TW201826315A - 離子植入方法以及離子植入裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種離子植入方法以及離子植入裝置，其以高精度迅速調整線性加速器的透鏡參數。離子植入裝置具備：複數級線性加速單元(110)，其包含複數級高頻諧振器和複數級收斂透鏡；第1射束計測部(160)，其設置於複數級線性加速單元(110)的中途，構成為使射束軌道(Z)的中心附近的射束部分通過，另一方面計測在射束軌道(Z)的中心附近的外側被電極體(164)屏蔽的其他射束部分的電流量；第2射束計測部(170)，其設置於複數級線性加速單元(110)的下游，構成為計測從複數級線性加速單元(110)射出之離子束的電流量；以及控制裝置，其構成為根據第1射束計測部(160)以及第2射束計測部(170)的計測結果調整複數級收斂透鏡的控制參數。

Description

離子植入方法以及離子植入裝置
本申請主張基於2017年1月6日申請之日本專利申請第2017-000903號的優先權。該申請的所有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方法以及離子植入裝置。
能夠輸出高能量(例如，1MeV以上)的離子束的離子植入裝置中，使用複數級式的高頻線性加速器(LINAC)對離子束進行加速。高頻線性加速器中，對各級的電壓振幅、頻率及相位等高頻參數進行最佳化計算，以便得到所希望的能量。在各級高頻諧振器之間配置有用於調整被輸送之射束的輪廓的收斂發散透鏡，對收斂發散透鏡的參數亦進行最佳化計算(例如，參閱專利文獻1)。 (先前技術文獻) (專利文獻) 　　專利文獻1：日本專利第3448731號公報 　　由於收斂發散透鏡對射束的輸送效率、能量精度、植入角度精度、起因於偏離射束軌道的射束的污染或微塵的產生等帶來影響，因此要求精度較高的調整。近年來，要求輸出射束的高能量化，需要增加高頻線性加速器的級數。在該情況下，配置於各級高頻諧振器之間的收斂發散透鏡的級數亦增加，因此若欲以高精度調整透鏡參數，則最佳化計算需要相當的時間。
(本發明所欲解決之課題) 　　本發明的一態樣的例示性的目的之一在於提供一種用於以高精度迅速調整線性加速器的透鏡參數的技術。 (用以解決課題之手段) 　　為了解決上述問題，本發明的一態樣的離子植入裝置具備：複數級線性加速單元，其包含複數級高頻諧振器和複數級收斂透鏡，前述複數級高頻諧振器沿著設計上之射束軌道配置，構成為使沿著射束軌道輸送之離子束加速，前述複數級收斂透鏡配置於各級高頻諧振器之間，構成為使離子束在與射束軌道正交之x方向以及y方向中的至少一個方向上收斂，並整理被輸送之離子束的與射束軌道正交之俯視觀察時的射束輪廓；第1射束計測部，其設置於複數級線性加速單元的中途，包含在與射束軌道正交之俯視觀察時至少避開射束軌道的中心附近而配置的電極體，構成為使射束軌道的中心附近的射束部分通過，另一方面計測在射束軌道的中心附近的外側被電極體屏蔽的其他射束部分的電流量；第2射束計測部，其設置於複數級線性加速單元的下游，構成為計測從複數級線性加速單元射出之離子束的電流量；以及控制裝置，其構成為根據第1射束計測部以及第2射束計測部的計測結果調整複數級收斂透鏡的控制參數，以便從複數級線性加速單元射出之射束電流量成為目標值。 　　本發明的另一態樣為離子植入方法。該方法使用離子植入裝置，離子植入裝置具備：複數級線性加速單元，其包含複數級高頻諧振器和複數級收斂透鏡，前述複數級高頻諧振器沿著設計上之射束軌道配置，構成為使沿著射束軌道輸送之離子束加速，前述複數級收斂透鏡配置於各級高頻諧振器之間，構成為使離子束在與射束軌道正交之x方向以及y方向中的至少一個方向上收斂，並整理被輸送之離子束的與射束軌道正交之俯視觀察時的射束輪廓；第1射束計測部，其設置於複數級線性加速單元的中途，包含在與射束軌道正交之俯視觀察時至少避開射束軌道的中心附近而配置的電極體，構成為使射束軌道的中心附近的射束部分通過，另一方面計測在射束軌道的中心附近的外側被電極體屏蔽的其他射束部分的電流量；第2射束計測部，其設置於複數級線性加速單元的下游，構成為計測從複數級線性加速單元射出之離子束的電流量；以及控制裝置，其構成為根據第1射束計測部以及第2射束計測部的計測結果調整複數級收斂透鏡的控制參數，以便從複數級線性加速單元射出之射束電流量成為目標值。離子植入方法具備：以第1射束計測部計測之電流量降低且第2射束計測部計測之電流量增加的方式調整複數級收斂透鏡的控制參數；以及使用從根據調整了的控制參數進行動作之複數級線性加速單元射出之離子束向晶圓植入離子。 　　又，在方法、裝置、系統等之間將以上構成要素的任意組合、或本發明的構成要素或表達相互進行替換，亦作為本發明的態樣而有效。 (發明之效果) 　　根據本發明，能夠以高精度迅速調整線性加速器的透鏡參數。
