KR20140139407A

KR20140139407A - 고에너지 이온주입장치

Info

Publication number: KR20140139407A
Application number: KR1020140045990A
Authority: KR
Inventors: 미츠아키 가바사와; 가즈히로 와타나베; 하루카 사사키; 고오지 이나다; 마코토 사노
Original assignee: 가부시키가이샤 에스이엔
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2014-12-05
Also published as: US20140345522A1; TW201445608A; TWI621149B; KR102111806B1; US9355847B2; JP2014229599A; JP6053611B2

Abstract

스캔된 고에너지 이온빔의 주입이온 밀도의 균일성을 유지하면서 이질 이온의 제거 성능을 향상시킨 고에너지 이온주입장치를 제공한다.
고에너지 이온주입장치는, 이온원과 질량분석장치를 가지는 빔생성유닛과, 고주파 다단직선가속유닛과, 운동량으로 이온의 필터링을 행하는 자장식의 에너지분석장치를 포함하는 편향유닛과, 빔수송라인유닛과, 기판처리공급유닛을 구비한다. 이 장치는, 운동량 필터인 자장식의 질량분석장치와 에너지분석장치, 속도 필터이기도 한 고주파 다단직선가속유닛에 더해, 전장에 의하여 고에너지 스캔빔을 상하 방향으로 편향하는 전장식의 최종 에너지 필터가, 전장식 빔평행화기와 웨이퍼와의 사이에 삽입되어 있다.

Description

고에너지 이온주입장치 {HIGH ENERGY ION IMPLANTING DEVICE}

본 출원은 2013년 5월 27일에 출원된 일본 특허출원 제2013-111364호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 고에너지 이온주입장치에 관한 것이다.

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

반도체소자의 고집적화·고성능화에 따라, 보다 깊게 반도체 웨이퍼에 주입하기 위한 고에너지의 이온주입이 가능한 장치가 종래 이용되어 왔다. 이러한 장치는, 특히 고에너지 이온주입장치라고 불리고 있다. 그 일례로서, 이온빔의 가속계를 탠덤형 정전가속기로 구성하는 방법이 있다(특허문헌 1 참조).

(배치식)

또, 고주파 가속을 행하는 고주파 선형가속기를 구비한 배치처리식 고에너지 이온주입장치도 오랜 기간 사용되어 왔다(특허문헌 2 참조).

배치처리식의 이온주입은, 수십 개의 실리콘 웨이퍼를 직경 1m 정도의 알루미늄 디스크의 외주측에 실어, 디스크를 매분 1000회전 정도로 고속 회전시키면서, 이온을 균일하게 주입하는 수법이다. 원심력에 의하여 웨이퍼가 튀어 나오지 않도록, 디스크의 웨이퍼를 싣는 부분에는, 회전면(회전축에 직교하는 면)에 대해서 5˚ 정도의 각도를 이루고 있다. 이 각도와, 웨이퍼의 회전운동에 의하여, 웨이퍼의 중심부와 단부에서, 주입각도(이온이 웨이퍼에 입사되는 각도)가, 1˚ 전후 상이한(주입각도 편차) 문제를, 배치처리식의 이온주입방법은 가지고 있다.

일반적으로, 웨이퍼 상의 다이에는, 이온주입을 행하고자 하는 영역과 행해서는 안 되는 영역이 있고, 행해서는 안 되는 영역은, 포토레지스트로 불리는 유기물로 덮여 있다. 주입 시에 이온은 포토레지스트를 관통해서는 안 되기 때문에, 고에너지 이온주입 시에 도포되는 포토레지스트는, 매우 두꺼워진다. 주입이 필요한 영역은, 리소그래피에 의해, 포토레지스트가 제거되어 있지만, 집적도가 높고, 주입 영역이 미소하면, 우뚝 솟은 포토레지스트의 벽에 둘러싸인 깊은 구멍의 바닥에 수직으로 이온을 주입하는 상황이 된다. 이러한 애스펙트비가 높은 구조로의 이온주입에는, 높은 주입각도 정밀도가 요구된다.

특히, CCD 등, 고품위의 촬상소자의 제조에서는, 깊게 이온주입할 수록 해상도가 올라가고, 감도가 높아지기 때문에, 초고에너지의 이온주입(3~8MeV)도 행해지도록 되었다. 이 경우, 허용되는 주입각도 오차는, 0.1˚ 정도이며, 큰 주입각도 편차가 있는 배치식 장치는, 사용할 수 없게 되어 있다.

(매엽식 고에너지 이온주입장치)

따라서, 최근, 매엽식 고에너지 이온주입장치가 실용화되었다(특허문헌 3). 배치방식이, 빔을 고정하여 웨이퍼를 움직임에 의하여(디스크 상의 회전이동), 수평 방향으로 균일한 주입을 행하고 있는 데 반해, 매엽식 장치에서는, 빔을 움직여(수평 방향으로 빔스캔하여) 웨이퍼를 고정하고 있다. 이 방식에서는, 스캔빔을 평행화함으로써, 웨이퍼면 내에서 주입도스를 균일하게 할 뿐만 아니라, 주입각도도 균일하게 할 수 있어, 주입각도 편차의 문제를 해소할 수 있다. 다만, 연직 방향의 도스 균일성은, 양 방식 모두 웨이퍼를 일정 속도로 평행이동시킴으로써 실현하고 있지만, 이 운동에 의해서는, 각도 오차는 발생하지 않는다.

이 외에도, 매엽식 이온주입장치는, 소수 매수의 처리를 행할 때에 불필요한 실리콘 웨이퍼의 소비가 없는 등의 이유로부터, 다품종 소량생산에 적합하여, 최근 수요가 증대하고 있다.

단, 고품위 촬상소자의 생산에서는, 각도 정밀도뿐만 아니라, 금속 오염이 없는 것, 주입 데미지(어닐링 후의 잔류 결정 결함)가 적은 것, 주입 깊이 정밀도(에너지 정밀도)가 좋은 것 등, 까다로운 요구가 많이 있어, 매엽식 이온주입장치에도, 개선해야 할 점이 다수 남아 있다.

종래의 매엽식 고에너지 이온주입장치에서는, 고에너지 가속방식으로서, 탠덤식 정전가속장치, 또는, 고주파 가속방식의 중이온 리낵(LINAC; linear accelerator, 선형가속기)이 이용되고 있다.

이러한 가속계의 하류에는, 에너지 필터링 마그넷, 빔스캐너, 자장에 의한 스캔궤도의 평행화를 행하는 패럴렐(평행화) 마그넷이 설치되어 있다. 그리고, 패럴렐 마그넷에 의하여, 빔이 어느 스캔 위치에 있어도, 웨이퍼로의 입사각(주입각)은 동일해지도록 되어 있다. 이온의 에너지는, 3~4MeV 정도까지이다.

또, 고에너지 이온주입장치보다 낮은 에너지 영역(10~600keV)에서 사용되는 (매엽식)중전류 이온주입장치의 일부에서는, 전장(전극)에 의하여 스캔궤도를 평행화하는 전장 패럴렐 렌즈가 사용되고 있다(특허문헌 4). 전장 패럴렐 렌즈는, 궤도의 대칭성을 유지하면서 스캔궤도를 평행화할 수 있으므로, 패럴렐 마그넷보다 각도 정밀도를 높일 수 있다. 또, 이 장치에는, AEF(Angular Energy Filter)로 불리는 전장식 편향전극이, 웨이퍼의 근방에 장착되어 있다. AEF에 의하여, 빔수송 중에 가수 변화된 이온이나 빔라인에서 발생한 파티클이 제거되므로, 순도가 높은 빔을 공급할 수 있다.

일본 특허 제3374335호 일본 특허공개공보 2000-11944호 미국 특허 제8035080호 일본 특허공개공보 2003-288857호

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적 중 하나는, 스캔된 고에너지의 이온빔을 정밀도 좋게 이온주입할 수 있는 고에너지 이온주입장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 고에너지 이온주입장치는, 이온원으로부터 인출한 이온빔을 가속하고, 빔라인을 따라 웨이퍼까지 수송하여, 상기 웨이퍼에 주입하는 고에너지 이온주입장치이다. 이 장치는, 이온원과 질량분석장치를 가지는 빔생성유닛과, 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔을 생성하는 고주파 다단직선가속유닛과, 고에너지 이온빔을 웨이퍼를 향하게 하여 방향 변환하면서 운동량으로 이온의 필터링을 행하는 자장식의 에너지분석장치를 포함하는 편향유닛과, 편향된 고에너지 이온빔을 웨이퍼까지 수송하는 빔수송라인유닛과, 수송된 고에너지 이온빔을 균일하게 반도체 웨이퍼에 주입하는 기판처리공급유닛을 구비한다. 빔수송라인유닛은, 고에너지용의 빔주사기와, 고에너지용의 전장식 빔평행화기를 가진다. 또, 고에너지 이온주입장치는, 편향유닛을 나온 고에너지 이온빔을, 빔주사기 및 전장식 빔평행화기에 의하여, 빔스캔함과 함께 평행화하여, 웨이퍼에 주입하도록 구성되어 있다. 또, 고에너지 이온주입장치는, 운동량 필터인 자장식의 질량분석장치와 에너지분석장치, 속도 필터이기도 한 고주파 다단직선가속유닛에 더하여, 전장에 의하여 고에너지 스캔빔을 상하 방향으로 편향하는 전장식 최종 에너지 필터가, 전장식 빔평행화기와 웨이퍼와의 사이에 삽입되어 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 스캔된 고에너지의 이온빔을 정밀도 좋게 이온주입할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치의 개략 레이아웃과 빔라인을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 2에 있어서, (a)는, 이온빔생성유닛의 개략 구성을 나타내는 평면도, (b)는, 이온빔생성유닛의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 고에너지 다단직선가속유닛의 개략 구성을 포함하는 전체 레이아웃을 나타내는 평면도이다.
도 4는 복수의 고주파 공진기 선단의 가속전장(갭)을 직선형상으로 나열한 고에너지 다단직선가속유닛 및 수렴발산렌즈의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5에 있어서, (a), (b)는, EFM(에너지분석용 편향전자석), 에너지폭제한슬릿, 에너지분석슬릿, BM(가로방향 중심궤도보정용 편향전자석), 빔정형기, 빔주사기(스캐너)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 6에 있어서, (a)는, 빔주사기로부터 빔평행화기 이후의 빔라인으로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 평면도, (b)는, 빔주사기로부터 빔평행화기 이후의 빔라인으로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 7은 빔주사기의 일례의 주요부를 상방으로부터 본 모식도이다.
도 8은 빔주사기의 일례의 주요부를 측방으로부터 본 모식도이다.
도 9는 빔주사기의 일례를 이온빔라인의 도중 경로에 착탈 가능하게 장착한 구조를 하류측에서 본 정면 모식도이다.
도 10은 각도 에너지 필터의 편향전극의 다른 양태를 나타내는 모식도이다.
도 11에 있어서, (a)는, 가로수렴렌즈인 4중극 렌즈를 모식적으로 나타내는 평면도, (b)는, 4중극 렌즈를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 12에 있어서, (a), (b)는, 전자석의 구성의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 13은 전자석이 구비하는 개폐장치를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 14에 있어서, (a)는, 인젝터 패러데이컵과 대략 동일한 구성의 리졸버 패러데이컵을 정면에서 본 모식도, (b)는, 리졸버 패러데이컵의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 15는 가로방향 패러데이컵을 정면에서 본 모식도이다.
도 16에 있어서, (a)는, 본 실시형태의 일 양태의 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 상면도, (b)는, 본 실시형태의 일 양태의 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 17은 하류측 그라운드 전극의 개구와 AEF 서프레션 전극의 개구와 상류측 그라운드 전극의 개구와의 크기의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 18에 있어서, (a)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 상면도, (b)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 19는 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 20에 있어서, (a), (b)는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 편향전극의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 21은 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 22에 있어서, (a)는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 상면도, (b)는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 일 양태의 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

이하, 본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치의 일례에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 먼저, 본원 발명자 등이 본원 발명에 상도한 경위에 대하여 설명한다.

(평행화 마그넷)

편향 자장에 의하여 궤도를 평행화하는 평행화 마그넷을 사용하고 있는 종래의 고에너지 이온주입장치에는, 다음과 같은 과제가 있다.

포토레지스트가 부착된 웨이퍼에 고에너지 이온을 주입하면, 대량의 아웃가스가 발생하고, 이 아웃가스의 분자와 빔이온이 상호 작용하여, 일부의 이온의 가수가 변화한다. 평행화 마그넷 통과 중에 이 가수 변화가 일어나면, 편향각이 바뀌므로, 빔의 평행성이 무너져, 웨이퍼로의 주입각이 일정하지 않게 된다.

또, 주입되는 이온의 양(개수 또는 도스)은, 웨이퍼 부근에 놓여진 패러데이컵으로, 빔전류치를 측정함으로써 구해지지만, 가수 변화에 의하여 그 계측치가 변화하여, 예정의 주입량으로부터 벗어나, 반도체소자의 특성이 예정된 대로 되지 않는다.

또한, 1대의 평행화 마그넷에 의한 평행화는, 내측의 궤도와 외측의 궤도에서, 편향각과 궤도길이가 상이하기 때문에, 외측의 궤도만큼 가수 변화하는 이온의 비율이 증가하여, 웨이퍼면 내의 도스 균일성도 악화된다.

따라서, 종래의 고에너지 이온주입장치의 빔수송 방식으로는, 최근 고정밀도 주입에 대한 요구에 충분히 응할 수 없다.

