離子注入裝置製造方法

2023-04-24 23:48:42

離子注入裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種離子注入裝置，確保相對於離子注入裝置的作業性且抑制設置面積。本發明的離子注入裝置具備對由離子源生成的離子束進行加速的多個單元、及對掃描束進行調整而注入到晶片中的多個單元，該離子注入裝置通過將對掃描束進行調整的多個單元的長度構成為與對離子源及離子束進行加速的多個單元大致相同的長度的長直線部，構成具有相對置的長直線部的水平U字狀的折回型射束線。
【專利說明】離子注入裝置【技術領域】
[0001]本申請主張基於2012年12月4日申請的日本專利申請第2012-265844號的優先權。該申請的全部內容通過參考援用於本說明書中。
[0002]本發明涉及一種離子注入裝置。
【背景技術】
[0003]在半導體元件製造工序中標準地實施如下重要的工序，該工序用於通過在真空下對半導體晶片打入離子來將雜質添加到半導體晶片的結晶中，從而使導電性產生變化並使半導體晶片半導體元件化。該工序中所使用的裝置被稱為離子注入裝置，該離子注入裝置將通常用於半導體元件化的雜質原子作為離子進行加速，並打入到半導體晶片中。
[0004]近年來，隨著半導體元件的高集成化/高性能化，對離子注入裝置要求比實現用於更深地打入到半導體晶片中的高能量的離子注入更高的性能。為了實現這種高性能，例如有以串聯式加速裝置構成離子束的加速系統的方法(參考專利文獻I)。
[0005]並且，在以往的單晶片型高能量離子注入機中，試圖在加速部使用範德格拉夫型串聯式加速裝置或重離子線性加速器(直線式)加速裝置，並在其下遊使用過濾磁鐵(串聯式時為價數分離用、線性加速器時為能量分析用)、射束掃描器(通過低頻電場或磁場生成掃描束的裝置)及磁場平行化並聯磁鐵(用於將從中心軌道起掃描的射束的掃描軌道與中心軌道方向對齊而進行平行化的電磁鐵)，對晶片的整個表面以相同角度注入均勻量的高能量離子。離子的能量達到3~4MeV左右。
[0006]專利文獻1:日本專利 第3374335號公報
[0007]若對帶有光致抗蝕層的晶片注入高能量離子，則產生大量的漏氣，該漏氣的氣體分子與束離子相互作用，從而一部分離子的價數發生變化。若通過磁場平行化並聯磁鐵時該價數產生變化，則平行化的偏轉角發生改變，因此朝向晶片的注入角變得不同。並且，所注入的離子的量(個數)通過利用置於晶片附近的法拉第杯測定束電流的值而求出，但因價數變化，其測量值產生偏差，偏離預定的注入量，無法成為所預定的半導體元件的特性。另外，通過磁場(並聯磁鐵)進行的平行化在內側軌道與外側軌道上的偏轉角度和軌道長度不同，因此越靠外側軌道，價數發生變化的離子的比例越大，晶片面內的注入均勻性也惡化。
[0008]並且，磁場平行化並聯磁鐵與在掃描方向上寬度較寬的磁極之間需要一定長度的平行化區間，能量變高時磁極進一步變長且變大，因此重量變得非常大，為了安全地裝配並維持裝置，除了產生強化半導體工場本身的強度設計的要求之外，消耗電力也變得非常大。
[0009]另一方面，在一部分與單晶片型高能量離子注入裝置相比能量較低的(單晶片式)中電流離子注入機中，為了避免平行化電磁鐵所具有的上述缺點，使用了靜電場平行化(電極式)並聯透鏡和靜電場(電極式)能量過濾器(AEF:Angular Energy Filter)。靜電場平行化並聯透鏡保持軌道的對稱性並且使掃描軌道與中心軌道方向對齊而進行平行化，AEF在剛要到達晶片之前去除價數已變化的離子。由此，即使在漏氣較多時，也能夠得到沒有能量汙染的射束，且不會產生如磁場平行化並聯磁鐵那樣的掃描方向的注入角度的偏差，結果，能夠均勻注入正確的深度方向的注入分布和注入量(劑量)的離子，並且注入角度也變得相同，實現了精度非常高的離子注入。並且，由重量輕的電極部件構成，因此與電磁鐵相比消耗電力也較少。
[0010]然而，將束離子偏轉為相同角度時，所需磁場與能量的平方根成比例，而所需電場則與能量其本身成比例。因此，磁場平行化中的偏轉磁極的長度與能量的平方根成比例，而電場平行化中的偏轉電極與能量成比例而變長，因此若在高能量離子注入中試圖實現上述高精度角度注入，則射束傳輸系統(從掃描器到晶片的距離)相對變長。並且，為了高角度精度注入，需要向電極供給精度和穩定度很高的電壓，但為了覆蓋從低能量到高能量的注入能量範圍，對電場平行化中的電極電源所要求的電壓動態範圍遠遠比對磁場平行化中的電磁鐵電源所要求的電流動態範圍更寬。
[0011]將具備這種電場平行化機構的中電流機所具有的平行化角度精度這一優點導入高能量離子注入中時，可考慮將例如包括離子源、質譜分析磁鐵、串聯式加速裝置或者高頻直線(線性加速器)加速裝置、能量過濾器的射束傳輸系統即後段射束線、射束掃描器、平行化裝置、最終能量過濾器、注入處理室及基板輸送設備(末端站)等構成設備分別獨立地裝配成大致直線狀的結構。然而此時裝置的總長變得很長，設置位置的設定與準備、設置作業等成為大規模，而且設置面積也變大。並且，還需要用於各設備的裝配對準調整、裝置運轉後的維護與修繕及調整的作業空間。這種大型離子注入機無法滿足將半導體生產線中的裝置尺寸與工場生產線的配置實情相結合的要求。

【發明內容】

[0012]本發明是鑑於這種狀況而完成的，其目的在於通過實現確保充分的作業區域且簡化設置位置的設定、準備及設置作業，並抑制設置面積的技術，來提供一種具備平行化電極/能量過濾電極的高精度的高能量離子注入裝置。