以下，參閱附圖對用於實施本發明的態樣進行詳細說明。又，在附圖說明中，對同一要素標註同一符號，並適當省略重複的說明。並且，以下敘述之結構為例示，並不對本發明的範圍進行任何限定。 　　圖1係概略地表示一實施形態所涉及的離子植入裝置100的頂視圖。離子植入裝置100適合於所謂的高能量離子植入裝置。高能量離子植入裝置係具有高頻線性加速方式的離子加速器和高能量離子輸送用射束線的離子植入裝置，對由離子源10產生之離子進行加速，將如此得到之離子束B沿著射束線輸送至被處理物(例如基板或晶圓40)，並將離子植入被處理物中。 　　圖1中示有離子植入裝置100的射束線部的構成要素的佈局。離子植入裝置100的射束線部具備離子源10和用於對被處理物進行離子植入處理之處理室21，且構成為從離子源10朝向被處理物輸送離子束B。 　　如圖1所示，高能量離子植入裝置100具備：離子束生成單元12，生成離子並進行質量分離；高能量複數級線性加速單元14，對離子束進行加速而使其成為高能量離子束；射束偏轉單元16，進行高能量離子束的能量分析、基準軌道修正、能量分散的控制；射束輸送線單元18，將經分析之高能量離子束輸送至晶圓40；及基板處理供給單元20，將被輸送之高能量離子束均勻地植入至半導體晶圓中。 　　離子束生成單元12具有離子源10、引出電極11及質量分析裝置22。離子束生成單元12中，射束在從離子源10通過引出電極11而被引出之同時被加速，被引出加速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。質量分析狹縫22b有時亦會配置於質量分析磁鐵22a的正後方，但實施例中配置於作為其下一個結構的高能量複數級線性加速單元14的入口部內。由質量分析裝置22進行質量分析的結果，僅挑選出植入所需的離子種類，被挑選出之離子種類的離子束被引導至下一個高能量複數級線性加速單元14。 　　圖2係表示包括高能量複數級線性加速單元14的概略結構的整體佈局的俯視圖。高能量複數級線性加速單元14具備進行離子束之加速的複數個線性加速裝置，亦即具備隔著一個以上的高頻諧振器的加速間隙。高能量複數級線性加速單元14能夠藉由高頻(RF)電場的作用而對離子進行加速。 　　高能量複數級線性加速單元14具備第1線性加速器15a，該第1線性加速器15a具備用於植入高能量離子的複數級高頻諧振器14a。高能量複數級線性加速單元14亦可以具備第2線性加速器15b，該第2線性加速器15b具備用於植入超高能量離子的追加的複數級高頻諧振器14a。被高能量複數級線性加速單元14進一步加速之離子束藉由射束偏轉單元16改變方向。 　　在利用了高頻(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]。又，當進行複數級的高頻加速時，將彼此的高頻相位f[deg]作為參數而加進去。此外，需要用於在加速中途或加速後藉由收斂/發散效果來控制離子束向上下左右擴展的磁場透鏡(例如，四極電磁鐵)或電場透鏡(例如，電場四極電極)，這些運行參數的最佳值根據通過該處之時刻的離子能量而發生變化，而且加速電場的強度對收斂/發散帶來影響，因此在確定高頻參數之後確定這些值。 　　圖3係表示以直線狀排列有複數個高頻諧振器前端的加速電場(間隙)的高能量複數級線性加速單元14及收斂發散透鏡的控制部50的結構的方塊圖。 　　高能量複數級線性加速單元14中包括一個以上的高頻諧振器14a。作為控制高能量複數級線性加速單元14所需的構成要素需要以下裝置：輸入裝置52，用於操作人員輸入所需的條件；控制運算裝置54，用於根據所輸入之條件對各種參數進行數值計算，進而控制各構成要素；振幅控制裝置56，用於調整高頻電壓振幅；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；收斂發散透鏡電源66，用於收斂發散透鏡64；顯示裝置68，用於顯示運行參數；及儲存裝置70，用於儲存已被確定之參數。並且，控制運算裝置54中內置有用於預先對各種參數進行數值計算之數值計算碼(程式)。 　　高頻線性加速器的控制運算裝置54中，藉由內置的數值計算碼，以所輸入之條件為基礎，對離子束的加速及收斂/發散進行模擬來計算出高頻參數(電壓振幅、頻率、相位)，以便得到最佳輸送效率。並且，同時還計算出用於有效地輸送離子束的收斂發散透鏡64的參數(Q線圈電流或Q電極電壓)。計算出之各種參數顯示於顯示裝置68。對於超過高能量複數級線性加速單元14的能力的加速條件，表示無解的顯示內容顯示於顯示裝置68。 　　電壓振幅參數從控制運算裝置54被送至振幅控制裝置56，振幅控制裝置56調整高頻電源62的振幅。相位參數被送至相位控制裝置58，相位控制裝置58調整高頻電源62的相位。頻率參數被送至頻率控制裝置60。頻率控制裝置60控制高頻電源62的輸出頻率，並且控制高能量複數級線性加速單元14的高頻諧振器14a的諧振頻率。控制運算裝置54還藉由計算出之收斂發散透鏡參數來控制收斂發散透鏡電源66。 　　在高頻線性加速器的內部或其前後配置有用於有效地輸送離子束的所需數量的收斂發散透鏡64。亦即，在複數級高頻諧振器14a的前端的加速間隙的前後交替具備發散透鏡或收斂透鏡。並且，在第2線性加速器15b的末端的橫向收斂透鏡的後方配置有追加的縱向收斂透鏡，調整通過高能量複數級線性加速單元14的高能量加速離子束的收斂和發散，使最佳的二維射束輪廓(beam profile)的離子束射入後級的射束偏轉單元16中。 　　如圖1所示，射束偏轉單元16具有能量分析電磁鐵24、抑制能量分散的橫向收斂四極透鏡26、能量分析狹縫28及提供轉向(軌道修正)的偏轉電磁鐵30。又，能量分析電磁鐵24有時還被稱為能量過濾電磁鐵(EFM)。高能量離子束藉由射束偏轉單元16轉換方向，並朝向晶圓40的方向。 　　射束輸送線單元18輸送從射束偏轉單元16射出之離子束B，並具有由收斂/發散透鏡組構成的射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及最終能量過濾器38(包括最終能量分離狹縫)。射束輸送線單元18的長度配合離子束生成單元12和高能量複數級線性加速單元14的長度而設計，它們由射束偏轉單元16連結而形成整體為U字狀的佈局。 　　