CN104810231A - 离子注入装置以及离子注入装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子注入装置以及离子注入装置的控制方法，其课题在于提供一种保护电源以避免因负载电流的产生而产生的过电流的技术。在本发明的离子注入装置(10)中，切断机构在射束线的中途切断离子束(B)。等离子体淋浴装置(40)设置于比切断机构更靠射束线的下游侧。控制部(60)在等离子体淋浴装置(40)的点火开始期间，使切断机构切断离子束(B)。切断机构可以设置于比高电压电场式电极部更靠射束线的上游侧，所述高电压电场式电极部至少设置一个以上。气体供给机构可以向等离子体淋浴装置(40)供给源气体。控制部(60)可以在使切断机构切断离子束(B)之后，使气体供给机构开始供给源气体。

Description

离子注入装置以及离子注入装置的控制方法

技术领域

本申请主张基于2014年1月29日申请的日本专利申请第2014-014584号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种离子注入装置以及离子注入装置的控制方法。

背景技术

在半导体制造工序中，为了改变导电性的目的、改变半导体晶片的结晶结构的目的等，在规范地实施对半导体晶片注入离子的工序(以下，有时称作“离子注入工序”)。在离子注入工序中使用的装置被称作离子注入装置，其具有形成通过离子源被离子化之后被加速的离子束的功能、及将该离子束传输至注入处理室并对处理室内的晶片照射离子束的功能。

离子注入装置构成为例如离子源、引出电极、质量分析磁铁装置、质量分析狭缝、加速/减速装置、晶片处理室等沿着射束线配置，且向作为半导体用基板的晶片注入离子。这些装置利用在施加有电压的电极之间产生的电场或磁铁装置产生的磁场来控制离子束。

并且，在离子处理室设置等离子体生成装置，以防止因离子注入而使晶片表面带电。等离子体生成装置通过向晶片表面供给等离子体，使晶片表面所带电的电荷中和。例如在被导入的源气体中通过引起放电而生成等离子体的放电机构作为这样的等离子体生成装置设置于注入处理室内(参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开平4-336421号公报

等离子体生成装置在等离子体淋浴作用时，需要少量的一定量的源气体以生成等离子体。尤其，由于在等离子体的点火期间，导入比等离子体淋浴作用时的少量的源气体多的量的源气体，因此使注入处理室的真空度恶化，并且与注入处理室相连的射束线中也可能大量流入部分源气体。在射束线上传输离子束的状态下，若源气体与具有加速能量的离子束碰撞，则由于源气体被电离而产生带电粒子，因此在部分源气体所流入的射束线的中途产生带电粒子。由于在射束线上设置有施加高电压的电极，可能导致所产生的带电粒子流入电极而成为负载电流，并且在与电极连接的电源中产生过电流。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种保护电源以避免因负载电流的产生而产生的过电流的技术。

为了解决上述课题，本发明的一种方式的离子注入装置具备：切断机构，在射束线的中途切断离子束；等离子体淋浴(Plasma shower)装置，设置于比切断机构更靠射束线的下游侧；及控制部，在等离子体淋浴装置的点火开始期间，使切断机构切断离子束。

本发明的另一种方式为离子注入装置的控制方法。该方法为构成将从离子源引出的离子束传输至注入处理室的射束线的离子注入装置的控制方法，其中，离子注入装置具备在注入处理室向离子束供给电子的等离子体淋浴装置。等离子体淋浴装置具有与注入处理室连通的等离子体生成室，并且利用导入到该等离子体生成室的源气体生成等离子体，且在通过等离子体淋浴装置开始生成等离子体时，在射束线的中途切断离子束。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件和表现的方式，作为本发明的方式同样有效。

发明效果

根据本发明，能够保护电源以避免因负载电流的产生而产生的过电流。

附图说明

图1(a)是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图，图1(b)是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的侧视图。