[0013]為了解決上述課題，本發明的一方式的高能量離子注入裝置為具備對由離子源生成的離子束進行加速的多個單元、及對掃描束進行調整而注入到晶片中的多個單元的離子注入裝置，其中，通過將對掃描束進行調整的多個單元的長度構成為與對離子源及離子束進行加速的多個單元大致相同長度的長直線部，構成具有相對置的長直線部的水平U字狀的折回型射束線。通過根據從離子源起對離子進行加速的單元組的長度，將與掃描器、平行化透鏡、能量過濾器等單元組的長度構成為大致相同的長度，從而實現這種布局。
[0014]另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要件的任意組合、本發明的構成要件和表現方式，也作為本發明的方式是有效的。
[0015]發明效果:
[0016]根據本發明能夠確保相對於離子注入裝置的作業性且簡化設置位置的設定、準備及設置作業，並能夠抑制設置面積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是表示本實施方式所涉及的離子注入裝置的概略布局與射束路徑即射束線的頂視圖。
[0018]圖2 Ca)是表示離子束產生單元的概略結構的俯視圖，圖2 (b)是表示離子束產生單元的概略結構的側視圖。
[0019]圖3是表示包括高能量多段直線加速部的概略結構的整個布局的俯視圖。
[0020]圖4是表示包括多個高頻線形加速器的高能量多段直線加速部及會聚發散透鏡的控制系統的結構的框圖。
[0021]圖5 (a)、圖 5 (b)是表不 E.F.M (Energy Filter Magnet) / 能量分析/BM、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略結構的俯視圖。
[0022]圖6 (a)是表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束線到基板處理供給單元為止的概略結構的俯視圖，圖6 (b)是表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束線到基板處理供給單元為止的概略結構的側視圖。
[0023]圖7是從上方觀察射束掃描器的一例的主要部分的橫剖面圖。
[0024]圖8是示出射束掃描器的裝卸自如的結構的一例的立體圖。
[0025]圖9是從下遊側觀察沿離子束線的中途路徑裝卸自如地安裝有射束掃描器的一例的結構的正面剖視圖。
[0026]圖10是表示角能量過濾器的偏轉電極的另一方式的模式圖。
[0027]圖中:10-離子源，12-離子束產生單元，14-高能量多段直線加速部，14a-高頻諧振器，15a-第I直線加速器，15b-第2直線加速器，16-偏轉單元，18-射束傳輸線部，20-基板處理供給單元，22-質譜分析裝置，24-能量過濾分析儀，26-軌道調整四極透鏡，28-能量限制狹縫，30-角度偏轉磁鐵，32-射束整形器，34-射束掃描器，36-射束平行化器，38-最終能量過濾分析儀，42-抑制電極，46-離子源高壓電源，62-高頻電源，64-會聚發散透鏡，74-抑制電極，82-掃描器外殼，84-平行化透鏡，94-角能量過濾器，100-離子注入裝置，102-AEF腔室，104-AEF電極，108-接地電極，110-AEF抑制電極，116-工藝腔室，118-能量限制狹縫，120-等離子體淋浴器，124-射束剖面儀，128-偏轉電極，132-接地電極，133-接地電極，134-射束掃描器，150-箱體，160-支架，170-射束導向盒，172-門扇，200-晶片。
【具體實施方式】
[0028]能夠向基板注入具有高能量(例如I?4MeV)的離子的高能量離子注入裝置包括例如包括離子源、質譜分析磁鐵、高頻直線(線性加速器)加速裝置、能量過濾器的射束運輸系統、射束掃描器、射束平行化裝置、最終能量過濾器、注入處理室及基板輸送設備等多個構成設備。因此，若將各構成設備分別獨自裝配於大致直線上，則總長變得非常長，在各裝置的裝配定位、運轉後的維護與修繕及調整方面需要大量勞動力。
[0029]並且，若分別獨立地將高能量離子注入裝置的各構成設備搭載於支架上來進行裝配調整，則主要裝置整體有可能成為例如寬度約為7m且總長約為20m的大小。近來，製造CXD和CMOS攝像元件時，採用向基板的深部注入具有超高能量(3?IOMeV)的離子的工序，在進行這種注入時使用超高能量離子注入裝置。為了實現這種超高能量的射束線，需要以較長的高頻加速部為中心，連接多個射束線部件，有可能成為總長更長的射束線。此時，不得不在射束線兩側取更寬廣的維護用空間，並且射束線的長度直接成為裝置的長度，射束線兩側的維護用空間直接成為裝置的寬度。
[0030]在半導體元件製造工序中包括多種半導體製造裝置，離子注入裝置也與其他裝置相同，要求節省空間和限制裝置的長度。然而，不僅因為裝置內部的各設備的大小，還因為要確保它們的維護空間等，因此裝置尺寸變大，並且由於射束線的長度直接成為裝置的長度，因此存在沿射束線方向變長的趨勢。
[0031]因此，本實施方式中，通過以下所示的結構的高能量離子注入裝置，能夠確保對離子注入裝置的作業性且抑制設置面積。
[0032]以下，參考附圖對用於實施本發明的方式進行詳細說明。另外，【專利附圖】

【附圖說明】中對相同要件賦予相同符號，並適當省略重複說明。並且，以下敘述的結構只是示例，並非對本發明的範圍進行任何限定。
[0033](高能量離子注入裝置)
[0034]首先，對本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置的結構進行簡單說明。離子為帶電粒子種類中的一種，本說明書的內容不僅適用於離子束的裝置，還適用於帶電粒子束的裝置。
[0035]圖1是示意地表示本實施方式所涉及的離子注入裝置100的概略布局和射束線的圖。
