TW201423823A

TW201423823A - 離子植入裝置

Info

Publication number: TW201423823A
Application number: TW102136771A
Authority: TW
Inventors: Mitsuaki Kabasawa; Kazuhiro Watanabe; Hitoshi Ando; Kouji Inada; Tatsuya Yamada
Original assignee: Sen Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-06-16
Also published as: TWI584335B; US20140150723A1; KR20140071886A; KR101985028B1; US9466467B2; CN103854942B; JP5963662B2; CN103854942A; JP2014110236A

Abstract

本發明提供一種確保對於離子植入裝置之作業性且抑制設置面積之技術。本發明的離子植入裝置具備：將離子源所生成之離子束進行加速之複數個單元、及將掃描束進行調整而植入到晶圓中之複數個單元，使將掃描束進行調整之複數個單元，構成為長度與離子源及將離子束進行加速之複數個單元的長度大致相同的長直線部，藉此構成具有相對向之長直線部之水平U字狀折返型射束路線。

Description

離子植入裝置

本申請主張基於2012年12月4日申請之日本專利申請第2012-265844號之優先權。該申請的全部內容藉由參閱援用於本說明書中。

本發明係有關一種離子植入裝置。

在半導體元件製造製程中標準地實施如下重要的製程，該製程藉由在真空中對半導體晶圓打入離子來將雜質添加到半導體晶圓的結晶中，從而使導電性產生變化而使半導體晶圓半導體元件化。該製程中所使用之裝置被稱為離子植入裝置，該離子植入裝置將通常用於使其半導體元件化之雜質原子以離子的形式加速而打入半導體晶圓中。

近年來，隨著半導體元件的高集成化、高性能化，對離子植入裝置為了實現用於更深地打入到半導體晶圓中之高能量的離子植入而要求更高的性能。為了實現該種高性能，例如有以串列式加速裝置構成離子束的加速系統之方法(參閱專利文獻1)。

並且，在以往的單片型高能量離子植入機，是在加速部使用範德格拉夫型串列加速裝置或重離子線性(直線式)加速裝置，並在其下游使用過濾磁鐵(串列時為價數分離用、線性時為能量分析用)、射束掃描器(藉由低頻電場或磁場生成掃描束之裝置)、及磁場平行化並列磁鐵(用於將從中心軌道起掃描之射束的掃描軌道與中心軌道方向對齊而進行平行化之電磁鐵)，試圖對晶圓的整個表面以相同角度植入均一量的高能量離子。離子的能量達到3~4MeV左右。

專利文獻1：日本特許第3374335號公報

若對帶有光阻的晶圓植入高能量離子，會產生大量的排氣，該排氣的氣體分子與束離子相互作用，使一部份離子的價數發生變化。若通過磁場平行化並列磁鐵時產生該價數變化，則平行化的偏轉角發生改變，因此朝向晶圓的植入角變得不同。並且，所植入之離子的量(個數)，藉由利用置於晶圓附近之法拉第杯測定束電流的值而求出，但因價數變化，其測量值產生偏差，偏離預定的植入量，無法成為所預定之半導體元件的特性。另外，利用磁場(並列磁鐵)進行之平行化，在內側軌道與外側軌道上的偏轉角度和軌道長度不同，因此越靠外側軌道，價數發生變化之離子的比例越大，晶圓面內的植入均一性亦惡化。

並且，磁場平行化並列磁鐵必須具有在掃描方向上寬度較寬的磁極以及一定長度的平行化區間，能量變高時磁極進一步變長且變大，因此重量變得非常大，為了安全地裝配並維持裝置，除了產生強化半導體工場本身的強度設計的要求以外，消耗電力亦變得非常大。

另一方面，在與單片式高能量離子植入裝置相比能量較低的(單片式)中電流離子植入機之一部份，為了避免平行化電磁鐵所具有之上述缺點，使用了靜電場平行化(電極式)並列透鏡和靜電場(電極式)能量過濾器(AEF：Angular Energy Filter)。靜電場平行化並列透鏡，能保持軌道的對稱性並且使掃描軌道與中心軌道方向對齊而進行平行化，AEF是在晶圓正前方去除價數已變化之離子。藉此，即使在排氣較多時，仍能夠得到沒有能量污染的射束，不會產生如磁場平行化並列磁鐵那樣的掃描方向的植入角度的偏差，結果，能夠均一植入正確的深度方向的植入分佈和植入量(劑量)的離子，並且植入角度亦變得相同，實現了精度非常高的離子植入。並且，由重量輕的電極構件構成，因此與電磁鐵相比消耗電力亦較少。

然而，將束離子偏轉為相同角度時，所需磁場與能量的平方根成比例，與此相對，所需電場則與能量其本身成比例。因此，磁場平行化中之偏轉磁極的長度與能量的平方根成比例，與此相對，電場平行化中之偏轉電極與能量成比例而變長，因此若試圖利用高能量離子植入來實現上述高精度角度植入，則射束輸送系統(從掃描器到晶圓的距離)相對變長。並且，為了高角度精度植入，需要向電極供給精度和穩定度很高的電壓，為了涵蓋從低能量到高能量的植入能量範圍，對電場平行化中之電極電源所要求之電壓動態範圍遠比對磁場平行化中之電磁鐵電源所要求之電流動態範圍更廣。

