KR101985028B1

KR101985028B1 - 이온주입장치

Info

Publication number: KR101985028B1
Application number: KR1020130125951A
Authority: KR
Inventors: 미츠아키 가바사와; 가즈히로 와타나베; 히토시 안도오; 고오지 이나다; 다츠야 야마다
Original assignee: 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2019-05-31
Also published as: US20140150723A1; TWI584335B; KR20140071886A; JP5963662B2; CN103854942B; CN103854942A; US9466467B2; JP2014110236A; TW201423823A

Abstract

이온주입장치에 대한 작업성을 확보하면서 설치면적을 억제하는 기술을 제공한다.
이온원에서 생성한 이온빔을 가속하는 복수의 유닛과, 스캔빔을 조정하여 웨이퍼에 주입하는 복수의 유닛을 구비한 이온주입장치로서, 스캔빔을 조정하는 복수의 유닛의 길이를, 이온원 및 이온빔을 가속하는 복수의 유닛과 대략 동일한 길이의 장직선부로 구성함으로써, 대향하는 장직선부를 가지는 수평의 U자 형상의 절곡형 빔라인을 구성하도록 하였다.

Description

이온주입장치 {ION IMPLANTING DEVICE}

본 출원은 2012년 12월 4일에 출원된 일본 특허출원 제2012-265844호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 이온주입장치에 관한 것이다.

반도체소자 제조공정에서는, 진공 중에서 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하여 반도체 웨이퍼의 결정에 불순물을 첨가함으로써 도전성을 변화시키고, 반도체 웨이퍼를 반도체 소자화시키기 위한 중요한 공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이 공정에서 사용되는 장치는, 일반적으로 반도체 소자화시키기 위한 불순물 원자를 이온으로서 가속하여, 반도체 웨이퍼에 주입하는 이온주입장치로 불린다.

최근, 반도체소자의 고집적화·고성능화에 따라, 이온주입장치에는, 보다 깊게 반도체 웨이퍼에 주입하기 위한 고에너지의 이온주입을 실현하는 보다 높은 성능이 요구되고 있다. 이러한 높은 성능을 실현하기 위하여, 예를 들면, 이온빔의 가속계를 탠덤형 가속장치로 구성하는 방법이 있다(특허문헌 1 참조).

또, 종래의 매엽식 고에너지 이온주입기에서는, 가속부에 반데그라프형 탠덤가속장치 또는 중이온 리니어 액셀러레이션(직선식) 가속장치를 이용하고, 그 하류에 필터링 마그넷(탠덤의 경우는 가수(價數)분리용, 리니어 액셀러레이션의 경우는 에너지분석용), 빔스캐너(저주파 전장 또는 자장에 의하여 주사빔을 생성하는 장치), 자장평행화 패럴렐마그넷(중심궤도로부터 스캔된 빔의 스캔궤도를 중심궤도방향으로 정렬하여 평행화하는 전자석)을 이용하여, 웨이퍼 전체 표면에 일정한 각도로 균일한 양의 고에너지이온을 주입하려고 하고 있다. 이온의 에너지는, 3~4MeV 정도까지이다.

일본특허공보 제 3374335호

포토레지스트가 부착된 웨이퍼에 고에너지이온을 주입하면, 대량의 아웃가스가 발생하고, 이 아웃가스의 가스분자와 빔이온이 상호작용하여, 일부 이온의 가수가 변화한다. 자장평행화 패럴렐마그넷 통과 중에 이 가수변화가 일어나면, 평행화의 편향각이 바뀌므로, 웨이퍼에 대한 주입각이 일정하지 않게 된다. 또, 주입되는 이온의 양(개수)은, 웨이퍼 부근에 놓인 패러데이컵으로, 빔전류치를 측정함으로써 구해지지만, 가수변화에 의하여 그 계측치가 일정하지 않아, 예정한 주입량으로부터 벗어나, 반도체소자의 특성이 예정된 대로 되지 않는다. 또한, 자장(패럴렐마그넷)에 의한 평행화는, 내측의 궤도와 외측의 궤도에서, 편향각과 궤도길이가 상이하기 때문에, 외측의 궤도일수록 가수변화하는 이온의 비율이 증가하여, 웨이퍼면 내의 주입균일성도 악화된다.

또, 자장평행화 패럴렐마그넷은, 스캔 방향으로 폭이 넓은 자극과 어느 정도 긴 평행화 구간을 필요로 하고, 에너지가 높아지면 더욱 자극이 길게 커지므로, 중량이 매우 커져, 장치를 안전하게 설치하여 유지하기 위하여, 반도체 공장 자체의 강도 설계를 강화할 필요가 발생하며 또한, 소비전력도 매우 커진다.

한편, 매엽식 고에너지 이온주입장치보다 비교적 에너지가 낮은 (매엽식) 중전류 이온주입기의 일부에서는, 평행화 전자석이 가지는 상기의 결점을 피하기 위하여, 정전장평행화(전극식) 패럴렐렌즈와, 정전장(전극식) 에너지필터(AEF:Angular Energy Filter)가 사용되고 있다. 정전장평행화 패럴렐렌즈는, 궤도의 대칭성을 유지하면서 스캔궤도를 중심궤도방향으로 정렬하여 평행화하고, AEF는, 웨이퍼 바로 앞에서 가수변화한 이온을 제거한다. 이로써, 아웃가스가 많을 때에도, 에너지 컨테미네이션이 없는 빔을 얻을 수 있어, 자장평행화 패럴렐마그넷과 같은 스캔 방향의 주입각도의 편차도 발생하지 않으며, 결과적으로, 정확한 깊이 방향의 주입분포와 주입량(도스)의 이온을 균일하게 주입할 수 있음과 함께, 주입각도도 일정하게 되어, 매우 정밀도가 높은 이온주입이 실현되고 있다. 또, 경량인 전극부재로 구성되어, 전자석과 비교하여, 소비전력도 적다.

그러나, 빔이온을 동일한 각도로 편향하는 경우, 필요한 자장은 에너지의 평방근에 비례하는 데에 반해, 필요한 전장은 에너지 자체에 비례한다. 따라서, 자장평행화에 있어서의 편향자극의 길이는 에너지의 평방근에 비례하는 데에 반해, 전장평행화에 있어서의 편향전극은 에너지에 비례하여 길어지기 때문에, 고에너지 이온주입으로, 상기의 고정밀도 각도 주입을 실현하려고 하면, 빔수송계(스캐너부터 웨이퍼까지의 거리)가 상대적으로 길어진다. 또, 고각도 정밀도 주입을 위해서는, 전극에 매우 정밀도와 안정도가 높은 전압을 공급할 필요가 있지만, 저에너지부터 고에너지까지의 주입에너지 범위를 커버하기 위하여 전장평행화에 있어서의 전극전원에 요구되는 전압 다이나믹 레인지는, 자장평행화에 있어서의 전자석 전원에 요구되는 전류 다이나믹 레인지보다, 훨씬 넓어진다.