在射束輸送線單元18的下游側的終端設置有基板處理供給單元20，在處理室21中收納有：射束監測器，計測離子束B的射束電流、位置、植入角度、收斂發散角、上下左右方向的離子分佈等；防靜電裝置，防止晶圓40因離子束B而帶電；晶圓搬送機構，搬入和搬出晶圓40並設置到適當的位置/角度；ESC(Electro Static Chuck：靜電吸盤)，在植入離子時保持晶圓40；及晶圓掃描機構，在植入時使晶圓40以與射束電流的變動相應的速度向與射束掃描方向垂直的方向移動。 　　如此，離子植入裝置100的射束線部構成為具有對置的2條長直線部的水平U字狀折返型射束線。上游的長直線部包括對由離子源10生成之離子束B進行加速之複數個單元。下游的長直線部包括調整相對於上游的長直線部被轉換方向的離子束B而向晶圓40植入之複數個單元。2條長直線部構成為大致相同的長度。在2條長直線部之間為了進行維護作業而設置有足夠寬大的作業空間R1。 　　如此，以U字狀配置有各單元的高能量離子植入裝置100既抑制設置面積，又確保了良好的作業性。並且，在高能量離子植入裝置100中，藉由將各單元或各裝置設為模組結構，能夠配合射束線基準位置而進行裝卸、組裝。 　　並且，由於高能量複數級線性加速單元14和射束輸送線單元18被折返配置，因此能夠抑制高能量離子植入裝置100的總長度。在以往裝置中，這些配置成大致直線狀。並且，構成射束偏轉單元16的複數個偏轉電磁鐵的曲率半徑以使裝置寬度最小的方式被最佳化。藉由這些，能夠使裝置的設置面積最小化，並且能夠在被夾在高能量複數級線性加速單元14與射束輸送線單元18之間的作業空間R1內對高能量複數級線性加速單元14和射束輸送線單元18的各裝置進行作業。並且，由於維護間隔比較短的離子源10與需要進行基板的供給/取出之基板處理供給單元20相鄰配置，因此作業人員的移動較少。 　　圖4係表示實施形態所涉及的複數級線性加速單元110的概略結構的剖視圖。複數級線性加速單元110與上述高能量複數級線性加速單元14對應。複數級線性加速單元110具備第1線性加速器111和第2線性加速器112。在複數級線性加速單元110設置有第1射束計測部160和第2射束計測部170。 　　第1線性加速器111係配置於上游側的加速單元，與上述第1線性加速器15a對應。第1線性加速器111具有沿著射束軌道Z配置的複數級高頻電極121～123和複數級透鏡電極131～134。複數級高頻電極121～123係圓筒形狀的電極體，分別與高頻諧振器14a連接。複數級透鏡電極131～134係電場式四極電極，在x方向以及y方向上以包圍射束軌道(z方向)的方式對置配置。複數級透鏡電極131～134分別作為使射束在x方向上收斂的橫向收斂(縱向發散)透鏡或使射束在y方向上收斂的縱向收斂(橫向發散)透鏡發揮功能。 　　在第1線性加速器111中，複數級高頻電極121～123以及複數級透鏡電極131～134沿著射束軌道Z交替配置。在第1線性加速器111的作為加速對象的離子束B所射入之入口配置有透鏡電極131，在第1線性加速器111的出口亦配置有透鏡電極134。在相鄰的透鏡電極之間配置有各級高頻電極121、122、123。在圖示的例子中，設置有三級高頻電極121～123，設置有四級透鏡電極131～134。又，高頻電極以及透鏡電極的級數並無限制，在變形例中，亦可以以與圖示的例子不同的級數構成。 　　第2線性加速器112配置於第1線性加速器111的下游側，具有沿著射束軌道Z配置的複數級高頻電極141～146和複數級透鏡電極151～157。第2線性加速器112與第1線性加速器111相同地構成，但是為了能夠在下游側相對有效地對高能量射束進行加速，高頻電極的沿射束軌道Z的長度比第1線性加速器111的高頻電極的沿射束軌道Z的長度長。並且，第2線性加速器112具有級數比第1線性加速器111的級數多的高頻電極，在圖示的例子中，設置有六級高頻電極141～146，設置有七級透鏡電極151～157。再者，高頻電極以及透鏡電極的級數並無限制，在變形例中，亦可以以與圖示的例子不同的級數構成。 　　第1射束計測部160設置於第1線性加速器111與第2線性加速器112之間，計測從第1線性加速器111射出之射束。第1射束計測部160具有檢測射束的電極體164和使電極體164移動之第1驅動機構162。在電極體164的中心附近設置有開口166，中心附近缺損。電極體164構成為在與射束軌道Z正交之俯視觀察時(亦即xy俯視觀察時)使射束軌道Z的中心附近的射束部分通過，另一方面在射束軌道的中心附近的外側屏蔽其他射束部分。 　　第1驅動機構162構成為能夠使電極體164在以下狀態之間移動：電極體164配置於射束軌道Z上的插入位置的狀態；以及電極體164配置於遠離射束軌道Z的退避位置的狀態。在將電極體164配置於插入位置的情況下，第1驅動機構162以電極體164的開口166的中心與射束軌道Z的中心一致的方式配置電極體164。從而，在插入位置處，射束軌道的中心附近的射束部分通過開口166，比射束軌道的中心附近靠外側的其他射束部分被電極體164屏蔽。在圖4中示出了配置於插入位置的電極體164。在將電極體164配置於退避位置的情況下，第1驅動機構162使電極體164退避至被輸送之離子束整體不被電極體164屏蔽的位置。例如，使電極體164在遠離射束軌道Z的方向(x方向或y方向)上退避至高頻電極或透鏡電極的位置。 　　第2射束計測部170設置於複數級線性加速單元110的下游，計測從第2線性加速器112射出之射束。第2射束計測部170具有法拉第杯174和使法拉第杯174移動之第2驅動機構172。法拉第杯174構成為檢測從第2線性加速器112射出之離子束整體。這與在中心設置有開口166的電極體164相反。在上游側的電極體164位於插入位置的情況下，法拉第杯174檢測通過了電極體164的開口166的射束部分。 　　