將具備該種電場平行化機構之中電流機所具有之平行化角度精度這一優點導入高能量離子植入中時，可考慮將例如離子源、質量分析磁鐵、串列式加速裝置或者高頻直線(線性)加速裝置、包括能量過濾器之射束輸送系統亦即後段射束路線、射束掃描器、平行化裝置、最終能量過濾器、植入處理室及基板輸送設備(終端站)等構成設備分別獨立地裝配成大致直線狀之結構。然而此時，裝置的總長變得很長，設置場所的設定與準備、設置作業等成為大規模，而且設置面積亦變大。並且，還需要用於各設備的裝配對準調整、裝置運轉後的維護與修繕及調整之作業空間。該種大型離子植入機無法滿足將半導體生產線中之裝置尺寸與工場生產線的配置實情相結合之要求。

本發明係鑒於該種狀況而完成者，其目的在於，藉由實現能確保充份的作業區域且簡化設置場所的設定與準備、設置作業，並抑制設置面積之技術，提供一種具備平行化電極、能量過濾電極之高精度的高能量離子植入裝置。

為了解決上述課題，本發明的一態樣的高能量離子植入裝置係具備：將離子源所生成之離子束進行加速之複數個單元、及將掃描束進行調整而植入到晶圓中之複數個單元，使將掃描束進行調整之複數個單元，構成為長度與離子源及將離子束進行加速之複數個單元的長度大致相同的長直線部，藉此構成具有相對向之長直線部之水平U字狀折返型射束路線。配合從離子源起將離子進行加速之單元群的長度，將掃描器、平行化透鏡、能量過濾器等單元群的長度構成為大致相同的長度，來實現該種佈局。

另外，在方法、裝置、系統之間相互置換以上構成要件的任意組合、本發明的構成要件和表現者，作為本發明的方式亦是有效的。

依本發明能夠確保對於離子植入裝置之作業性且簡化設置場所的設定與準備、設置作業，並能夠抑制設置面積。

10‧‧‧離子源

12‧‧‧離子束產生單元

14‧‧‧高能量多段直線加速部

14a‧‧‧高頻諧振器

15a‧‧‧第1直線加速器

15b‧‧‧第2直線加速器

16‧‧‧偏轉單元

18‧‧‧射束輸送路線部

20‧‧‧基板處理供給單元

22‧‧‧質量分析裝置

24‧‧‧能量過濾分析器

26‧‧‧軌道調整四極透鏡

28‧‧‧能量限制狹縫

30‧‧‧角度偏轉磁鐵

32‧‧‧射束整形器

34‧‧‧射束掃描器

36‧‧‧射束平行化器

38‧‧‧最終能量過濾分析器

42‧‧‧抑制電極

46‧‧‧離子源高壓電源

62‧‧‧高頻電源

64‧‧‧會聚發散透鏡

74‧‧‧抑制電極

82‧‧‧掃描器殼體

84‧‧‧平行化透鏡

94‧‧‧角能量過濾器

100‧‧‧離子植入裝置

102‧‧‧AEF腔室

104‧‧‧AEF電極

108‧‧‧接地電極

110‧‧‧AEF抑制電極

116‧‧‧處理腔室

118‧‧‧能量限制狹縫

120‧‧‧電漿噴淋器

124‧‧‧射束剖面測定器

128‧‧‧偏轉電極

132‧‧‧接地電極

133‧‧‧接地電極

134‧‧‧射束掃描器

150‧‧‧箱體

160‧‧‧架台

170‧‧‧射束導引盒

172‧‧‧門

200‧‧‧晶圓

第1圖係表示本實施形態之離子植入裝置的概略佈局與射束路徑亦即射束路線之頂視圖。

第2圖(a)係表示離子束產生單元的概略結構之俯視圖，第2圖(b)係表示離子束產生單元的概略結構之側視圖。

第3圖係表示包括高能量多段直線加速部的概略結構之整體佈局之俯視圖。

第4圖係表示包括多個高頻線形加速器之高能量多段直線加速部及會聚發散透鏡的控制系統的結構之方塊圖。

第5圖(a)、第5圖(b)係表示E.F.M(Energy Filter Magnet)/能量分析/BM、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略結構之俯視圖。

第6圖(a)係表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束路線到基板處理供給單元為止的概略結構之俯視圖，第6圖(b)係表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束路線到基板處理供給單元為止的概略結構之側視圖。

第7圖係從上方觀察射束掃描器的一例的主要部份之橫剖面圖。

第8圖係示出射束掃描器的裝卸自如的結構的一例之立體圖。

第9圖係從下游側觀察沿離子束線的中途路徑裝卸自如地安裝有射束掃描器的一例之結構之前視剖面圖。

第10圖係表示角能量過濾器的偏轉電極的另一方式之示意圖。

能夠向基板植入具有高能量(例如1~4MeV)之離子之高能量離子植入裝置具有：例如離子源、質量分析磁鐵、高頻直線(線性)加速裝置、包括能量過濾器之射束運輸系統、射束掃描器、射束平行化裝置、最終能量過濾器、植入處理室及基板輸送設備等許多構成設備。因此，若將各構成設備分別獨立裝配於大致直線上，則總長變得非常長，在各裝置的裝配對準、運轉後的維護與修繕及調整方面需要大量勞動力。

並且，若分別獨立地將高能量離子植入裝置的各構成設備搭載於架台上來進行裝配調整，則主要裝置整體有可能成為例如寬度約為7m且總長約為20m的大小。近來，製造CCD和CMOS攝像元件時，採用向基板的深部植入具有超高能量(3~10MeV)之離子之製程，在進行該種植入時使用超高能量離子植入裝置。為了實現該種超高能量的射束路線，需要以長形的高頻加速部為中心，連接許多射束路線構件，有可能成為總長更長的射束路線。此時，不得不在射束路線兩側形成更寬廣的維護用空間，並且射束路線的長度就那樣成為裝置的長度，射束路線兩側的維護用空間就那樣成為裝置的寬度。