이러한 전장평행화 기구를 구비하는 중전류기가 가지는 평행화 각도 정밀도의 우수성을 고에너지 이온주입에 도입하는 경우, 예를 들면, 이온원, 질량분석자석, 탠덤형 가속장치 혹은 고주파직선(리니어 액셀레이션) 가속장치, 에너지필터를 포함하는 빔트랜스포트계인 후단 빔라인, 빔스캐너, 평행화 장치, 최종 에너지필터, 주입처리실 및 기판반송기기(엔드스테이션) 등의 구성기기를, 각각 독립적으로 대략 직선형상으로 설치하는 구조를 생각할 수 있다. 그러나 이 경우, 장치의 전체 길이가 매우 길어지고, 설치장소의 설정과 준비, 설치작업 등이 대규모가 되고, 또한 설치면적도 커진다. 또, 각 기기의 장착 얼라이먼트의 조정, 장치가동 후의 메인터넌스나 수리, 조정을 위한 작업스페이스도 필요하다. 이러한 대규모의 이온주입기는, 반도체 제조라인에 있어서의 장치 사이즈를, 공장 제조라인의 배치의 실정에 맞추는 것에 대한 요구를 만족시킬 수 없다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 것은, 충분한 작업영역을 확보하면서 설치장소의 설정과 준비, 설치작업을 간략화하고, 설치면적을 억제하는 기술을 실현함으로써, 평행화 전극·에너지필터 전극을 구비한 고정밀도의 고에너지 이온주입장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 고에너지 이온주입장치는, 이온원에서 생성한 이온빔을 가속하는 복수의 유닛과, 스캔빔을 조정하여 웨이퍼에 주입하는 복수의 유닛을 구비한 이온주입장치로서, 스캔빔을 조정하는 복수의 유닛의 길이를, 이온원 및 이온빔을 가속하는 복수의 유닛과 대략 동일한 길이의 장직선부로 구성함으로써, 대향하는 장직선부를 가지는 수평의 U자 형상의 절곡형 빔라인을 구성하도록 하였다. 이러한 레이아웃은, 이온원으로부터 이온을 가속하는 유닛군의 길이에 맞춰, 스캐너, 패럴렐렌즈, 에너지필터 등의 유닛군의 길이를 대략 동일한 길이로 구성함으로써 실현하고 있다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 상호 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 이온주입장치에 대한 작업성을 확보하면서 설치장소의 설정과 준비, 설치작업을 간략화하여, 설치면적을 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략 레이아웃과 빔 경로인 빔라인을 나타내는 상면도이다.
도 2에 있어서, (a)는, 이온빔발생유닛의 개략구성을 나타내는 평면도, (b)는, 이온빔발생유닛의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 고에너지 다단직선가속부의 개략구성을 포함하는 전체 레이아웃을 나타내는 평면도이다.
도 4는 복수의 고주파 선형가속기로 이루어지는 고에너지 다단직선가속부 및 수렴발산렌즈의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5에 있어서, (a), (b)는, E.F.M.(Energy Filter Magnet)/에너지분석/BM, 빔정형기, 빔주사기(스캐너)의 개략구성을 나타내는 평면도이다.
도 6에 있어서, (a)는, 빔주사기부터 빔평행화기 이후의 빔라인부터 기판처리공급유닛까지의 개략구성을 나타내는 평면도, (b)는, 빔주사기부터 빔평행화기 이후의 빔라인부터 기판처리공급유닛까지의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
도 7은 빔주사기의 일례의 주요부를 상방으로부터 본 횡단면도이다.
도 8은 빔주사기의 착탈 가능 구조의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 9는 빔주사기의 일례를 이온빔라인의 도중 경로에 착탈 가능하게 장착한 구조를 하류측에서 본 정면 단면도이다.
도 10은 각도 에너지필터의 편향전극의 다른 양태를 나타내는 모식도이다.

높은 에너지(예를 들면 1~4MeV)를 가진 이온을 기판에 주입하는 것이 가능한 고에너지 이온주입장치는, 예를 들면, 이온원, 질량분석자석, 고주파직선(리니어 액셀레이션) 가속장치, 에너지필터를 포함하는 빔트랜스포트계, 빔스캐너, 빔평행화 장치, 최종 에너지필터, 주입처리실, 기판반송기기 등의 다수의 구성기기로 이루어진다. 이로 인하여, 각 구성기기를, 각각 독립적으로 대략 직선 상에 설치하면, 전체 길이가 매우 길어져, 각 장치의 장착 얼라이먼트, 가동 후의 메인터넌스나 수리, 조정에 많은 노력을 필요로 하게 된다.

또, 고에너지 이온주입장치의 각 구성기기를, 각각 독립적으로 가대에 탑재하여 장착 조정하면, 주요 장치 전체에서는, 예를 들면, 폭 약 7m 전체 길이 약 20m의 크기가 되는 경우도 있다. 최근에는, CCD나 CMOS 촬상소자를 제조할 때에, 초고에너지(3~10MeV)를 가지는 이온을 기판의 심부에 주입하는 공정이 채용되고 있으며, 이러한 주입에서는, 초고에너지 이온주입장치가 사용되고 있다. 이러한 초고에너지의 빔라인을 실현하기 위해서는, 긴 고주파 가속부를 중심으로 하여, 많은 빔라인 부재를 연결할 필요가 있어, 더욱 전체길이가 장대한 빔라인이 될 수 있다. 이 경우, 빔라인 양측에 메인터넌스용 스페이스를 넓게 확보해야 하고, 또 빔라인의 길이가 그대로 장치의 길이가 되고, 빔라인 양측의 메인터넌스용 스페이스가 그대로 장치의 폭이 되어 버린다.

반도체소자 제조공정에서는, 수많은 종류의 반도체 제조장치로 이루어져 있으며, 이온주입장치도 다른 장치와 마찬가지로, 스페이스절약과, 장치 길이의 제한이 요구된다. 그러나, 장치 내부의 각 기기의 크기뿐만 아니라, 그들 메인터넌스 스페이스의 확보 등으로, 장치 사이즈가 커지고, 또 빔라인의 길이가 그대로 장치의 길이가 되기 때문에, 빔라인 방향으로 길어지는 경향이 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 이하에 나타내는 구성의 고에너지 이온주입장치에 의하여, 이온주입장치에 대한 작업성을 확보하면서 설치면적을 억제할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.

(고에너지 이온주입장치)

먼저, 본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치의 구성을 간단하게 설명한다. 이온은 하전입자의 종류의 하나이며, 본 명세서의 내용은, 이온빔뿐만 아니라 하전입자빔의 장치에도 적용할 수 있는 것이다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 이온주입장치(100)의 개략 레이아웃과 빔라인을 모식적으로 나타낸 것이다.

본 실시형태에 관한 이온주입장치(100)는, 고에너지 이온빔라인을 가지는 고주파직선(선형) 가속방식의 이온주입장치이며, 이온원(10)에서 발생한 이온을 가속하고, 대향하는 장직선부를 가지는 U자 형상의 빔라인을 따라 웨이퍼(기판)(200)까지 이온빔으로서 수송하여, 웨이퍼(200)에 주입하는 이온주입장치이다. U자 형상의 빔라인은, 복수의 유닛으로 구성되어 있다. 여기에서, "대향하는 장직선부를 가지는 U자 형상"이란, 예를 들면, 이온주입장치 전체의 배치가 직사각형인 경우, 후술하는 고에너지 다단직선가속부의 길이 방향이 직사각형 배치의 장변이 되는 레이아웃이라고 파악할 수 있다.

복수의 유닛의 각각은, 동일한 면을 기준으로 대략 수평으로 배치되어 있다. 또, 복수의 유닛의 대략 모든 유닛에 대한 작업을 가능하게 하는 작업스페이스(R1)가, U자 형상의 빔라인의 중앙영역에 설치되어 있다. 또한 작업스페이스(R1)와 외부와의 사이에서 작업자의 이동을 가능하게 하는 연통로(P)가 설치되어 있다. 이로써, 작업자는 U자의 중앙부에 설치된 작업스페이스(R1)의 안쪽까지 용이하게 들어갈 수 있어, 메인터넌스나 조정의 작업효율이 향상된다.

이온주입장치(100)는, 이온빔발생유닛(12)과, 고에너지 다단직선가속부(14)와, 편향유닛(16)과, 빔수송라인부(18)와, 기판처리공급유닛(20)을 구비한다. 이온빔발생유닛(12)은, 이온원(10)과, 인출전극(40)과, 질량분석장치(22)를 가진다. 이온빔발생유닛(12)에서는, 이온원(10)으로부터 인출전극을 통하여 빔이 인출됨과 동시에 가속되고, 인출가속된 빔은 질량분석장치(22)에 의하여 질량분석된다. 질량분석장치(22)는, 질량분석자석(22a), 질량분석슬릿(22b)을 가지고 있다. 일반적으로, 질량분석슬릿(22b)은, 질량분석자석(22a)의 바로 뒤에 배치하는 것이지만, 실시예에서는, 그 다음의 구성인 고에너지 다단직선가속부(14)의 입구부 내에 배치하고 있다.