第2驅動機構172使法拉第杯174在法拉第杯174配置於射束軌道Z上的插入狀態與法拉第杯174配置於遠離射束軌道Z的位置的退避狀態之間移動。在調整複數級線性加速單元110的參數時，第2驅動機構172使法拉第杯174插入，以使能夠計測從複數級線性加速單元110射出之離子束的電流量。在執行離子植入處理時，第2驅動機構172使法拉第杯174退避，以使離子束向比複數級線性加速單元110靠下游的位置輸送。 　　圖5(a)～圖5(f)係概略地表示電極體164的結構的俯視圖，表示從與射束軌道Z正交之xy平面觀察到的電極體164。電極體164具有如圖所示的圓形狀，在中心附近設置有開口166。例如，如圖5(a)所示，電極體164具有x方向的尺寸與y方向的尺寸相等的圓形的開口166。如圖5(b)或圖5(c)所示，電極體164亦可以具有x方向的尺寸與y方向的尺寸不同的橢圓形的開口166。如圖5(d)～圖5(f)所示，電極體164亦可以具有矩形或四角為圓角的大致矩形的開口166。 　　電極體164的開口166的形狀根據電極體164的位置處的離子束的設計上之理想射束輪廓而確定。在此，“理想射束輪廓”係指在以輸送效率最大化的方式輸送離子束的情況下得到的理想的射束輪廓。理想射束輪廓的形狀例如能夠藉由以電磁學模擬複數級線性加速單元110中的輸送狀態而求出。例如，在電極體164的位置處的理想射束輪廓相對橫向收斂(縱向發散)的情況下，以y方向的尺寸大於x方向的尺寸的方式確定開口166的形狀。另一方面，在電極體164的位置處的理想射束輪廓相對縱向收斂(橫向發散)的情況下，以y方向的尺寸小於x方向的尺寸的方式確定開口166的形狀。又，只要電極體164的位置處的理想射束輪廓接近圓形，則以x方向的尺寸與y方向的尺寸相同的方式確定開口166的形狀。 　　電極體164的開口166被確定為與電極體164的位置處的理想射束輪廓的尺寸相同或稍微小於理想射束輪廓的尺寸。例如，電極體164的開口166被確定為理想射束輪廓的尺寸的80%、85%、90%或95%。電極體164的開口166可以稍微大於理想射束輪廓的尺寸，例如亦可以係理想射束輪廓的105%、110%、115%或120%的大小。藉由將開口166設為這樣的尺寸，能夠使接近理想射束輪廓的大部分射束經由開口166而通過，並利用下游側的法拉第杯174進行計測。並且，能夠藉由電極體164屏蔽偏離理想射束輪廓的射束部分，並將所屏蔽的部分作為射束電流量定量計測。藉此，能夠在複數級線性加速單元110的中途定量評價射束的輸送狀態。 　　在圖4中，例示了在複數級線性加速單元110的內部輸送之離子束B的包絡B1、B2、B3。被輸送之離子束在與射束軌道Z正交之平面(xy平面)內擴展，在x方向以及y方向上具有某種程度的寬度(射束直徑)。xy俯視觀察時的射束輪廓並非固定，根據沿射束軌道Z的z方向的位置而發生變化。射束包絡將根據z方向的位置發生變化的射束的外形位置連續相連而成，具有x方向以及y方向的寬度根據z方向的位置發生變化的管形狀。在圖4中，示出了這樣的射束包絡的xz截面的形狀。 　　複數級線性加速單元110的複數級透鏡電極以被輸送的射束具有理想射束輪廓的方式調整控制參數。在圖4中用實線表示的包絡B3係輸送效率最大化的理想包絡，係如在電極體164的位置實現理想射束輪廓的包絡。在實現理想包絡的情況下，射入複數級線性加速單元110中的離子束B不會與高頻電極或透鏡電極衝撞而輸送。另一方面，在用點線表示的包絡B1或用虛線表示的包絡B2的情況下，由於所射入的離子束B的一部分與高頻電極或透鏡電極衝撞而損失，因此輸送效率下降。並且，藉由離子束與這些電極衝撞而使電極濺射，或者使污垢附著於電極，並使附著了的污垢作為粒子飛濺，藉此成為使射束線污染的原因。從而，為了實現高質量的離子植入處理，適當地控制複數級線性加速單元110中的射束包絡是必不可少的。 　　在複數級線性加速單元110的調整過程中，首先，為了得到所希望的射束能量而調整各級高頻諧振器(高頻電極)的控制參數(高頻參數)。在調整高頻參數時，調整各級高頻諧振器的電壓振幅、頻率以及相位。接下來，為了得到理想射束包絡而調整各級收斂透鏡(透鏡電極)的控制參數(透鏡參數)。在本實施形態中，在調整透鏡參數時，組合使用作為第1射束計測部160的計測結果的第1電流量和作為第2射束計測部170的計測結果的第2電流量。在本實施形態中，藉由使用設置於複數級線性加速單元110的中途的第1射束計測部160的計測結果，即使在複數級線性加速單元110的級數較多的情況下，亦可以迅速且以高精度調整參數。 　　圖6係例示實施形態所涉及的離子植入方法的流程圖，例示了透鏡參數的調整方法。首先，設定初始參數作為第1線性加速器111以及第2線性加速器112中所含的收斂透鏡的透鏡參數(S10)。該初始參數可以係儲存於控制部50中所含的儲存裝置70的參數，亦可以係藉由基於控制運算裝置54的最佳化計算而計算出之參數。接下來，使用配置於複數級線性加速單元110的中途的在中心設置有開口166的電極體164計測第1射束電流(第1電流量)(S12)。並且，使用配置於複數級線性加速單元110的下游的法拉第杯174計測第2射束電流(第2電流量)(S14)。同時執行第1射束電流以及第2射束電流的計測，藉由下游的法拉第杯174計測通過了電極體164的開口166的射束整體或一部分。 　　接下來，根據射束電流的計測結果調整透鏡參數。控制部50首先以藉由電極體164計測之第1電流量最小化並且藉由法拉第杯174計測之第2電流量最大化的方式調整上游側的第1線性加速器111的透鏡參數(S16)。