高能量離子注入裝置製造方法

2023-05-02 02:03:12

高能量離子注入裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種高能量離子注入裝置，精度良好地將已掃描的高能量離子束平行化。本發明的高能量離子注入裝置具備：射束生成單元，具有離子源和質量分析裝置；高能量多段直線加速單元；高能量射束的偏轉單元，將高能量離子束朝向晶片進行方向轉換；及射束傳輸線單元，將已偏轉的高能量離子束傳輸到晶片。射束傳輸線單元具有射束整形器、高能量用射束掃描器、高能量用射束平行化器及高能量用最終能量過濾器。並且，高能量用射束平行化器為通過電場重複高能量射束的加速和減速並且將掃描束平行化的電場式射束平行化器。
【專利說明】高能量離子注入裝置

【技術領域】
[0001]本申請主張基於2013年5月28日申請的日本專利申請第2013-112036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]本發明涉及一種高能量離子注入裝置。

【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向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，從而使導電性發生變化，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]隨著半導體元件的高集成化/高性能化，一直使用能夠用於更深地打入到半導體晶片中的高能量的離子注入的裝置。這種裝置特別地被稱為高能量離子注入裝置。作為其中一例，有以串列式靜電加速器構成離子束的加速系統的方法(參考專利文獻I)。
[0005](批次式(batch-type))
[0006]並且，長期以來還使用具備進行高頻加速的高頻線形加速器的批次處理式高能量離子注入裝置(參考專利文獻2)。
[0007]批次處理式離子注入為如下的方法，即將十幾片矽晶片載於直徑為Im左右的鋁盤的外周側，一邊使圓盤以每分鐘1000次的旋轉程度高速旋轉，一邊均勻地注入離子。為了不使晶片因離心力而飛出，圓盤的載有晶片的部分相對於旋轉面(與旋轉軸正交的面)賦予5°左右的角度。由於該角度和晶片的旋轉運動，批次處理式離子注入方法存在在晶片的中心部和端部注入角度(離子射入到晶片的角度)前後相差1° (注入角度偏差)的問題。
[0008]一般，在晶片的晶片上存在想進行離子注入的區域和無法進行離子注入的區域，無法進行離子注入的區域能夠由被稱為光致抗蝕層的有機物覆蓋。離子在注入時不能穿透光致抗蝕層，因此在高能量離子注入時所塗布的光致抗蝕層變得非常厚。雖然需要注入的區域通過光刻法去掉光致抗蝕層，但若集成度高且注入區域微小，則會出現離子被垂直打入由聳立的光致抗蝕層的壁部包圍的深孔的底部的情況。向這種高縱橫比的結構注入離子時需要較高的注入角度精度。
[0009]尤其，在製造如(XD等聞品質的攝像兀件中，越深地注入尚子，解析度就越提聞，且靈敏度變高，因此也逐漸開始進行超高能量的離子注入(3?SMeV)。此時，被允許的注入角度誤差為0.1°左右，無法使用具有較大注入角度偏差的批次式裝置。
[0010](單晶片式高能量離子注入裝置)
[0011]因此，近年來單晶片式高能量離子注入裝置被投入使用(專利文獻3)。批次方式固定射束並移動晶片(圓盤上的旋轉運動)，由此在水平方向上進行均勻的注入，而單晶片式裝置中移動射束(沿水平方向進行射束掃描)固定晶片。該方式中通過使掃描束平行化，不僅能夠在晶片面內使注入劑量均勻，還能夠使注入角度均勻，可以解決注入角度偏差的問題。另外，兩種方式都是通過以一定的速度使晶片平行移動來實現鉛垂方向的劑量均勻性，但通過該運動不會產生角度誤差。
[0012]除此以外，由於單晶片式離子注入裝置在進行少數幾片的處理時沒有多餘的矽晶片的消耗等，因此適合多品種少量生產，近年來需求不斷增加。
[0013]但在高品質攝像元件的生產中，不僅要求角度精度，而且還有諸如沒有金屬汙染、注入損傷(退火之後的殘餘結晶缺陷)較小、注入深度精度(能量精度)良好等很多嚴格的要求，單晶片式離子注入裝置中也留許多待改善之處。
[0014]在以往的單晶片式高能量離子注入裝置中，作為高能量加速方式使用串列式靜電加速裝置，或高頻加速方式的重離子線性加速器(線形加速器)。
[0015]在這種加速系統的下遊設置有能量過濾磁鐵、射束掃描器及通過磁場進行掃描軌道的平行化的平行(平行化)磁鐵。並且，通過平行磁鐵成為不論射束在哪個掃描位置，向晶片的射入角(注入角)均相同。離子的能量至3?4MeV左右。
[0016]並且，在與高能量離子注入裝置相比更低能量的區域(10?600keV)中使用的(單晶片式)中電流離子注入裝置的一部分中，使用通過電場(電極)將掃描軌道平行化的電場平行透鏡(專利文獻4)。電場平行透鏡能夠保持軌道的對稱性並且將掃描軌道平行化，因此比平行磁鐵更能提高角度精度。並且，在該裝置中，在晶片的附近安裝有被稱為AEF(Angular Energy Filter)的電場式偏轉電極。通過AEF能夠去除在射束傳輸過程中價數發生變化的離子和在射束線產生的粒子，因此能夠提供純度較高的射束。
[0017]專利文獻1:日本專利第3374335號公報
[0018]專利文獻2:日本特開2000-11944號公報
[0019]專利文獻3:美國專利第8035080號公報
[0020]專利文獻4:日本特開2003-288857號公報


【發明內容】

[0021]本發明是鑑於這種狀況而完成的，其目的之一在於提供一種對所掃描的高能量的離子束進行精度良好地平行化的的高能量離子注入裝置。
[0022]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對從離子源提取的離子束進行加速，沿著射束線傳輸到晶片並注入到該晶片中的高能量離子注入裝置。其中，該裝置具備:射束生成單元，具有離子源和質量分析裝置；高能量多段直線加速單元，對離子束進行加速而生成高能量離子束；高能量射束的偏轉單元，使高能量離子束朝向晶片進行方向轉換；射束傳輸線單元，將已偏轉的高能量離子束傳輸到晶片；及基板處理供給單元，將傳輸到的高能量離子束均勻地注入到半導體晶片中。射束傳輸線單元具有射束整形器、高能量用射束掃描器、高能量用射束平行化器及高能量用最終能量過濾器。並且，構成為，對從所述偏轉單元出來的高能量離子束通過所述射束掃描器在射束線的基準軌道的兩側進行掃描，並且通過射束平行化器將其平行化，且通過高能量用最終能量過濾器去除質量、離子價數及能量中至少任意一個不同的混入離子後注入到晶片中。並且，高能量用射束平行化器為通過電場重複高能量射束的加速和減速並且將掃描束平行化的電場式射束平行化器。
[0023]發明效果:
[0024]根據本發明的一方式，能夠左右對稱地將已掃描的高能量的離子束平行化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是示意地表示本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置的概略布局與射束線的圖。
[0026]圖2(a)是表示離子束生成單元的概略結構的俯視圖，圖2(b)是表示離子束生成單元的概略結構的側視圖。
[0027]圖3是表示包括高能量多段直線加速單元的概略結構的整個布局的俯視圖。
[0028]圖4是表示直線狀排列有多個高頻諧振器前端的加速電場(間隙)的高能量多段直線加速單元及會聚發散透鏡的控制系統的結構的框圖。
[0029]圖5 (a)、圖5 (b)是表示EFM(能量分析用偏轉電磁鐵)、能量寬度限制狹縫、能量分析狹縫、BM(橫向中心軌道補正用偏轉電磁鐵)、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略結構的俯視圖。
[0030]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。
[0031]圖7是從上方觀察射束掃描器的一例的主要部分的示意圖。
[0032]圖8是從側面觀察射束掃描器的一例的主要部分的示意圖。
[0033]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示意性主視圖。
[0034]圖10是表示角能量過濾器的偏轉電極的另一方式的示意圖。
[0035]圖11(a)是示意地表示作為橫向會聚透鏡的四極透鏡的俯視圖，圖11(b)是示意地表示四極透鏡的主視圖。
[0036]圖12 (a)、圖12 (b)是表示電磁鐵的結構的一例的立體圖。
[0037]圖13是示意地表示電磁鐵所具備的開閉裝置的圖。
[0038]圖14(a)是從正面觀察與注入器法拉第杯(Injector Farady cup)結構大致相同的旋轉變壓器法拉第杯(Resolver Farady cup)的示意圖，圖14(b)是用於說明旋轉變壓器法拉第杯的動作的示意圖。
[0039]圖15是從正面觀察橫長法拉第杯的示意圖。
[0040]圖16是表示本實施方式的一形態的射束平行化器的概略結構的俯視圖。
[0041]圖17(a)是表示本實施方式的一形態的射束平行化器的概略結構的俯視圖，圖17(b)是表示本實施方式的一形態的射束平行化器的概略結構的側視圖。
[0042]圖18是表示本實施方式的變形例所涉及的射束平行化器的概略結構的俯視圖。