질량분석장치(22)에 의한 질량분석의 결과, 주입에 필요한 이온종만이 선별되고, 선별된 이온종의 이온빔은, 다음의 고에너지 다단직선가속부(14)에 유도된다. 고에너지 다단직선가속부(14)에 의하여, 더욱 다단가속된 이온빔은, 편향유닛(16)에 의하여 방향이 변화된다. 편향유닛(16)은, 에너지필터분석기(24)와, 궤도조정렌즈인 궤도조정 4중극 렌즈(26)와, 에너지 제한 슬릿(28)과, 각도편향자석(30)을 가진다. 다만, 에너지필터분석기(24)는, 예를 들면, 에너지필터 편향자석(E.F.M.)이다.

빔수송라인부(18)는, 편향유닛(16)으로부터 나온 이온빔을 수송하는 것이며, 수렴/발산렌즈군으로 구성되는 빔정형기(32)와, 빔주사기(34)와, 빔평행화기(36)와, 최종 에너지필터분석기(AEF)(38)(최종 에너지분리슬릿을 포함함)를 가진다. 빔수송라인부(18)의 하류측의 종단에는, 이온빔에 의하여 이온이 주입되는 웨이퍼(200)가 배치되는 주입처리실인 기판처리·기판반송공급유닛(20)이 설치되어 있다.

이와 같이 각 유닛을 U자 형상으로 배치한 이온주입장치(100)는, 설치면적을 억제하면서 양호한 작업성이 확보되고 있다. 또, 이온주입장치(100)에 있어서는, 각 유닛이나 각 장치를 모듈구성으로 함으로써, 빔라인 기준위치에 맞춰 착탈, 장착이 가능해지고 있다.

다음으로, 이온주입장치(100)를 구성하는 각 유닛, 각 장치에 대하여 더욱 상술한다.

(이온빔발생유닛)

도 2의 (a)는, 이온빔발생유닛의 개략구성을 나타내는 평면도, 도 2의 (b)는, 이온빔발생유닛의 개략구성을 나타내는 측면도이다.

도 2의 (a), 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 빔라인의 최상류에 배치되어 있는 이온원(10)의 출구측에는, 이온챔버 내에서 생성된 플라즈마로부터 이온빔을 인출하는 인출전극(40)이 설치되어 있다. 인출전극(40)의 하류측 근방에는, 인출전극(40)으로부터 인출된 이온빔 중에 포함되는 전자가 인출전극(40)을 향하여 역류하는 것을 억제하는 인출 서프레션전극(42)이 설치되어 있다.

이온원(10)은, 이온원 고압전원(46)과 접속되어 있다. 인출전극(40)과 터미널(48)과의 사이에는, 인출전원(50)이 접속되어 있다. 인출전극(40)의 하류측에는, 입사되는 이온빔으로부터 소정의 이온을 분리하고, 분리한 이온빔을 취출하기 위한 질량분석장치(22)가 배치되어 있다.

(고에너지 다단직선가속부)

도 3은, 고에너지 다단직선가속부(14)의 개략구성을 나타내는 평면도이다. 고에너지 다단직선가속부(14)는, 이온빔의 가속 또는 감속을 행하는 복수의 선형가속장치, 즉, 1개 이상의 고주파 공진기(14a)를 구비하고 있다. 바꾸어 말하면, 고에너지 다단직선가속부(14)는, 고주파(RF) 전장의 작용에 의하여, 이온을 가속 혹은 감속할 수 있다. 도 3에 있어서, 고에너지 다단직선가속부(14)는, 고에너지 이온주입용의 기본적인 복수단의 고주파 공진기(14a)를 구비한 제1 직선가속기(15a)와, 또한, 초고에너지 이온주입용의 추가적인 복수단의 고주파 공진기(14a)를 구비한 제2 직선가속기(15b)로 구성되어 있다.

통상의 가속계를 구비한 이온주입장치에 있어서는, 가속에 관한 운전파라미터는 해석적으로 용이하게 결정할 수 있다. 예를 들면, 대부분의 이온주입장치에서 이용되고 있는 정전장을 이용한 가속방법에서는, 정전장을 만들어내는 전원의 설정전압(V)[kV]은, 원하는 이온의 가수(n)와 원하는 에너지(E)[keV]로부터, 이하의 식(1)에 의하여 간단하게 결정된다.

V=E/n ··· 식(1)

복수단의 정전장을 이용하는 경우에는, 그 합계의 전압을 V로 하면 된다. 한편, 고주파(RF) 가속을 이용한 이온주입장치에 있어서는, 고주파의 파라미터로서 전압의 진폭(V)[kV], 주파수(f)[Hz]를 고려해야 한다. 또한, 복수단의 고주파 가속을 행하는 경우에는, 서로의 고주파의 위상(φ)[deg]이 파라미터로서 더해진다. 이에 더해, 가속 도중이나 가속 후에 이온빔의 가로방향으로의 확산을 수렴·발산 효과에 의하여 제어하기 위한 자장렌즈(예를 들면, 4극 전자석)나 정전장 렌즈(예를 들면, 정전 4극 전극)가 있는 경우에는, 그들 운전파라미터는, 그 곳을 통과하는 시점에서의 이온의 에너지에 의하여 최적치가 바뀌는 것에 더하여, 가속전계의 강도가 수렴·발산에 영향을 미치기 때문에, 고주파의 파라미터를 결정한 후에 그들의 값을 결정하게 된다.

정전장을 이용한 가속방법에서는, 정전장을 만들어내는 전원전압(V)[kV]과 인출하는 이온의 전가수(n)로 일의적으로 이온빔의 에너지(E)[keV]가 결정된다. 이 경우, 이온의 에너지는,

E=n·V ··· 식(2)

로 나타난다.

따라서, 에너지분석전자석의 자장측정 자체에는, 에너지를 결정하는 데에 있어서의 직접적인 역할은 없다.

그러나, 예를 들면 고주파(RF) 가속을 이용한 이온주입장치에 있어서는, 가속 후의 이온빔의 에너지가 소정의 확산을 가진다. 이 때문에, 이온을 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 주입하기 전에, 전장 또는 자장에 의하여 에너지를 분석하여 원하는 에너지를 가지는 이온빔만을 선별할 필요가 있다. 일반적으로는, 분석에는 취급의 용이함으로부터 전자석이 이용되지만, 이 경우 이온빔측의 에너지가 소정의 폭을 가지기 때문에, 전자석의 자장으로부터 에너지를 산출해야 한다.

이온의 에너지(E)[keV]는,

E=4.824265×10⁴×(B²·ρ²·n²)/m ··· 식(3)

으로 나타난다. 여기에서, m[amu]은 이온의 질량수, n은 이온의 전가수, ρ[m]는 전자석 내의 빔궤도의 곡률반경, B[T]는 자장(자속밀도)이다. 이 중, m과 n은 주입조건으로부터 이미 알려져 있으며, ρ는 일정하다. 따라서, 자장(B)의 측정이 에너지(E)를 측정하는 것에 직접적으로 연결된다.

또, 최근 개발이 진행되고 있는 매우 낮은 에너지의 이온주입장치에 있어서는, 플라즈마의 전위의 영향이 이온의 에너지에 주는 영향을 무시할 수 없게 되고 있다. 이 때문에, 간단히 인출전압만으로는 정확한 이온빔의 에너지를 결정하는 것이 어려워지고 있지만, 이러한 경우에도 최종적인 에너지분석전자석의 정밀한 자장측정에 근거하는 에너지의 산출이 유효하다.

(고에너지 다단직선가속부)

도 4는, 복수의 고주파 선형가속기로 이루어지는 고에너지 다단직선가속부 및 수렴발산렌즈의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.

