JP2015103281A - 高エネルギーイオン注入装置、ビーム電流調整装置、及びビーム電流調整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオン注入装置のためのビーム電流調整装置300は、イオンビームの収束点Pまたはその近傍に配置されている可変アパチャー302を備える。可変アパチャー302は、注入ビーム電流を制御するために、収束点Pにおけるイオンビームの収束方向に垂直な方向のビーム幅を調整するよう構成されている。可変アパチャー302は、質量分析スリット22bの直後に配置されていてもよい。ビーム電流調整装置300は、高エネルギー多段直線加速ユニット14を有する高エネルギーイオン注入装置100に設けられていてもよい。
【選択図】図19
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 (16)
- 高エネルギー多段直線加速ユニットを有する高エネルギーイオン注入装置であって、
前記高エネルギー多段直線加速ユニットの上流または下流に配設されており、イオンビームの収束点を形成するビームライン構成要素と、
前記収束点またはその近傍に配置されており、注入ビーム電流を制御するために、前記収束点における前記イオンビームの収束方向に垂直な方向のビーム幅を調整するよう構成されている可変アパチャーと、を備えることを特徴とする高エネルギーイオン注入装置。 - 前記ビームライン構成要素は、前記収束点を前記高エネルギー多段直線加速ユニットの上流に形成するよう配設されており、
前記可変アパチャーは、前記可変アパチャーを通過することにより前記収束方向に垂直な方向に調整されたビーム幅を有するイオンビームが前記高エネルギー多段直線加速ユニットに与えられるよう前記ビームライン構成要素の下流に配置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。 - 前記ビームライン構成要素は、質量分析スリットを備える質量分析装置であり、前記可変アパチャーは、前記質量分析スリットの直後に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 第1のイオン注入処理についての第1の注入レシピと後続する第2のイオン注入処理についての第2の注入レシピとで前記注入ビーム電流が異なる場合に、前記第1のイオン注入処理と前記第2のイオン注入処理との合間に前記収束方向に垂直な方向について前記可変アパチャーにより前記ビーム幅を調整し、前記第1のイオン注入処理に連続して前記第2のイオン注入処理を実行するよう構成されている制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記高エネルギー多段直線加速ユニットにより加速された高エネルギーイオンビームのためのビーム整形器をさらに備え、
前記可変アパチャーは、前記高エネルギー多段直線加速ユニットと前記ビーム整形器との間に配設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。 - 前記高エネルギー多段直線加速ユニットにより加速された高エネルギーイオンビームのためのビーム走査器をさらに備え、
前記可変アパチャーは、前記高エネルギー多段直線加速ユニットと前記ビーム走査器との間に配設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。 - 前記可変アパチャーによって前記注入ビーム電流が決定されるよう構成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記注入ビーム電流を測定するよう前記可変アパチャーの下流に配設されうるビーム電流検出器をさらに備え、
前記可変アパチャーは、前記ビーム電流検出器により測定されたビーム電流に基づいて前記注入ビーム電流を決定するよう構成されていることを特徴とする請求項7に記載の高エネルギーイオン注入装置。 - 前記可変アパチャーは、質量分析スリットの直前に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記質量分析スリットは、固定のスリットを有することを特徴とする請求項3または9に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記質量分析スリットは、前記収束方向にスリットの位置及び/または幅を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項3または9に記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記可変アパチャーは、前記収束方向に垂直な方向に移動可能に構成されている少なくとも1つのアパチャープレートを備えることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の高エネルギーイオン注入装置。
- 前記高エネルギー多段直線加速ユニットにより加速された高エネルギーイオンビームを基板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をさらに備えることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の高エネルギーイオン注入装置。
- イオン注入装置のためのビーム電流調整装置であって、
イオンビームの収束点またはその近傍に配置されており、注入ビーム電流を制御するために、前記収束点における前記イオンビームの収束方向に垂直な方向のビーム幅を調整するよう構成されている可変アパチャーを備えることを特徴とするビーム電流調整装置。 - 前記可変アパチャーは、質量分析スリットの直後に配置されていることを特徴とする請求項14に記載のビーム電流調整装置。
- 高エネルギー多段直線加速ユニットを有する高エネルギーイオン注入装置のためのビーム電流調整方法であって、
前記高エネルギー多段直線加速ユニットの上流または下流に形成される収束点にイオンビームを収束することと、
前記収束点またはその近傍に配置されている可変アパチャーにより、注入ビーム電流を制御するために、前記イオンビームの収束方向に垂直な方向のビーム幅を調整することと、を備えることを特徴とする方法。
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