[0043]圖中:L1_射束線，10-離子源，12-離子束生成單元，14-高能量多段直線加速單元，16-射束偏轉單元，18-射束傳輸線單元，20-基板處理供給單元，22-質量分析裝置，24-能量分析電磁鐵，26-橫向會聚四極透鏡，28-能量分析狹縫，30-偏轉電磁鐵，32-射束整形器，34-射束掃描器，36-射束平行化器，38-最終能量過濾器，64-會聚發散透鏡，74-抑制電極，84-平行化透鏡，90-平行化電源，94-最終能量過濾器，100-高能量離子注入裝置，135-加速用電極，135a-開口部，136-減速用電極，136a-開口部，137-射束平行化器，138-加速用電極，139-減速用電極，140、141-平行化電源，142-射束平行化器，147-第I平行化電源，148-第2平行化電源，200-晶片。

【具體實施方式】
[0044]以下對本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置的一例進一步進行詳細說明。首先，對本發明人等想到本發明的過程進行說明。
[0045](平行化磁鐵)
[0046]使用通過偏轉磁場使軌道平行化的平行化磁鐵的以往的高能量離子注入裝置有如下問題。
[0047]若向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，該漏氣的分子與束離子相互作用，一部分離子的價數發生變化。若通過平行化磁鐵時該價數發生變化，則偏轉角發生改變，因此射束的平行性被破壞，朝向晶片的注入角變得不同。
[0048]並且，所注入的離子的量(個數或者劑量)通過利用置於晶片附近的法拉第杯測定束電流值而求出，但因價數變化，其測量值產生偏差，偏離預定的注入量，無法成為如所預定的半導體元件的特性。
[0049]而且，通過I臺平行化磁鐵進行的平行化在內側軌道與外側軌道上的偏轉角和軌道長度不同，因此越靠外側軌道，價數發生變化的離子的比例越大，晶片面內的劑量均勻性也惡化。
[0050]因此，以往的高能量離子注入裝置的射束傳輸方式無法充分滿足最近的高精度的注入的要求。
[0051]並且，平行化磁鐵需要在掃描方向上寬度較寬的磁極和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，除了需要強化半導體工場本身的強度設計之外，消耗電力也變得非常大。
[0052]如果能夠在高能量區域使用在前述中電流離子注入裝置中所使用的電場平行化透鏡和電場(電極式)能量過濾器(AEF:AnguIar Energy Filter),則可解決這些問題。電場平行化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，且不會產生如平行化磁鐵那樣的掃描方向的注入角度的偏差，結果，能夠均勻地注入準確的深度方向的注入分布和注入量(劑量)，並且注入角度也變得相同，可實現精度非常高的離子注入。並且，由重量輕的電極部件構成，因此與電磁鐵相比還可減少消耗電力。
[0053]本發明的核心之處在於發明了一種將該中電流離子注入裝置的優異的系統導入到高能量離子注入裝置，為高能量裝置且能夠進行與中電流裝置同等的高精度注入的裝置。以下，對在該過程中所解決的課題進行說明。首要問題是裝置的長度。
[0054]將離子束偏轉相同角度時，所需磁場與能量的平方根成比例，而所需電場則與能量本身成比例。因此，偏轉磁極的長度與能量的平方根成比例，而偏轉電極的長度與能量成比例而變長。若欲想在高能量離子注入裝置中搭載所述電場平行化透鏡和電場AEF來實現高精度角度注入，則射束傳輸系統(從掃描器到晶片為止的距離)與使用平行化磁鐵的以往的裝置相比大幅變長。
[0055]例如，作為通過這種電場具備平行化機構的高能量離子注入裝置，與以往的高能量離子注入裝置相同地可考慮將離子源、質量分析磁鐵、串列式靜電加速裝置或者高頻線形加速裝置、射束掃描器、掃描軌道平行化裝置、能量過濾器、注入處理室及基板輸送設備(末端站)等構成設備裝配成大致直線狀的結構。此時，以往的裝置的長度為8m左右，而裝置的總長長至20m左右，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。這種大型離子注入裝置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。
[0056]由於這種狀況，本發明的一方式中的射束線的結構的目的在於，通過實現能夠確保充分的作業區域且簡化/效率化設置位置的設定、準備及設置作業和維護作業，並抑制設置面積的技術，提供一種具備有電場平行化透鏡和電場能量過濾器的高精度的高能量離子注入裝置。
[0057](U字狀的折回型射束線)
[0058]前述目的可通過如下方式來實現，即由包括對在離子源生成的離子束進行加速的多個單元的長直線部；及包括對掃描束進行調整而注入到晶片中的多個單元的長直線部構成高能量離子注入裝置的射束線，並設為具有相對置的長直線部的水平U字狀的折回型射束線。根據從離子源起對離子進行加速的單元的長度，使包括射束掃描器、射束平行化器、能量過濾器等的射束傳輸單元的長度構成為與所述長度大致相同的長度，從而實現這種布局。並且，為了進行維護作業，在2條長直線部之間設置有充分廣的空間。
[0059]本發明的一方式是以這種射束線的布局為前提而完成的，其目的在於提供一種通過電場將已掃描的高能量的離子束左右對稱地平行化，因此在漏氣較多的環境下，也能夠精度良好地進行離子注入。
[0060]本發明的一方式的高能量離子注入裝置為對在離子源產生的離子進行加速而生成離子束，沿著射束線將離子束傳輸到晶片並注入到該晶片中的高能量離子注入裝置，該裝置具備:射束生成單元，具有離子源和質量分析裝置；高能量多段直線加速單元，對離子束進行加速而生成高能量離子束；高能量射束的偏轉單元，使高能量離子束朝向晶片進行方向轉換；高能量射束傳輸線單元，將已偏轉的高能量離子束傳輸到晶片；及基板處理供給單元，將傳輸到的高能量離子束均勻地注入到半導體晶片中。射束傳輸線單元具有射束整形器、高能量用射束掃描器、高能量用射束平行化器及高能量用最終能量過濾器，並構成為，對從所述偏轉單元出來的高能量離子束通過射束掃描器在射束線的基準軌道的兩側進行掃描，通過射束平行化器維持左右對稱性並使掃描束的各軌道與基準軌道平行，且通過最終能量過濾器去除質量、離子價數及能量等不同的混入離子後注入到所述晶片中。高能量用射束平行化器具備加速用電極對，使離子束加速並且向接近基準軌道側的方向偏轉；及減速用電極對，使離子束減速並且向接近基準軌道側的方向偏轉，並由具有至少2組以上的該加速用電極對及該減速用電極對的加速減速電極透鏡組構成。
[0061]根據本發明的一方式，能夠左右對稱地將已掃描的高能量的離子束平行化。由此，即使在漏氣較多的狀態下，也能夠均勻地注入注入量(劑量)，並且也能夠以相同的注入角度注入，實現了精度較高的離子注入。並且，由重量輕的電極部件構成，因此與電磁鐵相比能夠減少消耗電力。
[0062]在此，本實施方式的一形態的高能量離子注入裝置為對在離子源產生的離子進行加速，沿著射束線作為離子束傳輸到晶片並注入到晶片中的離子注入裝置。該裝置為將已平行化的離子束高精度地照射到機械掃描移動中的晶片並注入到晶片中的裝置，其具備:高能量多段直線加速單元，對離子束進行加速而生成高能量離子束；偏轉單元，將高能量離子束的軌道朝向晶片進行方向轉換；及射束傳輸線單元，將已偏轉的高能量離子束傳輸到曰曰曰/T ο
[0063]從對離子束進行高加速的高頻(交流方式)的高能量多段直線加速單元出來的高能量離子束具有一定範圍的能量分布。因此，為了對後段的高能量的離子束進行射束掃描及射束平行化後將其照射到機械掃描移動中的晶片，需要事先實施高精度的能量分析、中心軌道補正及射束會聚發散的調整。
[0064]射束偏轉單元具備至少2個高精度偏轉電磁鐵，至少I個能量寬度限制狹縫和能量分析狹縫，及至少I個橫向會聚設備。多個偏轉電磁鐵構成為，精密地補正高能量離子束的能量分析和離子注入角度，及抑制能量分散。高精度偏轉電磁鐵中進行能量分析的電磁鐵上安裝有核磁共振探頭和霍爾探頭，而其他電磁鐵上僅安裝有霍爾探頭。核磁共振探頭用於霍爾探頭的校正，霍爾探頭用於磁場恆定的反饋控制。
[0065]射束傳輸線單元能夠對高能量的離子束進行射束掃描及射束平行化，將掃描束高精度地照射到機械掃描移動中的晶片並注入離子。
[0066]以下，參考附圖對本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置的一例進一步進行詳細說明。另外，【專利附圖】

【附圖說明】中對相同要件添加相同符號，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。
[0067](高能量離子注入裝置)
[0068]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。另外，本說明書的內容不僅能夠適用於作為帶電粒子的種類之一的離子束，還能夠適用於涉及所有帶電粒子束的裝置。
[0069]圖1是示意地表示本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置100的概略布局和射束線的圖。
[0070]本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置100是具有高頻線形加速方式的離子加速器和高能量離子傳輸用射束線的離子注入裝置，且對在離子源10產生的離子進行加速，沿著射束線作為離子束傳輸到晶片(基板)200並注入到晶片200中。
[0071]如圖1所示，高能量離子注入裝置100具備:離子束生成單元12，生成離子並進行質量分析；高能量多段直線加速單元14，對離子束進行加速而使其成為高能量離子束；射束偏轉單元16，進行高能量離子束的能量分析、中心軌道補正及能量分散的控制；射束傳輸線單元18，將已分析的高能量離子束傳輸到晶片；及基板處理供給單元20，將傳輸到的高能量離子束均勻地注入到半導體晶片中。