[0036]本實施方式所涉及的離子注入裝置100為具有高能量離子束線的高頻直線(線形)加速方式的離子注入裝置，為由離子源10產生的離子進行加速並作為離子束沿具有相對置的長直線部的U字狀射束線傳輸到晶片(基板)200並注入到晶片200的離子注入裝置。U字狀射束線由多個單元構成。其中，「具有相對置的長直線部的U字狀」可以理解為例如當整個離子注入裝置的配置為長方形時，後述的高能量多段直線加速部的長邊方向成為長方形配置的長邊的布局。
[0037]多個單元分別以同一平面為基準配置成大致水平。並且，能夠對多個單元中幾乎所有單元進行作業的作業空間Rl設置在U字狀射束線的中央區域。進一步設置有能夠使操作人員在作業空間Rl與外部之間移動的連通路P。由此，操作人員能夠輕鬆地進入至設置在U字的中央部的作業空間Rl的深處，提高維護和調整的作業效率。
[0038]離子注入裝置100具備離子束產生單元12、高能量多段直線加速部14、偏轉單元16、射束傳輸線部18及基板處理供給單元20。離子束產生單元12具有離子源10、提取電極40及質譜分析裝置22。離子束產生單元12中，射束從離子源10通過提取電極提取的同時被加速，已提取加速的射束通過質譜分析裝置22進行質譜分析。質譜分析裝置22具有質譜分析磁鐵22a及質譜分析狹縫22b。通常，質譜分析狹縫22b配置在質譜分析磁鐵22a的剛剛之後，但實施例中配置在其下一個構成即高能量多段直線加速部14的入口部內。
[0039]通過質譜分析裝置22進行質譜分析的結果，僅挑選注入所需的離子種類，所挑選的離子種類的離子束導入到接下來的高能量多段直線加速部14。通過高能量多段直線加速部14，進一步被多段加速的離子束的方向通過偏轉單元16而發生變化。偏轉單元16具有能量過濾分析儀24、軌道調整透鏡即軌道調整四極透鏡26、能量限制狹縫28及角度偏轉磁鐵30。另外，能量過濾分析儀24例如為能量過濾偏轉磁鐵(E.F.M.)。
[0040]射束傳輸線部18為用於傳輸出自偏轉單元16的離子束的裝置，其具有由會聚/發散透鏡組構成的射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及最終能量過濾分析儀(AEF) 38 (包括最終能量分離狹縫)。在射束傳輸線部18的下遊側的末端設置有基板處理/基板輸送供給單元20，該單元為配置有通過離子束注入離子的晶片200的注入處理室。
[0041]如此將各單元配置成U字狀的離子注入裝置100抑制了設置面積且確保了良好的作業性。並且，離子注入裝置100中，通過將各單元和各裝置設為模塊構成，從而能夠對準射束線基準位置而進行裝卸、組裝。
[0042]接著，對構成離子注入裝置100的各單元、各裝置進一步進行詳述。
[0043](離子束產生單元)
[0044]圖2 Ca)是表示離子束產生單元的概略結構的俯視圖，圖2 (b)是表示離子束產生單元的概略結構的側視圖。
[0045]如圖2 (a)、圖2 (b)所示，在配置於射束線最上遊的離子源10的出口側，設置有用於從在離子腔室內生成的等離子體提取離子束的提取電極40。在提取電極40的下遊側附近，設置有抑制從提取電極40提取的離子束中所含的電子朝向提取電極40逆流的提取抑制電極42。
[0046]離子源10與離子源高壓電源46連接。在提取電極40與端子48之間連接有提取電源50。在提取電極40的下遊側配置有用於從入射的離子束中分離出預定的離子並將已分離的離子束取出的質譜分析裝置22。
[0047](高能量多段直線加速部)
[0048]圖3是表示高能量多段直線加速部14的概略結構的俯視圖。高能量多段直線加速部14具備進行離子束的加速或減速的多個線形加速裝置即I個以上的高頻諧振器14a。換言之，高能量多段直線加速部14能夠通過高頻(RF)電場的作用而對離子進行加速或減速。圖3中，高能量多段直線加速部14由具備高能量離子注入用的基本的多段的高頻諧振器14a的第I直線加速器15a、及進一步具備超高能量離子注入用的追加的多段的高頻諧振器14a的第2直線加速器15b構成。
[0049]在具備普通的加速系統的離子注入裝置中，能夠通過分析輕鬆地決定關係到加速的運行參數。例如，利用在大部分離子注入裝置中使用的靜電場的加速方法中，形成靜電場的電源的設定電壓V[kV]通過以下式(1)，由所希望的離子的價數η與所希望的能量E[keV]輕鬆地決定。
[0050]V=E/n......式(I)
[0051]當使用多段的靜電場時，將其合計電壓設為V即可。另一方面，在使用高頻(RF)力口速的離子注入裝置中，作為高頻參數必須考慮電壓的振幅V[kV]、頻率f [Hz]。並且，當進行多段的高頻加速時，將彼此的高頻相位Φ [deg]作為參數加進去。此外，當存在用於通過會聚/發散效果來控制離子束在加速中途和加速後沿橫向擴散的磁場透鏡(例如四極電磁鐵)或靜電場透鏡(例如靜電四極電極)時，它們的運行參數的最佳值根據離子通過該處的時刻的離子能量而發生改變，而且加速電場的強度會影響到會聚和發散，因此，在決定高頻參數之後再決定它們的值。
[0052]在使用靜電場的加速方法中，由形成靜電場的電源電壓V[kV]和提取的離子的電價數η單值決定離子束的能量E[keV]。此時，離子的能量由以下式(2)表示。
[0053]E=n.V......式(2)
[0054]因此，能量分析電磁鐵的磁場測定其本身在決定能量方面沒有直接的作用。
[0055]然而，例如在利用高頻(RF)加速的離子注入裝置中，加速後的離子束的能量具有一定的擴散。因此，將離子注入到矽晶片等基板之前，需要根據電場或磁場分析能量，僅挑選具有所希望的能量的離子束。一般來說，分析時從操作的容易性出發而使用電磁鐵，但此時離子束側的能量具有一定的寬度，因此必須由電磁鐵的磁場計算出能量。
[0056]離子的能量E[keV]由下式(3)表示。