고에너지 다단직선가속부(14)에는 1개 이상의 고주파 공진기(14a)가 포함되어 있다. 고에너지 다단직선가속부(14)의 제어에 필요한 구성요소로서는, 오퍼레이터가 필요한 조건을 입력하기 위한 입력장치(52), 입력된 조건으로부터 각종 파라미터를 수치계산하고, 또한 각 구성요소를 제어하기 위한 제어연산장치(54), 고주파의 진폭을 조정하기 위한 진폭제어장치(56), 고주파의 위상을 조정하기 위한 위상제어장치(58), 고주파의 주파수를 제어하기 위한 주파수제어장치(60), 고주파전원(62), 수렴발산렌즈(64)를 위한 수렴발산렌즈전원(66), 운전파라미터를 표시하기 위한 표시장치(68), 결정된 파라미터를 기억해 두기 위한 기억장치(70)가 필요하다. 또, 제어연산장치(54)에는, 미리 각종 파라미터를 수치계산하기 위한 수치계산코드(프로그램)가 내장되어 있다.

정전압으로 이온을 가속하는 이온주입장치에서는, 해석적으로 용이하게 가속파라미터를 결정할 수 있다. 이로 인하여, 가속조건(이온의 가수)이나 원하는 에너지 등을 오퍼레이터가 입력하거나, 혹은 상위의 컴퓨터로부터 지시하는 것만으로, 필요한 가속파라미터(전압)는 이온주입장치의 제어장치에서 계산되어, 자동적으로 설정된다. 그리고, 목적하는 에너지의 빔을 얻기 위한 파라미터의 조합이 발견된다. 즉, 목적하는 에너지의 빔을 얻기 위하여, 오퍼레이터나 혹은 상위의 컴퓨터로부터, 입력장치(52)에 원하는 이온의 종류, 이온의 가수, 이온원의 인출전압, 최종적으로 필요한 에너지값이 입력된다.

한편, 고주파 선형가속기에서는, 제어연산장치(54)에서는, 내장하고 있는 수치계산코드에 의하여, 입력된 조건을 근거로 이온빔의 가속이나 감속 및 수렴·발산을 시뮬레이션하고, 최적의 수송효율이 얻어지도록 고주파 파라미터(진폭, 주파수, 위상)를 산출한다. 또 동시에, 효율적으로 이온빔을 수송하기 위한 수렴발산렌즈(64)의 파라미터(전류, 전압의 적어도 일방)도 산출한다. 계산된 각종 파라미터는, 표시장치(68)에 표시된다. 고에너지 다단직선가속부(14)의 능력을 넘은 가속·감속조건에 대해서는, 해답이 없는 것을 의미하는 표시가 표시장치(68)에 표시된다.

진폭 파라미터는, 제어연산장치(54)로부터 진폭제어장치(56)로 보내지고, 진폭제어장치(56)가, 고주파전원(62)의 진폭을 조정한다. 위상파라미터는, 위상제어장치(58)로 보내지고, 위상제어장치(58)가, 고주파전원(62)의 위상을 조정한다. 주파수 파라미터는, 주파수제어장치(60)로 보내진다. 주파수제어장치(60)는, 고주파전원(62)의 출력주파수를 제어함과 함께, 고에너지 다단직선가속부(14)의 고주파 공진기(14a)의 공진주파수를 제어한다. 제어연산장치(54)는 또, 산출된 수렴발산렌즈 파라미터에 의하여, 수렴발산렌즈전원(66)을 제어한다.

복수단의 고주파 공진기(14a)에는 교대로 발산렌즈 또는 수렴렌즈가 구비되어 있지만, 제2 직선가속기(15b)의 종단의 수렴렌즈(64a)의 후방에는 추가적인 발산렌즈(64b)가 배치되고, 고에너지 다단직선가속부(14)를 통과하는 고에너지 가속이온빔의 수렴량과 발산량을 조정하여, 후단의 편향유닛에 최적의 이차원 빔프로파일의 이온빔을 입사시키도록 하고 있다.

고에너지 다단직선가속부(14) 통과 후의 이온빔은, 고주파 전계의 영향으로 에너지 분포가 넓어지게 된다. 따라서, 후술의 편향유닛(16)에 의하여 원하는 에너지의 이온만이 통과할 수 있도록 분석·제한·분리를 행한다. 다만, 부호(L)는, 이온빔의 중심궤도를 나타내고 있다.

(편향유닛)

도 1에 나타내는 바와 같이, 편향유닛(16)은, 에너지필터 편향자석(E.F.M.)인 에너지필터분석기(24)와, 궤도조정 4중극 렌즈(26)와, 에너지 제한 슬릿(28)과, 각도편향자석(30)을 포함한다. 본 실시형태에 관한 편향유닛(16)에 있어서는, 이용되는 복수의 전자석을 이하와 같이 구성한다.

편향유닛(16)은, 복수의 전자석 장치를, 에너지분석장치 및 가로방향의 벤딩(빔진로 변경)장치로서 이용함과 함께, 에너지 제한 슬릿(28)을 에너지필터분석기(24)와 각도편향자석(30)과의 사이에 배치한다. 그리고, 에너지 제한 슬릿(28)보다 상류의 전자석 중 적어도 하나를 에너지분석장치(에너지필터분석기(24))로서 구성하고, 에너지 제한 슬릿보다 하류의 전자석 중 적어도 하나를 가로방향의 벤딩장치(각도편향자석(30))로서 이용한다.

또, 에너지 제한 슬릿(28)의 상류측으로서, 에너지 제한 슬릿(28)과 에너지필터분석기(24)와의 사이에, 가로수렴렌즈로서 궤도조정 4중극 렌즈(26)가 배치되어 있다. 궤도조정 4중극 렌즈(26)는, 예를 들면, 4중극 렌즈(정전식 혹은 자장식)로 구성할 수 있다. 또, 진공펌프를 안정적으로 운용하기 위하여, 에너지필터분석기(24)나 각도편향자석(30)의 전자석의 누설 자장의 영향을 받지 않는 위치에 진공펌프를 배치하는 것이 유효하다. 예를 들면, 에너지 제한 슬릿(28)의 근방에, 아웃가스 배출용의 진공펌프를 배치하여도 된다.

이와 같이, 편향유닛(16)은, 복수의 자석을 이용함으로써, 이온빔을 180˚ 편향시킬 수 있다. 이로써, 빔라인이 U자 형상의 이온주입장치(100)를 간단한 구성으로 실현할 수 있다.

또, 에너지 제한 슬릿(28)보다 상류측에 설치되어 있는, 전자석을 포함하는 에너지필터분석기(24)는, 상류의 고에너지 다단직선가속부(14)에 대하여 착탈하거나 연결하거나 할 수 있도록 구성하여도 된다. 또, 후술하는 빔수송라인부(18)를 모듈형의 빔라인유닛으로 구성한 경우, 에너지 제한 슬릿(28)보다 하류측에 설치되어 있는, 각도편향자석(30)은, 하류의 빔수송라인부(18)에 대하여 착탈하거나 연결하거나 할 수 있도록 구성하여도 된다.

후술하는 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 편향유닛(16)은, 고에너지 다단직선가속부(14)로부터 나온 이온빔을, 에너지필터분석기(24)로 90˚ 편향한다. 고에너지 다단직선가속부(14)로부터 나온 이온빔은, 에너지 분포가 소정의 폭으로 넓어지므로, 에너지의 폭의 확대에 대하여 에너지분석기에 의하여 빔궤도를 횡분산시키고(에너지의 차이에 의함), 에너지 제한 슬릿(28)으로 가로방향에서 필요한 에너지의 이온빔만을 통과시켜, 에너지분석을 행하도록 구성하고, 각도편향자석(30)에 의하여 빔진로를 90˚ 편향하며, 후술하는 빔수송라인부(18)의 빔정형기(32)에 입사시킨다. 빔정형기(32)는, 입사한 빔을 정형하여 빔주사기(34)에 공급한다. 또, 후술하는 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 궤도조정 4중극 렌즈(26)의 렌즈 작용에 의하여, 빔에너지의 미소 분포에 의한 이온빔궤도의 어긋남을 조정하여, 웨이퍼에 도달하는 빔이 대략 하나의 궤도가 되도록 구성하고 있다.