[0072]離子束生成單元12具有離子源10、提取電極40及質量分析裝置22。離子束生成單元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量分析裝置22進行質量分析。質量分析裝置22具有質量分析磁鐵22a及質量分析狹縫22b。質量分析狹縫22b有時會配置在緊接質量分析磁鐵22a的正後方，但實施例中配置在其下一個構成即高能量多段直線加速單元14的入口部內。
[0073]通過質量分析裝置22進行質量分析的結果，僅挑選出注入所需的離子種類，挑選出的離子種類的離子束被導入到之後的高能量多段直線加速單元14。通過高能量多段直線加速單元14，進一步被加速的離子束的方向通過射束偏轉單元16而發生變化。
[0074]射束偏轉單元16具有能量分析電磁鐵24、抑制能量分散的橫向會聚的四極透鏡26、能量寬度限制狹縫27 (參照後述的圖5)、能量分析狹縫28及具有轉向功能的偏轉電磁鐵30。另外，能量分析電磁鐵24有時被稱為能量過濾電磁鐵(EFM)。高能量離子束通過偏轉單元進行方向轉換，並朝向基板晶片的方向。
[0075]射束傳輸線單元18用於傳輸自射束偏轉單元16離開的離子束，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及最終能量過濾器38 (包括最終能量分離狹縫)。射束傳輸線單元18的長度根據離子束生成單元12和高能量多段直線加速單元14的長度而設計，在射束偏轉單元16處連結而形成整體為U字狀的布局。
[0076]在射束傳輸線單元18的下遊側的末端設置有基板處理供給單元20，在注入處理室內容納有:射束監測器，測量離子束的束電流、位置、注入角度、會聚發散角、上下左右方向的離子分布等；抗靜電裝置，防止由離子束產生的基板的靜電；晶片輸送機構，搬入和搬出晶片(基板)200並設置到適當的位置/角度；ESC(Electrc) Static Chuck)，在離子注入時保持晶片；及晶片掃描機構，在注入時以與射束電流的變動相應的速度使晶片向射束掃描方向和直角方向移動。
[0077]如此將各單元配置成U字狀的高能量離子注入裝置100減少了設置面積且能夠確保良好的作業性。並且，高能量離子注入裝置100中，通過將各單元和各裝置設為模塊結構，從而能夠根據射束線基準位置而進行裝卸、組裝。
[0078]接著，對構成高能量離子注入裝置100的各單元、各裝置進一步進行詳細說明。
[0079](離子束生成單元)
[0080]圖2(a)是表示離子束生成單元的概略結構的俯視圖，圖2(b)是表示離子束生成單元的概略結構的側視圖。
[0081]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(電弧室)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。
[0082]離子源10與離子源高壓電源44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射入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量分析裝置22。
[0083]如後述的圖5所示，在高能量多段直線加速單元14的直線加速部殼體內的最前部配置有用於測量離子束的總束電流值的法拉第杯80a(注入器(Injector))。
[0084]圖14(a)是從正面觀察與注入器法拉第杯80a的結構大致相同的旋轉變壓器法拉第杯80b的示意圖，圖14(b)是用於說明旋轉變壓器法拉第杯80b的動作的示意圖。
[0085]注入器法拉第杯80a構成為能夠通過驅動機構在射束線上從上下方向進出，並且，構成為在水平方向長的長方形的鬥狀形狀，且將開口部朝向射束線的上遊側，在調整離子源和質量分析電磁鐵時，除了測量離子束的總束電流的目的以外，還用於根據需要在射束線上完全截斷到達射束線下遊的離子束。另外，如前述，在注入器法拉第杯80a正前方的高能量多段直線加速單元14的入口部內配置有質量分析狹縫22b，且構成為單一的質量分析狹縫、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變更為無等級或多級的方式。
[0086](高能量多段直線加速單元)
[0087]圖3是表示包含高能量多段直線加速單元14的概略結構的整體布局的俯視圖。高能量多段直線加速單元14具備進行離子束的加速的多個線形加速裝置即夾著I個以上的高頻諧振器14a的加速間隙。高能量多段直線加速單元14能夠通過高頻(RF)電場的作用而對離子進行加速。圖3中，高能量多段直線加速單元14由具備高能量離子注入用的基本的多段高頻諧振器14a的第I線形加速器15a，及進一步具備超高能量離子注入用的追加的多段高頻諧振器14a的第2線形加速器15b構成。
[0088]另一方面，在使用高頻(RF)加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]。而且，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，需要用於通過會聚/發散效果來控制離子束在加速中途和加速後向上下左右擴散的磁場透鏡(例如四極電磁鐵)或電場透鏡(例如靜電四極電極)，它們的運轉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。
[0089]圖4是表示直線狀排列有多個高頻諧振器前端的加速電場(間隙)的高能量多段直線加速單元及會聚發散透鏡的控制系統的結構的框圖。
[0090]高能量多段直線加速單元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單元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，其用於調整高頻電壓振幅；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，其用於顯示運轉參數；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碼(程序)。
[0091]在高頻線形加速器的控制運算裝置54中，通過內置的數值計算碼，以所輸入的條件為基礎對離子束的加速及會聚和發散進行模擬來算出高頻參數(電壓振幅、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(Q線圈電流、或者Q電極電壓)。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單元14的能力的加速條件,表示無解的顯示內容顯示於顯示裝置68。
[0092]電壓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單元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。
[0093]在高頻線形加速器的內部或者其前後配置有所需數量的用於有效地傳輸離子束的會聚發散透鏡64。即，在多段高頻諧振器14a的前端的加速間隙的前後交替地具備有發散透鏡或會聚透鏡，而在第2線形加速器15b的末端的橫向會聚透鏡64a(參考圖5)的後方配置有追加的縱向會聚透鏡64b (參考圖5)，對通過高能量多段直線加速單元14的高能量加速離子束的會聚和發散進行調整，以使最佳的二維射束剖面的離子束射入至後段的射束偏轉單元16。
[0094]在高頻線形加速器的加速間隙產生的電場的方向每幾十納米秒切換對離子進行加速的方向和進行減速的方向。為了將離子束加速至高能量，在所有幾十處的加速間隙中離子進入到加速間隙時電場必須朝向加速方向。在某一加速間隙被加速的離子直到下一加速間隙的電場朝向加速方向為止期間必須通過2個加速間隙之間的電場被屏蔽的空間(漂移空間)。過快或者過慢都會被減速，因此無法達到高能量。在所有的加速間隙跟上加速相位成為非常嚴格的條件，因此達到預定能量這種情況成為通過了由高頻線形加速器進行的針對質量、能量及電荷(決定速度的因素)的嚴格的挑選的情況。這表示，高頻線形加速器也可稱為優秀的速度過濾器。
[0095](射束偏轉單元)
[0096]如圖1所示,射束偏轉單元16包括作為能量過濾偏轉電磁鐵(EFM)的能量分析電磁鐵24、能量寬度限制狹縫27(參考圖5)、能量分析狹縫28、控制偏轉後的能量分散的橫向會聚的四極透鏡26及具有注入角度補正功能的偏轉電磁鐵30。
[0097]圖5 (a)、圖5 (b)是表示EFM(能量分析用偏轉電磁鐵)、能量寬度限制狹縫、能量分析狹縫、BM(橫向中心軌道補正用偏轉電磁鐵)、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略結構的俯視圖。另外，圖5(a)中示出的符號L表示離子束的中心軌道。
[0098]通過高能量多段直線加速單元14後的離子束因同步加速器振蕩形成能量分布。並且，加速相位的調整量較大時，中心值稍微偏離預定的能量的射束有時會從高能量多段直線加速單元14射出。因此，通過後述的射束偏轉單元16以僅有所希望的能量離子可以通過的方式設定能量過濾偏轉磁鐵(EFM)的磁場，並通過能量寬度限制狹縫27和能量分析狹縫28使射束的一部分選擇性地通過，從而使離子的能量與設定值一致。可以通過的離子束的能量寬度能夠由能量寬度限制狹縫和能量分析狹縫的開口的橫向寬度預先設定。只有通過了能量分析狹縫的離子被導入到後段的射束線並注入到晶片中。