[0057]E=4.824265X IO4X (B2.P 2.n2)/m......式(3)
[0058]其中，m[amu]為離子的質量數、η為離子的電價數、P [m]為電磁鐵內的射束軌道的曲率半徑、B[T]為磁場(磁通量密度)。其中，由注入條件已知m與n，P為恆定。因此，磁場B的測定直接關係到能量E的測定。
[0059]並且，近年來進行開發的非常低能量的離子注入裝置中，逐漸無法忽視等離子體電位的影響給予離子能量的影響。因此，僅以提取電壓決定正確的離子束的能量變得更難，但即使在這種情況下基於最終的能量分析電磁鐵的精密的磁場測定進行的能量計算仍是有效的。
[0060](高能量多段直線加速部)
[0061]圖4是表示包括多個高頻線形加速器的高能量多段直線加速部及會聚發散透鏡的控制系統的結構的框圖。
[0062]高能量多段直線加速部14中包括I個以上的高頻諧振器14a。作為高能量多段直線加速部14的控制所需的構成要件需要:輸入裝置52，其用於操作員輸入所需的條件；控制運算裝置54，其用於由所輸入的條件數值計算各種參數，並進一步對各構成要件進行控制；振幅控制裝置56，其用於調整高頻振幅；相位控制裝置58，其用於調整高頻相位；頻率控制裝置60，其用於控制高頻頻率；高頻電源62 ;會聚發散透鏡電源66，其用於會聚發散透鏡64;顯示裝置68，其用於顯示運行參數；及存儲裝置70，其用於存儲已被決定的參數。並且，控制運算裝置54中內置有用於預先對各種參數進行數值計算的數值計算代碼(程序)。
[0063]在由靜電壓對離子進行加速的離子注入裝置中，能夠通過分析輕鬆地決定加速參數。因此，由操作員對加速條件(離子的價數)和所希望的能量等進行輸入，或者僅由上位計算機進行指令，由離子注入裝置的控制裝置計算需要的加速參數(電壓)並自動進行設定。而且，可發現用於得到目標能量射束的參數的組合。即，為了得到目標能量射束，由操作員或者上位計算機對輸入裝置52輸入所希望的離子的種類、離子的價數、離子源的提取電壓及最終需要的能量值。
[0064]另一方面，在高頻線形加速器中，控制運算裝置54通過內置的數值計算代碼，以所輸入的條件為基礎對離子束的加速、減速及會聚和發散進行模擬來算出高頻參數(振幅、頻率、相位)以獲得最佳的傳輸效率。並且，同時還算出用於有效地傳輸離子束的會聚發散透鏡64的參數(電流、電壓中的至少I個)。在顯示裝置68中顯示計算出的各種參數。對於超過高能量多段直線加速部14的能力的加速/減速條件，意味著無解的顯示內容顯示於顯示裝置68。
[0065]振幅參數由控制運算裝置54送至振幅控制裝置56，振幅控制裝置56對高頻電源62的振幅進行調整。相位參數送至相位控制裝置58，相位控制裝置58對高頻電源62的相位進行調整。頻率參數送至頻率控制裝置60。頻率控制裝置60對高頻電源62的輸出頻率進行控制，並且對高能量多段直線加速部14的高頻諧振器14a的諧振頻率進行控制。控制運算裝置54還根據所算出的會聚發散透鏡參數對會聚發散透鏡電源66進行控制。
[0066]多段的高頻諧振器14a上交替地具備有發散透鏡或會聚透鏡，而在第2直線加速器15b的末端的會聚透鏡64a的後方配置有追加的發散透鏡64b，對通過高能量多段直線加速部14的高能量加速離子束的會聚量與發散量進行調整，以使最佳的二維射束剖面的離子束入射至後段的偏轉單元。
[0067]通過高能量多段直線加速部14後的離子束因高頻電場的影響產生在能量分布的擴散。因此，通過後述的偏轉單元16以可以僅使所希望的能量的離子通過的方式進行分析、限制、分離。另外，符號L表示離子束的中心軌道。
[0068](偏轉單元)
[0069]如圖1所示,偏轉單元16包括作為能量過濾偏轉磁鐵(E.F.M.)的能量過濾分析儀24、軌道調整四極透鏡26、能量限制狹縫28及角度偏轉磁鐵30。在本實施方式所涉及的偏轉單元16中，如下構成所使用的多個電磁鐵。
[0070]偏轉單元16將多個電磁鐵裝置用作能量分析裝置及橫向的彎曲(射束進路改變)裝置，並且將能量限制狹縫28配置於能量過濾分析儀24與角度偏轉磁鐵30之間。並且，將比能量限制狹縫28更靠上遊的電磁鐵中的至少I個構成為能量分析裝置(能量過濾分析儀24)，並將比能量限制狹縫更靠下遊的電磁鐵中的至少I個用作橫向的彎曲裝置(角度偏轉磁鐵30)。
[0071]並且，在能量限制狹縫28的上遊側且能量限制狹縫28與能量過濾分析儀24之間，作為橫向會聚透鏡而配置有軌道調整四極透鏡26。軌道調整四極透鏡26例如能夠由四極透鏡(靜電式或者磁場式)構成。並且，為了穩定地運用真空泵，有效的是將真空泵配置在不受能量過濾分析儀24和角度偏轉磁鐵30的電磁鐵的漏磁場影響的位置上。例如可以在能量限制狹縫28附近配置漏氣排出用真空泵。
[0072]如此，偏轉單元16能夠通過使用多個磁鐵來使離子束偏轉180°。由此，能夠以簡易的結構實現射束線為U字狀的離子注入裝置100。
[0073]並且，設置於比離子限制狹縫28更靠上遊側的、包括電磁鐵的能量過濾分析儀24可以構成為相對於上遊的高能量多段直線加速部14能夠裝卸或連結。並且，由模塊式射束線單元構成後述的射束傳輸線部18時，設置於比能量限制狹縫28更靠下遊側的角度偏轉磁鐵30可以構成為相對於下遊的射束傳輸線部18能夠裝卸或連結。
[0074]如後述的圖5 Ca)所示，偏轉單元16利用能量過濾分析儀24來90°偏轉出自高能量多段直線加速部14的離子束。由於出自高能量多段直線加速部14的離子束在能量分布上具有一定寬度的擴散，因此構成為，對於能量寬度的擴散，利用能量分析儀使射束軌道橫向分散(起因於能量的不同)，並利用能量限制狹縫28在橫向上僅使需要的能量的離子束通過，從而進行能量分析，並且利用角度偏轉磁鐵30來90°偏轉射束路徑，並使離子束入射到後述的射束傳輸線部18的射束整形器32中。射束整形器32對已入射的射束進行整形並供給到射束掃描器34中。並且，如後述的圖5 (b)所示，構成為通過軌道調整四極透鏡26的透鏡作用，調整因射束能量的微分布而產生的離子束軌道的偏離，使到達晶片的射束成為大致I個軌道。
