所示的束波形的簡單峰值高度，束波形通過“背中心掃描”得到。以不同的p(p是不小于1的整數(shù))高度測量束波形的寬度。在pH(p＋1)、(p－1)H/(p＋1)、…、2H(p＋1)、H(p＋1)的高度處測量的束寬度表示為Wd(1)、Wd(2)、……、Wd(p)(步驟102)。在該例子中，通過波形整形控制器50完成，而測量的數(shù)據(jù)Wd(p)供給束控制器54。圖3表示在p＝5的情況下的例子。
另一方面，在pH(p＋1)、(p－1)H/(p＋1)、……、2H(p＋1)、H(p＋1)的高度處理想的束寬度表示為Wdi(1)、Wdi(2)、……、Wdi(p)。按照使用目的可改變理想值的設定。
然而，上述束的高度和寬度不表示實際離子束4的束斑的幾何高度和寬度。即圖3所示的束波形示意表示成垂直軸上的束電流瞬間值和水平軸上的上述掃描信號S(t)。因此，目前所指的束高度是束電流瞬間值并且在每個高度處的寬度反映了束點的幾何寬度。即束斑的幾何寬度越小，每個高度處的寬度越小。
接著，通過如下等式得到每個高度處的束寬度與其理想值的偏差ΔWd(q)(步驟103)。符號q是1≤q≤p的整數(shù)。數(shù)量ΔWd(q)為0或負數(shù)。在該例子中，然后通過束控制器54徹底完成處理和控制。
ΔWd(q)＝Wdi(q)－Wd(q)(9)(其中如果Wdi(q)≥Wd(q)，ΔWd(q)設定為0。)可從如下等式得到表示一定聚焦電壓Vf(n)處的束寬度偏差的數(shù)量ΔW(n)(步驟104)。由于數(shù)量ΔWd(q)為0或負數(shù)，數(shù)量ΔW(n)也為0或負數(shù)。
ΔW(n)＝{p/(p＋1)}×ΔWd (1)+{(p-1)/(P＋1)}×ΔWd(2)+……+{1/(p＋1)}×ΔWd(p)(10)等式(10)表明圖3所示的束波形在接近電流值更大的峰值的點處給出大權重。
假定ΔW(n)的元素的最大絕對值是ΔWmax，通過如下等式得到束寬度的估量值RΔW(n)(步驟105)。數(shù)量RΔW(n)是ΔW(n)的相對表示，也具有與ΔW(n)大小相同的排列。由于數(shù)量ΔW(n)是0或負數(shù)，數(shù)量RΔW(n)也是0或負數(shù)。
RΔW(n)＝ΔW(n)/ΔWmax(11)(3)束的一元化估量和聚焦電壓的控制利用束數(shù)量的估量值RI(n)和束寬度的估量值RΔW(n)，通過如下等式得到一定聚焦電壓Vf(n)處的束的一元化估量值SVf(n)(步驟106)。隨著束數(shù)量的估量值RI(n)增大，一元化估量值SVf(n)增大。相反，由于估量值RΔW(n)是如上所述的0或負數(shù)，隨著估量值RΔW(n)的絕對值增大，一元化估量值SVf(n)下降。符號DI和DW是代表權重的整數(shù)。通常均為1，但可按照使用目的改變。SVf(n)＝DI×RI(n)＋DW×RΔW(n)(12)得到提供最大估量值SVf(n)的聚焦電壓Vf(即選擇為解決方法)(步驟107)?？刂茝木劢闺娫?4產(chǎn)生的聚焦電壓Vf到該值(步驟108)。因此，完成對加速腔34中的靜電透鏡的控制。
一元化估量值SVf(n)不僅受離子束4的束數(shù)量的估量值RI(n)的影響，還受代表在掃描離子束方向上的大小的束寬度的估量值RΔW(n)的影響。因此，通過控制加速腔8中的靜電透鏡，從而增大一元化估量值SVf(n)，即控制施加于加速腔8中的靜電透鏡的聚焦電壓Vf，掃描離子束4的束電流和掃描方向上的離子束4的大小近似到其優(yōu)選狀態(tài)。