[0099]若具有能量分布的離子束射入到在前述的反饋環路控制系統將磁場控制成恆定值的能量過濾電磁鐵(EFM)，則所有的射入離子束均沿著設計軌道偏轉並引起能量分散，在所希望的能量寬度範圍內的離子通過設置於EFM出口附近的能量寬度限制狹縫27。在該位置上，能量分散向最大值逐漸增加，且由發射度得到的射束尺寸σ J沒有能量寬度時的射束尺寸)向最小值逐漸減小，而由能量分散得到的射束寬度比基於發射度的射束寬度寬。以狹縫截斷這種狀態的離子束時，空間分布被清晰地截斷，但能量分布以與2 σ i對應的能量寬度而成為較鈍的切口。換言之，例如，即使將狹縫寬度設定為與3%的能量寬度對應的尺寸，也會有與預定注入能量的能量差小於3%的離子的一部分撞到狹縫壁而消失，相反能量差大於3%的離子的一部分則通過狹縫。
[0100]能量分析狹縫設置於σ i成為極小的位置。在該位置上，O i與狹縫寬度相比小到可以忽略的程度，因此能量分布也與空間分布幾乎相同地被清晰地截斷。例如，能量分析狹縫的開口寬度也設定為相當於能量寬度的3%的尺寸(0.03 11)時，可以通過能量寬度限制狹縫的能量差超過3 %的離子全部在此被阻斷。其結果，最初為矩形的能量分布的射束通過2條狹縫之後變成在0%具有峰值，高度在±3%處減到1/2，之後急劇降低至零的圓頂狀的分布。能量差較小的離子的數量相對變多，因此與僅設置一條能量分析狹縫並保持大致矩形的能量分布而通過狹縫時相比，能量寬度實質減小。
[0101]通過線性加速器進行加速的射束的能量稍微偏離預定注入能量時，雙狹縫系統具有通過削去能量分布的端部的效果而使通過後的射束的能量偏離減小的效果。例如，能量寬度為±3%且還有3%的能量偏離時，通過雙狹縫後的能量分布變成所述圓頂狀分布的能量的正(Plus)側的一半，其分布的重心即能量中心大致到ΛΕ/Ε = 1%附近。另一方面，當以單一能量分析狹縫截斷時，中心成為ΛΕ/Ε = 1.5%。使分布不清晰的效果一定向抑制能量中心偏離的方向起作用。
[0102]如此，在具有能量寬度和能量偏離這雙方的加速系統中，為了縮小能量寬度和能量中心的偏離這雙方而提高能量精度，有效的是通過雙狹縫進行的能量限制。
[0103]能量分析電磁鐵需要較高的磁場精度，因此安裝有進行精密的磁場測定的高精度的測定裝置86a、86b(參考圖5(b))。測定裝置86a、86b是適當組合了也被稱為MRP(磁共振探頭)的NMR(核磁共振)探頭和霍爾探頭的裝置，MRP用於校正霍爾探頭，霍爾探頭用於對磁場進行一定的反饋控制。並且，能量分析電磁鐵以嚴密的精度製造，以使磁場的不均勻性小於0.01%。而且，各個電磁鐵上連接有電流設定精度和電流穩定度為1X10_4以上的電源及其控制設備。
[0104]並且，在能量分析狹縫28的上遊側且能量分析狹縫28與能量分析電磁鐵24之間，作為橫向會聚透鏡而配置有四極透鏡26。四極透鏡26可由電場式或者磁場式構成。由此，離子束被U字狀偏轉後的能量分散得到抑制，且射束尺寸變小，因此能夠高效率地傳輸射束。並且，在偏轉電磁鐵的磁極部電導減小，因此有效的是例如在能量分析狹縫28附近配置漏氣排出用真空泵。使用磁懸浮式渦流分子泵時，必須設置於不受能量分析電磁鐵24和偏轉電磁鐵30的電磁鐵洩露磁場影響的位置。通過該真空泵，能夠防止在偏轉單元的由殘餘氣體散射引起的束電流的下降。
[0105]若在高能量多段直線加速單元14中的四極透鏡、分散調整用四極透鏡26及射束整形器32上存在較大的裝配誤差，則如圖5 (b)所示的射束的中心軌道變形，射束容易撞到狹縫而消失，也導致最終的注入角度和注入位置的偏差。然而，在水平面上，根據具有注入角度補正功能的偏轉電磁鐵30的磁場補正值，射束的中心軌道一定通過射束掃描器34的中心。由此，矯正注入角度的偏離。而且，若向射束掃描器34施加適當的偏移電壓，則從掃描器到晶片為止的中心軌道的變形消失，注入位置的左右偏離被解除。
[0106]通過射束偏轉單元16時的各偏轉電磁鐵的離子受到離心力和洛倫茲力的作用，它們相互配合畫出圓弧狀的軌跡。該配合用公式mv = qBr來表示。m為離子的質量、v為速度、q為離子的價數、B為偏轉電磁鐵的通磁量密度、r為軌跡的曲率半徑。只有該軌跡的曲率半徑r與偏轉電磁鐵的磁極中心的曲率半徑一致的離子能夠通過偏轉電磁鐵。換言之，離子的價數相同時，能夠通過施加有恆定的磁場B的偏轉電磁鐵的離子為只具有特定動量的mv的離子。EFM被稱為能量分析電磁鐵，但實際上是分析離子動量的裝置。BM和離子生成單元的質量分析電磁鐵都是動量過濾器。
[0107]並且，射束偏轉單元16能夠通過使用多個磁鐵來使離子束偏轉180°。由此，能夠以簡單的結構實現射束線為U字狀的高能量離子注入裝置100。
[0108]如圖5 (a)所示，射束偏轉單元16利用能量分析電磁鐵24將從高能量多段直線加速單元14出來的離子束偏轉90°。並且利用軌道補正兼用偏轉磁鐵30將射束路徑進一步偏轉90°，並射入到後述的射束傳輸線單元18的射束整形器32。射束整形器32對已射入的射束進行整形並供給到射束掃描器34。並且，通過圖5(b)所示的四極透鏡26的透鏡作用防止由射束的能量分散引起的發散，或者利用由能量分散引起的射束擴大效果來防止射束變得過小。
[0109]圖11 (a)是示意地表示作為橫向會聚透鏡的四極透鏡的俯視圖，圖11 (b)是示意地表示四極透鏡的主視圖。圖11(a)的俯視圖中示出四極透鏡26的射束線行進方向的電極長度，並且示出針對能量分析器(EFM偏轉磁鐵)24挑選的能量的射束，橫向發散的射束通過四極透鏡26被橫向會聚的作用。圖11(b)的主視圖中示出通過由四極透鏡26的電極產生的會聚發散作用引起的射束的橫向會聚作用。
[0110]如上所述，對在離子源產生的離子進行加速而傳輸到晶片並打入離子注入裝置中，射束偏轉單元16在高能量多段直線加速單元14與射束傳輸線單元18之間利用多個電磁鐵進行離子束的180°偏轉。即，能量分析電磁鐵24及軌道補正兼用偏轉電磁鐵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。
[0111](I) I個偏轉量90°的磁鐵+2個偏轉量45°的磁鐵
[0112]⑵3個偏轉量60 °的磁鐵
[0113](3) 4個偏轉量45 °的磁鐵
[0114]⑷6個偏轉量30 °的磁鐵
[0115](5) I個偏轉量60°的磁鐵+1個偏轉量120°的磁鐵
[0116](6) I個偏轉量30°的磁鐵+1個偏轉量150°的磁鐵
[0117]作為能量分析部的射束偏轉單元16是U字狀的射束線中的折迴路，構成該單元的偏轉電磁鐵的曲率半徑r限定能夠傳輸的射束的最大能量，並且是決定裝置的整個寬度和中央的維護區域的寬度的重要參數(參考圖5)。通過將曲率半徑的值最佳化，不用降低最大能量就可以將裝置的整個寬度抑制到最小。並且，由此，高能量多段直線加速單元14與射束傳輸線單元18之間的間隔變寬，能夠確保充分的作業空間Rl (參考圖1)。
[0118]圖12(a)、圖12(b)是表示電磁鐵的結構的一例的立體圖。圖13是示意地表示電磁鐵所具備的開閉裝置的圖。如圖12(a)、圖12(b)所示，構成能量分析電磁鐵24和偏轉電磁鐵30的電磁鐵例如由上磁軛87、下磁軛88 (*確認附圖)、內側側磁軛89a、外側側磁軛89b、上杆(未圖示)、下杆93、上線圈91a及下線圈91b構成。並且如圖13所示,外側側磁軛89b分割成2個部件89bl和8%2，並通過開閉裝置92a、92b成為能夠在外側左右對開，其未圖示，且構成為能夠裝卸構成射束線引導件容器。
[0119]並且，射束偏轉單元16的中央部的真空容器，例如容納有能量寬度限制狹縫27、四極透鏡26、能量分析狹縫28等的容器為能夠從射束線輕鬆裝卸的結構。由此，能夠在進行維護作業時，在U字狀射束線中央的工作區內輕鬆地進出。
[0120]高能量多段直線加速單元14具備進行離子加速的多個線形加速裝置。多個線形加速裝置分別具有共通的連結部，且該連結部相對於在多個電磁鐵中比能量分析狹縫28更靠上遊側的能量分析電磁鐵24以可裝卸的方式構成。同樣地，射束傳輸線單元18也可相對於偏轉電磁鐵30以可裝卸的方式構成。
[0121]並且，設置於比能量分析狹縫28更靠上遊側的、包括電磁鐵的能量分析電磁鐵24可以構成為相對於上遊的高能量多段直線加速單元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單元18時，設置於比能量分析狹縫28更靠下遊側的偏轉電磁鐵30可以構成為相對於下遊的射束傳輸線單元18能夠裝卸或連結。
[0122]線性加速器和射束偏轉單元分別配置於平面支架上，且構成為通過各自的設備的離子束軌道實際上包含於I個水平面上(除了最終能量過濾器偏轉後的軌道)。
[0123](射束傳輸線單元)
[0124]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。
[0125]通過射束偏轉單元16隻有所需的離子種類被分離，成為只有所需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(電場式或者磁場式)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，構成為包括橫向會聚(縱向發散)透鏡QF/橫向發散(縱向會聚)透鏡QD/橫向會聚(縱向發散)透鏡QF的3極Q透鏡組。根據需要，射束整形器32能夠分別由橫向會聚透鏡QF、橫向發散透鏡QD單獨構成，或者組合多個而構成。