[0075]如上所述，對由離子源產生的離子進行加速而傳輸到晶片並進行打入的離子注入裝置中，偏轉單元16在高能量多段直線加速部14與射束傳輸線部18之間利用多個磁鐵進行離子束的180°偏轉。即，能量過濾分析儀24的磁鐵及角度偏轉磁鐵30分別構成為偏轉角度成為90度，其結果，構成為合計偏轉角度成為180度。另外，由I個磁鐵進行的偏轉量不限於90°，也可以是以下組合。[0076](I) I個偏轉量90°的磁鐵+2個偏轉量45°的磁鐵
[0077](2)3個偏轉量60°的磁鐵
[0078](3) 4個偏轉量45°的磁鐵
[0079](4) 6個偏轉量30°的磁鐵
[0080](5) I個偏轉量60°的磁鐵+1個偏轉量120°的磁鐵
[0081](6) I個偏轉量30°的磁鐵+1個偏轉量150°的磁鐵
[0082](射束傳輸線部)
[0083]圖5 (a)、圖5 (b)是表示EFM/能量分析/BM、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略結構的俯視圖。圖6 (a)是表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束線到基板處理供給單元為止的概略結構的俯視圖，圖6 (b)是表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束線到基板處理供給單元為止的概略結構的側視圖。
[0084]通過偏轉單元16隻有所需的離子種類被分離，成為只有需要的能量值的離子的射束通過射束整形器32整形為所希望的剖面形狀。如圖5、圖6所示，射束整形器32由Q(四極)_透鏡等(靜電式或者磁場式)會聚/發散透鏡組構成。具有已整形的剖面形狀的射束通過射束掃描器34沿平行於圖6 (a)的平面的方向掃描。例如，構成為包括縱向會聚(橫向發散)透鏡QF/縱向發散(橫向會聚)透鏡QD/縱向會聚(橫向發散)透鏡QF的3極Q透鏡組。根據需要，射束整形器32能夠分別由縱向會聚橫向發散QF、縱向發散橫向會聚QD單獨構成、或者多個組合構成。
[0085]射束掃描器34為通過周期性變動的電場沿與離子束的行進方向正交的水平方向使離子束周期性往復掃描的偏轉掃描裝置(也被稱為射束掃描器)。
[0086]射束掃描器34為靜電式(電場式)偏轉掃描裝置時，在射束行進方向上具備使夾著離子束的通過區域的方式隔著間隙相對置配置的一對(2個)對置掃描電極(雙極偏轉掃描電極)，進行近似於數Hz?數kHz的周期性變動的三角波的正負電壓變更控制的掃描電壓分別以相反符號的電壓施加到2個對置電極。該掃描電壓在間隙內生成使通過此處的射束偏轉的電場。並且，通過改變掃描電壓，通過間隙的射束沿水平方向掃描。
[0087]在射束掃描器34的下遊側，在離子束的通過區域具備開口的抑制電極74配置在2個接地電極78a、78b之間。在上遊側，雖然在掃描電極的前方配置了接地電極76a，但根據需要能夠將抑制電極配置在緊接著接地電極之後。抑制電極抑制電子向正電極侵入。
[0088]如圖5所示，在高能量多段直線加速部14的直線加速部殼體內的最前部和掃描器殼體內的最前部的射束整形器32的剛剛前部分別配置有用於測量離子束的總束電流值的注入器旗標法拉第杯(Injector flag Faraday cup)80a、80b。各注入器旗標法拉第杯80a、80b構成為能夠通過驅動機構在射束線上從上下方向(或水平方向)進出，並且，構成為沿水平方向較長的長方形的鬥狀且將開口部朝向射束線的上遊側，除了測量入射到開口部的離子束的總束電流的目的之外，還用於根據需要在射束線上完全切斷到達射束線下遊的離子束。並且，注入器旗標法拉第杯80a、80b、射束掃描器34、抑制電極74及接地電極76a、78a、78b容納於掃描器殼體82內。另外，如前述，在注入器旗標法拉第杯80a的剛剛之前的高能量多段直線加速部14的入口部內配置有質譜分析狹縫22b，且構成為單一的質譜分析狹縫、或者根據質量的大小選擇寬度不同的多個狹縫的方式、或者能夠將質量狹縫寬度無等級或按多級變更的方式。[0089]在掃描殼體內，在射束掃描器34的下遊側，於較長的區間設置有射束掃描空間部，其構成為射束掃描角度狹小時也能夠得到充分的掃描寬度。在射束掃描空間部的下遊即掃描殼體的後方，以使所偏轉的離子束成為射束掃描偏轉前的離子束的方向的方式，即與射束線成平行化的方式設置有再偏轉的射束平行化器36。
[0090]在射束平行化器36上配置有平行化透鏡84。如圖6所示，平行化透鏡84由上部單元與下部單元這上下成對的組體構成，在上部單元與下部單元之間設置有使離子束通過的空間部，上部單元與下部單元這上下成對的組體分別由弓形、非圓形曲線形、大致圓弧形、< 字形等多個電極構成，自上遊側起，最初的電極(第I個)與最後的電極(第3個)保持在接地電位上。中間的電極上連接有平行化電源(可變式負電源(η段時為負正負、負正負正負……))90，在第I個電極與第2個電極、及第2個電極與第3個電極之間產生使射束的軌道改變的方向的偏轉電場(具有射束會聚作用)，從而離子束被給予階段性朝向與射束線軌道方向平行的方向的作用，沿水平方向偏轉的離子束成為與偏轉掃描前的離子束行進方向(射束線軌道方向)平行的離子束。另外，可在最初的電極(第I個)與最後的電極(第3個)的各自的剛剛之前或剛剛之後分別配置防止電子的流入的抑制電極。另外，通過如上述的電場進行平行化時，在各電極之間產生加速或減速，離子的能量也產生變化，但由於平行化單元的入口與出口的電位相同，因此成為作為整體不會產生能量變化的結構。