換言之，以從第1線性加速器111射出之大部分射束通過電極體164的開口166的方式調整第1線性加速器111的透鏡參數。控制部50接下來以藉由法拉第杯174計測之第2電流量最大化的方式調整下游側的第2線性加速器112的透鏡參數(S18)。在調整透鏡參數之後，按照調整了的控制參數射出離子束，執行離子植入處理(S20)。 　　圖7～圖9示意地表示藉由第1射束計測部160以及第2射束計測部170計測離子束的例子，示意地表示S16的上游側的調整步驟。圖7示意地表示根據初始參數計測離子束B的例子，示出了未被最佳化的射束包絡B1。在圖7所示的例子中，由於電極體164的位置處的射束直徑大於開口166的尺寸，因此大部分離子束B被電極體164屏蔽。其結果，由第1射束計測部160測量的第1電流量成為比較大的值。另一方面，由於通過電極體164的開口166的射束部分較少，因此由第2射束計測部170計測之第2電流量成為比較小的值。 　　圖8示意地表示在調整中途計測離子束B的例子，示出了最佳化的中途的射束包絡B2。在圖8所示的例子中，由於電極體164的位置處的射束直徑比圖7的情況小，因此被電極體164屏蔽的射束部分的比例比調整之前小。另一方面，由於通過電極體164的開口166的射束部分的比例比調整之前大，因此由第2射束計測部170計測之第2電流量比調整之前增加。 　　圖9示意地表示在調整之後計測離子束B的例子，示出了在上游側被最佳化的射束包絡B3。在透鏡參數被最佳化而實現了理想射束包絡的情況下，由於離子束B的全部或多半通過電極體164的開口166，因此由第1射束計測部160計測之第1電流量非常小。另一方面，由第2射束計測部170計測之第2電流量被最大化。從而，藉由以第1電流量最小化且第2電流量最大化的方式調整透鏡參數，能夠在上游側得到如圖9所示的理想射束包絡，從而能夠使上游側的射束輸送效率最大化。 　　圖10表示在調整中途計測離子束B的另一例子，示出了未在上游側適當地調整的射束包絡B4。在圖10所示的例子中，示出了射束直徑比圖7的初始狀態大幅擴展且大部分射束未到達電極體164而消失的狀態。在該情況下，由於被電極體164屏蔽的射束量減少，因此由第1射束計測部160計測之第1電流量減少。並且，由於通過電極體164的開口166的射束量亦小，因此由第2射束計測部170計測之第2電流量亦成為較小的值。從而，在即使第1電流量減少第2電流量亦不會增加反而減少的情況下，無法進行適當的調整。在這樣的狀態的情況下，首先，需要以第1電流量和第2電流量這兩者增加的方式調整透鏡參數，從而返回到如圖7所示的狀態。之後，藉由以第1電流量減少並且第2電流量增加的方式調整透鏡參數，能夠調整為圖8或圖9所示的狀態。 　　圖11係概略地表示在調整透鏡參數時計測之電流量的圖。在圖7的調整之前的狀態下，第1電流量I1大，第2電流量I2小。其結果，第2電流量I2與第1電流量I1的電流比I2/I1變大。在圖8的調整中的狀態下，第1電流量I1以及第2電流量I2均為中等程度，因此電流比I2/I1亦為中等程度。在圖9的調整之後的狀態下，第1電流量I1小，第2電流量I2大，因此電流比I2/I1亦變大。另一方面，在圖10的調整不適當的狀態下，第1電流量I1以及第2電流量I2均小，因此電流比I2/I1為中等程度。從而可知，藉由以第2電流量I2以及電流比I2/I1均增加的方式調整透鏡參數，亦能夠使射束包絡最佳化。另一方面，在以第2電流量I2減少而電流比I2/I1增加的方式調整透鏡參數的情況下，向不適當的方向調整參數。如此，不僅將第1電流量I1、第2電流量I2作為指標，而且還可以將它們的電流比I2/I1作為指標進行透鏡參數的調整。 　　在圖6的S20的離子植入步驟中，第2射束計測部170的法拉第杯174成為退避狀態。另一方面，第1射束計測部160的電極體164維持在插入位置。從而，使用於離子植入的射束通過電極體164的開口166而射出。藉由保持插入電極體164的狀態，能夠使用第1射束計測部160監測複數級線性加速單元110的動作狀態。只要複數級線性加速單元110的動作正常，則可以維持最佳化了的射束包絡，因此由第1射束計測部160檢測之第1電流量小。然而，在因某些因素偏離最佳條件而使射束包絡發生變化的情況下，可以認為由第1射束計測部160檢測之第1電流量根據其變化而發生變化。例如為如電極體164的位置處的射束直徑擴展而第1電流量增加的情況。其結果，在第1電流量的變化量脫離規定的容許範圍內的情況下，亦可以認為發生異常而終止離子植入處理。 　　根據本實施形態，藉由利用設置於複數級線性加速單元110的中途的電極體164，即使係級數較長的加速器，亦能夠以高精度迅速地進行透鏡參數的調整。在比較例所涉及的調整方法中，由於只使用設置於複數級線性加速單元的下游的法拉第杯，因此若為了高能量化而加長加速器的級數，則導致作為調整對象的收斂透鏡的級數增加，最佳化計算需要相當的時間。並且，在位於加速單元的上游側的收斂透鏡的參數設定不適當的情況下，還有時導致足夠電流量的射束不會到達至加速單元的下游，還有時無法適當地評價射束電流量。另一方面，在本實施形態中，藉由在級數較長的加速器的中途配置電極體164，能夠以高精度檢測比電極體164靠上游的位置處的射束輸送狀態，並適宜地調整上游側的透鏡參數。藉由在上游側進行調整之後只調整下游側的剩餘透鏡參數，能夠比使整體統一最佳化的情況縮短調整所需的時間。 　　根據本實施形態，由於在上游側的電極體164的中心設置有開口166，因此能夠在加速器的中途和加速器的出口這兩者同時計測射束電流。藉由能夠同時計測，無需為了計測下游側的射束計測而使上游側的電極體164退避，從而能夠使計測以及調整所花費的時間縮短化。