또, 평행화 마그넷은, 스캔 방향으로 폭이 넓은 자극과, 어느 정도 긴 평행화 구간을 필요로 하고, 에너지가 높아지면 더욱 자극이 길게 커지므로, 중량이 매우 커진다. 장치를 안전하게 장착하여 유지하기 위하여, 반도체 공장 자체의 강도 설계를 강화할 필요가 있는 데다가, 소비 전력도 매우 커진다.

이러한 문제는, 상술의 중전류 이온주입장치에서 이용되고 있는 전장 평행화 렌즈와, 전장(전극식) 에너지 필터(AEF: Angular Energy Filter)를 고에너지 영역에서 사용할 수 있으면, 해소된다. 전장 평행화 렌즈는, 궤도의 대칭성을 유지하면서 스캔궤도를 중심 궤도방향으로 정렬하여 평행화하고, AEF는, 웨이퍼 직전에서 가수 변화된 이온을 제거한다. 이로써, 아웃가스가 많을 때여도, 에너지 컨테미네이션이 없는 빔을 얻을 수 있어, 평행화 마그넷과 같은 스캔 방향의 주입각도의 편차도 발생하지 않아, 결과적으로, 정확한 깊이 방향의 주입 분포와 주입량(도스)을 균일하게 주입할 수 있음과 함께, 주입각도도 균일해져, 매우 정밀도가 높은 이온주입이 실현된다. 또, 경량의 전극 부재로 구성되어, 전자석과 비교하여, 소비 전력도 줄일 수 있다.

본 발명의 핵심은, 이 중전류 이온주입장치의 뛰어난 시스템을 고에너지 이온주입장치에 도입하여, 고에너지 장치이면서 중전류장치와 동등한 고정밀도 주입이 가능한 장치를 제작한 점에 있다. 그 과정에서 해결된 과제에 대하여 이하에서 서술한다. 가장 문제가 되는 것은, 장치의 길이이다.

이온빔을 동일한 각도 편향하는 경우, 필요한 자장은 에너지의 평방근에 비례하는 데 반해, 필요한 전장은 에너지 자체에 비례한다. 따라서, 편향 자극의 길이는 에너지의 평방근에 비례하는 데 반해, 편향전극의 길이는 에너지에 비례하여 길어진다. 고에너지 이온주입장치에 상기의 전장 평행화 렌즈와 전장 AEF를 탑재하여, 고정밀도 각도주입을 실현하려고 하면, 빔수송계(스캐너로부터 웨이퍼까지의 거리)가, 평행화 마그넷을 사용하는 종래의 장치에 비해, 큰 폭으로 길어진다.

예를 들면, 이러한 전장에 의한 평행화 기구를 구비하는 고에너지 이온주입장치로서, 종래의 고에너지 이온주입장치와 마찬가지로, 이온원, 질량분석자석, 탠덤형 정전가속장치 혹은 고주파 선형가속장치, 빔주사기, 스캔궤도 평행화장치, 에너지 필터, 주입처리실 및 기판반송기기(엔드스테이션) 등의 구성기기를, 대략 직선형상으로 장착하는 구조가 생각된다. 이 경우, 종래의 장치의 길이가 8m 정도인 데 반해, 장치의 전체 길이가 20m 정도까지 길어져, 설치 장소의 설정과 준비, 설치 작업 등이 대규모가 되고, 또한 설치 면적도 커진다. 또, 각 기기의 장착 얼라이먼트의 조정, 장치 가동 후의 메인터넌스나 수리, 조정을 위한 작업 스페이스도 필요하다. 이러한 대규모의 이온주입장치는, 반도체 제조라인에 있어서의 장치 사이즈를, 공장의 제조라인의 배치의 실상에 맞추는 것에 대한 요구를 충족할 수 없다.

이러한 상황으로부터, 본 발명의 일 양태에 있어서의 빔라인구성의 목적은, 충분한 작업 영역을 확보하면서 설치 장소의 설정과 준비, 설치 작업이나 메인터넌스 작업을 간략화·효율화하여, 설치 면적을 억제하는 기술을 실현함으로써, 전장 평행화 렌즈와 전장 에너지 필터를 구비한 고정밀도의 고에너지 이온주입장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 고에너지 이온주입장치의 빔라인을, 이온원에서 생성한 이온빔을 가속하는 복수의 유닛으로 이루어지는 긴 직선부와, 스캔빔을 조정하여 웨이퍼에 주입하는 복수의 유닛으로 이루어지는 긴 직선부로 구성하여, 대향하는 긴 직선부를 가지는 수평의 U자 형상의 굴곡형 빔라인으로 함으로써 달성할 수 있다. 이러한 레이아웃은, 이온원으로부터 이온을 가속하는 유닛의 길이에 맞추어, 빔주사기, 빔평행화기, 에너지 필터 등으로 이루어지는 빔수송라인유닛의 길이를 대략 동일한 길이로 구성함으로써 실현되고 있다. 그리고, 2개의 긴 직선부의 사이에, 메인터넌스 작업을 위하여 충분한 넓이의 스페이스를 형성하고 있다.

본 발명의 일 양태는, 이러한 빔라인의 레이아웃을 전제로 하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 전장에 의하여 스캔된 고에너지의 이온빔을 좌우 대칭으로 평행화하고, 아웃가스가 많은 환경에서도 정밀도 좋게 이온주입할 수 있는 고에너지 이온주입장치를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 양태는, 이러한 빔라인의 레이아웃을 전제로 하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 스캔된 빔의 이온 밀도의 균일성에 영향을 주는 일 없이, 고에너지의 이온빔을 엄밀하게 필터링하고, 종래에 비하여 에너지 순도가 높을 뿐만 아니라, 파티클이나 메탈 컨테미네이션도 적은 매우 순수한 이온빔을 웨이퍼에 주입할 수 있는 고에너지 이온주입장치를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 일 양태의 고에너지 이온주입장치는, 이온원에서 발생한 이온을 가속하고, 빔라인을 따라 웨이퍼까지 이온빔을 수송하여, 상기 웨이퍼에 주입하는 고에너지 이온주입장치로서, 이온원과 질량분석장치를 가지는 빔생성유닛과, 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔을 생성하는 고주파 다단직선가속유닛과, 고에너지 이온빔을 웨이퍼를 향하게 하여 방향 변환하면서 운동량으로 이온의 필터링을 행하는 자장식의 에너지분석장치를 포함하는 편향유닛과, 편향된 고에너지 이온빔을 웨이퍼까지 수송하는 빔수송라인유닛과, 수송된 고에너지 이온빔을 균일하게 반도체 웨이퍼에 주입하는 기판처리공급유닛을 구비한다. 빔수송라인유닛은, 고에너지용의 빔주사기와, 고에너지용의 전장식 빔평행화기를 가지고, 편향유닛을 나온 고에너지 이온빔을, 빔주사기 및 전장식 빔평행화기에 의하여, 빔스캔함과 함께 평행화하도록 구성되어 있다.

이 구성 중에서, 고주파 다단직선가속유닛은 속도 필터이기도 하며, 자장식의 질량분석장치와 에너지분석장치는, 운동량 필터이다. 이에 더해 전장에 의하여 고에너지 스캔빔을 상하 방향으로 편향하는 전장식의 최종 에너지 필터를, 전장식 빔평행화기와 웨이퍼와의 사이에 삽입하면, 스캔빔의 이온 밀도의 균일성을 유지하면서, 이질 이온의 제거 성능을 높일 수 있다. 이 고에너지빔의 필터링에 대하여, 이하에서 자세하게 설명한다.

고에너지 다단직선가속유닛을 구성하는 고주파 선형가속기(리낵)의 가속갭에는, 최대 전위차 90kV의 고주파 전계가 발생하지만, 그 전계의 방향은, 이온을 가속하는 방향과 감속하는 방향이 약 37ns 마다 전환된다. 이온빔을 고에너지까지 가속하기 위해서는, 원칙적으로, 24~36개소 있는 가속갭의 전부에서, 이온이 가속갭에 들어갔을 때, 전계는 가속 방향을 향하고 있어야 한다. 가속갭과 가속갭의 사이는, 드리프트 튜브나 상술의 수렴렌즈 등 전계가 실드된 공간(드리프트 스페이스)으로 되어 있으며, 어느 가속갭에서 가속된 이온은, 다음의 가속갭의 전계가 가속 방향을 향할 때까지의 사이에 이 드리프트 스페이스를 통과해야 한다. 너무 빨라도 너무 느려도 다음의 가속갭에서 감속되므로, 높은 에너지에 도달할 수 없다. 즉, 이온의 속도에 대해서 까다로운 제약이 걸린다. 순조롭게 가속 위상에 오른 이온은, 점점 속도가 커져가므로, 전가속갭에서 가속 위상에 오르는 것은, 매우 까다로운 조건이 된다. 예정 에너지에 도달한 이온빔은, 고주파 선형가속기에 의한, 질량, 에너지, 전하(속도를 결정하는 요인)에 대한 까다로운 선별을 통과한 결과이며, 그런 의미에서, 고주파 선형가속기는 좋은 속도 필터이기도 하다.

빔편향유닛(16)의 각 편향전자석을 통과 중인 이온에는, 원심력과 로렌츠력이 작용하고 있으며, 그들이 균형을 이뤄, 원호 형상의 궤적이 그려진다. 이 힘의 균형은, 다음의 식으로 나타난다.

mv²/r=qvB

여기에서, m은 이온의 질량, v은 속도, r은 궤도의 곡률반경으로, 이 r이 편향전자석의 자극 중심 반경과 일치하는 이온만이 편향전자석(및 하류의 슬릿)을 통과할 수 있다. q는 이온의 전하, B는 편향전자석의 자장(자속밀도)이다. 이 식은;

mv=qBr···(1)

로 바꿔 쓸 수 있고, 이온의 가수가 동일한 경우, 일정한 자장(B)이 걸려 있는 편향전자석을 통과할 수 있는 것은, 특정의 운동량(mv)을 가진 이온뿐인 것을 나타내고 있다.

이와 같이, 리낵은 속도 필터, 편향전자석은 운동량 필터이지만, 또한, 빔수송라인유닛의 종단에, 전장에 의한 에너지 필터를 넣음으로써, 매우 까다로운 시스템이 완성된다. 전장에 의한 편향전극을 통과 중인 이온에는, 역시 원심력과 크론력이 작용하고 있으며, 그들이 균형을 이루고 있다.

mv²/r=qE

여기에서, E는 전장이며, 간격(g)으로 놓여 있는 2개의 편향전극에 전압 ＋V와 -V를 거는 경우, E=2V/g이다. 궤도의 곡률반경(r)이 편향전극의 중심 반경과 일치하는 이온만이 이 편향전극(및 하류의 슬릿)을 통과할 수 있다. 이 식은;

mv²/2=qEr/2=qVr/g···(2)

로 바꿔 쓸 수 있으며, 이온의 가수가 동일한 경우, 일정한 전압이 걸려 있는 일정한 곡률반경의 편향전극을 통과할 수 있는 것은, 특정의 운동 에너지(mv²/2)를 가진 이온뿐인 것을 나타내고 있다.

이와 같이, 이온원으로부터 웨이퍼에 이를 때까지의 상기 구성의 빔라인에는, 3종류, 4중의 고에너지빔에 대한 필터가 설치되어 있고, 순도가 높은 빔을 웨이퍼에 공급할 수 있도록 되어 있다.

또, 최종 에너지 필터를 전장 방식으로 하고, 스캔 평면과 직교하는 방향으로 편향함으로써, 스캔 방향에서 궤도에 행로차(스캔 위치에 따른 빔궤도의 길이의 차)가 발생하지 않기 때문에, 주입되는 이온 밀도의 균일성에 영향을 주지 않고, 에너지를 필터링할 수 있다.

최종 에너지 필터는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 n쌍(n은 1 이상의 정수)의 편향전극을 가진다. n쌍의 편향전극은, 각 쌍의 편향전극이 빔라인을 따라 간격을 두고 배치되어 있고, 편향전극은, 이온빔의 진행 방향 및 스캔 방향으로 넓은 판형상의 부재이며, 쌍 마다 빔라인을 상하 방향으로부터 사이에 두도록 소정의 간격으로 대향하도록 배치되어 있고, n쌍의 편향전극은, 빔라인의 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 편향각이 커지도록 구성되어 있다. 이와 같이 전극을 구성함으로써, 상술의 고에너지빔에 대한 전장에 의한 필터링이 가능하게 되어 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 고에너지의 이온빔은 엄밀하게 필터링되기 때문에, 종래와 비교하여 에너지 순도가 높을 뿐만 아니라, 이온화된 이물(파티클)이나 이종금속이온(메탈 컨테미네이션)도 적은 매우 순수한 고에너지 이온빔이 웨이퍼에 공급된다. 또, 1대의 평행화 전자석에 의한 필터링과 달리, 스캔된 빔의 이온 밀도의 균일성에 영향을 주는 일 없이, 필터링을 행할 수 있다. 이로써, 도펀트의 순도, 주입 깊이 정밀도, 웨이퍼 면내 분포의 균일성이 높은 고정밀도의 고에너지 이온주입이 가능하게 되어 있다.

따라서, 본 실시형태의 일 양태의 고에너지 이온주입장치는, 이온원에서 발생한 이온을 가속하고, 빔라인을 따라 웨이퍼까지 이온빔으로서 수송하여, 웨이퍼에 주입하는 이온주입장치이다. 이 장치는, 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔을 생성하는 고에너지 다단직선가속유닛과, 고에너지 이온빔의 궤도를 웨이퍼를 향하여 방향 전환하는 편향유닛과, 편향된 고에너지 이온빔을 웨이퍼까지 수송하는 빔수송라인유닛을 구비하고, 평행화한 이온빔을 메카니컬하게 주사 이동 중인 웨이퍼에 고정밀도로 조사하여, 웨이퍼에 주입하는 것이다.

