JP2014232671A - 高エネルギーイオン注入装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、高周波加速を行う高周波線形加速器を備えたバッチ処理式高エネルギーイオン注入装置も長年使用されてきた(特許文献2参照)。
そこで、近年、枚葉式高エネルギーイオン注入装置が実用化された(特許文献3)。バッチ方式が、ビームを固定してウェハを動かすこと(ディスク上の回転移動)によって、水平方向に均一な注入を行っているのに対して、枚葉式装置では、ビームを動かして(水平方向にビームスキャンして)ウェハを固定している。この方式では、スキャンビームを平行化することによって、ウェハ面内で注入ドーズを均一にするだけでなく、注入角度も均一にすることができ、注入角度偏差の問題を解消できる。なお、鉛直方向のドーズ均一性は、両方式ともウェハを一定速度で平行移動させることによって実現しているが、この運動によっては、角度誤差は発生しない。
偏向磁場によって軌道を平行化する平行化マグネットを使用している従来の高エネルギーイオン注入装置には、次のような課題がある。
前記目的は、高エネルギーイオン注入装置のビームラインを、イオン源で生成したイオンビームを加速する複数のユニットから成る長直線部と、スキャンビームを調整してウェハに注入する複数のユニットから成る長直線部とで構成し、対向する長直線部を有する水平のU字状の折り返し型ビームラインにすることによって達成できる。このようなレイアウトは、イオン源からイオンを加速するユニットの長さに合わせて、ビーム走査器、ビーム平行化器、エネルギーフィルターなどから成るビーム輸送ユニットの長さをほぼ同じ長さに構成することで実現している。そして、二本の長直線部の間に、メンテナンス作業のために十分な広さのスペースを設けている。
はじめに、本実施の形態に係る高エネルギーイオン注入装置の構成を簡単に説明する。なお、本明細書の内容は、荷電粒子の種類の一つであるイオンビームのみならず荷電粒子ビーム全般にかかる装置にも適用できるものである。
図2(a)は、イオンビーム生成ユニットの概略構成を示す平面図、図2(b)は、イオンビーム生成ユニットの概略構成を示す側面図である。
図3は、高エネルギー多段直線加速ユニット14の概略構成を含む全体レイアウトを示す平面図である。高エネルギー多段直線加速ユニット14は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置、すなわち、一つ以上の高周波共振器14aを挟む加速ギャップを備えている。高エネルギー多段直線加速ユニット14は、高周波(RF)電場の作用により、イオンを加速することができる。図3において、高エネルギー多段直線加速ユニット14は、高エネルギーイオン注入用の基本的な複数段の高周波共振器14aを備えた第1線形加速器15aと、さらに、超高エネルギーイオン注入用の追加の複数段の高周波共振器14aを備えた第2線形加速器15bとから構成されている。
図1に示すように、ビーム偏向ユニット16は、エネルギーフィルター偏向電磁石(EFM)であるエネルギー分析電磁石24と、エネルギー幅制限スリット27(図5参照)と、エネルギー分析スリット28と、偏向後のエネルギー分散を制御する横収束四重極レンズ26と、注入角度補正機能を有する偏向電磁石30を含む。
(2)偏向量が60°の磁石が3つ
(3)偏向量が45°の磁石が4つ
(4)偏向量が30°の磁石が6つ
(5)偏向量が60°の磁石が1つ+偏向量が120°の磁石が1つ
(6)偏向量が30°の磁石が1つ+偏向量が150°の磁石が1つ
エネルギー分析部としてのビーム偏向ユニット16は、U字状のビームラインにおける折り返し路であり、それを構成する偏向電磁石の曲率半径rは、輸送できるビームの最大エネルギーを限定するとともに、装置の全幅や中央のメンテナンスエリアの広さを決定する重要なパラメータである(図5参照)。その値を最適化することによって、最大エネルギーを下げることなく、装置の全幅を最小に抑えている。そして、これにより、高エネルギー多段直線加速ユニット14とビーム輸送ラインユニット18との間の間隔が広くなり、十分な作業スペースR1が確保できている(図1参照)。
図6(a)は、ビーム走査器からビーム平行化器以降のビームラインから基板処理供給ユニットまでの概略構成を示す平面図、図6(b)は、ビーム走査器からビーム平行化器以降のビームラインから基板処理供給ユニットまでの概略構成を示す側面図である。
図6(a)においてウェハ200に隣接して示した矢印はビームがこれらの矢印の方向にスキャンされることを示し、図6(b)においてウェハ200に隣接して示した矢印はウェハ200がこれらの矢印の方向に往復移動、すなわち機械走査されることを示している。つまり、ビームが、例えば一軸方向に往復スキャンされるものとすると、ウェハ200は、図示しない駆動機構により上記一軸方向に直角な方向に往復移動するように駆動される。