在半導體元件製造製程中包括許多種類的半導體製造裝置，離子植入裝置亦與其他裝置相同，要求節省空間和限制裝置的長度。然而，除了裝置內部的各設備的大小，還因為要確保其等的維護空間等，因此裝置尺寸變大，並且由於射束路線的長度就那樣成為裝置的長度，因此存在沿射束路線方向變長之傾向。

因此，本實施形態中，藉由以下所示之結構的高能量離子植入裝置，能夠確保對離子植入裝置的作業性且抑制設置面積。

以下，參閱附圖對用於實施本發明之形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同要件賦予相同元件符號，並適當省略重複說明。並且，以下敘述之結構只是例示，並非對本發明的範圍進行任何限定者。

(高能量離子植入裝置)

首先，對本實施形態之高能量離子植入裝置的結構進行簡單說明。離子為帶電粒子種類中的一種，本說明書的內容不僅適用於離子束的裝置，還適用於帶電粒子束的裝置。

第1圖係示意表示本實施形態之離子植入裝置100的概略佈局和射束路線者。

本實施形態之離子植入裝置100，為具有高能量離子束線之高頻直線(線形)加速方式的離子植入裝置，是將離子源10所產生之離子進行加速，以離子束的形式沿具有相對向之長直線部之U字狀射束路線輸送到晶圓(基板)200並植入到晶圓200。U字狀射束路線由複數個單元構成。其中，“具有相對向之長直線部之U字狀”可以理解為：例如當離子植入裝置整體的配置為長方形時，後述之高能量多段直線加速部的長邊方向成為長方形配置的長邊之佈局。

複數個單元分別以同一面為基準配置成大致水平。並且，能夠對複數個單元中幾乎所有單元進行作業之作業空間R1設置在U字狀射束路線的中央區域。進一步設置有能夠使操作人員在作業空間R1與外部之間移動之連通路P。藉此，操作人員能夠輕鬆地進入至設置在U字的中央部之作業空間R1的內部，提高維護和調整的作業效率。

離子植入裝置100具備：離子束產生單元12、高能量多段直線加速部14、偏轉單元16、射束輸送路線部18及基板處理供給單元20。離子束產生單元12具有離子源10、取出電極40及質量分析裝置22。離子束產生單元12中，射束從離子源10通過取出電極取出之同時被加速，取出加速後之射束藉由質量分析裝置22進行質量分析。質量分析裝置22具有質量分析磁鐵22a及質量分析狹縫22b。通常，質量分析狹縫22b配置在質量分析磁鐵22a的正後方，實施例中是配置在以下構造的高能量多段直線加速部14的入口部內。

藉由質量分析裝置22進行質量分析的結果，僅挑選植入所需之離子種類，所挑選之離子種類的離子束導入下一個高能量多段直線加速部14。藉由高能量多段直線加速部14被進一步多段加速後之離子束，藉由偏轉單元16使方向發生變化。偏轉單元16具有：能量過濾分析器24、軌道調整透鏡亦即軌道調整四極透鏡26、能量限制狹縫28及角度偏轉磁鐵30。另外，能量過濾分析器24例如為能量過濾偏轉磁鐵(E.F.M.)。

射束輸送路線部18係輸送來自偏轉單元16之離子束者，具有由會聚/發散透鏡群構成之射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及最終能量過濾分析器(AEF)38(包括最終能量分離狹縫)。在射束輸送路線部18的下游側的終端設置有基板處理/基板輸送供給單元20，該單元為配置有要藉由離子束植入離子之晶圓200之植入處理室。

如此將各單元配置成U字狀的離子植入裝置100，能抑制設置面積且確保良好的作業性。並且，離子植入裝置100中，藉由將各單元和各裝置設為模組結構，能夠對準射束路線基準位置而進行裝卸、組裝。

接著，對構成離子植入裝置100之各單元、各裝置進一步進行詳述。

(離子束產生單元)

如第2圖(a)、第2圖(b)所示，在配置於射束路線最上游之離子源10的出口側，設置有用於從離子腔室內所生成之電漿取出離子束之取出電極40。在取出電極40的下游側附近，設置有抑制從取出電極40取出之離子束中所含之電子朝向取出電極40逆流之取出抑制電極42。

離子源10與離子源高壓電源46連接。在取出電極 40與端子48之間連接有取出電源50。在取出電極40的下游側，配置有用於從射入之離子束中分離出既定的離子並將分離後之離子束取出之質量分析裝置22。

(高能量多段直線加速部)

第3圖係表示高能量多段直線加速部14的概略結構之俯視圖。高能量多段直線加速部14具備：進行離子束的加速或減速之複數個線形加速裝置、亦即1個以上的高頻諧振器14a。換言之，高能量多段直線加速部14能夠藉由高頻(RF)電場的作用而對離子進行加速或減速。第3圖中，高能量多段直線加速部14包含：具備高能量離子植入用的基本的複數段的高頻諧振器14a之第1直線加速器15a、及進一步具備超高能量離子植入用的追加的複數段的高頻諧振器14a之第2直線加速器15b。

在具備通常的加速系統的離子植入裝置中，能夠藉由解析輕鬆地決定關係到加速之運轉參數。例如，利用在大部份離子植入裝置中使用之靜電場的加速方法，形成靜電場之電源的設定電壓V[kV]藉由以下式(1)，依據所希望的離子的價數n與所希望的能量E[keV]能輕鬆地決定。

V=E/n……式(1)