图2(a)、图2(b)是示意地表示比较例所涉及的电极部的状态的图。

图3(a)、图3(b)是示意地表示实施方式所涉及的电极部的状态的图。

图4(a)、图4(b)是示意地表示高真空时的电极部的状态的图。

图5是表示实施方式所涉及的离子注入装置的动作过程的流程图。

图6是表示通过切断离子束而抑制负载电流的效果的曲线图。

图中：B-离子束，10-离子注入装置，12-离子源，14-射束线装置，16-注入处理室，22-射束测量部，24-射束扫描仪，26-扫描电极，30-平行透镜，32-P透镜电极，34-角能量过滤器，36-AEF电极，40-等离子体淋浴装置，42-等离子体生成室，60-控制部，72-离子，74-电子，P-等离子体。

具体实施方式

以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，附图说明中对相同要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构只是示例，并非对本发明的范围进行任何限定。

在说明实施方式之前，说明本发明的概要。本实施方式所涉及的离子注入装置具备：射束线装置，构成将从离子源引出的离子束传输至注入处理室的射束线；及等离子体淋浴装置，在注入处理室内向离子束供给电子。等离子体淋浴装置在开始生成等离子体时需要大量的浓度比较高的源气体。因此，为了等离子体点火而导入的大量的源气体使注入处理室内及射束线装置内的真空度恶化。

若使离子束通过因真空度的恶化而存在较多的源气体分子的射束线装置内，则离子束与源气体分子碰撞并被电离，从而产生带电粒子(离子及电子)。由于在射束线装置设有利用电场的作用而使离子束偏转的偏转机构等电极部，因此通过源气体分子的离子化而产生的带电粒子流入施加有高电压的电极部并产生负载电流。如此一来，导致向电极部施加有高电压的电源中流过过电流。

因此，在本实施方式中，在注入处理室内具备等离子体淋浴装置，并且在处于比注入处理室更靠上游的射束线装置中，使有可能成为使射束线装置内的真空度恶化的原因的、位于注入处理室的等离子体淋浴装置开始生成等离子体时，使离子束暂时从射束线上退避。具体而言，使设置于射束线上的切断机构动作，并在比施加高电压的电极部更靠上游的位置切断离子束。由此，在真空度恶化的射束线的下游抑制因离子束的碰撞而产生的带电粒子。能够使射束线装置保持动作的状态下，同时启动等离子体淋浴装置，并且能够缩短可以进行离子注入处理之前的启动时间。

图1是概略地表示实施方式所涉及的离子注入装置10的图。图1(a)是表示离子注入装置10的概略结构的俯视图，图1(b)是表示离子注入装置10的概略结构的侧视图。

离子注入装置10构成为在被处理物W的表面进行离子注入处理。被处理物W例如为基板，例如为半导体晶片。由此，以下为了方便说明，有时将被处理物W称为基板W，但这并不表示将注入处理的对象限定于特定的物体。

离子注入装置10构成为，利用射束扫描仪和机械扫描仪中的至少一个遍及整个基板W照射离子束B。在本说明书中为了方便说明，将设计上的离子束B的行进方向设为z方向，与z方向垂直的面定义为xy面。如后述，对被处理物W进行离子束B的扫描时，将扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。由此，在x方向上进行射束扫描，在y方向上进行机械扫描。

离子注入装置10具备离子源12、射束线装置14及注入处理室16。离子源12构成为向射束线装置14提供离子束B。射束线装置14构成为将离子从离子源12传输到注入处理室16。并且，离子注入装置10具备用于向离子源12、射束线装置14及注入处理室16提供所希望的真空环境的真空排气系统(未图示)。

如图所示，射束线装置14例如从上游开始依次具备质量分析部18、射束整形器20、射束测量部22、射束扫描仪24、平行透镜30或射束平行化装置及角能量过滤器(AEF：Angular Energy Filter)34。另外，射束线装置14的上游是指靠近离子源12的一侧，下游是指靠近注入处理室16(或束霖止器(Beamstopper)38)的一侧。