[0126]如圖5所示，在掃描器殼體內的最前部的射束整形器32的正前部配置有用於測量離子束的總束電流值的法拉第杯80b (稱為旋轉變壓器法拉第杯)。
[0127]圖14(a)是從正面觀察旋轉變壓器法拉第杯80b的示意圖，圖14(b)是用於說明旋轉變壓器法拉第杯80b的動作的示意圖。
[0128]旋轉變壓器法拉第杯80b構成為能夠通過驅動機構在射束線上從上下方向進出，並且，構成為在水平方向具有長邊的長方形的鬥狀形狀且將開口部朝向射束線的上遊側，在調整線性加速器及射束偏轉部時，除了測量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截斷到達射束線下遊的離子束。並且，旋轉變壓器法拉第杯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。
[0129]射束掃描器34是通過周期變動的電場以沿與離子束的行進方向正交的水平方向對離子束周期性地進行往復掃描的偏轉掃描裝置(也被稱為射束掃描器)。
[0130]有關射束行進方向，射束掃描器34具備以夾著離子束的通過區域的方式相對置地配置的I對(2個)對置掃描電極(雙極偏轉掃描電極)，近似於以0.5Hz?4000Hz範圍的恆定頻率正負變動的三角波的掃描電壓分別以相反符號被施加到2個對置電極。該掃描電壓在2個對置電極的間隙內生成使通過此處的射束偏轉並變動的電場。並且，根據掃描電壓的周期性變動，通過間隙的射束沿水平方向被掃描。
[0131]進行高能量離子注入時，在矽晶片內部生成的結晶損傷的量與掃描頻率成反比。並且，結晶損傷量有時會影響所生產的半導體設備的質量。此時，能夠通過自由設定掃描頻率來提高所生產的半導體設備的質量。
[0132]而且，在沒有施加掃描電壓的狀態下，為了補正在晶片附近測量的射束位置偏離的量，偏移電壓(固定電壓)重疊於掃描電壓。通過該偏移電壓，掃描範圍不會左右偏離，能夠實現左右對稱的離子注入。
[0133]在射束掃描器34的下遊側，在離子束的通過區域具有開口的抑制電極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有接地電極76a，但根據需要能夠配置與下遊側相同結構的抑制電極。抑制電極抑制電子向正電極侵入。
[0134]並且，在偏轉電極87a、87b的上方和下方配置有接地屏蔽板89。接地屏蔽板防止附帶於射束的二次電子從外側繞進並流入射束掃描器34的正電極。通過抑制電極和接地屏蔽板，掃描器的電源受到保護，並且離子束的軌道得以穩定化。
[0135]射束掃描器34的後方具備射束駐留(Beam Park)功能。射束駐留構成為對通過射束掃描器的離子束根據需要進行水平大偏轉並導入到射束收集器中。
[0136]射束駐留為如下系統，即若進行離子注入時產生電極的放電等沒有預料到的障礙，並在該狀態下繼續注入動作，則產生劑量的均勻性不良等的注入不良時，瞬時(1ys以內)中止射束傳輸的系統。實際上，在觀察到射束電流顯著降低的瞬間，將射束掃描電源的輸出電壓提高到與最大掃描寬度對應的電壓的1.5倍，並將射束導入到平行透鏡旁邊的射束收集器中。通過存儲產生障礙的時刻的晶片上的射束照射位置，在解除障礙後進行上下掃描運動的晶片到達該位置的瞬間，使射束返回到原來的軌道，由此像什麼都沒有發生一樣繼續離子注入。
[0137]在掃描殼體內，射束掃描空間部在射束掃描器34的下遊側被設置於較長的區間內，其構成為即使射束掃描角度狹小時也能夠得到充分的掃描寬度。在位於射束掃描空間部的下遊的掃描殼體的後方，以使已偏轉的離子束的方向成為射束掃描偏轉前的離子束的方向的方式進行調整，即設置有與射束線成為平行的方式彎曲返回的射束平行化器36。
[0138]在射束平行化器36產生的像差(射束平行化器的中心部與左右端部的焦點距離之差)與射束掃描器34的偏轉角的平方成比例，因此將射束掃描空間部設為較長且將偏轉角設為較小非常有助於抑制射束平行化器的像差。若像差較大，則向半導體晶片注入離子束時，在晶片中心部和左右端部射束尺寸和射束髮散角不同，因此有時會在產品的質量上產生偏差。
[0139]並且，通過調整該射束掃描空間部的長度，能夠使射束傳輸線單元的長度與高能量多段直線加速單元14的長度一致。
[0140]圖7是從上方觀察射束掃描器的一例的主要部分的示意圖。圖8是從側面觀察射束掃描器的一例的主要部分的示意圖。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示意性主視圖。
[0141]如圖7、圖8所示，射束掃描器134在箱體150內容納、設置有I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。
[0142]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與電源連接的端子及接地用端子。並且，在箱體150上，在與射束軸平行的2個側面設置有裝卸和攜帶方便的把手。另外，在箱體150內形成有用於降低射束掃描器134內的壓力的真空排氣用開口部，其與未圖示的真空排氣裝置連接。
[0143]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)。
[0144]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單元14的維護作業時，也同樣能夠輕鬆地在作業空間Rl實施。
[0145]在射束平行化器36上配置有電場平行化透鏡84。如圖6所示，電場平行化透鏡84由大致雙曲線形狀的多個加速電極對和減速電極對構成。各電極對隔著不產生放電程度寬度的加速/減速間隙相互對置，並在加速減速間隙形成有兼有引起離子束的加速和減速的軸方向成分，及與距基準軸的距離成比例變強且對離子束起到橫向會聚作用的橫向成分的電場。
[0146]隔著加速間隙的電極對中下遊側的電極和減速間隙的上遊側的電極，及減速間隙的下遊側的電極和下一個加速間隙的上遊側的電極分別形成一體的結構體，以便這些電極成同一電位。如圖6(b)所示,這些結構體還由上部單元和下部單元的上下對的組體構成，並在上部單元和下部單元之間設置離子束通過的空間部。
[0147]從電場平行化透鏡84的上遊側起最初的電極(射入電極)和最後的電極(射出電極)被保持為接地電位。由此，在通過平行化透鏡84之前和之後，射束的能量不發生變化。
[0148]中間的電極結構體中，在加速間隙的出口側電極和減速間隙的入口側電極上連接有可變式定電壓的負電源90，在減速間隙的出口側電極和加速間隙的入口側電極上連接有可變式定電壓的正電源(η段時為負正負正負……)。由此，離子束重複加速/減速並逐漸向與射束線的中心軌道平行的方向。並且，最終跟上與偏轉掃描前的離子束的行進方向(射束線軌道方向)平行的軌道。
[0149]如此，由射束掃描器34掃描的射束通過包括電場平行化透鏡等的射束平行化器36，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(基準軸)平行。此時，掃描區域關於基準軸左右對稱。
[0150]從電場平行化透鏡84出來的離子束送至電場最終能量過濾器38(AEF(94):Angular Energy Filter)。在最終能量過濾器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，只有所需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。基於該電場偏轉的最終能量過濾器94通過由在射束線軌道方向的上下方向上相對置的I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最終能量過濾器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。
[0151]如圖6(a)、圖6(b)所示，電場偏轉用電極由I對AEF電極104構成，並且配置為從上下方向夾持離子束。I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I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，只有由被選擇的價數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以準確的角度均勻地被照射到被照射物即晶片200中。
[0152]在實際將高能量射束偏轉的基礎上，如圖10所示，沿上下方向相對置的I對板狀的偏轉電極204設定為在與離子束軌道相配合而彎曲時，根據偏轉角和曲率半徑沿前後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，這在製作精度和經濟性方面很優異。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I對的板狀電極，也可以設定為各自不同的電位。
[0153]通過採用這種結構，能夠在高能量的掃描束傳輸線上搭載電場式高能量過濾器。通過電場在與射束掃描面正交的方向使射束偏轉，因此不影響射束掃描方向的注入離子的密度分布(均勻性)，且能夠進行能量分析。
[0154]而且，搭載有最終能量過濾器，由此在本射束線上與高能量多段直線加速單元14的高頻線形加速裝置、及U字狀偏轉部的磁場式EFM(能量分析電磁鐵24)和BM(偏轉電磁鐵30) —起共搭載有3種射束過濾器。如前述，高頻線形加速裝置為速度(V)過濾器，EFM和BM為動量(mv)過濾器，該最終能量過濾器如其名為能量(mv2/2)過濾器。如此，通過設置方式不同的三重過濾器，與以往相比不僅能量純度高，而且還能夠將粒子和金屬汙染較少的非常純的離子束供給到晶片中。