以上、本実施の形態に係る高エネルギーイオン注入装置100は、イオンビーム生成ユニット12にて生成したイオンビームを、高エネルギー多段直線加速ユニット14にて加速するとともに、ビーム偏向ユニット16により方向転換し、ビーム輸送ラインユニット18の終端に設けられている基板処理供給ユニット20にある基板に照射する。
Claims (21)
- イオン源から引き出したイオンビームを加速し、ビームラインに沿ってウェハまで輸送し、該ウェハに注入する高エネルギーイオン注入装置であって、
イオン源と質量分析装置を有するビーム生成ユニットと、
前記イオンビームを加速して高エネルギーイオンビームを生成する高エネルギー多段直線加速ユニットと、
前記高エネルギーイオンビームをウェハに向けて方向変換する高エネルギービームの偏向ユニットと、
偏向された高エネルギーイオンビームをウェハまで輸送するビーム輸送ラインユニットと、
輸送された高エネルギーイオンビームを均一に半導体ウェハに注入する基板処理供給ユニットと、を備え、
前記ビーム輸送ラインユニットは、ビーム整形器と、高エネルギー用のビーム走査器と、高エネルギー用の電場式ビーム平行化器と、高エネルギー用の電場式最終エネルギーフィルターとを有し、
前記偏向ユニットを出た高エネルギーイオンビームを、前記ビーム走査器および前記電場式ビーム平行化器により、ビームスキャンするとともに平行化し、前記高エネルギー用の電場式最終エネルギーフィルターにより、質量、イオン価数およびエネルギーの少なくともいずれかが異なる混入イオンを取り除いて、前記ウェハに注入するように構成されており、
前記ビーム走査器を、微調整可能な三角波で動作する電場式ビーム走査器としたことを特徴とする高エネルギーイオン注入装置。 - 前記ビーム走査器は、一対の偏向電極を有し、当該一対の偏向電極の間隔をD1、当該偏向電極のビーム進行方向の長さをL1とすると、L1≧5D1を満たすように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器は、一対の偏向電極を有し、当該一対の偏向電極の平行部の間隔をW1、前記偏向電極の高さをH1とすると、H1≧1.5W1を満たすように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器は、一対の偏向電極を有し、0.5kHz〜4kHzの任意の走査周波数で動作が可能なように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記偏向電極は、他の偏向電極との対向面が二段平面で構成されており、前記対向面と反対側の外側面は段差形状となるように構成されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記偏向電極は、他の偏向電極との対向面がノコギリ刃状に加工された段差で構成されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- グランド電極と、走査電極と、2つのグランド電極の間に配置されるサプレッション電極とをグランド遮蔽板上に配置するとともに、グランド遮蔽板をスキャナーハウジング内部に配置し、正電位の走査電極に電子が流入することをサプレッション電極とグランド遮蔽板で防止できるように構成したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器のビームライン下流側に配置され、イオンビームの通過域に開口を有する上流側グランド電極および下流側グランド電極と、
前記上流側グランド電極と前記下流側グランド電極との間に配置されているサプレッション電極と、を更に備え、
上流側グランド電極の開口幅をW1、サプレッション電極の開口幅をW2、下流側グランド電極の開口幅をW3とすると、W1≦W2≦W3を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。 - 前記電場式ビーム走査器は、偏向角度が±5°以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器と前記電場式ビーム平行化器との間に、前記電場式ビーム走査器の偏向角度を小さくするためのビーム走査空間が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器が収納され、前記ビーム走査空間が設けられている真空容器と、
前記真空容器に接続され、該真空容器の内部の気体を排出するための真空ポンプと、
を備えることを特徴とする請求項10に記載の高エネルギーイオン注入装置。 - イオン源を有するビーム生成ユニットおよび前記高エネルギー多段直線加速ユニットを含む、長い軌道を有する第1セクションと、