[0091]如此，由射束掃描器34掃描的射束通過包括平行化透鏡等的射束平行化器36被平行化，相對於與掃描前的離子束行進方向(射束線軌道方向)平行的偏轉角為O度的軸平行。
[0092]出自平行化透鏡84的離子束送至構成最終能量過濾分析儀38的角能量過濾器(AEF) 94。在角能量過濾器94中進行與剛要向晶片注入之前的離子束的能量相關的最終分析，只有需要的能量值的離子種類被選擇，並且與此相配合而進行已中性化的無價數的中性粒子、或離子價數不同的離子的去除。基於該電場偏轉的角能量過濾器(AEF =AngularEnergy Filter) 94通過由在射束線軌道方向的上下方向上相對置的一對平面或曲面構成的板狀的偏轉電極構成， 並與在射束線軌道方向的上下方向上通過角能量過濾器(AEF) 94本身的偏轉作用而向下方逐漸彎曲的離子束軌道對準而彎曲。
[0093]如圖6 (a)、圖6 (b)所不，電場偏轉用電極由一對AEF電極104構成,並且配置為從上下方向夾持離子束。一對AEF電極104中，分別將正電壓施加於上側的AEF電極104,且將負電壓施加於下側的AEF電極104。因電場產生偏轉時,通過在一對AEF電極104之間產生的電場的作用，使離子束向下方偏轉約10~20度，只有目標能量的離子束被選擇。如圖6 (b)所示，在角能量過濾器94中，只有由被選擇的能量值構成的離子束以所設定的軌道角度向下方偏轉。只有由如此被選擇的離子種類構成的射束被照射到被照射物即晶片200 中。
[0094]另外，如圖10所示，沿上下方向相對置的一對板狀的偏轉電極204可以設定為在與離子束軌道相配合而彎曲時，沿前後η分割，且各自的上部電極和下部電極分別保持為相同電位的板狀電極。並且，被前後η分割的板狀偏轉電極除了將上部電極和下部電極分別保持為相同電位的結構之外，作為η分割的上下一對的板狀電極，也可以設定為各自不同的電位設定(固定電位或者可變電位)。
[0095]並且，角能量過濾器94在角能量過濾器94的上遊側具備接地電極108，且具備在下遊側的2個接地電極之間設置了 AEF抑制電極110的電極組。該AEF抑制電極110抑制電子侵入正電極。
[0096]利用配置在角能量過濾器94的最下遊側的接地電極的左右端的劑量杯122測定作為劑量目標的注入時的束電流的量。另外，可以在AEF腔室102的出口側設置用於接收未以角能量過濾器94偏轉而直線行進的中性粒子等的擋料板114。
[0097]另外，圖6 (a)中，與晶片200相鄰示出的箭頭是表示射束沿這些箭頭的方向被掃描的情況，圖6 (b)中，與晶片200相鄰示出的箭頭是表示晶片200沿這些箭頭的方向往復移動、即被機械掃描的情況。即，若射束例如設定為沿一軸嚮往復掃描，則晶片200以通過未圖示的驅動機構沿與上述一軸向成直角的方向往復移動的方式被驅動。
[0098]將晶片200輸送供給到預定位置並進行基於離子注入的處理的基板處理供給單元20具備工藝腔室(注入處理室)116。工藝腔室116與AEF腔室102連通。在工藝腔室116內配置有能量限制狹縫(EDS =Energy Defining Slit) 118。能量限制狹縫118限制具有所用之外的能量值和價數的離子束通過，由此只精密地分離具有已通過AEF的所用的能量值和價數的離子束，為此構成為沿掃描方向橫長的狹縫。並且，能量限制狹縫118為了調整狹縫分離的間隔，也可以從上下方向以可動式部件構成狹縫體。另外，也可以構成為可動式的上下切換狹縫部件具備多個狹縫面，在切換這些狹縫面之後，通過進一步使上下狹縫的軸沿上下方向調整、旋轉，從而變更為所希望的狹縫寬度。通過將這些多個狹縫面根據離子種類依次進行切換，也能夠設定為降低交叉汙染的結構。
[0099]等離子體淋浴器120根據離子束的束電流量將低能量電子供給到軌道上的離子束和晶片200的前表面，且對由離子注入產生的正電荷的充電進行中和並抑制所述充電。另外，也可以在等離子體淋浴器120的左右端配置用於測定劑量的劑量杯(未圖示)，以此來代替配置在角能量過濾器94的最下遊側的接地電極的左右端的劑量杯122。具體而言，進入與電流測定電路連接的左右劑量杯的離子束通過從GND電位逐漸流過該電路的電子被中性化，因此通過測定該電子的流動能夠進行離子束的測定。
[0100]射束剖面儀124具備用於進行離子注入位置上的束電流的強弱測定的射束剖面儀杯(省略圖示)。射束剖面儀124—邊在離子注入前等使其向水平方向移動，一邊沿與射束掃描相同的方向測定離子注入位置的離子束密度。當射束剖面測定的結果，離子束的預想不均勻性(PNU Predicted Non Uniformity)不滿足工藝要求時，修正射束掃描器34的施加電壓的控制函數，自動地調整為滿足工藝條件。並且，也可以構成為在射束剖面儀124上並設垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略圖示)，以此來測定射束形狀/射束X_Y位置，從而確認注入位置上的射束形狀，並進行射束寬度和射束中心位置的確認。
[0101]在射束線的最下遊配置有具有能夠遍及所有晶片區域測量掃描範圍的離子束的束電流測量功能的橫長法拉第杯126，並構成為測量最終安裝射束。另外，為了降低交叉汙染，橫長法拉第杯126可以設定為能夠根據離子種類切換三稜鏡的3個面的三面結構法拉第杯的切換式底面。
[0102]如前所述，如圖1所示，離子注入裝置100中，各單元以包圍作業空間Rl的方式配置成U字狀。因此，位於作業空間Rl中的操作人員能夠通過最小限度的移動對較多單元進行部件的更換、維護及調整。以下，以射束掃描器為例，對能夠向單元內部進行接入的開閉機構進行說明。[0103]圖7是從上方觀察射束掃描器的一例的主要部分的橫剖面圖。圖8是表示射束掃描器的裝卸自如結構的一例的立體圖。圖9是從下遊側觀察沿離子束線的中途路徑裝卸自如地安裝有射束掃描器的一例的結構的正面剖視圖。