[0155]另外，功能上，EFM以高分解能進行穿過高頻線形加速裝置的能量汙染的去除和能量寬度的限制，AEF以比較低的分解能，在由EFM進行的能量分析後的射束傳輸線單元主要承擔去除因抗蝕劑漏氣而價數發生變化的離子的任務。
[0156]最終能量過濾器94在最終能量過濾器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有AEF抑制電極110的電極組。該AEF抑制電極110抑制電子向正電極侵入。
[0157]利用配置在最終能量過濾器94的最下遊側的接地電極左右端的劑量杯122測定作為劑量目標的注入時的束電流量。
[0158](基板處理供給單元)
[0159]圖6(a)中，與晶片200相鄰示出的箭頭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向被往復掃描，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。
[0160]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容納於工藝腔室(注入處理室)116內。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的通過，由此只分離具有已通過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，並能夠應對能量分析和注入角度的測量等多個測量目的。而且，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或旋轉，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。
[0161]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，且抑制由離子注入產生的正電荷的充電(charge up)。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)，以此來代替配置在最終能量過濾器94的最下遊側的接地電極左右端的劑量杯122。
[0162]射束剖面儀124具備用於進行離子注入位置上的束電流的測定的射束剖面儀杯(省略圖示)。射束剖面儀124 —邊在離子注入前使其向水平方向移動，一邊在射束掃描範圍內測定離子注入位置的離子束密度。進行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,補正射束掃描器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上同時設置垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略圖示)，並測定射束形狀/射束X_Y位置，從而確認注入位置上的射束形狀，並組合射束寬度、射束中心位置及發散掩膜(Divergence Mask)確認注入角度和射束髮散角度。
[0163]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。圖15是從正面觀察橫長法拉第杯的示意圖。另外，為了降低交叉汙染，橫長法拉第杯126可以設定為具有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的結構。並且，也可構成為在橫長法拉第杯126上同時設置垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略圖示)，並測定射束形狀和射束上下位置，從而能夠監視在注入位置的上下方向的注入角度和射束髮散角度。
[0164]如前述，如圖1所示，高能量離子注入裝置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。
[0165](考慮整體布局、維護性、生產性、地球環境)
[0166]以上，本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置100通過高能量多段直線加速單元14對由離子束生成單元12生成的離子束進行加速，並且通過射束偏轉單元16進行方向轉換，並照射到位於設置在射束傳輸線單元18的末端的基板處理供給單元20的基板上。
[0167]並且，高能量離子注入裝置100作為多個單元包括高能量多段直線加速單元14及射束傳輸線單元18。並且，高能量多段直線加速單元14及射束傳輸線單元18配置為隔著圖1所示的作業空間Rl而相對置。由此，在以往的裝置中配置為大致直線狀的高能量多段直線加速單元14及射束傳輸線單元18被折回配置，因此能夠抑制高能量離子注入裝置100的總長。並且，構成射束偏轉單元16的多個偏轉電磁鐵的曲率半徑以使裝置寬度最小的方式被最佳化。由此，使裝置的設置面積最小化，並且在被夾在高能量多段直線加速單元14與射束傳輸線單元18之間的作業空間Rl中，能夠進行針對高能量多段直線加速單元14和射束傳輸線單元18的各裝置的作業。
[0168]並且，構成高能量離子注入裝置100的多個單元包括:離子束生成單元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注入有離子的基板；及射束偏轉單元16，其設置在從離子束生成單元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，將離子束生成單元12及基板處理供給單元20配置於射束線整體的一側，並將射束偏轉單元16配置於射束線整體的另一側。由此，需要以較短時間維護的離子源10、基板的供給及取出所需要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。
[0169]並且，高能量多段直線加速單元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。
[0170]並且，作為掃描器裝置的射束掃描器34及作為平行化透鏡裝置的射束平行化器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單元14所具備的線形加速裝置的結構及數量進行選擇。
[0171]並且，也可以構成為在高能量離子注入裝置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離。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，能夠降低模塊和高能量離子注入裝置100的移動設置負荷。
[0172]並且，高能量離子注入裝置100也可以將包括高能量多段直線加速單元14、射束傳輸線單元18及排氣裝置等的構成設備組裝於一體的支架上。並且，高能量離子注入裝置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單元14、射束偏轉單元16及射束傳輸線單元18。由此，能夠將高能量離子注入裝置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。
[0173]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，將相對於這些的作為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。
[0174]因此，即使在設置場所不富餘的場所也能夠設置上述高能量離子注入裝置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，能夠通過現場裝配及最終調整而使用。並且，高能量離子注入裝置100能夠實現耐於(經得起)半導體製造工場的半導體生產裝置線的利用標準水準以上的高能量離子注入。
[0175]如上，對各單元和各裝置的布局進行設計，從而與以往相比高能量離子注入裝置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輸送到現場，並在按支架進行安裝的基礎上稍微調整而去除輸送中產生的偏差，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。
[0176]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，在離子注入裝置運轉時，通過因使用電場平行透鏡、電場式掃描器和電場AEF等而得到的低消耗電力的運轉，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電場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轉。
[0177]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在本發明的範圍內。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在本發明的範圍內。
[0178]以下，根據實施方式對本發明的不同形態進行列舉。