並且，藉由在離子植入處理的期間保持插入電極體164的狀態，能夠一邊監測複數級線性加速單元110內的射束，一邊執行離子植入處理。 　　以上，基於實施形態對本發明進行了說明。本發明並不限定於上述實施形態，能夠實施各種設計變更，本領域技術人員可理解能夠實施各種各樣的變形例，並且這樣的變形例亦在本發明的範圍內。 (變形例1) 　　圖12(a)以及圖12(b)係概略地表示變形例所涉及的電極體164的結構的俯視圖。在圖12(a)中，使電極體164不僅在與中心的開口166對應的中心區域A的內側缺損，而且在開口區域A的外側的一部分缺損。在圖12(b)中，由複數個電極片164a、164b、164c、164d構成電極體164，複數個電極片164a～164d以包圍中心區域A的方式配置。如圖示的例子，只要係能夠使射束在射束軌道Z的中心附近(中心區域A)通過並且能夠在中心區域A的外側的至少一部分屏蔽射束而檢測電流量的結構，則電極體164亦可以具有任意形狀。 (變形例2) 　　圖13係概略地表示另一變形例所涉及的電極體164的結構的俯視圖。在圖13中，在單一的電極體164設置有複數個開口166a、166b、166c。各個開口166a～166c以開口的尺寸不同的方式形成。電極體164構成為能夠藉由挪動電極體164的位置來切換位於射束軌道Z的中心的開口。根據本變形例，在調整透鏡參數的過程中，能夠選擇適合調整的尺寸的開口。例如，在如最佳射束包絡根據被射出之離子束的能量之類的其他參數而不同的情況下，能夠使用適合調整的尺寸的開口。藉此，能夠更加提高調整透鏡參數的精度。 　　在圖13所示的變形例中，開口的形狀均為圓形，但是在其他變形例中，亦可以改變設置於單一的電極體的複數個開口的形狀。例如，亦可以將在橫向(x方向)上長的開口和在縱向(y方向)上長的開口設置於單一的電極體。從而，設置於單一的電極體的複數個開口的尺寸以及形狀中的至少一個亦可以互不相同。 (變形例3) 　　圖14係概略地表示變形例所涉及的電極結構264的俯視圖。電極結構264代替上述實施形態所涉及的電極體164而設置。電極結構264具有複數個電極體264a、264b、264c。在各電極體264a～264c的中心附近設置有開口266a、266b、266c。各電極體264a～264c的開口266a～266c的尺寸互不相同。在圖示的例子中，上游側的電極體264a的開口266a大，位於中間的電極體264b的開口266b第二大，下游側的電極體264c的開口266c小。各電極體264a～264c的開口266a～266c的形狀亦可以互不相同。各電極體264a～264c沿著射束軌道Z並排配置，構成為能夠分別獨立地在插入位置與退避位置之間移動。根據本變形例，藉由切換在射束軌道Z上插入的電極體，能夠使用適合於調整透鏡參數的形狀以及尺寸的開口。 (變形例4) 　　圖15係概略地表示另一變形例所涉及的電極結構264的立體圖。在圖15中，沿著射束軌道Z配置有複數個電極體264d、264e。第1電極體264d形成有在縱向(y方向)上細長的狹縫，構成為能夠藉由隔著狹縫對置的電極對在橫向(x方向)上變位來改變x方向的狹縫寬度。第2電極體264e形成有在x方向上細長的狹縫，構成為能夠藉由隔著狹縫對置的電極對在y方向上變位來改變y方向的狹縫寬度。電極結構264構成為能夠改變通過射束軌道Z的中心附近的射束部分的x方向的尺寸以及y方向的尺寸中的至少一個尺寸。根據本變形例，藉由分別改變第1電極體264d以及第2電極體264e的狹縫寬度，能夠以使透鏡參數的調整最佳的方式改變電極結構264的開口尺寸。在其他變形例中，可以只使用圖15所示的電極體中的任一個，亦可以組合使用圖15所示的電極體和實施形態或其他變形例所涉及的電極體。 (變形例5) 　　在上述實施形態中，示出了在第1線性加速器111與第2線性加速器112之間配置有第1射束計測部160的例子。在變形例中，亦可以在一連串的複數級線性加速單元的中途配置第1射束計測部160。在該情況下，在複數級線性加速單元的級數的1/3的位置配置第1射束計測部160為較佳。例如，若整體為18級加速單元，則在從上游側開始數第6級附近配置第1射束計測部160為較佳。藉由配置於約1/3的級數的位置，能夠分別有效地實施比第1射束計測部160靠上游側以及靠下游側的位置的調整。 (變形例6) 　　圖16係表示變形例所涉及的複數級線性加速單元310的概略結構的剖視圖。在本變形例中，對應一個複數級線性加速單元310的級數不同的複數個位置而配置有複數個第1射束計測部360a、360b、360c。在複數級線性加速單元310的下游配置有第2射束計測部370。在圖示的例子中，整體設置有17級高頻諧振器，在第4級、第8級、第12級這3個位置配置有第1射束計測部360a、360b、360c。 　　在圖示的例子中，複數級線性加速單元310分割成四個單元。在第1單元311中包含4級高頻諧振器和5級透鏡電極。在第2單元312中包含4級高頻諧振器和5級透鏡電極。在第3單元313中包含4級高頻諧振器和5級透鏡電極。在第4單元314中包含5級高頻諧振器和6級透鏡電極。在各單元之間的位置配置有第1射束計測部360a、360b、360c。在第1射束計測部360a、360b、360c各自的上游側和下游側設置有透鏡電極。 　　在本變形例中，以設置有第1射束計測部360a、360b、360c的位置作為分界，從上游側依次調整透鏡參數。具體而言，最開始調整第1單元311的第1～第5級的透鏡參數，接著調整第2單元312的第6～第10級的透鏡參數，再接著調整第3單元313的第11～第15級的透鏡參數，最後調整第4單元314的第16～第21級的透鏡參數。 　　