이온빔을 고가속하는 고주파(교류 방식)의 고에너지 다단직선가속유닛을 나온 고에너지 이온빔은, 소정 범위의 에너지 분포를 가지고 있다. 이로 인하여, 후단의 고에너지의 이온빔을 빔스캔 및 빔평행화시켜 메카니컬하게 주사 이동 중인 웨이퍼에 조사하기 위해서는, 사전에 높은 정밀도의 에너지분석과, 중심궤도보정, 및 빔수렴발산의 조정을 실시해 두는 것이 필요하다.

빔편향유닛은, 적어도 2개의 고정밀도 편향전자석과 적어도 하나의 에너지폭제한슬릿과 에너지분석슬릿, 및, 적어도 하나의 가로수렴기기를 구비한다. 복수의 편향전자석은, 고에너지 이온빔의 에너지분석과 이온주입각도의 정밀한 보정, 및, 에너지 분산의 억제를 행하도록 구성되어 있다. 고정밀도 편향전자석 중 에너지분석을 행하는 전자석에는, 핵자기공명 프로브와 홀프로브가 장착되어 있고, 다른 전자석에는 홀프로브만 장착되어 있다. 핵자기공명 프로브는, 홀프로브의 교정에 사용되고, 홀프로브는, 자장 일정의 피드백 제어에 사용된다.

빔수송라인유닛은, 고에너지의 이온빔을 빔스캔 및 빔평행화시켜, 메카니컬하게 주사 이동 중인 웨이퍼에 고정밀도로 스캔빔을 조사하여, 이온을 주입할 수 있다.

이하, 본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치의 일례에 대하여, 도면을 참조하면서, 보다 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 아무런 한정하는 것은 아니다.

(고에너지 이온주입장치)

먼저, 본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치의 구성을 간단하게 설명한다. 다만, 본 명세서의 내용은, 하전입자의 종류의 하나인 이온빔뿐만 아니라 하전입자빔 전반에 관한 장치에도 적용할 수 있는 것이다.

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

본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치(100)는, 고주파 선형가속방식의 이온가속기와 고에너지 이온수송용 빔라인을 가지는 이온주입장치이며, 이온원(10)에서 발생한 이온을 가속하고, 빔라인을 따라 웨이퍼(기판)(200)까지 이온빔으로서 수송하여, 웨이퍼(200)에 주입한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 고에너지 이온주입장치(100)는, 이온을 생성하여 질량 분석하는 이온빔생성유닛(12)과, 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔으로 하는 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 고에너지 이온빔의 에너지분석, 중심궤도보정, 에너지 분산의 제어를 행하는 빔편향유닛(16)과, 분석된 고에너지 이온빔을 웨이퍼까지 수송하는 빔수송라인유닛(18)과, 수송된 고에너지 이온빔을 균일하게 반도체 웨이퍼에 주입하는 기판처리공급유닛(20)을 구비한다.

이온빔생성유닛(12)은, 이온원(10)과, 인출전극(40)과, 질량분석장치(22)를 가진다. 이온빔생성유닛(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. 질량분석슬릿(22b)은, 질량분석자석(22a)의 바로 뒤에 배치하는 경우도 있지만, 실시예에서는, 그 다음의 구성인 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 입구부 내에 배치하고 있다.

질량분석장치(22)에 의한 질량분석의 결과, 주입에 필요한 이온종만이 선별되고, 선별된 이온종의 이온빔은, 다음의 고에너지 다단직선가속유닛(14)으로 유도된다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 의하여, 더욱 가속된 이온빔은, 빔편향유닛(16)에 의하여 방향이 변화된다.

빔편향유닛(16)은, 에너지분석 전자석(24)과, 에너지 분산을 억제하는 가로수렴 4중극 렌즈(26)와, 에너지폭제한슬릿(27)(후술하는 도 5 참조)과, 에너지분석슬릿(28)과, 스티어링 기능을 가지는 편향전자석(30)을 가진다. 다만, 에너지분석 전자석(24)은, 에너지 필터 전자석(EFM)으로 불리는 경우도 있다. 고에너지 이온빔은, 편향유닛에 의하여 방향 전환되어, 기판 웨이퍼의 방향을 향한다.

빔수송라인유닛(18)은, 빔편향유닛(16)으로부터 나온 이온빔을 수송하는 것이며, 수렴/발산렌즈군으로 구성되는 빔정형기(32)와, 빔주사기(34)와, 빔평행화기(36)와, 최종 에너지 필터(38)(최종 에너지분리슬릿을 포함)를 가진다. 빔수송라인유닛(18)의 길이는, 이온빔생성유닛(12)과 고에너지 다단직선가속유닛(14)과의 길이에 맞추어 설계되어 있고, 빔편향유닛(16)으로 연결되어, 전체로 U자 형상의 레이아웃을 형성한다.

빔수송라인유닛(18)의 하류측의 종단에는, 기판처리공급유닛(20)이 설치되어 있고, 주입처리실 내에, 이온빔의 빔전류, 위치, 주입각도, 수렴 발산각, 상하 좌우 방향의 이온분포 등을 계측하는 빔모니터, 이온빔에 의한 기판의 대전을 방지하는 대전방지장치, 웨이퍼(기판)(200)를 반입 반출하여 적정한 위치·각도로 설치하는 웨이퍼 반송 기구, 이온주입 중 웨이퍼를 유지하는 ESC(Electro Static Chuck), 주입 중 빔전류의 변동에 따른 속도로 웨이퍼를 빔스캔 방향과 직각 방향으로 작동시키는 웨이퍼 스캔 기구가 수납되어 있다.

이와 같이 각 유닛을 U자 형상으로 배치한 고에너지 이온주입장치(100)는, 설치 면적을 억제하면서 양호한 작업성이 확보되어 있다. 또, 고에너지 이온주입장치(100)에 있어서는, 각 유닛이나 각 장치를 모듈 구성으로 함으로써, 빔라인 기준위치에 맞추어 착탈, 장착이 가능하게 되어 있다.

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

(이온빔생성유닛)

도 2의 (a)는, 이온빔생성유닛의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 2의 (b)는, 이온빔생성유닛의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

도 2의 (a), 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 빔라인의 최상류에 배치되어 있는 이온원(10)의 출구측에는, 이온챔버(아크챔버) 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 인출서프레션전극(42)이 설치되어 있다.

이온원(10)은, 이온원 고압전원(44)과 접속되어 있다. 인출전극(40)과 터미널(48)과의 사이에는, 인출전원(50)이 접속되어 있다. 인출전극(40)의 하류측에는, 입사하는 이온빔으로부터 소정의 이온을 분리하고, 분리한 이온빔을 취출하기 위한 질량분석장치(22)가 배치되어 있다.

후술하는 도 5에 나타내는 바와 같이, 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 직선 가속부 하우징 내의 최선부에, 이온빔의 총빔전류치를 계측하기 위한 패러데이컵(80a)(인젝터)이 배치되어 있다.

도 14의 (a)는, 인젝터 패러데이컵(80a)과 대략 동일한 구성의 리졸버 패러데이컵(80b)을 정면에서 본 모식도, 도 14의 (b)는, 리졸버 패러데이컵(80b)의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

인젝터 패러데이컵(80a)은, 구동기구에 의하여 빔라인 상에 상하 방향으로부터 출입 가능하게 구성되고, 또, 수평 방향으로 긴 직사각형의 그릇 형상으로, 개구부를 빔라인 상류측을 향하게 하여 구성되어 있으며, 이온원이나 질량분석 전자석의 조정 시에, 이온빔의 총빔전류를 계측하는 목적 외에, 빔라인 하류에 도달하는 이온빔을 필요에 따라 빔라인 상에서 완전히 차단하기 위하여 이용된다. 또한, 인젝터 패러데이컵(80a)의 바로 앞의 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 입구부 내에는, 상술한 바와 같이, 질량분석슬릿(22b)이 배치되어 있고, 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.

(고에너지 다단직선가속유닛)

도 3은, 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 개략 구성을 포함하는 전체 레이아웃을 나타내는 평면도이다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 이온빔의 가속을 행하는 복수의 선형가속장치, 즉, 1개 이상의 고주파 공진기(14a)를 사이에 두는 가속갭을 구비하고 있다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 고주파(RF) 전장의 작용에 의하여, 이온을 가속할 수 있다. 도 3에 있어서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 고에너지 이온주입용의 기본적인 복수단의 고주파 공진기(14a)를 구비한 제1 선형가속기(15a)와, 또한, 초고에너지 이온주입용의 추가의 복수단의 고주파 공진기(14a)를 구비한 제2 선형가속기(15b)로 구성되어 있다.

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 가해진다. 이에 더해, 가속의 도중이나 가속 후에 이온빔의 상하 좌우로의 확산을 수렴·발산 효과에 의하여 제어하기 위한 자장 렌즈(예를 들면, 4극 전자석)나 전장 렌즈(예를 들면, 전장 4극 전극)가 필요하고, 그들의 운전 파라미터는, 그곳을 통과하는 시점에서의 이온의 에너지에 의하여 최적치가 바뀌는 것에 더해, 가속 전계의 강도가 수렴·발산에 영향을 미치기 때문에, 고주파의 파라미터를 결정한 후에 그들의 값을 결정하게 된다.

도 4는, 복수의 고주파 공진기 선단의 가속전장(갭)을 직선형상으로 나열한 고에너지 다단직선가속유닛 및 수렴발산렌즈의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.

고에너지 다단직선가속유닛(14)에는 1개 이상의 고주파 공진기(14a)가 포함되어 있다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 제어에 필요한 구성요소로서는, 오퍼레이터가 필요한 조건을 입력하기 위한 입력장치(52), 입력된 조건으로부터 각종 파라미터를 수치 계산하고, 또한 각 구성요소를 제어하기 위한 제어연산장치(54), 고주파의 전압진폭을 조정하기 위한 진폭제어장치(56), 고주파의 위상을 조정하기 위한 위상제어장치(58), 고주파의 주파수를 제어하기 위한 주파수제어장치(60), 고주파전원(62), 수렴발산렌즈(64)를 위한 수렴발산렌즈전원(66), 운전 파라미터를 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.

고주파 선형가속기의 제어연산장치(54)에서는, 내장되어 있는 수치계산코드에 의하여, 입력된 조건을 근거로 이온빔의 가속 및 수렴·발산을 시뮬레이션하여, 최적의 수송 효율이 얻어지도록 고주파 파라미터(전압진폭, 주파수, 위상)를 산출한다. 또 동시에, 효율적으로 이온빔을 수송하기 위한 수렴발산렌즈(64)의 파라미터(Q코일전류, 또는 Q전극전압)도 산출한다. 계산된 각종 파라미터는, 표시장치(68)에 표시된다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 능력을 넘은 가속 조건에 대해서는, 답이 없는 것을 의미하는 표시가 표시장치(68)에 표시된다.

전압진폭 파라미터는, 제어연산장치(54)로부터 진폭제어장치(56)로 보내지고, 진폭제어장치(56)가, 고주파전원(62)의 진폭을 조정한다. 위상 파라미터는, 위상제어장치(58)로 보내지고, 위상제어장치(58)가, 고주파전원(62)의 위상을 조정한다. 주파수 파라미터는, 주파수제어장치(60)로 보내진다. 주파수제어장치(60)는, 고주파전원(62)의 출력 주파수를 제어함과 함께, 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 고주파 공진기(14a)의 공진 주파수를 제어한다. 제어연산장치(54)는 또, 산출된 수렴발산렌즈 파라미터에 의하여, 수렴발산렌즈전원(66)을 제어한다.

이온빔을 효율적으로 수송하기 위한 수렴발산렌즈(64)는, 고주파 선형가속기의 내부 혹은 그 전후에, 필요한 수가 배치된다. 즉, 복수단의 고주파 공진기(14a)의 선단의 가속갭의 전후에는 교대로 발산렌즈 또는 수렴렌즈가 구비되어 있고, 그 한편으로, 제2 선형가속기(15b)의 종단의 가로수렴렌즈(64a)(도 5 참조)의 후방에는 추가의 세로수렴렌즈(64b)(도 5 참조)가 배치되고, 고에너지 다단직선가속유닛(14)을 통과하는 고에너지 가속이온빔의 수렴과 발산을 조정하여, 후단의 빔편향유닛(16)에 최적인 이차원 빔프로파일의 이온빔을 입사시키도록 하고 있다.

고주파 선형가속기의 가속갭에 발생하는 전계의 방향은, 이온을 가속하는 방향과 감속하는 방향이 수십 나노초 마다 전환된다. 이온빔을 고에너지까지 가속하기 위해서는, 수십 개소 있는 가속갭의 전부에서, 이온이 가속갭에 들어갔을 때, 전계는 가속 방향을 향하고 있어야 한다. 어느 가속갭에서 가속된 이온은, 다음의 가속갭의 전계가 가속 방향을 향할 때까지의 사이에, 2개의 가속갭의 사이의 전계가 실드된 공간(드리프트 스페이스)을 통과해야 한다. 너무 빨라도 너무 늦어도 감속되므로, 고에너지에 도달할 수 없다. 전가속갭에서 가속 위상에 오르는 것은, 매우 까다로운 조건이 되기 때문에, 예정 에너지에 도달한다는 것은, 고주파 선형가속기에 의한, 질량, 에너지, 전하(속도를 결정하는 요인)에 대한 까다로운 선별을 통과한 것이 된다. 그런 의미에서, 고주파 선형가속기는 좋은 속도 필터이기도 하다.