當使用複數段的靜電場時，將其合計電壓設為V即可。另一方面，在使用高頻(RF)加速之離子植入裝置中，作為高頻參數必須考慮電壓的振幅V[kV]、頻率 f[Hz]。並且，當進行複數段的高頻加速時，將彼此的高頻相位[deg]作為參數加入。此外，當存在用於藉由會聚/發散效果來控制離子束在加速中途和加速後朝橫向擴散之磁場透鏡(例如四極電磁鐵)或靜電場透鏡(例如靜電四極電極)時，其等的運轉參數的最佳值根據離子通過該處之時刻的離子能量而發生改變，而且加速電場的強度會影響到會聚和發散，因此，在決定高頻參數之後再決定其等的值。

在使用靜電場的加速方法中，由形成靜電場之電源電壓V[kV]和取出之離子的電價數n無歧異地決定離子束的能量E[keV]。此時，離子的能量由以下式(2)表示。

E=n．V……式(2)

因此，能量分析電磁鐵的磁場測定其本身在決定能量方面沒有直接的作用。

然而，例如在利用高頻(RF)加速之離子植入裝置中，加速後的離子束的能量具有某種程度的廣度。因此，將離子植入到矽晶圓等基板之前，需要根據電場或磁場分析能量，僅挑選具有所希望的能量之離子束。一般來說，基於分析時容易操作的觀點是使用電磁鐵，但此時離子束側的能量具有種程度的廣度，因此必須由電磁鐵的磁場計算出能量。

離子的能量E[keV]由下式(3)表示。

E=4.824265×10⁴×(B²．ρ²．n²)/m……式(3)

其中，m[amu]為離子的質量數、n為離子的電價數、 ρ[m]為電磁鐵內的射束軌道的曲率半徑、B[T]為磁場(磁通量密度)。其中，由植入條件已知m與n，ρ為恆定。因此，磁場B的測定直接關係到能量E的測定。

並且，近年來進行開發之非常低能量的離子植入裝置中，電漿電位的影響給予離子能量之影響變得無法忽視。因此，僅以取出電壓決定正確的離子束的能量變得更難，即使在該種情況下，根據最終的EE量分析電磁鐵的精密磁場測定進行之能量計算仍是有效的。

(高能量多段直線加速部)

第4圖係表示由複數個高頻線形加速器構成的高能量多段直線加速部及會聚發散透鏡的控制系統的結構之方塊圖。

高能量多段直線加速部14中包括1個以上的高頻諧振器14a。作為高能量多段直線加速部14的控制所需的構成要件包括：輸入裝置52，供操作員輸入所需的條件；控制運算裝置54，根據所輸入之條件數值計算各種參數，進一步對各構成要件進行控制；振幅控制裝置56，用於調整高頻振幅；相位控制裝置58，用於調整高頻相位；頻率控制裝置60，用於控制高頻頻率；高頻電源62；會聚發散透鏡電源66，用於會聚發散透鏡64；顯示裝置68，用於顯示運轉參數；及儲存裝置70，用於儲存所決定之參數。並且，控制運算裝置54中事先內建有用於對各種參數進行數值計算之數值計算碼(程式)。

在利靜電壓將離子進行加速之離子植入裝置中，能夠藉由解析輕鬆地決定加速參數。因此，僅由操作員輸入加速條件(離子的價數)和所希望的能量等，或者僅根據上位電腦的指示，利用離子植入裝置的控制裝置計算需要的加速參數(電壓)並自動進行設定。而且，可找出用於得到目標能量射束之參數的組合。亦即，為了得到目標能量射束，由操作員或者上位電腦在輸入裝置52輸入所希望的離子的種類、離子的價數、離子源的取出電壓及最終需要的能量值。

另一方面，在高頻線形加速器中，控制運算裝置54藉由內建之數值計算碼，根據所輸入之條件模擬離子束的加速、減速及會聚和發散，以能獲得最佳輸送效率的方式算出高頻參數(振幅、頻率、相位)。並且，同時還算出用於高效率地輸送離子束之會聚發散透鏡64的參數(電流、電壓中的至少1個)。在顯示裝置68中顯示計算出之各種參數。對於超過高能量多段直線加速部14的能力之加速/減速條件，將表示無解之顯示內容顯示於顯示裝置68。

振幅參數由控制運算裝置54送至振幅控制裝置56，振幅控制裝置56將高頻電源62的振幅進行調整。相位參數送至相位控制裝置58，相位控制裝置58將高頻電源62的相位進行調整。頻率參數送至頻率控制裝置60。頻率控制裝置60將高頻電源62的輸出頻率進行控制，並且將高能量多段直線加速部14的高頻諧振器14a的諧振頻率進行控制。控制運算裝置54還根據所算出之會聚發散透鏡參數對會聚發散透鏡電源66進行控制。

在複數段的高頻諧振器14a交替地具備有發散透鏡或會聚透鏡，在第2直線加速器15b的終端的會聚透鏡64a的後方配置有追加的發散透鏡64b，將通過高能量多段直線加速部14之高能量加速離子束的會聚量與發散量進行調整，以使最佳的二維射束剖面的離子束射入後段的偏轉單元。

通過高能量多段直線加速部14後的離子束因高頻電場的影響而使能量分佈變廣。因此，藉由後述之偏轉單元16以僅使所希望的能量的離子通過之方式進行分析、限制、分離。另外，元件符號L表示離子束的中心軌道。

(偏轉單元)

如第1圖所示，偏轉單元16包括：作為能量過濾偏轉磁鐵(E.F.M.)之能量過濾分析器24、軌道調整四極透鏡26、能量限制狹縫28及角度偏轉磁鐵30。在本實施形態之偏轉單元16中所使用之複數個電磁鐵採用以下構造。