质量分析部18设置于离子源12的下游，并且构成为通过质量分析而在从离子源12引出的离子束B中选择所需的离子种类。射束整形器20具备四极会聚装置(Q透镜)等会聚透镜，并且构成为将离子束B整形为所希望的截面形状。

射束测量部22配置成能够取出放入于射束线上，并且为测定离子束的电流的注入器标志法拉第杯(Injector Flag Farady Cup)。射束测量部22具有测量射束电流的法拉第杯22b及使法拉第杯22b上下移动的驱动部22a。如图1(b)的虚线所示，在射束线上配置有法拉第杯22b时，离子束B被法拉第杯22b切断。另一方面，如图1(b)的实线所示，从射束线上取下法拉第杯22b时，离子束B的切断被解除。因此，射束测量部22发挥离子束B的切断机构的功能。

射束扫描仪24构成为提供射束扫描，并且为将已整形的离子束B沿x方向扫描的偏转机构。射束扫描仪24具有在x方向上分离设置的扫描电极26。扫描电极26与可变电压电源(未图示)连接，并且通过改变施加于扫描电极26的电压来使电极之间产生的电场发生变化并使离子束B偏转。这样，遍及x方向的扫描范围扫描离子束B。另外，在图1(a)中，由箭头X例示出射束扫描及其扫描范围，并且用单点划线表示在扫描范围的一端及另一端的离子束B。

射束扫描仪24具有射束阻尼器28，所述射束阻尼器设置于已扫描的离子束B所通过的开口部24a的外侧。射束阻尼器28被设置于在超过被射束扫描的x方向的扫描范围而使离子束B偏转时离子束B所碰撞的部位。射束阻尼器28由难以产生因离子束的碰撞产生的溅射的石墨(C)等材料构成。另外，在图1(a)中，利用虚线箭头B’显示与射束阻尼器28碰撞时的离子束的轨迹。

使射束扫描仪24动作以使离子束B与射束阻尼器28碰撞时，离子束B从射束线偏离，并在中途被切断。因此，射束扫描仪24也发挥离子束B的切断机构的功能。另外，如果使射束扫描仪24动作以使离子束B在通常的扫描范围扫描，则离子束B的切断被解除。

平行透镜30构成为，使扫描的离子束B的行进方向平行。平行透镜30具有在中心部设有离子束的通过狭缝的圆弧形状的P透镜电极32。P透镜电极32与高压电源(未图示)连接，将通过施加电压而产生的电场作用于离子束B，从而平行地调整离子束B的行进方向。

角能量过滤器34构成为，分析离子束B的能量，并且使所需能量的离子向下方偏转并导入注入处理室16。角能量过滤器34具有磁场偏转用磁铁装置(未图示)及电场偏转用AEF电极36。AEF电极36与高压电源(未图示)连接。在图1(b)中，通过向上侧的AEF电极36施加正电压、向下侧的AEF电极36施加负电压，从而使离子束B向下方偏转。

如此，射束线装置14向注入处理室16供给应向基板W照射的离子束B。另外，上述扫描电极26、P透镜电极32及AEF电极36分别为，构成为使电场作用于在射束线上通过的离子束的施加高电压的电极部之一。

注入处理室16具备物体保持部(未图示)，所述物体保持部构成为，保持一片或者多片基板W，并且根据需要向基板W提供相对于离子束B的例如y方向的相对移动(所谓的机械扫描)。在图1中利用箭头Y例示出机械扫描。并且，注入处理室16具备束霖止器38。当在离子束B上不存在基板W时，离子束B射入于束霖止器38。

注入处理室16内设置有向离子束B供给电子的等离子体淋浴装置40。等离子体淋浴装置40具有等离子体生成室42、天线44及气体导入管46。等离子体淋浴装置40向源气体施加来自天线44的高频率，从而生成等离子体P，所述源气体通过气体导入管46而被导入到等离子体生成室42。若生成等离子体P，则通过与注入处理室16连通的引出开口42a引出等离子体中的电子，并且电子被供给至注入处理室16。