(빔편향유닛)

도 1에 나타내는 바와 같이, 빔편향유닛(16)은, 에너지 필터 편향전자석(EFM)인 에너지분석 전자석(24)과, 에너지폭제한슬릿(27)(도 5 참조)과, 에너지분석슬릿(28)과, 편향 후의 에너지 분산을 제어하는 가로수렴 4중극 렌즈(26)와, 주입각도 보정 기능을 가지는 편향전자석(30)을 포함한다.

도 5의 (a), 도 5의 (b)는, EFM(에너지분석용 편향전자석), 에너지폭제한슬릿, 에너지분석슬릿, BM(가로방향 중심궤도보정용 편향전자석), 빔정형기, 빔주사기(스캐너)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 다만, 도 5의 (a)에 나타내는 부호 L은, 이온빔의 중심 궤도를 나타내고 있다.

고에너지 다단직선가속유닛(14) 통과 후의 이온빔은, 싱크로트론 진동에 의하여 에너지 분포가 생성된다. 또, 가속 위상의 조정량이 클 때에, 중심치가 예정 에너지로부터 약간 벗어난 빔이 고에너지 다단직선가속유닛(14)으로부터 나오는 경우가 있다. 따라서, 후술의 빔편향유닛(16)에 의하여 원하는 에너지의 이온만을 통과할 수 있도록, 에너지 필터 편향자석(EFM)의 자장을 설정하여, 에너지폭제한슬릿(27)과 에너지분석슬릿(28)에 의하여, 빔의 일부를 선택적으로 통과시켜, 이온의 에너지를 설정치에 일치시킨다. 통과할 수 있는 이온빔의 에너지폭은 에너지폭제한슬릿과 에너지분석슬릿의 개구 가로폭에 의하여 미리 설정할 수 있다. 에너지분석슬릿을 통과한 이온만이 후단의 빔라인으로 유도되어, 웨이퍼에 주입된다.

에너지 분포를 가진 이온빔이, 상술한 피드백 루프 제어계에서 자장을 일정치로 제어된 에너지 필터 전자석(EFM)에 입사하면, 입사 이온빔 전체가 설계 궤도를 따라 편향되면서 에너지 분산을 일으키고, 원하는 에너지폭의 범위에 있는 이온이, EFM 출구 부근에 설치된 에너지폭제한슬릿(27)을 통과한다. 이 위치에서는, 에너지 분산은 극대치를 향하여 증가 중이며, 이미턴스에 의한 빔사이즈(σ₁)(에너지폭이 없을 때의 빔사이즈)는, 극소치를 향하여 감소 중이지만, 에너지 분산에 의한 빔폭이 이미턴스에 의한 빔폭보다 커지고 있다. 이러한 상태의 이온빔을 슬릿으로 자르는 경우, 공간적인 분포는 샤프하게 잘리지만, 에너지 분포는 2σ₁에 대응하는 에너지폭으로 무디게 잘린다. 바꾸어 말하면, 예를 들면, 슬릿폭을, 3%의 에너지폭에 대응하는 치수로 설정하였다고 해도, 예정 주입에너지와의 에너지 차가 3%보다 작은 이온의 일부는 슬릿의 벽에 닿아 없어지고, 반대로 에너지 차가 3%보다 큰 이온의 일부는, 슬릿을 통과해 버린다.

에너지분석슬릿은, σ₁이 극소가 되는 위치에 설치한다. 이 위치에서는, σ₁은 슬릿폭에 비해 무시할 수 있을 정도로 작아지므로, 에너지 분포도 공간 분포와 대략 동일하게 샤프하게 절단된다. 예를 들면, 에너지분석슬릿의 개구폭도 에너지폭 3%에 상당하는 치수(0.03η)로 설정한 경우, 에너지폭제한슬릿을 통과할 수 있던 에너지 차가 3%를 넘는 이온은, 모두 여기에서 저지된다. 이 결과, 최초 직사각형의 에너지 분포였던 빔이 2개의 슬릿을 통과한 후에는, 0%에서 피크가 되고, ±3%에서 높이가 1/2로 감소하며, 그 후 급격하게 제로까지 저하되는 돔형상의 분포로 바뀐다. 에너지 차가 작은 이온의 수가 상대적으로 많아지므로, 1개의 에너지분석슬릿만 설치하여, 대략 직사각형의 에너지 분포인 채 슬릿을 통과시켰을 때보다, 에너지폭이 실질적으로 작아진다.

이중의 슬릿 시스템은, 에너지 분포의 단부를 깎는 효과에 의하여, 리낵에 의하여 가속된 빔의 에너지가 예정 주입에너지로부터 약간 편차가 있는 경우, 통과 후의 빔의 에너지 편차를 작게 하는 효과가 있다. 예를 들면, 에너지폭이 ±3%이고, 에너지 편차도 3%인 경우, 이중 슬릿을 통과한 후의 에너지 분포는, 상기 돔형상 분포의 에너지의 플러스측 절반이 되고, 그 분포의 무게중심인 에너지 중심은, 대략 ΔE/E=1% 부근에 온다. 한편, 단일의 에너지분석슬릿으로 컷한 경우, 중심은 ΔE/E=1.5%가 된다. 분포를 무디게 하는 효과는, 반드시 에너지 중심의 편차를 억제하는 방향으로 작용한다.

이와 같이, 에너지폭과 에너지 편차의 양방을 가지는 가속 시스템에서, 에너지폭과 에너지 중심의 편차를 양방 축소하여, 에너지 정밀도를 높이기 위해서는, 이중 슬릿에 의한 에너지 제한이 유효하다.

에너지분석 전자석에는 높은 자장 정밀도가 필요하므로, 정밀한 자장 측정을 행하는 고정밀의 측정장치(86a, 86b)가, 장착되어 있다(도 5의 (b) 참조). 측정장치(86a, 86b)는, MRP(자기 공명 프로브)라고도 불리는 NMR(핵자기공명) 프로브와 홀프로브를 적절히 조합한 것으로, MRP는 홀프로브의 교정에, 홀프로브는 자장 일정의 피드백 제어에 각각 사용된다. 또, 에너지분석 전자석은, 자장의 불균일성이 0.01% 미만이 되도록, 엄격한 정밀도로 제작되어 있다. 또한, 각각의 전자석에는, 전류 설정 정밀도와 전류 안정도가 1×10^-4 이상인 전원과 그 제어기기가 접속되어 있다.

또, 에너지분석슬릿(28)의 상류측으로서, 에너지분석슬릿(28)과 에너지분석 전자석(24)과의 사이에, 가로수렴렌즈로서 4중극 렌즈(26)가 배치되어 있다. 4중극 렌즈(26)는, 전장식 혹은 자장식으로 구성할 수 있다. 이로써, 이온빔이 U자 형상으로 편향된 후의 에너지 분산이 억제되어, 빔사이즈가 작아지므로, 고효율의 빔수송이 가능하다. 또, 편향전자석의 자극부에서는 컨덕턴스가 작아지기 때문에, 예를 들면, 에너지분석슬릿(28)의 근방에, 아웃가스 배출용의 진공펌프를 배치하는 것이 유효하다. 자기 부상식의 터보분자펌프를 사용하는 경우는, 에너지분석 전자석(24)이나 편향전자석(30)의 전자석의 누설 자장의 영향을 받지 않는 위치에 설치해야 한다. 이 진공펌프에 의하여, 편향유닛에서의 잔류가스산란에 의한 빔전류 저하가 방지된다.

고에너지 다단직선가속유닛(14) 중의 4중극 렌즈나, 분산 조정용 4중극 렌즈(26), 빔정형기(32)에, 큰 설치 오차가 있으면, 도 5의 (b)에 나타나 있는 빔의 중심 궤도가 변형되어, 빔이 슬릿에 닿아 없어지기 쉬워져, 최종적인 주입각도와 주입 위치도 변형되어 버린다. 이것에 대해서는, 주입각도 보정 기능을 가지는 편향전자석(30)의 자장 보정치에 의하여, 수평면 상에서는, 빔의 중심 궤도가, 반드시 빔주사기(34)의 중심을 통과하도록 되어 있다. 이로써, 주입각도의 변형은 교정된다. 또한, 빔주사기(34)에 적절한 오프셋 전압을 가하면, 주사기로부터 웨이퍼까지의 중심 궤도의 변형은 없어져, 주입 위치의 좌우 편차는 해소된다.

빔편향유닛(16)의 각 편향전자석을 통과 중인 이온에는, 원심력과 로렌츠력이 작용하고 있으며, 그들이 균형을 이뤄, 원호 형상의 궤적이 그려진다. 이 균형을 식으로 나타내면 mv=qBr이 된다. m은 이온의 질량, v는 속도, q는 이온 가수, B는 편향전자석의 자속밀도, r은 궤적의 곡률반경이다. 이 궤적의 곡률반경(r)이, 편향전자석의 자극 중심의 곡률반경과 일치한 이온만이, 편향전자석을 통과할 수 있다. 바꾸어 말하면, 이온의 가수가 동일한 경우, 일정한 자장(B)이 걸려 있는 편향전자석을 통과할 수 있는 것은, 특정의 운동량(mv)을 가진 이온뿐이다. EFM은, 에너지분석 전자석으로 불리고 있지만, 실제는, 이온의 운동량을 분석하는 장치이다. BM이나, 이온생성유닛의 질량분석 전자석도, 모두 운동량 필터이다.

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

도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 빔편향유닛(16)은, 고에너지 다단직선가속유닛(14)으로부터 나온 이온빔을, 에너지분석 전자석(24)으로 90˚ 편향한다. 그리고, 궤도보정겸용 편향전자석(30)에 의하여 빔진로를 더욱 90˚ 편향하고, 후술하는 빔수송라인유닛(18)의 빔정형기(32)에 입사시킨다. 빔정형기(32)는, 입사된 빔을 정형하여 빔주사기(34)에 공급한다. 또, 도 5의 (b)에 나타내는 4중극 렌즈(26)의 렌즈 작용에 의하여, 빔의 에너지 분산에 의한 발산을 방지하고, 혹은, 에너지 분산에 의한 빔확대 효과를 이용하여, 빔이 너무 작아지게 되는 것을 방지하고 있다.

도 11의 (a)는, 가로수렴렌즈인 4중극 렌즈를 모식적으로 나타내는 평면도, 도 11의 (b)는, 4중극 렌즈를 모식적으로 나타내는 정면도이다. 도 11의 (a)의 평면도에서는, 4중극 렌즈(26)의 빔라인 진행 방향의 전극 길이를 나타냄과 함께, 에너지분석기(EFM 편향자석)(24)에 선별된 에너지의 빔에 대하여, 가로발산해 가는 빔이 4중극 렌즈(26)에 의하여 가로수렴되는 작용을 나타낸다. 도 11의 (b)의 정면도에서는, 4중극 렌즈(26)의 전극에 의한 수렴 발산 작용에 의한 빔의 가로수렴 작용을 나타낸다.

상술과 같이, 빔편향유닛(16)은, 이온원에서 발생한 이온을 가속하고 웨이퍼까지 수송하여 주입하는 이온주입장치에 있어서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔수송라인유닛(18)과의 사이에 있어서, 이온빔의 180˚의 편향을 복수의 전자석에서 행하고 있다. 즉, 에너지분석 전자석(24) 및 궤도보정겸용 편향전자석(30)은, 각각 편향 각도가 90도가 되도록 구성되어 있고, 그 결과, 합계 편향 각도가 180도가 되도록 구성되어 있다. 다만, 하나의 자석에서 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

에너지분석부로서의 빔편향유닛(16)은, U자 형상의 빔라인에 있어서의 굴곡로이며, 그것을 구성하는 편향전자석의 곡률반경(r)은, 수송할 수 있는 빔의 최대 에너지를 한정함과 함께, 장치의 전체 폭이나 중앙의 메인터넌스 에리어의 넓이를 결정하는 중요한 파라미터이다(도 5 참조). 그 값을 최적화함으로써, 최대 에너지를 낮추는 일 없이, 장치의 전체 폭을 최소로 억제하고 있다. 그리고, 이로써, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔수송라인유닛(18)과의 사이의 간격이 넓어져, 충분한 작업 스페이스(R1)가 확보되어 있다(도 1 참조).

도 12의 (a), 도 12의 (b)는, 전자석의 구성의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 13은, 전자석이 구비하는 개폐장치를 모식적으로 나타낸 도이다. 에너지분석 전자석(24)이나 편향전자석(30)을 구성하는 전자석은, 예를 들면, 도 12의 (a), 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 어퍼요크(87), 로어요크(88), 내측과 외측의 사이드요크(89a, 89b), 상측 폴(도시하지 않음), 하측 폴(93), 상측 코일(91a), 하측 코일(91b)로 구성되어 있다. 또, 도 13에 나타내는 바와 같이, 외측 사이드요크(89b)는, 2개의 부재(89b1, 89b2)로 분할되어 있고, 개폐장치(92a, 92b)에 의하여, 외측으로 양쪽으로 열 수 있도록 되어 있으며, 도시하지 않은, 빔라인을 구성하는 빔가이드용기를 착탈할 수 있도록 구성되어 있다.

또, 빔편향유닛(16)의 중앙부의 진공용기, 예를 들면, 에너지폭제한슬릿(27), 4중극 렌즈(26), 에너지분석슬릿(28) 등을 수납하고 있는 용기는, 빔라인으로부터 용이하게 탈착할 수 있는 구조로 되어 있다. 이로써, 메인터넌스 작업 시에, U자 형상 빔라인 중앙의 작업 에리어에, 간단하게 출입할 수 있다.

고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 이온의 가속을 행하는 복수의 선형가속장치를 구비하고 있다. 복수의 선형가속장치의 각각은, 공통의 연결부를 가지고 있고, 그 연결부는, 복수의 전자석 중 에너지분석슬릿(28)보다 상류측에 있는 에너지분석 전자석(24)에 대해서 착탈 가능하게 구성되어 있다. 마찬가지로, 빔수송라인유닛(18)은, 편향전자석(30)에 대해서 착탈 가능하게 구성되어 있어도 된다.