偏轉單元16是使用複數個電磁鐵裝置作為能量分析裝置及橫向的彎曲(射束進路改變)裝置，並且將能量限制狹縫28配置於能量過濾分析器24與角度偏轉磁鐵30之間。並且，將比能量限制狹縫28更靠上游的電磁鐵中的至少1個作為能量分析裝置(能量過濾分析器24)，並將比能量限制狹縫更靠下游的電磁鐵中的至少1個作為橫向的彎曲裝置(角度偏轉磁鐵30)。

並且，在能量限制狹縫28的上游側且於能量限制狹縫28與能量過濾分析器24之間，作為橫向會聚透鏡而配置有軌道調整四極透鏡26。軌道調整四極透鏡26例如能夠由四極透鏡(靜電式或者磁場式)構成。並且，為了穩定地運用真空泵，將真空泵配置在不受能量過濾分析器24和角度偏轉磁鐵30的電磁鐵的漏磁場影響的位置上是有效的。例如可以在能量限制狹縫28附近配置排氣排出用真空泵。

如此，偏轉單元16藉由使用複數個磁鐵能使離子束偏轉180°。藉此，能夠以簡易的結構實現射束路線為U字狀的離子植入裝置100。

並且，設置於比離子限制狹縫28更靠上游側之包括電磁鐵之能量過濾分析器24，亦可構成為對於上游的高能量多段直線加速部14能夠裝卸或連結。並且，由模組型射束路線單元構成後述之射束輸送路線部18時，設置於比能量限制狹縫28更靠下游側之角度偏轉磁鐵30，亦可構成為對於下游的射束輸送路線部18能夠裝卸或連結。

如後述之第5圖(a)所示，偏轉單元16利用能量過濾分析器24將來自高能量多段直線加速部14的離子束偏轉90°。由於來自高能量多段直線加速部14之離子束於能量分佈上具有某種程度的廣度，針對能量的廣度利用能量分析器使射束軌道進行橫向分散(依能量的不同)，利用能量限制狹縫28僅使需要的能量的離子束在橫向上通過，從而進行能量分析，並且利用角度偏轉磁鐵30將射束路徑偏轉90°，使離子束射入後述之射束輸送路線部18的射束整形器32。射束整形器32將射入之射束進行整形並供給到射束掃描器34中。並且，如後述之第5圖(b)所示，藉由軌道調整四極透鏡26的透鏡作用，調整因射束能量的微分佈而產生之離子束軌道的偏離，使到達晶圓之射束成為大致1個軌道。

如上所述，在將離子源所產生之離子進行加速而輸送到晶圓並進行打入之離子植入裝置中，偏轉單元16在高能量多段直線加速部14與射束輸送路線部18之間利用複數個磁鐵進行離子束的180°偏轉。亦即，能量過濾分析器24的磁鐵及角度偏轉磁鐵30分別構成為偏轉角度成為90度，結果構成為合計偏轉角度成為180度。另外，由1個磁鐵進行之偏轉量不限於90°，亦可以是以下組合。

(1)1個偏轉量90°的磁鐵+2個偏轉量45°的磁鐵

(2)3個偏轉量60°的磁鐵

(3)4個偏轉量45°的磁鐵

(4)6個偏轉量30°的磁鐵

(5)1個偏轉量60°的磁鐵+1個偏轉量120°的磁鐵

(6)1個偏轉量30°的磁鐵+1個偏轉量150°的磁鐵

(射束輸送路線部)

第5圖(a)、第5圖(b)係表示EFM/能量分析/BM、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略結構之俯視圖。第6圖(a)係表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束路線到基板處理供給單元為止的概略結構之俯視圖，第6圖(b)係表示從射束掃描器至射束平行化器之後的射束路線到基板處理供給單元為止的概略結構之側視圖。

藉由偏轉單元16僅將所需的離子種類分離，成為需要的能量值的離子的射束藉由射束整形器32整形為所希望的剖面形狀。如第5圖、第6圖所示，射束整形器32由Q(四極)透鏡等(靜電式或者磁場式)會聚/發散透鏡群構成。具有整形後之剖面形狀之射束，藉由射束掃描器34沿平行於第6圖(a)的平面的方向進行掃描。例如，構成為由縱向會聚(橫向發散)透鏡QF/垂直發散(橫向會聚)透鏡QD/縱向會聚(橫向發散)透鏡QF所組成的3極Q透鏡群。根據需要，射束整形器32能夠由縱向會聚橫向發散QF、垂直發散橫向會聚QD分別單獨地構成、或者複數個組合構成。

射束掃描器34，為利用週期性變動之電場沿與離子束的行進方向正交之水平方向使離子束週期性往復掃描之偏轉掃描裝置(亦被稱為射束掃描器)。

射束掃描器34為靜電式(電場式)偏轉掃描裝置時，具備有：在射束行進方向上以包夾離子束的通過區域之方式隔著間隙相對向配置之一對(2個)對置掃描電極 (雙極偏轉掃描電極)，進行數Hz~數kHz的週期性變動之近似三角波的正負電壓變更控制之掃描電壓，分別以正負相反的電壓施加於2個對置電極。該掃描電壓在間隙內生成使通過該處之射束偏轉之電場。並且，藉由使掃描電壓改變，將通過間隙之射束沿水平方向進行掃描。

在射束掃描器34的下游側，將在離子束的通過區域具備開口的抑制電極74配置在2個接地電極78a、78b之間。在上游側，在掃描電極的前方配置接地電極76a，根據需要能夠將抑制電極配置在接地電極的正後方。抑制電極用來抑制電子向正電極侵入。