气体导入管46经由质量流量计48与气体供给部50连接。质量流量计48控制源气体的流量，所述源气体从气体供给部50通过气体导入管46供给至等离子体生成室42。质量流量计48根据来自控制部60的控制信号进行动作。

质量流量计48配合点燃等离子体时或者生成并维持等离子体时的等离子体淋浴装置40的动作状态，向等离子体生成室42供给所需流量的源气体。尤其，点燃等离子体时与生成并维持等离子体时相比，需要提高等离子体生成室42内的源气体浓度。因此，在开始生成等离子体的点火开始期间，以相对流量较高的第一流量开始供给源气体，然后，在生成等离子体之后，以比第一流量少的第二流量继续供给源气体。不生成等离子体时停止供给源气体。

控制部60对构成离子注入装置10的各个设备的动作进行控制。控制部60控制天线44和质量流量计48的动作，从而控制等离子体淋浴装置40中的等离子体的生成。并且，控制部60控制可发挥离子束B的切断机构的功能的射束测量部22和射束扫描仪24等的动作，从而使离子束B在射束线的中途被切断。

在启动等离子体淋浴装置40并开始生成等离子体P时，控制部60使切断机构动作，在中途切断离子束B。在使离子束B切断之后，控制部60立刻向等离子体生成室42导入用于等离子体点火的源气体。即，在射束线装置14中靠近注入处理室16的下游附近的真空度恶化之前切断离子束。由此，防止离子束B与存在于射束线装置14的下游附近的高浓度源气体碰撞而被离子化，并且防止所产生的带电粒子流入电极部而成为负载电流。关于此时的电极部的状态参考图2及图3进行说明。

图2(a)、图2(b)是示意地表示比较例所涉及的电极部的状态的图，并且表示开始导入源气体时未切断离子束B时的电极部的状态。图2(a)中表示平行透镜30的P透镜电极32a～32d，表示出施加正电压的第一P透镜电极32a、32b及施加负电压的第二P透镜电极32c、32d。图2(b)中表示角能量过滤器34的AEF电极36a、36b，表示出施加正电压的第一AEF电极36a，及施加负电压的第二AEF电极36b。另外，本图所示的施加于P透镜电极32a～32d及AEF电极36a、36b的电压为例示，可以施加正负相反的电压，也可以设为接地电位。另外，在后述的图3、图4中也相同。

图2(a)、图2(b)表示为了等离子体点火而被导入的气体分子70从等离子体生成室42通过注入处理室16流入射束线装置14的状态，并表示由于存在较多的气体分子70而使电极部附近的真空度恶化的状态。若离子束B从存在较多的气体分子70中通过，则气体分子70因与离子束B碰撞而被电离，从而生成离子72和电子74。具有正电荷的离子72流入被施加为负的第二P透镜电极32c、32d及第二AEF电极36b。而具有负电荷的电子74流入被施加为正的第一P透镜电极32a、32b及第一AEF电极36a。由此，在P透镜电极32a～32d之间及AEF电极36a、36b之间流过负载电流，可能导致连接于这些电极部的电源中产生过电流。

图3(a)、图3(b)是示意地表示实施方式所涉及的电极部的状态的图，并且表示开始导入源气体时在上游切断离子束B时的电极部的状态。与比较例相同地，在电极部附近成为真空度因为了等离子体点火而被导入的气体分子70而恶化的状态。然而，在本实施方式中，通过设置于比平行透镜30或者角能量过滤器34更靠上游的射束测量部22及射束扫描仪24等切断机构切断离子束。因此，即使在电极部附近存在较多的气体分子70，也使得由气体分子70的电离而产生的带电粒子的产生受到抑制。由此，能够抑制流入电极部的负载电流，从而保护与电极部连接的电源。