또, 에너지분석슬릿(28)보다 상류측에 설치되어 있는, 전자석을 포함하는 에너지분석 전자석(24)은, 상류의 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 대해서 착탈하거나 연결하거나 할 수 있도록 구성해도 된다. 또, 후술하는 빔수송라인유닛(18)을 모듈형의 빔라인유닛으로 구성한 경우, 에너지분석슬릿(28)보다 하류측에 설치되어 있는 편향전자석(30)은, 하류의 빔수송라인유닛(18)에 대해서 착탈하거나 연결하거나 할 수 있도록 구성해도 된다.

리낵, 빔편향유닛은, 각각 평면 가대 상에 배치되어, 각각의 기기를 통과하는 이온빔 궤도가 실질적으로 하나의 수평면에 포함되도록(최종 에너지 필터의 편향 후의 궤도는 제외하도록) 구성되어 있다.

(빔수송라인유닛)

도 6(a)는, 빔주사기로부터 빔평행화기 이후의 빔라인으로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 6의 (b)는, 빔주사기로부터 빔평행화기 이후의 빔라인으로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

빔편향유닛(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(전장식 혹은 자장식)의 수렴/발산렌즈군에 의하여 구성된다. 정형된 단면 형상을 가지는 빔은, 빔주사기(34)에 의하여 도 6(a)의 면에 평행한 방향으로 스캔된다. 예를 들면, 가로수렴(세로발산)렌즈(QF)/가로발산(세로수렴)렌즈(QD)/가로수렴(세로발산)렌즈(QF)로 이루어지는 트리플렛 Q렌즈군으로서 구성된다. 빔정형기(32)는, 필요에 따라서, 가로수렴렌즈(QF), 가로발산렌즈(QD)를 각각 단독으로, 혹은 복수 조합하여 구성할 수 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이 스캐너 하우징 내의 최선부의 빔정형기(32)의 바로 앞부에는, 이온빔의 총빔전류치를 계측하기 위한 패러데이컵(80b)(리졸버 패러데이컵이라고 함)이 배치되어 있다.

도 14의 (a)는, 리졸버 패러데이컵(80b)을 정면에서 본 모식도, 도 14의 (b)는, 리졸버 패러데이컵(80b)의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

리졸버 패러데이컵(80b)은, 구동기구에 의하여 빔라인 상에 상하 방향으로부터 출입 가능하게 구성되고, 또, 수평 방향으로 긴 직사각형의 그릇 형상으로, 개구부를 빔라인 상류측을 향하게 하여 구성되어 있으며, 리낵 및 빔편향부의 조정 시에, 이온빔의 총빔전류를 계측하는 목적 외에, 빔라인 하류에 도달하는 이온빔을 필요에 따라서 빔라인 상에서 완전히 차단하기 위하여 이용된다. 또 리졸버 패러데이컵(80b), 빔주사기(34) 및 서프레션 전극(74), 그라운드 전극(76a, 78a, 78b)은, 스캐너 하우징(82)에 수용되어 있다.

빔주사기(34)는, 주기 변동하는 전장에 의하여, 이온빔의 진행 방향과 직교하는 수평 방향으로 이온빔을 주기적으로 왕복 주사시키는 편향 주사장치(빔스캐너라고도 함)이다.

빔주사기(34)는, 빔진행방향에 관하여, 이온빔의 통과 영역을 사이에 두도록 하여 대향 배치된 한 쌍(2개)의 대향주사 전극(이극식 편향 주사 전극)을 구비하고, 0.5Hz~4000Hz의 범위의 일정한 주파수에서 정부로 변동하는 삼각파에 근사하는 주사 전압이, 2개의 대향전극에 각각 역부호로 인가된다. 이 주사 전압은, 2개의 대향전극의 갭 내에 있어서, 거기를 통과하는 빔을 편향시키는 변동하는 전장을 생성한다. 그리고, 주사 전압의 주기적인 변동에 의하여, 갭을 통과하는 빔이 수평 방향으로 스캔된다.

고에너지 이온주입되었을 때에, 실리콘 웨이퍼 내부에 생성되는 결정 데미지의 양은, 스캔 주파수에 반비례한다. 그리고, 결정 데미지의 양이, 생산되는 반도체 디바이스의 품질에 영향을 주는 경우가 있다. 이러한 경우에, 스캔 주파수를 자유롭게 설정할 수 있도록 함으로써, 생산되는 반도체 디바이스의 품질을 높일 수 있다.

또한, 주사 전압을 가하지 않은 상태로, 웨이퍼 바로 근처에서 측정된 빔위치 어긋남량을 보정하기 위하여, 오프셋 전압(고정 전압)이 주사 전압에 중첩된다. 이 오프셋 전압에 의하여, 스캔 범위가 좌우로 치우치는 일이 없어져, 좌우 대칭인 이온주입을 실시할 수 있다.

빔주사기(34)의 하류측에는, 이온빔의 통과 영역에 개구를 가지는 서프레션 전극(74)이 2개의 그라운드 전극(78a, 78b)의 사이에 배치되어 있다. 상류측에는, 주사 전극의 전방에 그라운드 전극(76a)을 배치하고 있지만, 필요에 따라서 하류측과 동일한 구성의 서프레션 전극을 배치할 수 있다. 서프레션 전극은, 정전극으로의 전자의 침입을 억제한다.

또, 편향전극(87a, 87b)의 상방과 하방에는, 그라운드 차폐판(89)이 배치되어 있다. 그라운드 차폐판은, 빔에 부수하는 2차 전자가, 외측으로부터 돌아 들어가 빔주사기(34)의 정전극에 흘러드는 것을 방지하고 있다. 서프레션 전극과 그라운드 차폐판에 의하여, 주사기의 전원이 보호됨과 함께, 이온빔의 궤도가 안정화된다.

빔주사기(34)의 후방측에는 빔파크 기능이 구비되어 있다. 빔파크는, 빔스캐너를 통과한 이온빔을 필요에 따라 수평으로 크게 편향시켜 빔덤프로 유도하도록 구성되어 있다.

빔파크는, 전극의 방전 등, 이온주입 중에 예기치 않게 장애가 발생하고, 그대로 주입 동작을 계속하면, 도스의 균일성 불량 등의 주입 불량이 발생하는 경우에, 순간적(10μs 이내)으로 빔수송을 중지하는 시스템이다. 실제로는, 빔전류의 현저한 저하를 관측한 순식간에, 빔스캐너 전원의 출력전압을 최대 스캔폭에 대응하는 전압의 1.5배로 올려, 빔을 패럴렐 렌즈 옆의 빔덤프로 유도하고 있다. 장애가 발생한 시점의 웨이퍼 상의 빔조사 위치를 기억해 두고, 장애가 해소된 후, 상하로 주사 운동하고 있는 웨이퍼가 그 위치로 온 순식간에 빔을 원래의 궤도로 되돌림으로써, 마치 아무 일도 없었던 것처럼, 이온주입이 계속된다.

스캔 하우징 내에 있어서, 빔주사기(34)의 하류측에는, 빔주사 공간부가 긴 구간에서 형성되어, 빔주사 각도가 좁은 경우에서도 충분한 스캔폭을 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 빔주사 공간부의 하류에 있는 스캔 하우징의 후방에는, 편향된 이온빔을, 빔주사 편향 전의 이온빔의 방향이 되도록 조정하는, 즉, 빔라인에 평행이 되도록 구부리고 피는 빔평행화기(36)가 설치되어 있다.

빔평행화기(36)에서 발생하는 수차(빔평행화기의 중심부와 좌우 단부의 초점거리의 차)는, 빔주사기(34)의 편향각의 2승에 비례하므로, 빔주사 공간부를 길게 하여 편향각을 작게 하는 것은, 빔평행화기의 수차를 억제하는 것에 크게 기여한다. 수차가 크면, 반도체 웨이퍼에 이온빔을 주입할 때에, 웨이퍼의 중심부와 좌우 단부에서 빔사이즈와 빔발산각이 상이하기 때문에, 제품의 품질에 편차가 발생하는 경우가 있다.

또, 이 빔주사 공간부의 길이를 조정함으로써, 빔수송라인유닛의 길이를, 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 길이에 맞출 수 있다.

도 7은, 빔주사기의 일례의 주요부를 상방으로부터 본 모식도이다. 도 8은, 빔주사기의 일례의 주요부를 측방으로부터 본 모식도이다. 도 9는, 빔주사기의 일례를 이온빔라인의 도중 경로에 착탈 가능하게 장착한 구조를 하류측에서 본 정면 모식도이다.

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

편향전극과 전원과의 접속은, 피드스루구조로 실현되어 있다. 한편, 박스체(150)의 상면에는 편향전극(128, 130)과 전원을 접속하기 위한 터미널과 그라운드용의 터미널이 설치되어 있다. 또, 박스체(150)에는, 빔축에 평행한 2개의 측면에, 착탈이나 운반에 적합한 손잡이가 설치되어 있다. 다만, 박스체(150)에는, 빔주사기(134) 내의 압력을 내리기 위한 진공 배기용의 개구부가 형성되어 있으며, 도시하지 않은 진공배기장치에 접속되어 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 박스체(150)는, 가대(160) 상에 고정 설치된 빔가이드박스(170)에 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 빔가이드박스(170)는 박스체(150)보다 충분히 크고, 바닥부에는 박스체(150)를 슬라이드 가능하게 하기 위한 2개의 가이드 레일이 부설되어 있다. 가이드 레일은, 빔축에 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, 박스체(150)를 빔가이드박스(170)로부터 간단하게 꺼낼 수 있다. 다만, 빔가이드박스(170) 내에 들어간 박스체(150)를 록하기 위하여, 가이드 레일의 타단에는 걸음 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

이들 스캐너 주변의 유닛 부재는, 빔라인의 메인터넌스 시의 작업 대상이며, 메인터넌스 작업은 작업 스페이스(R1)로부터 용이하게 실시할 수 있다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 메인터넌스 작업 시에도, 마찬가지로, 작업 스페이스(R1)로부터 용이하게 실시할 수 있다.

빔평행화기(36)에는, 전장 평행화 렌즈(84)가 배치되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 전장 평행화 렌즈(84)는, 대략 쌍곡선 형상의 복수의 가속 전극쌍과 감속 전극쌍으로 구성되어 있다. 각 전극쌍은, 방전이 일어나지 않을 정도의 넓이의 가속·감속갭을 통하여 마주보고 있으며, 가속 감속갭에는, 이온빔의 가감속을 일으키는 축방향의 성분과, 기준축으로부터의 거리에 비례하여 강해지고, 이온빔에 가로방향의 수렴 작용을 미치는 가로성분을 겸비하는 전계가 형성된다.

가속갭을 사이에 두는 전극쌍 중 하류측의 전극과, 감속갭의 상류측의 전극, 및, 감속갭의 하류측의 전극과 다음의 가속갭의 상류측의 전극은, 동일 전위가 되도록, 각각 일체의 구조체를 형성하고 있다. 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 또한 이들 구조체는, 상부 유닛과 하부 유닛의 상하쌍의 세트체로 구성되고, 상부 유닛과 하부 유닛의 사이에는, 이온빔이 통과하는 공간부가 형성되어 있다.

전장 평행화 렌즈(84)의 상류측으로부터 최초 전극(입사 전극)과 최후 전극(출사 전극)은, 접지 전위로 유지되어 있다. 이로써, 평행화 렌즈(84) 통과 전후로, 빔의 에너지는 변화하지 않는다.

중간의 전극 구조체에 있어서, 가속갭의 출구측 전극과 감속갭의 입구측 전극에는, 가변식정전압의 부전원(90)이, 감속갭의 출구측 전극과 가속갭의 입구측 전극에는, 가변식정전압의 정전원이 접속되어 있다(n단일 때는 부정부정부···). 이로써, 이온빔은 가속·감속을 반복하면서, 빔라인의 기준축과 평행한 방향으로 단계적으로 향하여 간다. 그리고, 최종적으로 편향 주사 전의 이온빔 진행방향(빔라인 궤도방향)으로 평행한 궤도에 실린다.

이와 같이, 빔주사기(34)에 의하여 스캔된 빔은, 전장 평행화 렌즈 등을 포함하는 빔평행화기(36)에 의하여, 스캔 전의 이온빔 진행방향(빔라인 궤도방향)으로 평행한 편향각 0도의 축(기준축)에 대해서 평행이 된다. 이 때, 스캔 영역은, 기준축에 관하여 좌우 대칭이 된다.

전장 평행화 렌즈(84)로부터 나온 이온빔은, 전장 최종 에너지 필터(38)(AEF(94): Angular Energy Filter)로 보내진다. 최종 에너지 필터(94)에서는, 웨이퍼에 주입하기 직전의 이온빔의 에너지에 관한 최종적인 분석이 행해지고, 필요한 에너지값의 이온종만이 선택됨과 함께, 또한, 중성화된 가수 없는 중성 입자나, 이온 가수가 상이한 이온의 제거가 행해진다. 이 전계 편향에 의한 최종 에너지 필터(94)는, 빔라인 궤도방향의 상하 방향으로 대향하는 한 쌍의 평면 혹은 곡면으로 이루어지는 판형상의 편향전극에 의하여 구성되고, 빔라인 궤도방향의 상하 방향에 있어서 최종 에너지 필터(94) 자체의 편향 작용에 의하여 하방으로 절곡되어 가는 이온빔 궤도에 맞추어 굴곡하고 있다.