前記偏向ユニットを含む偏向部による方向変換のための第2セクションと、
前記ビーム輸送ラインユニットを含む、長い軌道を有する第3セクションと、により高エネルギーイオン注入ビームラインを構成し、
前記第1セクションと前記第3セクションとを対向させて配置して、対向する長直線部を有するU字状の装置レイアウトを構成したことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。 - 前記ビーム生成ユニットと前記高エネルギー多段直線加速ユニットとの間に、イオンビームの総ビーム電流量を測定する第1のファラデー装置を、ビームラインへの挿入退避が可能なように設けたことを特徴とする請求項12に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記偏向ユニットと前記ビーム輸送ラインユニットとの間に、イオンビームの総ビーム電流量を測定する第2のファラデー装置を、ビームラインへの挿入退避が可能なように設けたことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記基板処理供給ユニットには、イオン注入位置の後方に、イオンビームの総ビーム電流量を測定する固定式の第3のファラデー装置を設けたことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記ビーム生成ユニットに設けたビーム方向調整部を含む引出電極装置と、
前記高エネルギー多段直線加速ユニットの終端内部に設けた、収束発散の調整を行う調整部と、
前記偏向ユニットに設けたエネルギー分散調整装置および中心軌道補正装置と、
前記ビーム輸送ラインユニットが有する前記高エネルギー用の電場式ビーム整形器と、
を調整することにより、ビームサイズが40mm以下で軌道ずれのほとんどないビームを生成し、該ビームを前記電場式ビーム走査器に供給するよう構成したことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。 - 前記電場式ビーム走査器は、イオンビームを通常のスキャン範囲の更に外側に偏向させて、前記電場式ビーム平行化器の手前部に配設された左右いずれか一方のビームダンプ部に導くことで、ビームを一時的にダンプできるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記高エネルギービームの偏向ユニットには、前記電場式ビーム走査器の走査平面と同じ平面内において偏向ユニットから出射するイオンビームがビーム走査器の中心付近を通るように軌道を微調整する中心軌道補正装置が含まれていることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器は、走査範囲の左右の偏りを補正するためのオフセット電圧を印加できるように構成したことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記電場式ビーム走査器は、前記オフセット電圧を、電場式ビーム走査器の中心付近を通るように調整されたビームがウェハに到達したときの位置ずれから逆算して決められるようにし、注入角度・注入位置微調整システムの一部を構成するようにしたことを特徴とする請求項19に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- イオン源から引き出したイオンビームを加速し、ビームラインに沿ってウェハまで輸送し、該ウェハに注入する高エネルギーイオン注入装置であって、
イオン源と質量分析装置を有するビーム生成ユニットと、
前記イオンビームを加速して高エネルギーイオンビームを生成する高エネルギー多段直線加速ユニットと、
前記高エネルギーイオンビームをウェハに向けて方向変換する高エネルギービームの偏向ユニットと、
偏向された高エネルギーイオンビームをウェハまで輸送するビーム輸送ラインユニットと、
輸送された高エネルギーイオンビームを均一に半導体ウェハに注入する基板処理供給ユニットと、を備え、
前記ビーム輸送ラインユニットは、ビーム整形器と、高エネルギー用のビーム走査器と、高エネルギー用の磁場式ビーム平行化器と、高エネルギー用の電場式最終エネルギーフィルターとを有し、
前記偏向ユニットを出た高エネルギーイオンビームを、前記ビーム走査器および前記磁場式ビーム平行化器により、ビームスキャンするとともに平行化し、前記高エネルギー用の電場式最終エネルギーフィルターにより、質量、イオン価数およびエネルギーの少なくともいずれかが異なる混入イオンを取り除いて、前記ウェハに注入するように構成されており、
前記ビーム走査器を、微調整可能な三角波で動作する電場式ビーム走査器としたことを特徴とする高エネルギーイオン注入装置。
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