상술과 같이, 편향유닛(16)은, 이온원에서 발생한 이온을 가속하여 웨이퍼까지 수송하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 고에너지 다단직선가속부(14)와 빔수송라인부(18)와의 사이에 있어서, 이온빔의 180˚의 편향을 복수의 자석으로 행하고 있다. 즉, 에너지필터분석기(24)의 자석 및 각도편향자석(30)은, 각각 편향각도가 90도가 되도록 구성되어 있으며, 그 결과, 합계의 편향각도가 180도가 되도록 구성되어 있다. 다만, 하나의 자석으로 행하는 편향량은 90˚에 한정되지 않고, 이하의 조합이어도 된다.

(1) 편향량이 90˚인 자석이 1개＋편향량이 45˚인 자석이 2개

(2) 편향량이 60˚인 자석이 3개

(3) 편향량이 45˚인 자석이 4개

(4) 편향량이 30˚인 자석이 6개

(5) 편향량이 60˚인 자석이 1개＋편향량이 120˚인 자석이 1개

(6) 편향량이 30˚인 자석이 1개＋편향량이 150˚인 자석이 1개

(빔수송라인부)

도 5의 (a), 도 5의 (b)는, EFM/에너지분석/BM, 빔정형기, 빔주사기(스캐너)의 개략구성을 나타내는 평면도이다. 도 6의 (a)는, 빔주사기부터 빔평행화기 이후의 빔라인부터 기판처리공급유닛까지의 개략구성을 나타내는 평면도, 도 6의 (b)는, 빔주사기부터 빔평행화기 이후의 빔라인부터 기판처리공급유닛까지의 개략구성을 나타내는 측면도이다.

편향유닛(16)에 의하여 필요한 이온종만이 분리되고, 필요한 에너지값의 이온만이 된 빔은, 빔정형기(32)에 의하여 원하는 단면 형상으로 정형된다. 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 빔정형기(32)는, Q(4중극)-렌즈 등(정전식 혹은 자장식)의 수렴/발산렌즈군에 의하여 구성된다. 정형된 단면 형상을 가지는 빔은, 빔주사기(34)에 의하여 도 6의 (a)의 면에 평행한 방향으로 스캔된다. 예를 들면, 세로수렴(가로발산)렌즈(QF)/세로발산(가로수렴)렌즈(QD)/세로수렴(가로발산)렌즈(QF)로 이루어지는 트리플렛 Q렌즈군으로서 구성된다. 빔정형기(32)는, 필요에 따라서, 세로수렴 가로발산렌즈(QF), 세로발산 가로수렴렌즈(QD)를 각각 단독으로, 혹은 복수 조합하여 구성할 수 있다.

빔주사기(34)는, 주기 변동하는 전장에 의하여, 이온빔의 진행방향과 직교하는 수평 방향으로 이온빔을 주기적으로 왕복 주사시키는 편향주사장치(빔스캐너라고도 불린다)이다.

빔주사기(34)가, 정전식(전장식) 편향주사장치인 경우는, 빔진행방향에 관하여, 이온빔의 통과역을 사이에 두도록 갭을 통하여 대향 배치된 한 쌍(2매)의 대향주사전극(2극식 편향주사전극)을 구비하고, 수 Hz~수 kHz의 주기 변동하는 삼각파에 근사의 정부의 전압변경제어를 행하는 주사전압이 2매의 대향 전극에 각각 역부호의 전압으로 인가된다. 이 주사전압은, 갭 내에 있어서, 그 곳을 통과하는 빔을 편향시키는 전장을 생성한다. 그리고, 주사전압을 변화시킴으로써, 갭을 통과하는 빔이 수평 방향으로 스캔된다.

빔주사기(34)의 하류측에는, 이온빔의 통과역에 개구를 가지는 서프레션전극(74)이 2개의 그라운드전극(78a, 78b)의 사이에 배치되어 있다. 상류측에는, 주사전극의 전방에 그라운드전극(76a)을 배치하고 있지만, 필요에 따라서 서프레션전극을 그라운드전극의 직후에 배치할 수 있다. 서프레션전극은, 정전극으로 전자가 침입하는 것을 억제한다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 고에너지 다단직선가속부(14)의 직선가속부 하우징 내의 최전방부와, 스캐너하우징 내의 최전방부의 빔정형기(32)의 직전부에는, 각각, 이온빔의 총빔전류치를 계측하기 위한 인젝터 플래그 패러데이컵(80a, 80b)이 배치되어 있다. 각각의 인젝터 플래그 패러데이컵(80a, 80b)은, 구동기구에 의하여 빔라인 상에 상하방향(또는 수평 방향)으로부터 출입 가능하게 구성되고, 또, 수평 방향으로 긴 직사각형의 그릇 형상으로 개구부를 빔라인 상류측을 향하여 구성되어 있으며, 개구부에 입사되는 이온빔의 총빔전류를 계측하는 목적 외에, 빔라인 하류에 도달하는 이온빔을 필요에 따라서 빔라인 상에서 완전히 차단하기 위하여 이용된다. 또, 인젝터 플래그 패러데이컵(80a, 80b), 빔주사기(34) 및 서프레션전극(74), 그라운드전극(76a, 78a, 78b)은, 스캐너하우징(82)에 수용되어 있다. 또한, 인젝터 플래그 패러데이컵(80a)의 직전의 고에너지 다단직선가속부(14)의 입구부 내에는, 상술한 대로, 질량분석슬릿(22b)이 배치되어 있으며, 단일의 질량분석슬릿, 혹은, 질량의 크기에 따라, 폭이 상이한 다수 슬릿의 선택 방식, 또는 질량 슬릿폭을 무단계 또는 다단으로 변경할 수 있는 방식의 구성으로 하고 있다.

스캔하우징 내에 있어서, 빔주사기(34)의 하류측에는, 빔주사공간부가 긴 구간 형성되고, 빔주사각도가 좁은 경우이더라도 충분한 스캔폭을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 빔주사공간부의 하류인 스캔하우징의 후방에는, 편향된 이온빔을, 빔주사편향 전의 이온빔의 방향이 되도록, 즉, 빔라인에 평행이 되도록 재편향하는 빔평행화기(36)가 설치되어 있다.

빔평행화기(36)에는, 평행화 렌즈(84)가 배치되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 평행화 렌즈(84)는, 상부 유닛과 하부 유닛의 상하 쌍의 세트체로 구성되고, 상부 유닛과 하부 유닛의 사이에 이온빔이 통과하는 공간부가 형성되며, 상부 유닛과 하부 유닛의 상하 쌍의 세트체가, 각각, 활형상, 비원형 곡선형, 대략 원호형상, C자 형상 등의 복수 매의 전극으로 구성되어 있고, 상류측부터 최초의 전극(1매째)과 최후의 전극(3매째)은, 접지 전위로 유지되고 있다. 중간의 전극에는, 평행화 전원(가변식의 부전원(n단일 때는 부정부, 부정부정부···))(90)이 접속되어 있으며, 1매째의 전극과 2매째의 전극 및 2매째의 전극과 3매째의 전극의 사이에 빔의 궤도를 변경시키는 방향의 편향 전계(빔수렴작용을 가짐)가 발생함으로써, 이온빔은 빔라인 궤도방향과 평행한 방향으로 단계적으로 향해 가는 작용이 주어지고, 수평 방향으로 편향된 이온빔이 편향 주사 전의 이온빔진행방향(빔라인 궤도방향)에 평행한 이온빔이 된다. 다만, 최초의 전극(1매째)과 최후의 전극(3매째)의 각각의 직전이나 직후에, 전자의 유입을 막는 서프레션전극을 각각 따로 배치하여도 된다. 다만, 상기와 같은 전장에 의한 평행화를 행하는 경우, 각 전극의 사이에서는 가속 또는 감속이 발생하고 있으며, 이온의 에너지도 변화하게 되지만, 평행화 유닛의 입구와 출구의 전위는 동일하므로, 전체로서의 에너지 변화는 발생하지 않는 구성으로 하고 있다.

이와 같이, 빔주사기(34)에 의하여 스캔된 빔은, 평행화 렌즈 등을 포함하는 빔평행화기(36)에 의하여 평행화되고, 스캔 전의 이온빔진행방향(빔라인 궤도방향)에 평행한 편향각 0도의 축에 대하여 평행이 된다.