도 6의 (a), 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전계 편향용 전극은, 한 쌍의 AEF 전극(104)으로 구성되고, 이온빔을 상하 방향으로부터 사이에 끼우도록 배치되어 있다. 한 쌍의 AEF 전극(104) 중, 상측의 AEF 전극(104)에는 정전압을, 하측의 AEF 전극(104)에는 부전압을 각각 인가하고 있다. 전계에 의한 편향 시에는, 한 쌍의 AEF 전극(104)간에서 발생하는 전계의 작용에 의하여, 이온빔을 하방으로 약 10~20도 편향시켜, 목적 에너지의 이온빔만이 선택되게 된다. 도 6의 (b)에 나타나는 바와 같이, 최종 에너지 필터(94)에 있어서는 선택된 가수의 이온빔만이 설정한 궤도 각도로 하방으로 편향된다. 이와 같이 하여 선택된 이온종만으로 이루어지는 빔이 정확한 각도로 균일하게 피조사물인 웨이퍼(200)에 조사된다.

실제로 고에너지빔을 편향하는 데 있어서는, 상하 방향으로 대향하는 한 쌍의 판형상의 편향전극(204)은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 이온빔 궤도에 맞추어 굴곡시킬 때에, 편향각과 곡률반경에 맞추어, 전후로 n분할하고, 각각의 상부 전극 및 하부 전극이 각각 동전위로 유지된 판형상의 전극으로 한 쪽이, 제작 정밀도나 경제성의 점에서 우수하다. 또, 전후로 n분할된 판형상의 편향전극은, 상부 전극 및 하부 전극을 각각 동전위로 유지하는 구성 외에, n분할의 상하 한 쌍의 판형상 전극으로서, 각각 다른 전위 설정으로 하는 것도 가능하다.

이러한 구조를 취함으로써, 전장식의 에너지 필터를 고에너지의 스캔빔수송라인에 탑재하는 것이 가능하게 되어 있다. 전장에 의하여, 빔스캔면과 직교하는 방향으로 빔을 편향하기 때문에, 빔스캔 방향의 주입이온 밀도분포(균일성)에 영향을 주지 않고, 에너지분석을 행할 수 있게 되어 있다.

또한, 최종 에너지 필터의 탑재에 의하여, 본 빔라인에는, 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 고주파 선형가속장치, U자 형상 편향부의 자장식의 EFM(에너지분석 전자석(24))과 BM(편향전자석(30))과 함께, 3종류의 빔 필터가 탑재되도록 되었다. 상술과 같이, 고주파 선형가속장치는 속도(v) 필터이며, EFM과 BM은 운동량(mv) 필터이며, 이 최종 에너지 필터는 그 이름대로 에너지(mv²/2) 필터이다. 이와 같이, 방식이 상이한 삼중의 필터를 걸침으로써, 종래에 비하여 에너지 순도가 높을 뿐만 아니라, 파티클이나 메탈 컨테미네이션도 적은 매우 순수한 이온빔을 웨이퍼에 공급할 수 있게 되어 있다.

다만, 기능적으로는, EFM은 고분해 가능하며, 고주파 선형가속장치를 빠져나간 에너지 컨테미네이션의 제거나 에너지폭의 제한을 행하고, AEF는 비교적 저분해 가능하며, EFM에 의한 에너지분석 후의 빔수송라인유닛으로, 주로 레지스트 아웃가스에 의하여 가수가 변화한 이온을 제거하는 역할을 하고 있다.

최종 에너지 필터(94)는, 최종 에너지 필터(94)의 상류측에 그라운드 전극(108), 및 하류측의 2개의 그라운드 전극의 사이에 AEF 서프레션 전극(110)을 설치한 전극 세트를 구비하고 있다. 이 AEF 서프레션 전극(110)은, 정전극으로 전자의 침입을 억제한다.

최종 에너지 필터(94)의 최하류측의 그라운드 전극의 좌우단에 배치된 도스컵(122)에 의하여, 도스량의 기준으로 하는 주입 중의 빔전류량을 측정한다.

(기판처리공급유닛)

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 일축 방향으로 왕복 스캔되는 것으로 하면, 웨이퍼(200)는, 도시하지 않은 구동기구에 의하여 상기 일축 방향에 직각인 방향으로 왕복 이동하도록 구동된다.

웨이퍼(200)를 소정의 위치로 반송 공급하여, 이온주입에 의한 처리를 행하는 기판처리공급유닛(20)은, 프로세스챔버(주입처리실)(116)에 수납되어 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, 소용 이외의 에너지값과 가수를 가지는 이온빔의 통과를 제한함으로써, AEF를 통과한 소용의 에너지값과 가수를 가지는 이온빔만을 분리하기 위하여, 스캔 방향으로 가로 길이의 슬릿으로 구성되어 있다. 또, 에너지 제한 슬릿(118)은, 슬릿의 분리의 간격을 조정하기 위하여 상하 방향으로부터 가동식의 부재로 슬릿체를 구성하고, 에너지분석이나, 주입각도의 측정 등, 복수의 측정 목적에 대응할 수 있도록 해도 된다. 또한, 가동식의 상하의 전환 슬릿 부재는, 복수의 슬릿면을 구비하여, 이들 슬릿면을 전환한 후, 더욱 상하 슬릿의 축을 상하 방향으로 조정시키거나, 회전시키거나 함으로써, 원하는 슬릿폭으로 변경하도록 구성해도 된다. 이들 복수의 슬릿면을 이온종에 따라 순차 전환함으로써, 크로스 컨테미네이션을 저감하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

플라즈마 샤워(120)는, 저에너지 전자를 이온빔의 빔전류량에 따라 궤도 상의 이온빔과 웨이퍼(200)의 전면에 공급하고, 이온주입으로 발생하는 정전하의 차지업을 억제한다. 다만, 최종 에너지 필터(94)의 최하류측의 그라운드 전극의 좌우단에 배치된 도스컵(122) 대신에, 플라즈마 샤워(120)의 좌우단에 도스량을 측정하는 도스컵(도시하지 않음)을 배치해도 된다.

빔프로파일러(124)는, 이온주입 위치에서의 빔전류의 측정을 행하기 위한 빔프로파일러컵(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 빔프로파일러(124)는, 이온주입 전에 수평 방향으로 이동시키면서, 이온주입 위치의 이온빔 밀도를, 빔스캔 범위에 있어서 측정한다. 빔프로파일 측정의 결과, 이온빔의 예상 불균일성(PNU: Predicted Non Uniformity)이 프로세스의 요구에 충족하지 않는 경우에는, 빔주사기(34)의 인가 전압의 제어 함수를 보정하여, 프로세스 조건을 충족하도록 자동적으로 조정한다. 또, 빔프로파일러(124)에, 버티컬프로파일컵(도시하지 않음)을 병설하고, 빔형상·빔 X-Y위치를 측정하여, 주입 위치에서의 빔형상을 확인하고, 빔폭이나 빔 중심 위치, 다이버전스마스크와 조합하여 주입각도나 빔발산각을 확인할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

빔라인의 최하류에는, 스캔 범위의 이온빔을 웨이퍼 영역에 있어서 모두 계측할 수 있는 빔전류계측 기능을 가지는 가로방향 패러데이컵(126)이 배치되어 있고, 최종 셋업 빔을 계측하도록 구성되어 있다. 도 15는, 가로방향 패러데이컵을 정면에서 본 모식도이다. 다만, 크로스 컨테미네이션을 저감하기 위하여, 가로방향 패러데이컵(126)은, 이온종에 따라 삼각기둥의 3면을 전환할 수 있는 트리플 서페이스 구조의 패러데이컵의 전환식 바닥면을 가지는 구성으로 하는 것도 가능하다. 또, 가로방향 패러데이컵(126)에, 버티컬프로파일컵(도시하지 않음)을 병설하고, 빔형상이나 빔 상하 위치를 측정하여, 주입 위치에서의 상하 방향의 주입각도나 빔발산각을 모니터할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

상술과 같이, 고에너지 이온주입장치(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 작업 스페이스(R1)를 둘러싸도록, 각 유닛이 U자 형상으로 배치되어 있다. 이로 인하여, 작업 스페이스(R1)에 있는 작업자는, 최소한의 이동에 의하여, 많은 유닛에 대해서 부품의 교환이나 메인터넌스, 조정을 행할 수 있다.

(전체 레이아웃, 메인터넌스성, 제조성, 지구 환경 배려)

이상, 본 실시형태에 관한 고에너지 이온주입장치(100)는, 이온빔생성유닛(12)에서 생성한 이온빔을, 고에너지 다단직선가속유닛(14)에서 가속함과 함께, 빔편향유닛(16)에 의하여 방향 전환하여, 빔수송라인유닛(18)의 종단에 설치되어 있는 기판처리공급유닛(20)에 있는 기판에 조사한다.

또, 고에너지 이온주입장치(100)는, 복수의 유닛으로서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 빔수송라인유닛(18)을 포함하고 있다. 그리고, 고에너지 다단직선가속유닛(14) 및 빔수송라인유닛(18)은, 도 1에 나타내는 작업 스페이스(R1)를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다. 이로써, 종래 장치에서는 대략 직선형상으로 배치되어 온 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 빔수송라인유닛(18)이 굴곡되어 배치되기 때문에, 고에너지 이온주입장치(100)의 전체 길이를 억제할 수 있다. 또, 빔편향유닛(16)을 구성하는 복수의 편향전자석의 곡률반경은, 장치폭을 최소로 하도록 최적화되어 있다. 이로써, 장치의 설치 면적을 최소화함과 함께, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔수송라인유닛(18)과의 사이에 끼워진 작업 스페이스(R1)에 있어서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)이나 빔수송라인유닛(18)의 각 장치에 대한 작업이 가능해진다.

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

또, 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 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 렌즈 장치인 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 다단직선가속유닛(14)이 구비하는 선형가속장치의 구성 및 수에 따라 선택되어도 된다.

또, 고에너지 이온주입장치(100)에 있어서, 각 장치의 프레임과 진공챔버를 일체화하여, 장치 프레임 또는 진공챔버의 기준위치에 맞추어 장착을 행함으로써, 빔의 센터링(위치 조정)이 가능해지도록 구성해도 된다. 이로써, 번잡한 센터링 작업이 최소한이 되어, 장치 기동 시간을 단축할 수 있고, 작업 실수에 의한 축 어긋남의 발생을 억제할 수 있다. 또, 연속하는 진공챔버끼리의 센터링을, 모듈 단위로 실시해도 된다. 이로써, 작업 부하를 저감할 수 있다. 또, 모듈화된 장치의 크기를, 장치의 이동이 쉬운 크기 이하로 해도 된다. 이로써, 모듈이나 고에너지 이온주입장치(100)의 이설(移設) 부하를 저감할 수 있다.

또, 고에너지 이온주입장치(100)는, 고에너지 다단직선가속유닛(14), 빔수송라인유닛(18), 배기 장치 등을 포함하는 구성기기를 일체의 가대에 장착해도 된다. 또, 고에너지 이온주입장치(100)는, 고에너지 다단직선가속유닛(14)이나 빔편향유닛(16), 빔수송라인유닛(18)을 평면 기반 상에 대략 하나의 수평면에 포함되도록 하고 있다. 이로써, 고에너지 이온주입장치(100)를 하나의 수평면의 평면 기반 상에 고정된 상태로 조정하여 블록 마다 그대로 운반할 수도 있으므로, 수송 중에 조정 편차를 발생시키는 일이 적고, 현지에서 재조정하는 번거로움을 많이 줄일 수 있다. 이로 인하여, 현장에 다수의 숙련자를 보내 장기간 체재시키는 낭비를 피할 수 있다.

또, 상기의 평면 기반을 가대의 바닥이 아닌 중간에 형성하면, 평면 기반 상에, 이온빔 궤도에 직접적으로 관계하는 상술한 기기만을 탑재하도록 할 수 있다. 그리고, 이들에 대한 보조적인 기기인 고주파 입체 회로 등의 부재를, 모두 평면 기반 하에 형성되는 공간 내에 장착함으로써, 공간 이용률을 향상시켜, 보다 컴팩트한 이온주입장치를 실현하는 것도 가능해진다.

따라서, 상술의 고에너지 이온주입장치(100)는, 설치 장소에 여유가 없는 장소에도 설치할 수 있고, 제작 공장 내에서 장착 조정한 채의 상태로 수요 개소에 수송하여, 현지에 장착하여, 최종 조정에 의하여 사용을 할 수 있다. 또, 고에너지 이온주입장치(100)는, 반도체 제조 공장의 반도체 제조 장치라인의 표준적인 수준에 있어서의 이용에 견딜 수 있는 이상의 고에너지의 이온주입을 실현할 수 있다.

이와 같이, 고에너지 이온주입장치(100)는, 각 유닛이나 각 장치의 레이아웃을 고안함으로써, 종래와 비교하여 크게 소형화되어, 종래의 절반 정도의 설치 길이로 할 수 있다. 또, 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 제조 공장 내에서 각 구성요소를 기반 상에 장착하고, 기반 상에서 위치 조정하여 이온빔 궤도를 확립한 채 수송차에 탑재하여 현지에 수송하며, 가대마다 장착한 후에 수송 중에 발생한 변화를 미조정하여 제거함으로써 가동시킬 수 있다. 이로 인하여, 숙련자가 아니어도 현장 조정을 훨씬 용이하고 확실히 실시할 수 있고, 또 기동 기간을 단축할 수 있다.