如第5圖所示，在高能量多段直線加速部14的直線加速部殼體內的最前部和掃描器殼體內的最前部的射束整形器32的正前部，分別配置有用於測量離子束的總束電流的值之注入器旗標法拉第杯80a、80b。各注入器旗標法拉第杯80a、80b構成為能夠藉由驅動機構在射束路線上從上下方向(或水平方向)進出，並且，構成為長邊朝水平方向的長方形的斗狀且將開口部朝向射束路線的上游側，除了測量射入到開口部之離子束的總束電流之目的以外，還根據需要在射束路線上將到達射束路線下游之離子束完全切斷。並且，注入器旗標法拉第杯80a、80b、射束掃描器34、抑制電極74及接地電極76a、78a、78b容納於掃描器殼體82內。另外，如前述，在注入器旗標法拉第杯80a的正前方的高能量多段直線加速部14的入口部內配置有質量分析狹縫22b，可構成為單一的質量分析狹縫，或者根據質量的大小選擇寬度不同之複數個狹縫之方式，或者能夠將質量狹縫寬度變更為無段或多段之方式。

在掃描器殼體內，在射束掃描器34的下游側，以較長的區間設置射束掃描空間部，而構成為縱使射束掃描角度狹小時仍能夠得到充份的掃描寬度。在射束掃描空間部的下游、亦即掃描器殼體的後方，以使偏轉後之離子束成為射束掃描偏轉前的離子束的方向之方式，亦即與射束路線成平行化之方式設置有用來再偏轉之射束平行化器36。

在射束平行化器36中配置有平行化透鏡84。如第6圖所示，平行化透鏡84由上部單元與下部單元這上下成對的組體構成，在上部單元與下部單元之間設置有使離子束通過之空間部，上部單元與下部單元這上下成對的組體分別由弓形、非圓形曲線形、大致圓弧形、ㄑ字形等的複數個電極構成，自上游側起算之最初的電極(第1個)與最後的電極(第3個)保持接地電位。在中間的電極連接平行化電源(可變式負電源(n段時為負正負、負正負正負……))90，在第1個電極與第2個電極、及第2個電極與第3個電極之間產生使射束的軌道改變之方向的偏轉電場(具有射束會聚作用)，從而發生使離子束逐漸朝向與射束路線軌道方向平行的方向之作用，使朝水平方向偏轉後之離子束成為與偏轉掃描前的離子束行進方向(射束路線軌道方向)平行的離子束。另外，可在最初的電極 (第1個)與最後的電極(第3個)的各自的正前方或正後方，分別配置防止電子流入之抑制電極。另外，藉由如上述的電場進行平行化時，在各電極之間產生加速或減速，離子的能量亦產生變化，但由於平行化單元的入口與出口的電位相同，因此成為整體而言不會產生能量變化的結構。

如此，由射束掃描器34掃描之射束藉由包括平行化透鏡等之射束平行化器36被平行化，相對於與掃描前的離子束行進方向(射束路線軌道方向)平行的偏轉角0度的軸成為平行。

自平行化透鏡84離開之離子束，送至構成最終能量過濾分析器38之角能量過濾器(AEF)94。在角能量過濾器94進行關於向晶圓植入之前的離子束的能量的最終分析，僅需要的能量值的離子種類被選擇，並且與此相配合而將中性化之無價數的中性粒子、或離子價數不同之離子去除。該利用電場偏轉之角能量過濾器(AEF：Angular Energy Filter)94，由在射束路線軌道方向的上下方向上相對向之一對平面或曲面之板狀的偏轉電極構成，並在射束路線軌道方向的上下方向上利用角能量過濾器(AEF)94本身的偏轉作用，而配合向下方逐漸彎曲之離子束軌道形成彎曲。

如第6圖(a)、第6圖(b)所示，電場偏轉用電極由一對AEF電極104構成，並且配置為從上下方向夾持離子束。一對AEF電極104中，將正電壓施加於上側的 AEF電極104，且將負電壓施加於下側的AEF電極104。利用電場進行偏轉時，藉由在一對AEF電極104之間產生之電場的作用，使離子束向下方偏轉約10~20度，只有目標能量的離子束被選擇。如第6圖(b)所示，於角能量過濾器94中，只有由被選擇之能量值構成之離子束以所設定之軌道角度向下方偏轉。只有由如此被選擇之離子種類構成之射束照射到被照射物、亦即晶圓200。

另外，如第10圖所示，在上下方向相對向之一對板狀的偏轉電極204亦可設定為，在配合離子束軌道而形成彎曲時，在前後方向分割成n個，且各個的上部電極和下部電極分別為保持相同電位之板狀偏轉電極。並且，在前後分割成n個之板狀偏轉電極，除了將上部電極和下部電極分別保持相同電位之結構以外，作為分割成n個的上下一對的板狀電極，亦可設定為各自不同的電位設定(固定電位或者可變電位)。

並且，角能量過濾器94係具備：在角能量過濾器94的上游側設置接地電極108且在下游側的2個接地電極之間設置AEF抑制電極110而構成之電極組件。該AEF抑制電極110用來抑制電子侵入正電極。

利用配置在角能量過濾器94的最下游側的接地電極的左右端之劑量杯122，測定作為劑量標準之植入中的束電流的量。另外，亦可在AEF腔室102的出口側設置用於接收未被角能量過濾器94偏轉而直線行進之中性粒子等之撞擊板114。

另外，第6圖(a)中，與晶圓200相鄰之箭頭係表示射束沿該等箭頭的方向進行掃描者，第6圖(b)中，與晶圓200相鄰之箭頭係表示晶圓200沿該等箭頭的方向往復移動、亦即進行機械掃描者。亦即，若射束例如設定為沿單軸方向往復掃描，則晶圓200以藉由未圖示的驅動機構沿與上述單軸方向成直角的方向往復移動之方式被驅動。