평행화 렌즈(84)로부터 나온 이온빔은, 최종 에너지필터분석기(38)를 구성하는 각도 에너지필터(AEF)(94)로 보내진다. 각도 에너지필터(94)에서는, 웨이퍼에 주입하기 직전의 이온빔의 에너지에 관한 최종적인 분석이 행해지고, 필요한 에너지값의 이온종만이 선택됨과 함께, 아울러, 중성화된 가수가 없는 중성입자나, 이온가수가 상이한 이온의 제거가 행해진다. 이 전계편향에 의한 각도 에너지필터(AEF: Angular Energy Filter)(94)는, 빔라인 궤도방향의 상하방향으로 대향하는 한 쌍의 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 판형상의 편향전극에 의하여 구성되고, 빔라인 궤도방향의 상하방향에 있어서 각도 에너지필터(AEF)(94) 자신의 편향 작용에 의하여 하방으로 구부러지는 이온빔궤도에 맞춰 굴곡하고 있다.

도 6의 (a), 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전계편향용 전극은, 한 쌍의 AEF전극(104)으로 구성되고, 이온빔을 상하방향으로부터 끼워 넣도록 배치되어 있다. 한 쌍의 AEF전극(104) 중, 상측의 AEF전극(104)에는 정전압을, 하측의 AEF전극(104)에는 부전압을 각각 인가하고 있다. 전계에 의한 편향 시에는, 한 쌍의 AEF전극(104)간에서 발생하는 전계의 작용에 의하여, 이온빔을 하방으로 약 10~20도 편향시켜, 목적 에너지의 이온빔만이 선택되게 된다. 도 6의 (b)에 나타나는 바와 같이, 각도 에너지필터(94)에 있어서는 선택된 에너지값으로 이루어지는 이온빔만이 설정한 궤도각도로 하방으로 편향된다. 이와 같이 하여 선택된 이온종만으로 이루어지는 빔이 피조사물인 웨이퍼(200)에 조사된다.

다만, 도 10에 나타내는 바와 같이, 상하방향으로 대향하는 한 쌍의 판형상의 편향전극(204)은, 이온빔궤도에 맞춰 굴곡시킬 때, 전후로 n분할되어, 각각의 상부 전극 및 하부 전극이 각각 동전위로 유지된 판형상의 전극으로 하고 있는 것이어도 된다. 또, 전후에 n분할된 판형상의 편향전극은, 상부 전극 및 하부 전극을 각각 동전위로 유지하는 구성 외에, n분할의 상하 한 쌍의 판형상 전극으로서, 각각 다른 전위설정(고정 혹은 가변 전위)으로 하는 것도 가능하다.

또, 각도 에너지필터(94)는, 각도 에너지필터(94)의 상류측에 그라운드전극(108), 및 하류측의 2개의 그라운드전극의 사이에 AEF서프레션전극(110)을 설치한 전극 세트를 구비하고 있다. 이 AEF서프레션전극(110)은, 정전극으로의 전자의 침입을 억제한다.

각도 에너지필터(94)의 최하류측의 그라운드전극의 좌우단에 배치된 도스컵(122)에 의하여, 도스량의 목표로 하는 주입 중의 빔전류량을 측정한다. 다만, AEF챔버(102)의 출구측에는, 각도 에너지필터(94)에서 편향되지 않고 직진하는 중성의 입자 등을 받는 스트라이커 플레이트(114)를 설치하여도 된다.

다만, 도 6의 (a)에 있어서 웨이퍼(200)에 인접하여 나타낸 화살표는 빔이 이들 화살표의 방향으로 스캔되는 것을 나타내고, 도 6의 (b)에 있어서 웨이퍼(200)에 인접하여 나타낸 화살표는 웨이퍼(200)가 이들 화살표의 방향으로 왕복 이동, 즉 기계주사되는 것을 나타내고 있다. 즉, 빔이, 예를 들면 1축 방향으로 왕복 스캔되는 것으로 하면, 웨이퍼(200)는, 도시하지 않은 구동기구에 의하여 상기 1축 방향에 직각인 방향으로 왕복 이동하도록 구동된다.

웨이퍼(200)를 소정의 위치에 반송 공급하고, 이온주입에 의한 처리를 행하는 기판처리공급유닛(20)은, 프로세스챔버(주입처리실)(116)를 구비하고 있다. 프로세스챔버(116)는, AEF챔버(102)와 연통하고 있다. 프로세스챔버(116) 내에는, 에너지 제한 슬릿(EDS: Energy Defining Slit)(118)이 배치되어 있다. 에너지 제한 슬릿(118)은, 필요 이외의 에너지값과 가수를 가지는 이온빔의 통과를 제한함으로써, AEF를 통과한 필요 에너지값과 가수를 가지는 이온빔만을 정밀하게 분리하기 위하여, 스캔 방향으로 가로로 긴 슬릿으로 구성되어 있다. 또, 에너지 제한 슬릿(118)은, 슬릿의 분리의 간격을 조정하기 위하여 상하방향으로부터 가동식의 부재로 슬릿체를 구성하여도 된다. 또한, 가동식의 상하의 전환슬릿부재는 복수의 슬릿면을 구비하고, 이들 슬릿면을 전환한 후, 더욱 상하 슬릿의 축을 상하방향으로 조정시키거나, 회전시키거나 함으로써, 원하는 슬릿폭으로 변경하도록 구성하여도 된다. 이들 복수의 슬릿면을 이온종에 따라 순차 전환함으로써, 크로스컨테미네이션을 저감시키는 구성으로 하는 것도 가능하다.

플라즈마샤워(120)는, 저에너지전자를 이온빔의 빔전류량에 따라 궤도 상의 이온빔과 웨이퍼(200)의 전면에 공급하고, 이온주입으로 발생하는 정전하의 차지업을 중화시킴과 함께 억제된다. 다만, 각도 에너지필터(94)의 최하류측의 그라운드전극의 좌우단에 배치된 도스컵(122) 대신에, 플라즈마샤워(120)의 좌우단에 도스량을 측정하는 도스컵(도시하지 않음)을 배치하여도 된다. 구체적으로는, 전류측정회로에 접속되어 있는 좌우의 도스컵에 들어 오는 이온빔이, GND준위로부터 그 회로를 흘러 오는 전자에 의하여 중성화되므로, 이 전자의 흐름을 측정함으로써 이온빔의 측정을 행하는 것도 가능하다.

빔프로파일러(124)는, 이온주입위치에서의 빔전류의 강약 측정을 행하기 위한 빔프로파일러컵(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 빔프로파일러(124)는, 이온주입 전 등에 수평 방향으로 이동시키면서, 이온주입위치의 이온빔밀도를, 빔스캔과 동일한 방향으로 측정한다. 빔프로파일측정의 결과, 이온빔의 예상 불균일성(PNU: Predicted Non Uniformity)이 프로세스의 요구를 충족시키지 못하는 경우에는, 빔주사기(34)의 인가전압의 제어함수를 보정하여, 프로세스조건을 만족하도록 자동적으로 조정한다. 또, 빔프로파일러(124)에, 버티컬프로파일컵(도시하지 않음)을 병설하여, 빔형상·빔 X-Y위치를 측정하여, 주입위치에서의 빔형상을 확인하고, 빔폭이나 빔중심위치의 확인을 행하도록 구성하는 것도 가능하다.

빔라인의 최하류에는, 스캔범위의 이온빔을 웨이퍼영역에 있어서 모두 계측할 수 있는 빔전류계측기능을 가지는 가로로 긴 패러데이컵(126)이 배치되어 있으며, 최종 셋업 빔을 계측하도록 구성되어 있다. 다만, 크로스컨테미네이션을 저감시키기 위하여, 가로로 긴 패러데이컵(126)은, 이온종에 따라 삼각기둥의 3면을 전환할 수 있는 트리플서페이스구조의 패러데이컵의 전환식 바닥면으로 하는 것도 가능하다.