然后，控制部60在生成等离子体P且射束线装置14的真空度得到恢复的时刻解除离子束B的切断。首先，若生成等离子体P，则控制部60使向等离子体生成室42供给源气体的流量减少为第二流量。确认生成等离子体为止的时间大约为少于1秒的时间。

在将源气体的供给切换为第二流量起经过规定时间之后，控制部60解除离子束B的切断。这是由于，在切换为流量较少的第二流量后不久，通过真空排气系统排出在等离子体的点火开始期间所导入的大量的源气体，从而使气体浓度下降，真空度得到恢复。恢复该真空度所需的时间基于源气体的供给量和真空排气系统的处理能力等，例如为10秒～60秒左右，具体举例为20秒左右。另外，控制部60测量设置于射束线装置14的真空计(未图示)的值，并且该值成为规定的阈值以下时，认为真空度得以恢复而可以解除离子束B的切断。

图4(a)、图4(b)是示意地表示高真空时的电极部的状态的图，并且表示等离子体淋浴装置40启动后真空度得到恢复且离子束B的切断被解除的状态。在该状态下，在电极部附近几乎不存在气体分子70，因此离子束B难以与气体分子70碰撞，假设气体分子70因碰撞而离子化，也由于所产生的带电粒子的量极少，所以流入电极部的负载电流较少。这样，通过在真空度得到恢复后解除离子束B的切断，从而防止负载电流的产生，能够保护向电极部施加高电压的电源。

接着，对启动等离子体淋浴装置40时的控制部60的动作进行说明。图5是表示离子注入装置10的动作过程的流程图。需要在启动射束线装置14之后(S10)启动等离子体淋浴装置40时(S12的Y)，使切断机构动作并在射束线的中途切断离子束(S16)。切断离子束之后，以第一流量开始向等离子体生成室42导入源气体(S16)，并且向天线44施加高频率来点燃等离子体(S18)。

在等离子体生成室42中生成有等离子体时(S20的Y)，将向等离子体生成室42导入的源气体的流量减少为第二流量(S22)。然后，当射束线装置14的真空度恢复到所希望的值时(S24的Y)，解除离子束的切断(S28)。如果是S20中生成等离子体之前时(S20的N)，则等待等离子体的生成。如果是在S24中真空度得到恢复之前时(S24的N)，就等待真空度的恢复。并且，如果不需要启动等离子体淋浴装置40(S12的N)，就跳过S14～S28的处理。

根据以上的动作，即使在同时启动射束线装置14和等离子体淋浴装置40的情况下，离子注入装置10也能够在等离子体的点火开始期间在中途切断离子束，并且能够在射束线装置14的电极部附近抑制带电粒子的产生。并且，即使在保持离子束不变而从不需要等离子体淋浴的离子注入条件切换为需要等离子体淋浴的离子注入条件的情况下，也能够通过在等离子体的点火开始期间切断离子束，从而在电极部附近抑制带电粒子的产生。结果，能够同时启动射束线装置14和等离子体淋浴装置40，能够缩短启动离子注入装置10所需的时间。尤其，射束测量部22及射束扫描仪24等切断机构能够高速切断离子束，因此能够缩短伴随等离子体淋浴装置40启动的时滞。由此，能够提高离子注入装置10的运转率，并提高离子注入处理的生产率。

图6是表示通过切断离子束而抑制负载电流的效果的曲线图。本图中表示启动等离子体淋浴装置40并开始向等离子体生成室42导入源气体之后的电极部的负载电流的变化。在“不进行切断”离子束的情况下，开始导入源气体之后经过了一段时间后射束线装置14内部的真空度恶化，从而导致负载电流变大。另一方面，在“进行切断”离子束的情况下，即使因开始导入源气体而使真空度恶化，负载电流也不发生变化。由此可知，通过在开始导入源气体时切断离子束，从而抑制负载电流的产生。