配置於級數不同的複數個位置的複數個電極體364a、364b、364c亦可以分別構成為開口的形狀以及尺寸中的至少一個不同。例如，開口的形狀或尺寸亦可以配合配置各電極體的位置處的理想射束輪廓而不同。此外，亦可以使複數個電極體364a、364b、364c各自的開口366a、366b、366c的尺寸從上游朝向下游逐漸變小。藉由使開口尺寸朝向下游變小，能夠根據由各電極體檢測出之電流量推斷射束包絡的形狀。 (變形例7) 　　在上述實施形態中，示出了在將電極體164配置於插入位置的狀態下執行離子植入處理之情況。在本變形例中，亦可以將電極體164配置於退避位置而執行離子植入處理。藉由使電極體164退避，防止射束被電極體164屏蔽，從而能夠使被射出之射束電流量最大化。 (變形例8) 　　在上述實施形態以及變形例中，示出了複數級線性加速單元中所含的四極透鏡為電場式的情況。在其他變形例中，四極透鏡亦可以係磁場式。
14a‧‧‧高頻諧振器
15a‧‧‧第1線性加速器
15b‧‧‧第2線性加速器
100‧‧‧離子植入裝置
110‧‧‧複數級線性加速單元
111‧‧‧第1線性加速器
112‧‧‧第2線性加速器
160‧‧‧第1射束計測部
164‧‧‧電極體
166‧‧‧開口
170‧‧‧第2射束計測部
圖1係概略地表示實施形態所涉及的離子植入裝置的頂視圖。 　　圖2係表示包括圖1所示的高能量複數級線性加速單元的概略結構的整體佈局的俯視圖。 　　圖3係用於說明圖1所示的高能量複數級線性加速單元的控制部的功能及結構的方塊圖。 　　圖4係表示實施形態所涉及的複數級線性加速單元的概略結構的剖視圖。 　　圖5(a)～圖5(f)係概略地表示電極體的結構的俯視圖。 　　圖6係例示實施形態所涉及的離子植入方法的流程圖。 　　圖7係示意地表示根據初始參數計測離子束的例子的圖。 　　圖8係示意地表示在調整中途計測離子束的例子的圖。 　　圖9係示意地表示在調整之後計測離子束的例子的圖。 　　圖10係示意地表示在調整中途計測離子束的另一例子的圖。 　　圖11係概略地表示在調整透鏡參數時計測之電流量的圖。 　　圖12(a)以及圖12(b)係概略地表示變形例所涉及的電極體的結構的俯視圖。 　　圖13係概略地表示變形例所涉及的電極體的結構的俯視圖。 　　圖14係概略地表示變形例所涉及的電極結構的立體圖。 　　圖15係概略地表示變形例所涉及的電極結構的立體圖。 　　圖16係表示變形例所涉及的複數級線性加速單元的概略結構的剖視圖。

Claims (22)

  1. 一種離子植入裝置，其特徵為，具備： 　　複數級線性加速單元，其包含複數級高頻諧振器和複數級收斂透鏡，前述複數級高頻諧振器沿著設計上之射束軌道配置，構成為使沿著前述射束軌道輸送之離子束加速，前述複數級收斂透鏡配置於各級高頻諧振器之間，構成為使離子束在與前述射束軌道正交之x方向以及y方向中的至少一個方向上收斂，並整理被輸送之離子束的與前述射束軌道正交之俯視觀察時的射束輪廓； 　　第1射束計測部，其設置於前述複數級線性加速單元的中途，包含在與前述射束軌道正交之俯視觀察時至少避開前述射束軌道的中心附近而配置的電極體，構成為使前述射束軌道的中心附近的射束部分通過，另一方面計測在前述射束軌道的中心附近的外側被前述電極體屏蔽的其他射束部分的電流量； 　　第2射束計測部，其設置於前述複數級線性加速單元的下游，構成為計測從前述複數級線性加速單元射出之離子束的電流量；以及 　　控制裝置，其構成為根據前述第1射束計測部以及前述第2射束計測部的計測結果調整前述複數級收斂透鏡的控制參數，以便從前述複數級線性加速單元射出之射束電流量成為目標值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置以前述第1射束計測部計測之電流量降低且前述第2射束計測部計測之電流量增加的方式調整前述複數級收斂透鏡的控制參數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置以前述第1射束計測部計測之電流量降低且前述第2射束計測部計測之電流量增加的方式調整比前述電極體靠上游側的收斂透鏡的控制參數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置在以前述第1射束計測部計測之電流量增加的方式調整比前述電極體靠上游側的收斂透鏡的控制參數之後，以前述第1射束計測部計測之電流量降低並且前述第2射束計測部計測之電流量增加的方式調整比前述電極體靠上游側的收斂透鏡的控制參數。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置在調整比前述電極體靠上游側的收斂透鏡的控制參數之後，以前述第2射束計測部計測之電流量增加的方式調整比前述電極體靠下游側的收斂透鏡的控制參數。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置根據由前述第1射束計測部以及第2射束計測部同時計測之作為前述第1射束計測部的計測結果的第1電流量與作為前述第2射束計測部的計測結果的第2電流量之比調整前述複數級收斂透鏡的控制參數。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述電極體具有用於使前述中心附近的射束部分通過之開口。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之離子植入裝置，其中 　　前述電極體的開口為圓形、橢圓形或矩形。