상술과 같이, 이온주입장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 작업스페이스(R1)를 둘러싸도록, 각 유닛이 U자 형상으로 배치되어 있다. 이로 인하여, 작업스페이스(R1)에 있는 작업자는, 최소한의 이동에 의하여, 많은 유닛에 대하여 부품의 교환이나 메인터넌스, 조정을 행할 수 있다. 이하에서는, 빔주사기를 예로 들어, 유닛 내부에 대한 액세스를 가능하게 하는 개폐기구에 대하여 설명한다.

도 7은, 빔주사기의 일례의 주요부를 상방에서 본 횡단면도이다. 도 8은, 빔주사기의 착탈 가능 구조의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 9는, 빔주사기의 일례를 이온빔라인의 도중 경로에 착탈 가능하게 장착한 구조를 하류측에서 본 정면 단면도이다.

빔주사기(134)는, 도 7, 도 8에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 편향전극(128, 130)과 이들 상류측 근방, 하류측 근방에 장착된 그라운드전극(132, 133)이 상자체(150) 내에 수용, 설치되어 있다. 상자체(150)의 상류측 측면 및 하류측 측면으로서, 그라운드전극(132, 133)의 개구부에 대응하는 개소에는, 각각, 상류측 개구부(도시하지 않음), 그라운드전극(133)의 개구부보다 큰 개구부(152A)(도 8 참조)가 형성되어 있다.

편향전극과 전원과의 접속은, 피드스루 구조로 실현되고 있다. 한편, 상자체(150)의 상면에는 편향전극(128, 130)과 전원을 접속하기 위한 터미널(155, 156)과 그라운드용의 터미널(157)이 설치되어 있다. 또, 상자체(150)에는, 빔축에 평행한 2개의 측면에, 착탈이나 운반에 적합한 손잡이(151)가 설치되어 있다. 다만, 도 7에 나타나는 배기구(170A-3)는, 빔주사기(134) 내의 압력을 낮추기 위한 진공배기용이며, 도시하지 않은 진공배기장치에 접속되어 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 상자체(150)는, 가대(160) 상에 고정 설치된 빔가이드박스(170) 내에 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 빔가이드박스(170)는 상자체(150)보다 충분히 크고, 바닥부에는 상자체(150)를 슬라이드 가능하게 하기 위한 2개의 가이드레일이 부설되어 있다. 가이드레일은, 빔축으로 직교하는 방향으로 뻗어 있으며, 그 일단측의 빔가이드박스(170)의 측면은 도어(172)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 이로써, 빔주사기(134)의 보수·점검 시에는, 상자체(150)를 빔가이드박스(170)로부터 간단하게 꺼낼 수 있다. 다만, 빔가이드박스(170) 내에 넣어진 상자체(150)를 록하기 위하여, 가이드레일의 타단에는 계지기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 빔가이드박스(170)의 상류측 측면 및 하류측 측면으로서, 상자체(150)의 상류측 개구부, 하류측 개구부(152A)에 대응하는 개소에는 각각, 개구부(170A-1, 170A-2)가 형성되어 있다.

개구부(170A-2)는 출사하는 빔이 편향되므로 개구부(152A)보다 크게 할 필요가 있다. 터미널(153~157)에는 리드선(도시하지 않음)이 접속되어 있지만, 상자체(150)의 착탈 시에는 분리된다.

이들 스캐너 주변의 유닛부재는, 빔라인의 메인터넌스 시의 작업 대상이며, 메인터넌스 작업은 작업스페이스(R1)로부터 용이하게 실시할 수 있다. 고에너지 다단직선가속부(14)의 메인터넌스 작업 시에도, 마찬가지로, 작업스페이스(R1)로부터 용이하게 실시할 수 있다.

이상, 본 실시형태에 관한 이온주입장치(100)는, 이온빔발생유닛(12)에서 생성한 이온빔을, 고에너지 다단직선가속부(14)에서 가속함과 함께, 편향유닛(16)에 의하여 방향 전환하고, 빔수송라인부(18)의 종단에 설치되어 있는 기판처리공급유닛(20)에 있는 기판에 조사한다.

또, 이온주입장치(100)는, 복수의 유닛으로서, 고에너지 다단직선가속부(14)와, 빔수송라인부(18)를 포함하고 있다. 그리고, 고에너지 다단직선가속부(14) 및 빔수송라인부(18)는, 도 1에 나타내는 작업스페이스(R1)를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다. 이로써, 직선으로서 배치하는 것이 바람직한 고에너지 다단직선가속부(14)와, 빔수송라인부(18)가 별도로 배치되기 때문에, 이온주입장치(100)의 전체 길이를 억제할 수 있다. 또, 고에너지 다단직선가속부(14)와 빔수송라인부(18)와의 사이에 끼워진 작업스페이스(R1)에 있어서, 고에너지 다단직선가속부(14)나 빔수송라인부(18)의 각 장치에 대한 작업이 가능해진다.

또, 이온주입장치(100)를 구성하는 복수의 유닛은, 빔라인의 상류측에 설치되어 있는, 이온빔을 발생시키는 이온빔발생유닛(12)과, 빔라인의 하류측에 설치되어 있는, 이온이 주입되는 기판을 공급해 처리하는 기판처리공급유닛(20)과, 이온빔발생유닛(12)으로부터 기판처리공급유닛(20)을 향하는 빔라인의 도중에 설치되어 있는, 이온빔의 궤도를 편향하는 편향유닛(16)을 포함하고 있다. 그리고, 이온빔발생유닛(12) 및 기판처리공급유닛(20)을 빔라인 전체의 일방의 측에 배치하고, 편향유닛(16)을 빔라인 전체의 타방의 측에 배치하고 있다. 이로써, 메인터넌스가 필요한 이온원(10)이나, 기판의 공급, 취출이 필요한 기판처리공급유닛(20)이 인접하여 배치되기 때문에, 작업자의 이동이 적어도 된다.

또, 고에너지 다단직선가속부(14)는, 이온의 가속을 행하는 복수의 일련의 선형가속장치를 구비하고 있으며, 복수의 일련의 선형가속장치의 각각은, 공통의 연결부를 가지고 있어도 된다. 이로써, 기판에 주입하는 이온에 필요하게 되는 에너지에 따라, 선형가속장치의 수나 종류를 용이하게 변경할 수 있다.

또, 스캐너 장치인 빔주사기(34) 및 평행화 렌즈장치인 빔평행화기(36)는, 인접하는 유닛과의 연결부로서 표준화된 형상을 가지고 있어도 된다. 이로써, 선형가속장치의 수나 종류를 용이하게 변경할 수 있다. 그리고, 빔주사기(34)나 빔평행화기(36)는, 고에너지 다단직선가속부(14)가 구비하는 선형가속장치의 구성 및 수에 따라 선택되어 있어도 된다.

또, 이온주입장치(100)에 있어서, 각 장치의 프레임과 진공챔버를 일체화하고, 장치프레임 또는 진공챔버의 기준위치에 맞춰 장착을 행함으로써, 빔의 중심조정(위치조정)이 가능해지도록 구성하여도 된다. 이로써, 번잡한 중심조정작업이 최소한이 되어, 장치기동시간을 단축시킬 수 있고, 작업 실수에 의한 축 어긋남의 발생을 억제할 수 있다. 또, 연속하는 진공챔버끼리의 중심조정을, 모듈 단위로 실시하여도 된다. 이로써, 작업 부하를 저감시킬 수 있다. 또, 모듈화된 장치의 크기를, 장치의 이동이 쉬운 크기 이하로 하여도 된다. 이로써, 모듈이나 이온주입장치(100)의 이동설치 부하를 저감시킬 수 있다.

또, 이온주입장치(100)는, 고에너지 다단직선가속부(14), 빔수송라인부(18), 배기장치 등을 포함하는 구성기기를 일체의 가대에 내장하여도 된다. 또, 이온주입장치(100)는, 고에너지 다단직선가속부(14)나 편향유닛(16), 빔수송라인부(18)를 평면기반 상에 대략 하나의 수평면에 포함되도록 하고 있다. 이로써, 이온주입장치(100)를 일수평면의 평면기반 상에 고정된 상태로 조정하여 블록마다 그대로 운반할 수도 있으므로, 수송 중에 조정 어긋남을 발생시키는 경우가 적어, 현지에서 재조정하는 수고를 상당히 줄일 수 있다. 이로 인하여, 현장에 다수의 숙련자를 보내 장기간 체재시키는 비경제성를 피할 수 있다.