以上，参考上述各实施方式说明了本发明，但是本发明并不限定于上述各实施方式，适当地组合或置换各实施方式的构成的方式也包含于本发明。并且，根据本领域技术人员的知识，可以适当地重新排列各实施方式中的组合或处理顺序，或者对实施方式追加各种设计变更等变形，追加这种变形的实施方式也可以包含在本发明的范围内。

在上述实施方式中表示了关于将射束测量部22或射束扫描仪24用作切断机构的情况。在变形例中，也可以将设置于比射束测量部22更靠上游的质量分析部18或射束整形部20用作切断机构。由于质量分析部18或射束整形部20与射束扫描仪24同样地发挥使离子束偏转的偏转机构的功能，因此，通过使离子束偏转以使其从射束线上偏离，从而能够发挥切断机构的功能。通过在射束线的上游切断离子束，从而能够得到与上述实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，在切断离子束后开始向等离子体生成室导入源气体。而在变形例中，也可以在开始导入源气体之后紧接着切断离子束。该时间例如为5秒以内，优选为3秒以内。这是因为，导入到等离子体生成室的源气体进入到射束线装置14之前多少存在时间差，只要在射束线装置14的真空度恶化之前切断离子束即可。即使切断的时刻不同，通过在射束线装置14的真空度恶化之前切断离子束，也能够得到与上述实施方式相同的效果。

Claims (12)

1.一种离子注入装置，其特征在于，具备：

切断机构，在射束线的中途切断离子束；

等离子体淋浴装置，设置于比所述切断机构更靠所述射束线的下游侧；及

控制部，在所述等离子体淋浴装置的点火开始期间，使所述切断机构切断离子束。

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子注入装置还具备至少设置了一个以上的高电压电场式电极部，并且，

将所述切断机构设置于比所述电极部更靠射束线的上游侧。

3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子注入装置还具备气体供给机构，向所述等离子体淋浴装置供给源气体，

所述控制部使所述切断机构切断离子束之后，使所述气体供给机构开始供给源气体。

4.根据权利要求3所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制部使所述气体供给机构以第一流量开始供给源气体之后，以比所述第一流量少的第二流量继续供给源气体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述控制部在经过了使因源气体的导入而上升的所述射束线的气体浓度降低所需的规定时间之后，使所述切断机构解除离子束的切断。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子注入装置具备射束测量部，配置成能够取出放入于所述射束线上，并且能够测定离子束的电流，

所述控制部使所述射束测量部插入于所述射束线上，从而使该射束测量部作为所述切断机构而动作。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入装置，其特征在于，

所述离子注入装置具备偏转机构，改变离子束的行进方向，

所述控制部使所述偏转机构动作，以使离子束从所述射束线上偏离，从而使该偏转机构作为所述切断机构而动作。

8.一种离子注入装置的控制方法，所述离子注入装置构成将从离子源引出的离子束传输至注入处理室的射束线，所述控制方法的特征在于，

所述离子注入装置具备等离子体淋浴装置，在所述注入处理室中向离子束供给电子，

所述等离子体淋浴装置具有与所述注入处理室连通的等离子体生成室，并且利用被导入至该等离子体生成室的源气体来生成等离子体，

在通过所述等离子体淋浴装置开始生成等离子体时，在所述射束线的中途切断离子束。

9.根据权利要求8所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，

所述离子注入装置具有至少一个电极部，所述电极部构成为使电场作用于通过所述射束线的离子束，

在比所述至少一个电极部更靠近所述离子源的射束线的上游侧切断离子束。

10.根据权利要求8或9所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，

切断离子束之后，开始向所述等离子体生成室供给源气体。

11.根据权利要求10所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，

以第一流量开始向所述等离子体生成室供给源气体之后，以比所述第一流量少的第二流量继续供给源气体。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，

经过了使因源气体的导入而上升的所述射束线的气体浓度降低所需的规定时间之后，解除离子束的切断。