또, 긴 U자 형상의 굴곡형 빔라인과 같은 레이아웃을 취함으로써, 최고 5~8MeV의 고에너지 이온을 고정밀도로 주입할 수 있는 이온주입장치를 실현할 수 있다. 또, 이 이온주입장치는, 중앙 통로(중앙 영역)를 가지는 이 레이아웃에 의하여, 작은 설치 면적에서 충분한 메인터넌스 에리어를 가진다. 또, 이온주입장치의 운전 시에 있어서는, 전장 패럴렐 렌즈나 전장식 스캐너, 전장 AEF 등의 사용에 의한 저소비 전력 운전에 의하여, 소비 전력을 줄일 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 전장 편향식의 평행화 렌즈 장치의 사용에 의한 스캔빔의 평행화 기구를 가짐으로써, 저소비 전력 운전이 가능해진다.

이상, 본 발명을 상술한 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 재조합하는 것이나 각종의 설계 변경 등의 변형을 각 실시형태에 대해서 더하는 것도 가능하고, 그러한 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

이하, 본원 발명의 상이한 양태를 실시형태를 따라 열거한다.

도 16의 (a)는, 본 실시형태의 일 양태의 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 상면도, 도 16의 (b)는, 본 실시형태의 일 양태의 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 도 22의 (a)는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 상면도, 도 22의 (b)는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 일 양태의 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

도 16의 (a), 도 16의 (b)에 나타나는 최종 에너지 필터(138)는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 3쌍의 편향전극(139a, 139b, 140a, 140b, 141a, 141b)을 가진다. 다만, 편향전극의 수는, n쌍(n은 1 이상의 정수)이면 된다. 3쌍의 편향전극은, 각 쌍의 편향전극이 빔라인(L1)을 따라 간격을 두고 배치되어 있다. 각 편향전극은, 빔진행방향(X1) 및 스캔 방향(Y1)으로 넓은 판형상의 부재이며, 쌍 마다 빔라인(L1)을 상하 방향으로부터 사이에 두도록 소정의 간격으로 대향하도록 배치되어 있다. 또, 3쌍의 편향전극(139a, 139b, 140a, 140b, 141a, 141b)은, 빔라인(L1)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 편향각이 커지도록 구성되어 있다.

상술과 같이, 본 실시형태의 일 양태의 빔스캔 방식의 고에너지 이온주입장치는, 스캔된 고에너지의 이온빔을 빔전류 밀도의 균일성을 유지하면서, 또한 편향 각도 정밀도가 좋은, 최종 에너지 필터(138)를 가지고 있다. 이 최종 에너지 필터(138)는, 스캔 방향(Y1)과 직교하는 방향(Z)(도 16의 (b) 참조)으로 빔을 편향시키는, 전장 방식의 빔 에너지·가수비 선택 에너지 필터이다.

상술의 최종 에너지 필터(138)는, 3쌍의 편향전극을 이용함으로써, 전장을 이용한 긴 구간에 있어서, 서서히 이온빔을 편향하기 때문에, 정밀도가 높은 에너지 필터로서 기능한다. 이로써, 스캔된 고에너지의 이온빔을 고정밀도로 편향시켜, 웨이퍼(200)에 조사할 수 있다. 또, 빔의 질의 변화를 작게 하여 빔전류 밀도의 균일성을 유지할 수 있기 때문에, 원하는 에너지·가수의 이온을 고정밀도로 선택하여 웨이퍼에 주입할 수 있다.

또, 3쌍의 편향전극(139a, 139b, 140a, 140b, 141a, 141b) 중 빔라인(L1)의 상방에 배치되어 있는 3개의 상측 편향전극(139a, 140a, 141a)은, 서로 동일한 제1 전위가 되도록 제1 전원(142)과 접속되어 있다. 마찬가지로, 빔라인의 하방에 배치되어 있는 3개의 하측 편향전극(139b, 140b, 141b)은, 서로 동일한 제2 전위가 되도록 제2 전원(143)과 접속되어 있다. 이로써, 편향전극마다 전원을 설치하는 경우와 비교하여, 전원의 수를 억제할 수 있다.

편향전극(139a, 139b, 140a, 140b, 141a, 141b)은, 빔라인(L1)과 대향하는 내면이 평면으로 구성되어 있다. 그리고, 3쌍의 편향전극(139a, 139b, 140a, 140b, 141a, 141b)은, 각각의 내면의 방향이, 편향되는 이온빔의 궤도와 유사하도록 배치되어 있다. 전장형의 최종 에너지 필터(138)의 전극은, 원통형이 이상적인 형태이다. 이로 인하여, 한 쌍의 평판 전극만으로는, 이상적인 편향이 어렵다. 따라서, 예를 들면, 빔궤도에 주는 영향을 최소한으로 하는 범위에서 복수의 평면으로 구성함으로써, 이상적인 빔라인을 따른 정밀도가 높은 편향이 가능해진다. 또, 편향전극의 평면을 이용함으로써, 원통이나 곡면에 비해 기계 가공이 용이해져 저비용으로 제작할 수 있다.

다만, 편향전극의 빔진행방향(X1)의 폭(길이)은, 빔라인(L1)을 사이에 둔 상하에서 상이하기 때문에, 상하의 편향전극에 있어서의 분할수를 상이하게 해도 된다. 예를 들면, 상측 편향전극을 n단(n분할)으로 하고, 하측 편향전극을 m단(m분할: n≠m)으로 해도 된다. 즉, 상측 편향전극과 하측 편향전극의 각각의 수는 반드시 일치하고 있지 않아도 되고, 일방이 타방보다 많아도 적어도 된다.

n개의 상측 편향전극은, 서로 동일한 형상을 가지고 있으며, n개의 하측 편향전극은, 서로 동일한 형상을 가지고 있어도 된다. 이로써, 부품을 공용화할 수 있기 때문에, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 다만, 각 편향전극은, 레일로 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 이로써 메인터넌스성이 개선된다. 또, 레일의 위치 결정 정밀도를 올림으로써, 적절한 위치에 편향전극이 배치되게 된다.

상술의 3개의 상측 편향전극(139a, 140a, 141a)은, 빔진행방향(X1)의 길이가 상이한 복수종의 편향전극을 포함하고 있다. 또, 3개의 하측 편향전극(139b, 140b, 141b)은, 빔진행방향(X1)의 길이가 사이한 복수종의 편향전극을 포함하고 있다. 이로써, 빔라인과 대향하는 내면이 평면으로 구성되어 있는 편향전극이어도, 이상에 가까운 이온빔의 편향면(원호면)을 실현할 수 있다.

또, 본 발명자 등이 예의검토한 바, 편향전극은, 3쌍으로 구성되어 있으면 보다 좋은 것을 알 수 있었다. 편향전극의 분할수를 다양하게 바꾸어 전장 계산을 행한 바, 상하 모두 3분할로 한 경우에 빔궤도에 대한 영향을 충분히 무시할 수 있고 또한 분할수를 최소로 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이 경우, 원통을 평면으로 근사시켰기 때문에, 궤도에 약간의 오차가 발생한다. 이것은, 전극이 원통의 일부(원호)이면 빔궤도 상의 전계가 쭉 균일하지만, 복수의 평면으로 근사시킨 경우에는 전계가 균일해지지 않기 때문이다. 따라서, 이것을 보정하기 위하여, 이상 빔궤도 중심으로부터 상하의 평면 편향전극까지의 거리를 약간 바꾸면 된다. 구체적으로는, 빔라인 궤도의 중심으로부터 위에 있는 상측 편향전극까지의 거리를 아래에 있는 하측 편향전극까지의 거리보다 1% 정도 크게 하면 된다.

최종 에너지 필터(138)의 빔라인 하류측에는, 이온빔의 통과 영역에 개구를 가지는 상류측 그라운드 전극(144) 및 하류측 그라운드 전극(145)과, 상류측 그라운드 전극(144)과 하류측 그라운드 전극(145)과의 사이에 배치되어 있는 AEF 서프레션 전극(110)이 배치되어 있다. 그리고, 도 16의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상류측 그라운드 전극(144)의 개구 면적을 S1, AEF 서프레션 전극(110)의 개구 면적을 S2, 하류측 그라운드 전극(145)의 개구 면적을 S3으로 하면, S₁＜S₂, S₃＜S₂를 충족하도록 각 전극의 개구부가 구성되어 있다. AEF 서프레션 전극(110)에 빔이 닿으면 전자가 방출되어, 방전의 원인이 된다. 따라서, AEF 서프레션 전극(110)의 개구 면적을 상류측 그라운드 전극(144) 및 하류측 그라운드 전극(145)의 개구 면적보다 크게 함으로써, AEF 서프레션 전극(110)에 이온빔이 닿기 어려워진다.

다음으로, 상류측 그라운드 전극(144), AEF 서프레션 전극(110) 및 하류측 그라운드 전극(145)의 각각의 개구의 크기에 대하여 보다 상세하게 서술한다. 도 17은, 하류측 그라운드 전극의 개구와 AEF 서프레션 전극의 개구와 상류측 그라운드 전극의 개구와의 크기의 관계를 설명하기 위한 모식도이다. 상류측 그라운드 전극(144)의 개구(144a)의 폭과 길이를 W₁, H₁, 서프레션 전극(110)의 개구(110a)의 폭과 길이를 W₂, H₂, 하류측 그라운드 전극(145)의 개구(145a)의 폭과 길이를 W₃, H₃으로 하면, 각 전극은, W₁＜W₂, W₃＜W₂ 및 H₁＜H₂, H₃＜H₂를 충족하도록 구성되어 있다. 다만, 상류측 그라운드 전극(144)의 개구(144a) 및 하류측 그라운드 전극(145)의 개구(145a)는 동일한 크기여도 된다. 즉, 개구(144a) 및 개구(145a)는, W₁=W₃, H₁=H₃을 충족하도록 구성되어 있어도 된다.

또, 편향전극의 단부 영역(R3)의 하류측에는, 주입 중인 이온빔의 전류량을 측정하는 전류측정장치로서의 도스컵(122)이 스캔 방향(Y1)의 좌우로 한개씩 설치되어 있다. 각 편향전극은, 웨이퍼에 대한 이온주입이 유효해지는 유효주입영역(R2)보다 외측의 단부 영역(R3)에 있어서도, 스캔된 고에너지의 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향(Z)으로 편향할 수 있도록 구성되어 있다. 이로써, 유효주입영역(R2)보다 큰 영역에서 이온빔의 편향이 가능해져, 유효주입영역(R2)에서의 전장의 균일성이 향상된다.

또, AEF 서프레션 전극(110)은, 원하지 않는 전자가 도스컵(122)으로 입사하거나 도스컵으로부터 빠져나가거나 하는 것을 억제하도록 구성되어 있다. 이로써, 최종 에너지 필터(138)의 AEF 서프레션 전극(110)이 도스컵(122)의 서프레션 전극을 겸하기 때문에, 빔라인을 구성하는 부품 개수를 삭감할 수 있다. 예를 들면, 도스컵(122)의 입구 근방에서, 그 개구폭보다 충분히 작은 라머 반경으로 원하지 않는 전자를 선회시켜 도스컵으로의 전자의 출입을 억제하기 위한 영구자석이 불필요해져, 전류측정장치 전체를 소형화할 수 있다.

이로 인하여, 전류측정장치의 설치 스페이스가 작아도 되어, 전류측정장치에 의한 빔 로스를 저감할 수 있다. 또, 부품 개수가 줄어듦으로써 코스트를 내릴 수 있다. 이에 더해, 전류측정장치가, 최종 에너지 필터(138)의 하류측의 근방에 배치되어 있는 경우, 편향전극에 의한 강한 전계가 전류측정장치 부근에 발생하게 된다. 이러한 상황에서, 전류측정장치를 위한 자석이 설치되어 있으면, 그 자석에 의한 자장이 편향전극에 의한 강한 전계와 중첩되어, 복잡하고 예측 곤란한 전자의 움직임이 발생할 우려가 있다. 그 경우, 이들 전자가 전류측정장치에 들어가 계측됨으로써 빔전류를 오계측하게 되어 버린다. 그러나, 본 실시형태에 관한 최종 에너지 필터(138)라면 이러한 문제를 회피할 수 있다.

또, 최종 에너지 필터(138)의 일부를 구성하는 각도 에너지 필터(AEF)(146)에 있어서는, 편향전극간을 직진하는 것이 예상되는 중성 입자가 특히 하류측의 편향전극(예를 들면, 도 16의 (b)에 나타내는 편향전극(141a))의 내면에 충돌한다. 편향전극에 입자가 충돌하면, 그 부분이 집중적으로 마모(스퍼터링)되어 전극의 형상이 변화되기 때문에, 전계의 균일성이 악화된다. 그 결과, 빔의 궤도가 변형되어, 고정밀도의 주입각도 제어가 불가능하게 될 우려가 있다.

따라서, 도 22의 (a) 및 도 22의 (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터(138)에서는, 편향전극간을 중성 입자가 직진하는 위치에 있는 편향전극(141a)의 일부에, 입자가 충돌하지 않도록 개구부(147)가 형성되어 있다. 그리고, 상술과 같이, AEF챔버(102)의 출구측에는, 각도 에너지 필터(146)에서 편향되지 않고 직진하는 중성의 입자 등을 받는 스트라이커 플레이트(114)가 설치되어 있다. 이로써, 편향전극의 내면에 중성 입자 등이 집중적으로 충돌하는 것이 회피된다.

다만, 개구부(147)에 상당하는 위치에, 인접하는 편향전극간의 간극이 형성되도록, 각 편향전극의 배치를 고안해도 된다. 이로써, 편향전극 자체에 개구부를 형성할 필요가 없어져, 균일한 전계를 형성할 수 있다. 또, 중성 입자나 에너지 컨테미네이션 성분이 편향전극에 충돌하는 일 없이 직진하여 통과시킴으로써, 충돌에 의한 2차 전자의 발생이 억제된다.