[0104]如圖7、圖8所示，射束掃描器134在箱體150內容納、設置有一對偏轉電極128、130、安裝在它們的上遊側附近的接地電極132、及安裝在它們的下遊側附近的接地電極133。在箱體150的上遊側側面及下遊側側面且與接地電極132、133的開口部對應的位置上分別設置有比上遊側開口部(省略圖示)、接地電極133的開口部更大的開口部152A (參考圖8)。
[0105]偏轉電極與電源的連接通過饋通結構來實現。另一方面，在箱體150的上表面設置有用於將偏轉電極128、130與電源連接的端子155、156及接地用端子157。並且，在箱體150上，在與射束軸平行化的2個側面設置有裝卸和攜帶方便的把手151。另外，圖7所示的排氣口 170A-3為用於降低射束掃描器134內的壓力的真空排氣用排氣口，其與未圖示的真空排氣裝置連接。
[0106]如圖9所示，箱體150滑動自如地設置在被固定設置於支架160上的射束導向盒170內。射束導向盒170充分大於箱體150，在底部鋪設有用於能夠使箱體150滑動的2根導軌。導軌沿與射束軸正交的方向延伸，其一端側的射束導向盒170的側面通過門扇172設定為開閉自如。由此，在保養、檢查射束掃描器134時，能夠輕鬆地從射束導向盒170取出箱體150。另外，為了鎖住推入射束導向盒170內的箱體150，在導軌的另一端設置有卡止機構(未圖示)。在射束導向盒170的上遊側側面且與箱體150的上遊側開口部對應的位置上設置有開口部170A-1，並且在射束導向盒170的下遊側側面且與箱體150的下遊側開口部152A對應的位置上設置有開口部170A-2。
[0107]開口部170A-2由於射出的射束被偏轉，因此需要設定為比開口部152A更大。在端子153?157上連接有導線(省略圖示)，但在裝卸箱體150時被卸下。
[0108]這些掃描器周邊的單元部件為維護射束線時的作業對象，維護作業能夠輕鬆地在作業空間Rl實施。進行高能量多段直線加速部14的維護作業時，也同樣能夠輕鬆地在作業空間Rl實施。
[0109]以上，本實施方式所涉及的離子注入裝置100通過高能量多段直線加速部14對由離子束產生單元12生成的離子束進行加速，並且通過偏轉單元16進行方向轉換，並照射到位於設置在射束傳輸線部18的末端的基板處理供給單元20的基板上。
[0110]並且，離子注入裝置100作為多個單元包括高能量多段直線加速部14及射束傳輸線部18。並且，高能量多段直線加速部14及射束傳輸線部18配置為夾著圖1所示的作業空間Rl而相對置。由此，優選作為直線配置的高能量多段直線加速部14及射束傳輸線部18被分別配置，因此能夠抑制離子注入裝置100的總長。並且，在被夾在高能量多段直線加速部14與射束傳輸線部18之間的作業空間Rl中，能夠進行相對於高能量多段直線加速部14和射束傳輸線部18的各裝置的作業。
[0111]並且，構成離子注入裝置100的多個單元包括:離子束產生單元12，其設置在射束線的上遊側且產生離子束；基板處理供給單元20，其設置在射束線的下遊側且供給並處理被注入離子的基板；及偏轉單元16，其設置在從離子束產生單元12朝向基板處理供給單元20的射束線的中途且偏轉射束線的軌道。並且，將離子束產生單元12及基板處理供給單元20配置於射束線整體的一側，並將偏轉單元16配置於射束線整體的另一側。由此，需要維護的離子源10、需要基板的供給及取出的基板處理供給單元20相鄰而配置，因此操作人員的移動較少也沒有問題。
[0112]並且，高能量多段直線加速部14具備進行離子的加速的多個一系列線形加速裝置，多個一系列線形加速裝置各自可以具有共同的連結部。由此，根據向基板注入的離子所需要的能量，能夠輕鬆地變更線形加速裝置的數量和種類。
[0113]並且，掃描器裝置即射束掃描器34及平行化透鏡裝置即射束平行化器36可作為與相鄰單元的連結部而具有標準化的形狀。由此，能夠輕鬆地變更線形加速裝置的數量和種類。並且，射束掃描器34和射束平行化器36可根據高能量多段直線加速部14所具備的線形加速裝置的結構及數量被選擇。
[0114]並且，也可以構成為在離子注入裝置100中使各裝置的框架與真空腔室一體化，並對準裝置框架或真空腔室的基準位置而進行組裝，由此能夠進行射束的定心(位置調整)。由此，繁雜的定心作業變為最小限度，能夠縮短裝置調試時間，能夠抑制因作業錯誤產生的軸的偏移。並且，也可以以模塊單位實施連續的真空腔室彼此的定心。由此能夠降低作業負荷。並且，可以將已模塊化的裝置的大小設定為裝置容易移動的大小以下。由此，能夠降低模塊和離子注入裝置100的移動設置負荷。
[0115]並且，離子注入裝置100也可以將包括高能量多段直線加速部14、射束傳輸線部18及排氣裝置等的構成設備組裝於一體的支架上。並且，離子注入裝置100設定為在平面基盤上大致同一水平面上包含高能量多段直線加速部14、偏轉單元16及射束傳輸線部18。由此，能夠將離子注入裝置100以固定於同一水平面的平面基盤上的狀態下進行調整，並對每個塊直接進行搬運，因此傳輸時很少產生調整偏差，省了很多在現場進行再調整的麻煩。因此，能夠避免將很多熟練人員帶到現場並使他們長時間滯留的不經濟性。
[0116]並且，若使上述平面基盤形成於中間而非支架的底板上，則能夠在平面基盤上只搭載與離子束軌道直接相關的上述設備。而且，將相對於這些的輔助設備即高頻立體電路等部件全部組裝於形成在平面基盤下方的空間中，從而提高空間利用率，能夠實現更小型的離子注入裝置。