將晶圓200輸送供給到既定位置並進行離子植入之處理之基板處理供給單元20，具備有處理腔室(植入處理室)116。處理腔室116與AEF腔室102連通。在處理腔室116內配置有能量限制狹縫(EDS：Energy Defining Slit)118。能量限制狹縫118限制具有所需要以外的能量值和價數的離子束通過，藉此僅將通過AEF後之具有所需要的能量值和價數之離子束予以精密地分離，為此構成為沿掃描方向橫長的狹縫。並且，能量限制狹縫118為了調整狹縫分離的間隔，亦可從上下方向由可動式構件構成狹縫體。另外，亦可構成為在可動式的上下切換狹縫構件具備複數個狹縫面，在切換該等狹縫面之後，進一步將上下狹縫的軸沿上下方向調整、旋轉，從而變更為所希望的狹縫寬度。亦能夠設定為，藉由將該等複數個狹縫面根據離子種類依序進行切換，以降低交叉汙染之結構。

電漿噴淋器120，根據離子束的束電流的量將低能量電子供給到軌道上的離子束和晶圓200的前面，將由離子植入產生之正電荷的充電進行中和並抑制前述充電。另外，亦可以在電漿噴淋器120的左右端配置用於測定劑量之劑量杯(未圖示)，以此來代替配置在角能量過濾器94的最下游側的接地電極的左右端之劑量杯122。具體而言，進入與電流測定電路連接之左、右劑量杯之離子束，藉由從GND位準流過該電路之電子予以中性化，因此藉由測定該電子的流動能夠進行離子束的測定。

射束剖面測定器124具備：用於進行離子植入位置上的束電流的強弱測定之射束剖面測定杯(省略圖示)。射束剖面測定器124，一邊在離子植入前等使其向水平方向移動，一邊沿與射束掃描相同的方向測定離子植入位置的離子束密度。射束剖面測定的結果，離子束的預想不均一性(PNU：Predicted Non Uniformity)無法滿足製程要求時，自動進行調整，亦即修正射束掃描器34的施加電壓的控制函數而使其滿足製程條件。並且，亦可構成為在射束剖面測定器124附設垂直剖面測定杯(省略圖示)，以此來測定射束形狀、射束X-Y位置，從而確認植入位置上的射束形狀，並進行射束寬度和射束中心位置的確認。

在射束路線的最下游配置：能夠遍及晶圓區域測量掃描範圍的離子束的具有束電流測量功能之橫長法拉第杯126，藉此測量最終設定射束。另外，為了降低交叉汙染，橫長法拉第杯126可以設定為，能夠根據離子種類切換三角柱的3個面之三面結構法拉第杯的切換式底面。

如前前述，如第1圖所示，離子植入裝置100的各單元以包圍作業空間R1之方式配置成U字狀。因此，位於作業空間R1中之操作人員能夠藉由最小限度的移動對許多單元進行構件的更換、維護及調整。以下，以射束掃描器為例，對為了能夠相對於單元內部進出的開閉機構進行說明。

第7圖係從上方觀察射束掃描器的一例的主要部份之橫剖面圖。第8圖係表示射束掃描器的裝卸自如結構的一例之立體圖。第9圖係從下游側觀察在離子束線的中途路徑裝卸自如地安裝射束掃描器的一例之結構之前視剖面圖。

如第7圖、第8圖所示，射束掃描器134是在箱體150內容納、設置有：一對偏轉電極128、130、安裝在其等的上游側附近的接地電極132、及安裝在其等的下游側附近的接地電極133。在箱體150的上游側側面及下游側側面且與接地電極132、133的開口部對應之部位，分別設置有比上游側開口部(省略圖示)、接地電極133的開口部更大的開口部152A(參閱第8圖)。

偏轉電極與電源的連接藉由饋通結構來實現。另一方面，在箱體150的上面設置有用於將偏轉電極128、130與電源連接之端子155、156及接地用端子157。並且，在箱體150上，於與射束軸平行的2個側面設置有便於裝卸和攜帶的把手151。另外，第7圖所示之排氣口170A-3係用於降低射束掃描器134內的壓力之真空排氣用者，其與未圖示的真空排氣裝置連接。

如第9圖所示，箱體150滑動自如地設置在被固定設置於架台160上之射束導引盒170內。射束導引盒170比箱體150大非常多，在底部鋪設有用於使箱體150滑動之2根導軌。導軌沿與射束軸正交之方向延伸，其一端側的射束導引盒170的側面藉由門172成為開閉自如。藉此，在保養、檢查射束掃描器134時，能夠輕鬆地從射束導引盒170取出箱體150。另外，為了鎖定推入射束導引盒170內之箱體150，在導軌的另一端設置有卡止機構(未圖示)。在射束導引盒170的上游側側面且與箱體150的上游側開口部對應之部位設置有開口部170A-1，在射束導引盒170的下游側側面且與箱體150的下游側開口部152A對應之部位設置有開口部170A-2。

開口部170A-2，由於射出之射束被偏轉而需要設定為比開口部152A更大。在端子153~157上連接有導線(省略圖示)，但在裝卸箱體150時被卸除。

該等掃描器周邊的單元構件為維護射束路線時的作業對象，維護作業能夠輕鬆地從作業空間R1實施。進行高能量多段直線加速部14的維護作業時，亦同樣能夠輕鬆地從作業空間R1實施。

以上，本實施形態之離子植入裝置100藉由高能量多段直線加速部14將離子束產生單元12所生成之離子束進行加速，並且藉由偏轉單元16進行方向轉換，照射到位於設置在射束輸送路線部18的終端之基板處理供給單元20之基板上。