다음으로, 변형예에 대하여 설명한다. 도 18의 (a)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 상면도, 도 18의 (b)는, 본 실시형태의 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 다만, 도 16이나 도 22에 나타내는 최종 에너지 필터와 동일한 구성에 대해서는, 설명을 적절히 생략한다.

도 18의 (a), 도 18의 (b)에 나타나는 최종 에너지 필터(148)는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향(Y1)과 직교하는 방향(Z)으로 편향하기 위한 3쌍의 편향전극(151a, 151b, 152a, 152b, 153a, 153b)을 가진다. 편향전극(151a, 151b, 152a, 152b, 153a, 153b)은, 진공용기인 AEF챔버(102)의 내부에 배치되어 있다. 각 편향전극에는, 빔라인(L1)의 상방 또는 하방의 공간과 연통하는 복수의 구멍(154)이 형성되어 있다. 복수의 구멍(154)은, 전장을 균일하게 유지하도록 규칙적인 혹은 불규칙적인 배열로 형성되어 있다.

전기적인 관점으로부터는, 편향전극에 구멍을 뚫지 않고 일체로 만든 쪽이 전계의 약해짐이 없어 바람직하다. 그러나, 구멍이 없는 편향전극의 경우, 대향하는 편향전극의 사이의 공간이 밀폐 상태에 가까워져, 진공도가 악화된다. 특히, 최종 에너지 필터의 편향전극간은, 하류측의 기판처리공급유닛(20)에 있어서의 레지스트 웨이퍼 주입 시에 발생하는 가스가 유입하여, 배기가 곤란해지는 영역이다. 그 결과, 방전의 가능성이 높아지거나, 빔의 로스가 증가한다고 생각된다. 따라서 전극에 구멍을 뚫어, 컨덕턴스를 개선함으로써 양호한 진공을 유지할 수 있게 된다. 다만, 구멍에 의한 전계의 약해짐은, 전압을 여분으로 가함으로써 보충할 수도 있다.

최종 에너지 필터(148)에 있어서는, 복수의 구멍(154)을, 빔진행방향(X1)과 교차하는 방향(스캔 방향(Y1))으로 분산함으로써, 이온빔의 편향이 스캔 방향(Y1)에 있어서 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.

도 19는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터로부터 기판처리공급유닛까지의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 다만, 도 16이나 도 22에 나타내는 최종 에너지 필터와 동일한 구성에 대해서는, 설명을 적절히 생략한다.

도 19에 나타나는 최종 에너지 필터(165)는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향(Z)으로 편향하기 위한 3쌍의 편향전극(166a, 166b, 167a, 167b, 168a, 168b)을 가진다. 편향전극(166a, 166b, 167a, 167b, 168a, 168b)은, 진공용기인 AEF챔버(102)의 내부에 배치되어 있다. 각 편향전극에는, 빔라인과 대향하는 내면측이 그래파이트(169)로 구성되어 있다.

최종 에너지 필터(165)는, 이온빔에 포함되는 불순물의 필터이며, 불순물이 편향전극에 닿음으로써 편향전극 표면이 스퍼터링된다. 따라서, 편향전극의 적어도 내면을, 불순물이 매우 적은 그래파이트(169)로 형성함으로써, 웨이퍼(200)로의 메탈 컨테미네이션을 억제할 수 있다. 다만, 편향전극의 전체를 그래파이트로 구성해도 되고, 혹은, 편향전극 중, 이온빔에 포함되는 불순물이 보다 닿기 쉬운 일부의 영역만 그래파이트로 구성해도 된다. 다만, 그래파이트(169)의 표면 형상은 파형이다. 이로써, 그래파이트 표면으로부터의 스퍼터링의 영향을 억제할 수 있다.

도 20의 (a), 도 20의 (b)는, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 편향전극의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 20의 (a)에 나타내는 최종 에너지 필터는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 한 쌍의 편향전극(161a, 161b)을 가진다. 한 쌍의 편향전극(161a, 161b)은, 서로 빔라인을 따라 간격을 두고 배치되어 있으며, 서로 빔라인을 상하 방향으로부터 사이에 두도록 소정의 간격으로 대향하도록 배치되어 있다. 또, 한 쌍의 편향전극(161a, 161b)은, 빔라인(L1)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 편향각이 커지도록, 빔라인과 대향하는 내면이 원호 곡면으로 구성되어 있다.

또, 도 20의 (a)에 나타내는 최종 에너지 필터는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 한 쌍의 편향전극(162a, 162b)을 가진다. 한 쌍의 편향전극(162a, 162b)은, 서로 빔라인을 따라 간격을 두고 배치되어 있으며, 서로 빔라인을 상하 방향으로부터 사이에 두도록 소정의 간격으로 대향하도록 배치되어 있다. 또, 한 쌍의 편향전극(162a, 162b)은, 빔라인(L1)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 편향각이 커지도록, 빔라인과 대향하는 내면이 복수의 단이 있는 굴곡면(162a1, 162a2, 162a3, 162b1, 162b2, 162b3)으로 구성되어 있다.

이들 양태에 의하면, 내면이 원호 형상의 곡면 또는 복수의 단이 있는 굴곡 형상의 평면으로 구성된 한 쌍의 편향전극은 서서히 이온빔을 편향하기 때문에, 정밀도가 높은 에너지 필터로서 기능한다.

도 21은, 본 실시형태의 다른 변형예에 관한 최종 에너지 필터의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 21에 나타내는 최종 에너지 필터(210)는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 3쌍의 편향전극(212a, 212b, 214a, 214b, 216a, 216b)을 가진다. 3쌍의 편향전극은, 이온빔의 중심 궤도(빔라인(L1))와의 간격이 상이한 상하 비대칭의 복수종의 편향전극을 포함하고 있다. 구체적으로는, 한 쌍의 편향전극(212a, 212b) 중 어느 것과 빔라인(L1)과의 간격(G1)과, 한 쌍의 편향전극(214a, 214b) 중 어느 것과 빔라인(L1)과의 간격(G2)과, 한 쌍의 편향전극(216a, 216b) 중 어느 것과 빔라인(L1)은 간격(G3)과는 각각 상이하도록 설정되어 있다. 또, 한 쌍의 상측 편향전극(214a)과 하측 편향전극(214b)은 서로의 형상이 상이하다.

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

10 이온원
12 이온빔생성유닛
14 고에너지 다단직선가속유닛
16 빔편향유닛
18 빔수송라인유닛
20 기판처리공급유닛
22 질량분석장치
24 에너지분석 전자석
26 4중극 렌즈
27 에너지폭제한슬릿
28 에너지분석슬릿
30 편향전자석
32 빔정형기
34 빔주사기
36 빔평행화기
38 최종 에너지 필터
42 서프레션 전극
44 이온원 고압전원
48 터미널
50 전원
52 입력장치
54 제어연산장치
56 진폭제어장치
58 위상제어장치
60 주파수제어장치
62 고주파전원
64 수렴발산렌즈
66 수렴발산렌즈전원
68 표시장치
70 기억장치
74 서프레션 전극
80a, 80b 패러데이컵
82 스캐너 하우징
84 평행화 렌즈
84 전장 평행화 렌즈
86a 측정장치
87 어퍼요크
87a 편향전극
100 고에너지 이온주입장치
102 AEF챔버
104 AEF 전극
108 그라운드 전극
110 서프레션 전극
110 AEF 서프레션 전극
114 스트라이커 플레이트
116 프로세스챔버
118 에너지 제한 슬릿
122 도스컵
138 최종 에너지 필터
139a 상측 편향전극
139b 하측 편향전극
142 제1 전원
143 제2 전원
144 상류측 그라운드 전극
145 하류측 그라운드 전극
146 각도 에너지 필터
147 개구부
148 최종 에너지 필터
161a, 162a 편향전극
162a1 굴곡면
165 최종 에너지 필터
166a 편향전극
169 그래파이트
200 웨이퍼

Claims

이온원으로부터 인출한 이온빔을 가속하고, 빔라인을 따라 웨이퍼까지 수송하여, 상기 웨이퍼에 주입하는 고에너지 이온주입장치로서,
이온원과 질량분석장치를 가지는 빔생성유닛과,
상기 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔을 생성하는 고주파 다단직선가속유닛과,
상기 고에너지 이온빔을 웨이퍼를 향하게 하여 방향 변환하면서 운동량으로 이온의 필터링을 행하는 자장식의 에너지분석장치를 포함하는 편향유닛과,
편향된 고에너지 이온빔을 웨이퍼까지 수송하는 빔수송라인유닛과,
수송된 고에너지 이온빔을 균일하게 반도체 웨이퍼에 주입하는 기판처리공급유닛을 구비하고,
상기 빔수송라인유닛은, 고에너지용의 빔주사기와, 고에너지용의 전장식 빔평행화기를 가지며,
상기 편향유닛을 나온 고에너지 이온빔을, 상기 빔주사기 및 상기 전장식 빔평행화기에 의하여, 빔스캔함과 함께 평행화하여, 상기 웨이퍼에 주입하도록 구성되어 있고,
운동량 필터인 자장식의 상기 질량분석장치와 상기 에너지분석장치, 속도 필터이기도 한 고주파 다단직선가속유닛에 더하여, 전장에 의하여 고에너지 스캔빔을 상하 방향으로 편향하는 전장식의 최종 에너지 필터가, 상기 전장식 빔평행화기와 웨이퍼와의 사이에 삽입되어 있는 고에너지 이온주입장치.
제1항에 있어서,
상기 최종 에너지 필터는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 n쌍(n은 1 이상의 정수)의 편향전극을 가지고,
상기 n쌍의 편향전극은, 각 쌍의 편향전극이 빔라인을 따라 간격을 두고 배치되어 있으며,
상기 편향전극은, 이온빔의 진행 방향 및 스캔 방향으로 확산된 판형상의 부재이고, 쌍 마다 빔라인을 상하 방향으로부터 사이에 두도록 소정의 간격으로 대향하도록 배치되어 있고,
상기 n쌍의 편향전극은, 빔라인의 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 편향각이 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항에 있어서,
상기 n쌍의 편향전극중 빔라인의 상방에 배치되어 있는 n개의 상측 편향전극이 서로 동일한 제1 전위가 되도록 구성되어 있고,
상기 n쌍의 편향전극중 빔라인의 하방에 배치되어 있는 n개의 하측 편향전극이 서로 동일한 제2 전위가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 편향전극은, 빔라인과 대향하는 내면이 평면으로 구성되어 있고,
상기 n쌍의 편향전극은, 각각의 내면의 방향이, 편향되는 이온빔의 궤도와 근사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제3항에 있어서,
상기 n개의 상측 편향전극은, 서로 동일한 형상을 가지고 있고,
상기 n개의 하측 편향전극은, 서로 동일한 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제3항에 있어서,
상기 n개의 상측 편향전극은, 빔진행방향의 길이가 상이한 복수종의 편향전극을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제3항에 있어서,
상기 n개의 하측 편향전극은, 빔진행방향의 길이가 상이한 복수종의 편향전극을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제3항에 있어서,
상기 n개의 상측 편향전극 또는/및 하측 편향전극은, 이온빔의 중심 궤도와의 간격이 상이한 상하 비대칭의 복수종의 편향전극을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 n쌍의 편향전극은, 3쌍으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 최종 에너지 필터의 빔라인 하류측에 배치되고, 이온빔의 통과 영역에 개구를 가지는 상류측 그라운드 전극 및 하류측 그라운드 전극과,
상기 상류측 그라운드 전극과 상기 하류측 그라운드 전극과의 사이에 배치되어 있는 서프레션 전극을 더욱 구비하며,
상류측 그라운드 전극의 개구의 폭과 길이를 W₁, H₁, 서프레션 전극의 개구의 폭과 길이를 W₂, H₂, 하류측 그라운드 전극의 개구의 폭과 길이를 W₃, H₃으로 하면, W₁＜W₂, W₃＜W₂ 및 H₁＜H₂, H₃＜H₂를 충족하는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 편향전극은, 웨이퍼에 대한 이온주입이 유효해지는 유효주입영역보다 외측의 단부 영역에 있어서도, 스캔된 고에너지의 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제10항에 있어서,
상기 편향전극의 하류측에 설치되어 있고, 주입 중인 이온빔의 전류량을 측정하는 전류측정장치를 더욱 구비하며,
상기 편향전극은, 웨이퍼에 대한 이온주입이 유효해지는 유효주입영역보다 외측의 단부 영역에 있어서도, 스캔된 고에너지의 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향할 수 있도록 구성되어 있고,
상기 전류측정장치는, 상기 편향전극의 상기 단부 영역의 하류에 배치되어 있으며,
상기 서프레션 전극은, 상기 전류측정장치로부터 전자가 유출하는 것을 억제하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 편향전극은, 진공용기의 내부에 배치되어 있고, 빔라인의 상방 또는 하방의 공간과 연통하는 다수의 구멍이 전장을 균일하게 유지하는 배열로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 편향전극은, 빔라인과 대향하는 내면측이 그래파이트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.
제1항에 있어서,
상기 최종 에너지 필터는, 스캔된 이온빔을 스캔 방향과 직교하는 방향으로 편향하기 위한 한 쌍의 편향전극을 가지고,
상기 한 쌍의 편향전극은, 서로 빔라인을 따라 간격을 두고 배치되어 있으며,
상기 편향전극은, 이온빔의 진행 방향 및 스캔 방향으로 확산된 판형상의 부재이고, 서로 빔라인을 상하 방향으로부터 사이에 두도록 소정의 간격으로 대향하도록 배치되어 있으며,
상기 한 쌍의 편향전극은, 빔라인의 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 편향각이 커지도록, 빔라인과 대향하는 내면이 원호 형상의 곡면 또는 복수의 단이 있는 굴곡 형상의 평면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고에너지 이온주입장치.