[0179]如圖1所示，本發明的方式所涉及的高能量離子注入裝置100為對從離子源10提取的離子束進行加速，沿著射束線傳輸到晶片並注入到該晶片中的高能量離子注入裝置。高能量離子注入裝置100具備:射束生成單元12，具有離子源10和質量分析裝置22 ;高能量多段直線加速單元14，對離子束進行加速而生成高能量離子束；高能量射束的偏轉單元16，使高能量離子束偏轉並進行能量分析，並且朝向晶片進行方向轉換；射束傳輸線單元18，將已偏轉的高能量離子束傳輸到晶片；及基板處理供給單元20，將傳輸到的高能量離子束均勻地注入到半導體晶片中。射束傳輸線單元18具有射束整形器32、高能量用射束掃描器34、高能量用射束平行化器36及高能量用最終能量過濾器38。
[0180]高能量離子注入裝置100構成為，對從偏轉單元16出來的高能量離子束通過射束掃描器34在射束線的基準軌道的兩側進行掃描，並且通過射束平行化器36將其平行化，通過高能量用最終能量過濾器38去除質量、離子價數及能量中至少任意一個不同的混入離子後注入到晶片中。並且，高能量用射束平行化器36為通過電場反覆高能量射束的加速和減速並且將掃描束平行化的電場式射束平行化器。
[0181]並且，如圖6(a)、圖6(b)所示，射束平行化器36具有至少I對加速用電極135 (135b、135c)及至少I對減速用電極136 (136b、136c)，所述加速用電極形成有與射束線LI對應的開口部135a，並具有間隔Gl地相對置，以產生在射束行進方向使離子加速的電場，所述減速用電極形成有與射束線LI對應的開口部136a，且具有間隔G2地相對置，以產生在射束行進方向使離子減速的電場。
[0182]I對加速用電極135使離子束加速並且向接近基準軌道側的方向偏轉。並且I對減速用電極136使離子束減速並且向接近基準軌道側的方向偏轉。
[0183]I對加速用電極135及I對減速用電極136包括具有間隔(間隙)並相對置的2個電極，以產生兼有使高能量離子束加速或者減速的成分和使其偏轉的成分的電場。並且，將加速間隙出口側的電極135c和減速間隙入口側的電極136b，及減速間隙出口側的電極136c和加速間隙入口側的電極135b分別設為相同電位。並且，這些電極一體形成。
[0184]根據該方式，能夠左右對稱地將已掃描的高能量的離子束平行化，且能夠精度良好地進行離子注入。
[0185]並且，圖6所示的射束平行化器36中，將I對加速用電極135中射束線上遊側的電極135b的電位設為接地電位，並使I對加速用電極135中射束線下遊側的電極135c及I對減速用電極136中射束線上遊側的電極136b導通(一體化)，通過平行化電源90將彼此的電位設為_50kV，且將I對減速用電極136中射束線下遊側的電極136c的電位設為接地電位。
[0186]通過由這種結構的射束平行化器36產生的電場進行平行化時，在各電極之間產生加速或者減速，離子的能量也發生變化，但射束平行化器36的入口和出口的電位相同，因此沒有發生整體的能量變化。即，射束平行化器36構成為通過射束掃描器34被掃描的離子束的能量與通過加速用電極135及減速用電極136被平行化的離子束的能量相同。
[0187]圖16是表示本實施方式的一形態的射束平行化器的概略結構的俯視圖。另外，對與圖6所示的平行化器36相同的結構標註相同符號並適當省略說明。
[0188]圖16所示的射束平行化器137中，將I對加速用電極138中射束線上遊側的電極138a的電位設為接地電位，將I對加速用電極138中射束線下遊側的電極138b的第I電位設為Vl [V] (VI > O)，將I對減速用電極139中射束線上遊側的電極139a的第2電位設為-V2[V] (V2 > O)，將I對減速用電極139中射束線下遊側的電極139b的電位設為接地電位。在電極138a上連接有賦予正電壓的平行化電源140，在電極139a上連接有賦予負電壓的平行化電源141。
[0189]另外，可向平行化電源140賦予負電壓，向平行化電源141賦予正電壓。並且，第I電位及第2電位可構成為滿足Ivil = |V2|。由此，能夠均衡良好地對離子束進行加減速並且將其平行化。並且，作為平行化電源140及平行化電源141能夠使用相同結構的電源。
[0190]圖17(a)是表示本實施方式的一形態的射束平行化器的概略結構的俯視圖，圖17(b)是表示本實施方式的一形態的射束平行化器的概略結構的側視圖。另外，對與圖6所示的射束平行化器36相同的結構標註相同符號並適當省略說明。
[0191]圖17 (a)、圖17(b)所示的射束平行化器142由具有多對加速用電極143、144及多對減速用電極145、146的加速減速電極透鏡組構成，並構成為將已掃描的離子束階段性地平行化。由此，能夠減小施加於I個加速用電極或者I個減速用電極的電壓，因此能夠使電源簡單化和小型化，並且還能夠抑制放電的產生。
[0192]並且，加速用電極143的下遊側的電極143b與減速用電極145的上遊側的電極145a以成為相同電位的方式被導通，並連接有第I平行化電源147。並且，減速用電極145的下遊側的電極145b與加速用電極144的上遊側的電極144a以成為相同電位的方式被導通，並連接有第2平行化電源148。並且，加速用電極144的下遊側的電極144b與減速用電極146的上遊側的電極146a以成為相同電位的方式被導通，並連接有第I平行化電源147。另外，加速用電極143的上遊側的電極143a與減速用電極146的下遊側的電極146b分別成為接地電位。如此，通過將施加於部分電極的電壓設為相同，能夠減少所使用的電源。
[0193]另外，在多對加速用電極143、144及多對減速用電極145、146中，可由配置於射束線的最上遊側的作為入口接地電極的電極143a，及與電極143a相鄰的電極143b構成抑制電子流入的第I抑制電極，並可由配置於射束線的最下遊側的作為出口接地電極的電極146b，及與電極146b相鄰的電極146a構成抑制電子流入的第2抑制電極。由此，不需要另設抑制電極。
[0194]並且，若將通過第I平行化電源147施加於加速用電極143的下遊側的電極143b的電壓設為-Vl [V] (VI > O)，將通過第2平行化電源148施加於減速用電極145的下遊側的電極145b的電壓設為V2[V] (V2 > O)，將加速用電極143的2個電極143a、143b之間的間隔設為G1，將減速用電極145的2個電極145a、145b之間的間隔設為G2，則優選滿足以下關係。
[0195]Vl I/Gl = |V1+V2|/G2
[0196]如此，通過將加速用電極和減速用電極中的各電極之間的電場強度設為相同，能夠均衡良好地對離子束進行加減速並且將其平行化。
[0197]並且，射束平行化器142構成為，剛要向所述射束平行化器射入之前的離子束的能量與剛從射束平行化器射出之後的離子束的能量相同。更詳細的說明如下，即射束平行化器142中，使射束平行化器142的射入電極(143a)和射出電極(146b) —同接地，並使加速間隙出口側的電極(143b、144b)和減速間隙入口側的電極(145a、146a)，及減速間隙出口側的電極145b和加速間隙入口側的電極144a構成為正或者負的相同電位，以使通過射束掃描器被掃描的離子束的能量與通過加速用電極對(143、144)及減速用電極對(145、146)被平行化的離子束的能量相同。
[0198]並且，射束平行化器142中，在掃描平面上通過電極對形成的電場，使在射束線上通過射束掃描器在基準軌道的兩側被掃描的離子束向接近基準軌道側的方向階段性地偏轉，以使與基準軌道平行的軌道方向一致地設定各電極電位。
[0199]圖18是表示本實施方式的變形例所涉及的射束平行化器的概略結構的俯視圖。圖18所示的射束平行化器161設置有包括加速用電極及減速用電極的3個平行透鏡162、163及164。通過射束掃描器被偏轉掃描的離子束向射束線LI的下遊擴大。因此，3個平行化透鏡162、163及164分別構成為從射束線LI的上遊側向下遊側寬度逐漸變大。由此，能夠使上遊側的平行化透鏡小型化。
[0200]另外，射束平行化器161可構成為，被平行化後的離子束的掃描方向的寬度Wl成為通過射束掃描器被掃描的離子束射入到射束平行化器161時的寬度W2的2倍以上。由此，能夠縮短從射束掃描器到射束平行化器為止的距離。
[0201]如圖6、圖16?圖18所示的加速用電極和減速用電極，本實施方式所涉及的射束平行化器由成對的弓形間隙電極構成。並且，構成為，加速用電極對的射束線下遊側的電極及減速用電極對的射束線上遊側的電極設為在各自的兩端連結並一體連續的電極單元。並且，上述的各射束平行化器的射入電極及射出電極為接地電極，但通過將射入電極及射出電極中的一個設為接地電位，另一個設為特定電位，或者分別設為各自的特定電位，能夠將通過射入到射束平行化器的射束平行化，從而使射出的離子束的能量發生變化。
[0202]由此，本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置能夠使高能量離子束保持束電流密度的均勻性並且以較低的電壓工作，並且能夠得到使通過射束平行化器前後的射束能量不產生變化的電場。
[0203]並且，本實施方式所涉及的高能量離子注入裝置構成為，使高能量離子束通過較長區間的電場來進行射束平行化。並且，還構成為，利用能夠進行離子束的加減速的多個電極透鏡組進行射束平行化，並且由弓形間隙電極對構成加減速的電極透鏡組，且構成為在通過前後不使射束能量發生變化。
[0204]由此，平行化電源的控制及平行化電場本身的調整很容易，且能夠使平行度的精度和已平行化的射束的行進方向的角度精度變得良好。而且，能夠使左右(掃描)方向的射束路徑差對稱且左右均勻，因此在高能量離子射束中能夠保持射束的會聚發散的均勻性。其結果，能夠使平行度的精度和已平行化的射束的行進方向的角度精度提高。而且，能夠幾乎使射束掃描範圍的高能量離子束的密度分布(輪廓)及射束尺寸的變化消失，能夠保持束電流密度的均勻性。