또, 상기의 평면기반을 가대의 바닥이 아닌 중간에 형성하면, 평면기반 상에, 이온빔궤도에 직접적으로 관계하는 상술의 기기만을 탑재하도록 할 수 있다. 그리고, 이들에 대한 보조적인 기기인 고주파입체회로 등의 부재를, 모두 평면기반의 아래에 형성되는 공간 중에 조립함으로써, 공간 이용률을 향상시켜, 보다 컴팩트한 이온주입장치를 실현하는 것도 가능하게 된다.

따라서, 상술의 이온주입장치(100)는, 설치장소에 여유가 없는 장소이더라도 설치할 수 있고, 제작 공장 내에서 장착 조정한 채의 상태로 수요 장소로 수송하여, 현지에 설치하고, 최종 조정에 의하여 사용을 할 수 있다. 또, 이온주입장치(100)는, 표준적인 반도체 제조공장의 반도체 제조장치 라인의 수준의 이용에 견딜 수 있는 이상의 고에너지의 이온주입을 실현할 수 있다.

또, 이온주입장치(100)는, 각 유닛이나 각 장치의 레이아웃을 연구함으로써, 종래와 비교하여 많이 소형화되어, 종래의 절반 정도의 설치 길이로 줄일 수 있다. 또, 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 제조공장 내에서 각 구성요소를 기반 상에 내장하고, 기반 상에서 위치 조정하여 이온빔궤도를 확립한 채 수송차에 탑재하여 현지에 수송하고, 가대마다 설치한 후에 수송 중에 발생한 편차를 미세조정하여 제거함으로써 가동시킬 수 있다. 이로 인하여, 숙련자가 아니어도 현장 조정을 매우 용이하고 또한 확실하게 실시할 수 있으며, 또 기동 기간을 단축할 수 있다.

또, 긴 U자 형상의 절곡형 빔라인과 같은 레이아웃을 취함으로써, 최고 5~8MeV의 고에너지이온을 고정밀도로 주입할 수 있는 이온주입장치를 실현할 수 있다. 또, 이 이온주입장치는, 중앙통로(중앙영역)를 가지는 이 레이아웃에 의하여, 작은 설치면적에서 충분한 메인터넌스 에리어를 가진다. 또, 이온주입장치의 운전 시에 있어서는, 정전 패럴렐렌즈나 정전 스캐너, 정전 AEF 등의 사용에 의한 저소비전력 운전에 의하여, 소비전력을 줄일 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 정전 편향식의 평행화 렌즈장치의 사용에 의한 스캔빔의 평행화 기구를 가짐으로써, 저소비전력 운전이 가능해진다.

이상, 본 발명을 상술의 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순번을 적절히 바꾸는 것이나 각종 설계 변경 등의 변형을 각 실시형태에 대하여 더하는 것도 가능하며, 이러한 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

10 이온원
12 이온빔발생유닛
14 고에너지 다단직선가속부
14a 고주파 공진기
15a 제1 직선가속기
15b 제2 직선가속기
16 편향유닛
18 빔수송라인부
20 기판처리공급유닛
22 질량분석장치
24 에너지필터분석기
26 궤도조정 4중극 렌즈
28 에너지 제한 슬릿
30 각도편향자석
32 빔정형기
34 빔주사기
36 빔평행화기
38 최종 에너지필터분석기
42 서프레션전극
46 이온원 고압전원
62 고주파전원
64 수렴발산렌즈
74 서프레션전극
82 스캐너하우징
84 평행화 렌즈
94 각도 에너지필터
100 이온주입장치
102 AEF챔버
104 AEF전극
108 그라운드전극
110 AEF서프레션전극
116 프로세스챔버
118 에너지 제한 슬릿
120 플라즈마샤워
124 빔프로파일러
128 편향전극
132 그라운드전극
133 그라운드전극
134 빔주사기
150 상자체
160 가대
170 빔가이드박스
172 도어
200 웨이퍼

Claims

이온원에서 생성한 이온빔을 가속하는 복수의 유닛과, 스캔빔을 조정하여 웨이퍼에 주입하는 복수의 유닛을 구비한 이온주입장치로서,
스캔빔을 조정하는 복수의 유닛의 길이를, 이온원 및 이온빔을 가속하는 복수의 유닛과 대략 동일한 길이의 장직선부로 구성함으로써,
대향하는 장직선부를 가지는 수평의 U자 형상의 절곡형 빔라인을 구성하고,
상기 복수의 유닛에 대한 작업을 가능하게 하는 작업스페이스를, 대향하는 장직선부를 가지는 U자 형상의 절곡형 빔라인의 중앙영역에 형성하여, 상기 중앙영역을 메인터넌스 에리어로서 가지는 레이아웃으로 하며,
상기 복수의 유닛은, 고에너지 가속부와, 빔수송라인부를 포함하고,
상기 고에너지 가속부 및 상기 빔수송라인부는, 상기 U자 형상의 절곡형 빔라인의 상기 작업스페이스를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있으며,
상기 복수의 유닛은,
빔라인의 상류측에 설치되어 있는, 이온빔을 발생시키는 이온빔발생유닛과,
빔라인의 하류측에 설치되어 있는, 이온이 주입되는 기판을 공급하여 처리하는 기판처리공급유닛과,
상기 이온빔발생유닛으로부터 상기 기판처리공급유닛을 향하는 빔라인의 도중에 설치되어 있는, 이온빔의 궤도를 편향하는 편향유닛을 포함하고,
상기 이온빔발생유닛 및 상기 기판처리공급유닛을 빔라인 전체의 일방의 측에 배치하며,
상기 편향유닛을 빔라인 전체의 타방의 측에 배치하는,
것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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제1항에 있어서,
상기 이온빔발생유닛은, 이온원, 인출전극 및 질량분석장치를 포함하고,
상기 편향유닛은, 에너지필터분석기를 포함하며,
상기 빔수송라인부는, 빔정형기, 빔주사기, 빔평행화기 및 최종 에너지필터분석기를 포함하고,
상기 이온빔발생유닛에서 생성한 이온빔을, 상기 고에너지 가속부에서 가속함과 함께, 상기 편향유닛에 의하여 방향 전환하여, 상기 빔수송라인부의 종단에 설치되어 있는 상기 기판처리공급유닛에 있는 기판에 조사하는,
것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 편향유닛은, 에너지필터자석, 궤도조정렌즈, 에너지슬릿 및 각도편향자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제6항에 있어서,
상기 에너지필터자석 및 상기 각도편향자석은, 합계의 편향각도가 180도가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제6항에 있어서,
상기 에너지필터자석 및 상기 각도편향자석은, 각각 편향각도가 90도가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
정전 편향식의 평행화 렌즈장치의 사용에 의한 스캔빔의 평행화 레이아웃을 가지는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 작업스페이스와 외부와의 사이에서 작업자의 이동을 가능하게 하는 연통로가 상기 U자 형상의 절곡형 빔라인의 입구부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
이온빔발생유닛 및 고에너지 다단직선가속부에 의한 긴 궤도를 가지는 제1 섹션과, 에너지필터분석기를 포함하는 편향유닛에 의한 방향 변환을 위한 제2 섹션과, 빔정형장치 및 스캐너장치, 정전평행화 렌즈장치, 최종 에너지필터를 포함하는 빔수송라인부에 의한 긴 궤도를 가지는 제3 섹션에 의하여, 고에너지 이온주입 빔라인을 구성하고, 상기 제1 섹션과 상기 제3 섹션을 대향시켜 배치하여, 고에너지 고정밀도 주입을 실현하는 대향하는 장직선부를 가지는 U자 형상의 장치레이아웃을 구성한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.