並且，離子植入裝置100作為複數個單元包括高能量多段直線加速部14及射束輸送路線部18。並且，高能量多段直線加速部14及射束輸送路線部18配置為隔著第1圖所示之作業空間R1而相對向。藉此，呈直線配置為較佳的高能量多段直線加速部14及射束輸送路線部18被分別配置，因此能夠抑制離子植入裝置100的總長。並且，在被夾在高能量多段直線加速部14與射束輸送路線部18之間之作業空間R1中，能夠進行對於高能量多段直線加速部14和射束輸送路線部18的各裝置之作業。

並且，構成離子植入裝置100之複數個單元包括：離子束產生單元12，設置在射束路線的上游側，用來產生離子束；基板處理供給單元20，設置在射束路線的下游側，用來供給並處理要植入離子之基板；及偏轉單元16，設置在從離子束產生單元12朝向基板處理供給單元20之射束路線的中途，用來偏轉射束路線的軌道。並且，將離子束產生單元12及基板處理供給單元20配置於射束路線整體的一側，並將偏轉單元16配置於射束路線整體的另一側。藉此，需要維護的離子源10、需要基板的供給及取出之基板處理供給單元20相鄰而配置，因此操作人員的移動較少。

並且，高能量多段直線加速部14亦可具備進行離子的加速之複數個一連串的線形加速裝置，複數個一連串的線形加速裝置分別具有共同的連結部。藉此，根據向基板植入之離子所需要之能量，能夠輕鬆地變更線形加速裝置的數量和種類。

並且，掃描器裝置、亦即射束掃描器34及平行化透鏡裝置、亦即射束平行化器36，亦可作為與相鄰單元的連結部而具有標準化之形狀。藉此，能夠輕鬆地變更線形加速裝置的數量和種類。並且，射束掃描器34和射束平行化器36亦可根據高能量多段直線加速部14所具備之線形加速裝置的結構及數量來做選擇。

並且，亦可構成為於離子植入裝置100中使各裝置的框架與真空腔室一體化，配合裝置框架或真空腔室的基準位置而進行組裝，藉此能夠進行射束的定心(位置調整)。藉此，繁雜的定心作業變為最小限度，能夠縮短裝置啟動時間，能夠抑制因作業錯誤產生之軸的偏移。並且，亦可以模組單位實施連續之真空腔室彼此的定心。藉此能夠降低作業負荷。並且，亦可將模組化之裝置的大小設定為裝置容易移動的大小以下。藉此，能夠降低模組和離子植入裝置100的移動設置負荷。

並且，離子植入裝置100亦可將包括高能量多段直線加速部14、射束輸送路線部18及排氣裝置等之構成設備組裝於一體的架台上。並且，離子植入裝置100設定為在平面基盤上於大致同一水平面上包含高能量多段直線加速部14、偏轉單元16及射束輸送路線部18。藉此，能夠將離子植入裝置100以固定於同一水平面的平面基盤上之狀態下進行調整，並對每個組塊直接進行搬運，因此輸送時產生的調整偏差減少，省去許多在現場進行再調整之麻煩。因此，能夠避免將很多熟練人員送到現場並使他們長時間滯留之不經濟性。

並且，若上述平面基盤不是在架台的底板上而是形成於中間，則能夠在平面基盤上僅搭載與離子束軌道直接相關之上述設備。而且，將對於該等之輔助設備、亦即高頻立體電路等構件全部組裝於形成在平面基盤下方之空間中，從而提高空間利用率，能夠實現更小型的離子植入裝置。

因此，即使在設置場所不甚寬裕的場所仍能夠設置上述離子植入裝置100，以在製作工場內進行組裝調整的狀態直接輸送至需要的位置，能夠藉由現場裝配、最終調整而使用。並且，離子植入裝置100能夠實現符合標準半導體製造工場的半導體製造裝置線的利用標準以上的高能量離子植入。

並且，對各單元和各裝置的佈局進行設計，從而與以往相比離子植入裝置100被大幅小型化，能夠成為以往的一半左右的設置長度。並且，本實施形態之離子植入裝置，在製造工場內將各構成要件組裝於基盤上，在基盤上進行位置調整後維持建立好離子束的軌道的狀態而搭載於輸送車上並輸送到現場，並在連同架台進行安裝後，實施微調而去除輸送中產生之偏差，如此能夠使裝置運轉。因此，即使不是熟練人員亦能夠格外輕鬆且確實地實施現場調整，並且能夠縮短啟動期間。

並且，藉由成為長形U字狀折返型射束路線的佈局，能夠實現將最高5~8MeV的高能量離子以高精度植入之離子植入裝置。並且，該離子植入裝置藉由具有中央通路(中央區域)之該佈局，以較小的設置面積具有充份的維護區域。並且，在離子植入裝置運轉時，藉由使用靜電平行化透鏡、靜電掃描器和靜電AEF等之低消耗電力運轉，能夠減少消耗之電力。換言之，本實施形態之離子植入裝置具有使用靜電偏轉式平行化透鏡裝置之掃描束的平行化機構，從而能夠進行低消耗電力的運轉。

以上，參閱上述實施形態對本發明進行了說明，但本發明並非限定於上述實施形態者，將實施形態的結構適當進行組合者和置換者亦包含於本發明的範圍內。並且，亦可以根據本領域具有通常知識者的知識對各實施形態中之組合和處理的順序適當進行改變、或對各實施形態施加各種設計變更等的變形，施加有該種變形之實施形態亦包含於本發明的範圍內。