[0205]並且，以將射束掃描偏轉角度設為較小，將射束掃描寬度儘可能設為較小的方式構成的位於射束掃描器的下遊的本實施方式所涉及的射束平行化器對於射束掃描寬度狹窄的射入射束也能夠緩慢地以高精度平行化至能夠掃描晶片的寬度。其結果，能夠減少射束品質的變化來保持束電流密度的均勻性。
[0206]另外，加速減速電極透鏡組由η個加速用電極對及η個減速用電極對構成，並沿著射束線依次配置第I加速用電極對、第I減速用電極對、第2加速用電極對、第2減速用電極對、……、所述第η(η為I以上的整數)加速用電極對、所述第η減速用電極對時，優選設為如下電位設定。具體而言，在加速減速電極透鏡組中，將第I加速用電極對的入口側電極的第I電位設為接地電位，將第I加速用電極對的出口側電極及第I減速用電極對的入口側電極的第2電位設為-Vl [V] (VI > O)，將第I減速用電極對的出口側電極及所述第2加速用電極對的入口側電極的第3電位設為V2 [V] (V2 > O)，將第2加速用電極對的出口側電極及第2減速用電極對的入口側電極的第4電位設為-Vl [V] (VI > O)，將第2減速用電極對的出口側電極及第3加速用電極對的入口側電極的第5電位設為V2 [V] (V2 > O)，將第η加速用電極對的出口側電極的第(2η+1)電位設為接地電位。其中，可將第2電位與所述第3電位設定為滿足Vl = V2，也可設定為滿足Vl ^ V2。
[0207]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的方式，作為本發明的方式也是有效的。
【權利要求】
1.一種高能量離子注入裝置，其對從離子源提取的離子束進行加速，沿著射束線傳輸到晶片並注入到該晶片中，所述高能量離子注入裝置的特徵在於，具備: 射束生成單元，具有離子源和質量分析裝置； 高能量多段直線加速單元，對所述離子束進行加速而生成高能量離子束； 高能量射束的偏轉單元，將所述高能量離子束朝向晶片進行方向轉換； 射束傳輸線單元，將已偏轉的高能量離子束傳輸到晶片 '及 基板處理供給單元，將傳輸到的高能量離子束均勻地注入到半導體晶片中， 所述射束傳輸線單元具有射束整形器、高能量用射束掃描器、高能量用射束平行化器及高能量用最終能量過濾器， 並構成為，對從所述偏轉單元出來的高能量離子束通過所述射束掃描器在射束線的基準軌道的兩側進行掃描，並且通過所述射束平行化器將其平行化，且通過所述高能量用最終能量過濾器去除質量、離子價數及能量中至少任意一個不同的混入離子後注入到所述晶片中， 所述高能量用射束平行化器為通過電場重複高能量射束的加速和減速並且將掃描束平行化的電場式射束平行化器。
2.根據權利要求1所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述電場式射束平行化器具備:加速用電極對，使所述離子束加速並且向接近基準軌道側的方向偏轉；及減速用電極對，使所述離子束減速並且向接近基準軌道側的方向偏轉，並由具有至少2組以上的該加速用電極對及該減速用電極對的加速減速電極透鏡組構成。
3.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述加速用電極對或者所述減速用電極對為由具有間隔即間隙且相對置的2個電極構成的電極對，以產生兼有使高能量離子束加速或者減速的成分和使其偏轉的成分的電場，分別將加速間隙出口側的電極和減速間隙入口側的電極及減速間隙出口側的電極和加速間隙入口側的電極設為相同電位並一體形成。
4.根據權利要求2或3所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 各電極電位構成為，在掃描平面上，使在射束線上通過射束掃描器在基準軌道的兩側被掃描的離子束，通過由所述電極對形成的電場向接近基準軌道側的方向階段性地偏轉，從而使方向與平行於基準軌道的軌道一致。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述加速減速電極透鏡組所具有的至少I組的所述加速用電極對及所述減速用電極對，從射束線的上遊側起依次配置加速用電極對和減速用電極對。
6.根據權利要求2至4中任一項所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述加速減速電極透鏡組所具有的至少I組的所述加速用電極對及所述減速用電極對，從射束線的上遊側起依次配置減速用電極對和加速用電極對， 在所述減速用電極對的上遊側設置有第I抑制電極， 在所述加速用電極對的下遊側設置有第2抑制電極。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 構成為使剛要向所述射束平行化器射入之前的離子束的能量與剛從所述射束平行化器射出之後的離子束的能量相同。
8.根據權利要求7所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述射束平行化器的射入電極和射出電極構成為接地電位。
9.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述射束平行化器中，使所述射束平行化器的射入電極和射出電極一同接地，並使加速間隙出口側的電極和減速間隙入口側的電極、及減速間隙出口側的電極和加速間隙入口側的電極構成為正或者負的相同電位，以使通過所述射束掃描器被掃描的離子束的能量與通過所述加速用電極對及所述減速用電極對被平行化的離子束的能量相同。
10.根據權利要求2至6中任一項所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述加速減速電極透鏡組中沿著已掃描的離子束射入到所述射束平行化器之後到射出為止的射束線依次配置第I加速用電極對、第I減速用電極對、第2加速用電極對、第2減速用電極對、……、所述第η加速用電極對、所述第η減速用電極對，其中η為I以上的整數， 將所述第I加速用電極對的入口側電極的第I電位設為接地電位， 將所述第I加速用電極對的出口側電極及所述第I減速用電極對的入口側電極的第2電位設為-Vl [V]，其中Vl > 0， 將所述第I減速用電極對的出口側電極及所述第2加速用電極對的入口側電極的第3電位設為V2 [V]，其中V2 > 0， 將所述第2加速用電極對的出口側電極及所述第2減速用電極對的入口側電極的第4電位設為-Vl [V]，其中Vl > 0， 將所述第2減速用電極對的出口側電極及所述第3加速用電極對的入口側電極的第5電位設為V2 [V]，其中V2 > 0， 將所述第η加速用電極對的出口側電極的第(2η+1)電位設為接地電位。
11.根據權利要求10所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述第2電位與所述第3電位滿足Vl = V2。
12.根據權利要求10所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 所述第2電位與所述第3電位滿足Vl古V2。
13.根據權利要求10所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 構成為將所述射束平行化器的射入電極及射出電極的一個設為接地電位，另一個設為特定電位，或者分別設定成各自的特定電位，並改變通過將射入到所述射束平行化器的射束平行化而射出的離子束的能量。
14.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 將所述加速用電極對的射束線下遊側的電極及所述減速用電極對的射束線上遊側的電極構成為分別不同的電極。
15.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 將所述加速用電極對的射束線下遊側的電極及所述減速用電極對的射束線上遊側的電極構成為分別不同的電極，並使彼此導通。
16.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 將所述減速用電極對的射束線下遊側的電極及所述加速用電極對的射束線上遊側的電極構成為分別不同的電極。
17.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 將所述減速用電極對的射束線下遊側的電極及所述加速用電極對的射束線上遊側的電極構成為分別不同的電極，並使彼此導通。
18.根據權利要求2所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 將所述加速用電極對的射束線下遊側的電極及所述減速用電極對的射束線上遊側的電極在各自的兩端連結，並設為一體連續的電極單元。
19.根據權利要求10所述的高能量離子注入裝置，其特徵在於， 多個所述加速用電極對和多個所述減速用電極對中，由配置於射束線最上遊側的成為射入入口的接地電極、及與該接地電極相鄰的第I電極構成抑制電子流入的第I抑制電極，由配置於射束線最下遊側的成為射出出口的接地電極、及與該接地電極相鄰的第2電極構成抑制電子流入的第2抑制電極。
【文檔編號】H01L21/67GK104183469SQ201410171492
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2013年5月27日
【發明者】椛澤光昭, 渡邊一浩, 佐佐木玄, 加藤浩二, 安藤一志 申請人:斯伊恩股份有限公司