[0117]因此，即使在設置場所不富餘的場所也能夠設置上述離子注入裝置100，並以在製作工場內進行組裝調整的狀態直接傳輸至需要的位置，能夠通過現場裝配、最終調整而使用。並且，離子注入裝置100能夠實現耐於標準半導體製造工場的半導體製造裝置線的利用標準以上的高能量離子注入。
[0118]並且，對各單元和各裝置的布局進行設計，從而與以往相比離子注入裝置100被大幅小型化，能夠容納於以往的一半左右的設置長度內。並且，本實施方式所涉及的離子注入裝置在製造工場內將各構成要件組裝於基盤上，在基盤上進行位置調整而確定了離子束軌道的狀態下直接搭載到傳輸車上傳輸到現場，並在按支架進行安裝的基礎上稍微調整而去除傳輸中產生的偏差，就能夠使裝置運轉。因此，即使不是熟練人員也能夠格外輕鬆且準確地實施現場調整，並且能夠縮短調試期間。
[0119]並且，通過取如較長U字狀折回型射束線的布局，能夠實現可將最高5?SMeV的高能量離子以高精度注入的離子注入裝置。並且，該離子注入裝置通過具有中央通路(中央區域)的該布局，以較小的設置面積具有充分的維護區域。並且，在離子注入裝置運行時，通過因使用靜電平行化透鏡、靜電掃描器和靜電AEF等而得到的低消耗電力的運行，能夠減少消耗電力。換言之，本實施方式所涉及的離子注入裝置具有使用靜電偏轉式平行化透鏡裝置而得到的掃描束的平行化機構，從而能夠進行低消耗電力的運行。
[0120]以上，參考上述實施方式對本發明進行了說明，但本發明不限定於上述實施方式，將實施方式的結構適當進行組合和置換的裝置也包含於本發明的範圍內。並且，也可以根據本領域的技術人員的知識對各實施方式中的組合和處理的順序適當進行改變、或對各實施方式施加各種設計變更等變形，施加有這種變形的實施方式也能夠包含於本發明的範圍內。
【權利要求】
1.一種離子注入裝置，其具備對由離子源生成的離子束進行加速的多個單元、及對掃描束進行調整而注入到晶片中的多個單元，該離子注入裝置的特徵在於， 通過將對掃描束進行調整的多個單元的長度構成為與對離子源及離子束進行加速的多個單元大致相同長度的長直線部，構成具有相對置的長直線部的水平U字狀的折回型射束線。
2.根據權利要求1所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述離子注入裝置設為如下布局:將能夠對所述多個單元進行作業的作業空間設置於具有相對置的長直線部的U字狀的折回型射束線的中央區域，並將該中央區域作為維護區域而具備。
3.根據權利要求2所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述多個單元包括高能量多段直線加速部和射束傳輸線部， 所述高能量多段直線加速部和所述射束傳輸線部配置為，隔著所述U字狀的折回型射束線的所述作業空間相對置。
4.根據權利要求3所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述多個單元包括: 離子束產生單元，其設置於射束線的上遊側且產生離子束； 基板處理供給單元，其設置於射束線的下遊側且供給注入離子的基板並對其進行處理；及· 偏轉單元，其設置於從所述離子束產生單元朝向所述基板處理供給單元的射束線中途，且偏轉離子束的軌道， 將所述離子束產生單元和所述基板處理供給單元配置於射束線整體的一側， 將所述偏轉單元配置於射束線整體的另一側。
5.根據權利要求4所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述離子束產生單元包括離子源、提取電極及質譜分析裝置， 所述偏轉單元包括能量過濾分析儀， 所述射束傳輸線部包括射束整形器、射束掃描器、射束平行化器及最終能量過濾分析儀， 對在所述離子束產生單元生成的離子束，利用所述高能量多段直線加速部進行加速，並且通過所述偏轉單元進行方向轉換，並照射到在所述射束傳輸線部的末端所設置的所述基板處理供給單元中的基板上。
6.根據權利要求4或5所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述偏轉單元包括能量過濾磁鐵、軌道調整透鏡、能量狹縫及角度偏轉磁鐵。
7.根據權利要求6所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述能量過濾磁鐵和所述角度偏轉磁鐵構成為，合計的偏轉角度成為180度。
8.根據權利要求6所述的離子注入裝置，其特徵在於， 所述能量過濾磁鐵和所述角度偏轉磁鐵分別構成為，偏轉角度成為90度。
9.根據權利要求2至8中任一項所述的離子注入裝置，其特徵在於， 具有通過使用靜電偏轉式平行化透鏡裝置而得到的掃描束的平行化布局。
10.根據權利要求2至9中任一項所述的離子注入裝置，其特徵在於，能夠使操作人員在所述作業空間與外部之間移動的連通路設置在所述U字狀的折回型射束線的入口部。
11.一種離子注入裝置，其特徵在於， 由第I部分、第2部分及第3部分構成高能量離子注入射束線，其中，所述第I部分具有由離子束產生單元和高能量多段直線加速部形成的長的軌道；所述第2部分用於通過包括能量過濾分析儀的偏轉單元進行方向轉換；所述第3部分具有由包括射束整形裝置、掃描裝置、靜電平行化透鏡裝置及最終能量過濾器的射束傳輸線部形成的長的軌道， 通過相對置地配置所述第I部分與所述第3部分，構成實現高能量高精度注入的具有相對置的長直線部 的U字狀的裝置布局。
【文檔編號】H01J37/317GK103854942SQ201310498939
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2012年12月4日
【發明者】椛澤光昭, 渡邊一浩, 安藤一志, 稻田耕二, 山田達也 申請人:斯伊恩股份有限公司