結果，與現(xiàn)有技術不同，可防止離子束被控制，從而提高束斑束電流Isp′，也提高束直徑d′，而不能滿足等式(7)。即可防止掃描離子束4的束電流變得比加速腔8中靜電透鏡控制之前的要小。因此，能更確實實現(xiàn)得到大掃描束電流的目的。
此外，利用為磁透鏡的微調Q透鏡10(參見圖4)，可控制離子束4的會聚或發(fā)散。在這種情況下，可應用上述方法來控制微調Q透鏡10。
可應用上述方法來控制除離子束4之外的其它帶電粒子束即電子顯微鏡中的電子束。
上述結構的本發(fā)明提供了如下效果。
按照控制方法，一元化估量值不僅受帶電粒子束的束數(shù)量的估量值的影響，還受代表掃描帶電粒子束方向上的大小的束寬度的估量值的影響。因此，通過控制加速腔中的靜電透鏡，從而增大一元化估量值，掃描帶電粒子束的束電流和掃描方向上的帶電粒子束的大小近似到其優(yōu)選狀態(tài)。結果，可防止帶電粒子束的束電流變得比靜電透鏡控制之前的要小。因此，可更確實實現(xiàn)得到大掃描束電流的目的。
按照離子注入裝置，由于它包括控制裝置，控制裝置具有實現(xiàn)上述控制方法和法拉第杯的作用，可防止掃描離子束的束電流變得比控制靜電透鏡之前的要小。因此，可更確實地實現(xiàn)得到大掃描束電流的目的。
已示出和描述了本發(fā)明的現(xiàn)有優(yōu)選實施例，應理解該公開是為了說明的目的，可進行各種變化和改型而不脫離附屬權利要求所列出的本發(fā)明范圍。
權利要求
1.用于控制裝置中使用的靜電透鏡的方法，該裝置利用帶電粒子束輻射物體，包括利用電場或磁場掃描帶電粒子束；用法拉第杯接受掃描帶電粒子束；測量帶電粒子束的束數(shù)量和在帶電粒子束的掃描方向上的帶電粒子束的束寬度；相對束數(shù)量/束寬度的規(guī)定標準，計算各個估量值；將權重分給所述估量值，計算其一元化估量值；和控制所述靜電透鏡，從而提高所述一元化估量值。
2.按權利要求1的方法，其中所述方法由離子注入裝置實施，離子注入裝置用帶電粒子束輻射物體。
3.按權利要求1的方法，其中所述方法通過控制電子顯微鏡中的電子束實施。
4.用離子束輻射物體的離子注入裝置，包括靜電透鏡，用于會聚或發(fā)散離子束；掃描裝置，用于掃描通過所述靜電透鏡的離子束；法拉第杯，用于接受掃描離子束，和控制器，用于根據(jù)從所述法拉第杯發(fā)出的測量信號而控制所述靜電透鏡，其中所述控制器測量帶電粒子束的束數(shù)量和在所述法拉第杯位置處的帶電粒子束的掃描方向上的帶電粒子束的束寬度，相對束數(shù)量/束寬度的規(guī)定標準，計算各個估量值，將權重分給所述估量值，計算其一元化估量值，并控制所述靜電透鏡，從而提高所述一元化估量值。
5.按權利要求4的離子注入裝置，其中所述靜電透鏡是微調Q透鏡。
6.按權利要求4的離子注入裝置，包括加速腔，其中所述靜電透鏡位于所述加速腔中。
全文摘要
離子注入裝置處理充當帶電粒子束的離子束,并具有加速腔8,加速腔8含有用于會聚或發(fā)散離子束的靜電透鏡。完成對靜電透鏡的控制如下。通過單個法拉第杯46接受掃描離子束4,測量離子束4的束數(shù)量I(n)和束寬度Wd(p)。相對規(guī)定值,計算束數(shù)量和束寬度的估量值。對這些估量值分配權重,計算一元化估量值?？刂朴杉铀偾?施加于靜電透鏡上的聚焦電壓Vf,從而提高一元化估量值。波形整形控制器50和束控制器54構成完成該控制的裝置。
文檔編號H01J37/21GK1329338SQ00135528
公開日2002年1月2日 申請日期2000年11月11日 優(yōu)先權日1999年11月12日
發(fā)明者巖澤康司 申請人:日新電機株式會社