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之離子植入裝置，其中 　　前述電極體的開口的前述x方向的尺寸與前述y方向的尺寸不同。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置以在前述複數級線性加速單元內輸送之離子束在與前述射束軌道正交之俯視觀察時具有設計上之理想射束輪廓的方式調整前述複數級收斂透鏡， 　　前述電極體的開口具有與前述電極體的位置處的前述理想射束輪廓對應的形狀。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入裝置，其中 　　前述電極體的開口與前述電極體的位置處的前述理想射束輪廓的尺寸相同或者小於前述電極體的位置處的前述理想射束輪廓的尺寸。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入裝置，其中 　　沿著前述射束軌道的方向的前述電極體的位置設置於前述理想射束輪廓的極小尺寸的位置。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之離子植入裝置，其中 　　前述第1射束計測部具備具有開口尺寸不同的複數個開口的單一的電極體，或者俱備分別具有開口尺寸不同的開口的複數個電極體，構成為能夠切換位於前述射束軌道的中心附近的開口的開口尺寸。
  14. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述電極體構成為能夠改變通過前述射束軌道的中心附近的射束部分的前述x方向的尺寸以及前述y方向的尺寸中的至少一個尺寸。
  15. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述電極體構成為能夠在以下狀態之間移動：前述電極體配置於插入位置的狀態，該插入位置為使前述射束軌道的中心附近的射束部分通過，另一方面屏蔽前述射束軌道的中心附近的外側的其他射束部分的位置；以及前述電極體配置於退避位置的狀態，該退避位置為被輸送之離子束不被前述電極體屏蔽的位置。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置在前述電極體配置於前述插入位置的狀態下調整前述複數級收斂透鏡的控制參數，在前述電極體配置於前述退避位置的狀態下執行對晶圓的離子植入處理。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之離子植入裝置，其中 　　前述控制裝置在前述電極體配置於前述插入位置的狀態下執行對晶圓的離子植入處理，並根據前述第1射束計測部的計測結果對照射於晶圓的離子束進行監測。
  18. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述複數級線性加速單元包含：具有複數級高頻諧振器的第1線性加速器；以及設置於前述第1線性加速器的下游，且具有複數級高頻諧振器的第2線性加速器， 　　前述電極體設置於前述第1線性加速器與前述第2線性加速器之間的位置。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之離子植入裝置，其中 　　前述第2線性加速器所具有的高頻諧振器的級數比前述第1線性加速器所具有的高頻諧振器的級數多。
  20. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入裝置，其中 　　前述第1射束計測部包含分別配置於與前述複數級高頻諧振器的各不同的級對應的位置的複數個電極體，在與前述射束軌道正交之俯視觀察時，前述複數個電極體分別至少避開前述射束軌道的中心附近而配置，構成為使前記射束軌道的中心附近的射束部分通過，另一方面個別計測在前述射束軌道的中心附近的外側屏蔽的其他射束部分的電流量， 　　前述控制裝置根據分別由前述複數個電極體計測之電流量調整前述複數級收斂透鏡的控制參數。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之離子植入裝置，其中 　　前述複數個電極體分別具有用於使前述中心附近的射束部分通過之開口，配置於下游側的電極體的開口尺寸小於配置於上游側的電極體的開口尺寸。
  22. 一種離子植入方法，其使用離子植入裝置，該離子植入方法的特徵為，前述離子植入裝置具備： 　　複數級線性加速單元，其包含複數級高頻諧振器和複數級收斂透鏡，前述複數級高頻諧振器沿著設計上之射束軌道配置，構成為使沿著前述射束軌道輸送之離子束加速，前述複數級收斂透鏡配置於各級高頻諧振器之間，構成為使離子束在與前述射束軌道正交之x方向以及y方向中的至少一個方向上收斂，並整理被輸送之離子束的與前述射束軌道正交之俯視觀察時的射束輪廓； 　　第1射束計測部，其設置於前述複數級線性加速單元的中途，包含在與前述射束軌道正交之俯視觀察時至少避開前述射束軌道的中心附近而配置的電極體，構成為使前述射束軌道的中心附近的射束部分通過，另一方面計測在前述射束軌道的中心附近的外側被前述電極體屏蔽的其他射束部分的電流量； 　　第2射束計測部，其設置於前述複數級線性加速單元的下游，構成為計測從前述複數級線性加速單元射出之離子束的電流量；以及 　　控制裝置，其構成為根據前述第1射束計測部以及前述第2射束計測部的計測結果調整前述複數級收斂透鏡的控制參數，以便從前述複數級線性加速單元射出之射束電流量成為目標值， 　　前述離子植入方法具備： 　　以前述第1射束計測部計測之電流量降低且前述第2射束計測部計測之電流量增加的方式調整前述複數級收斂透鏡的控制參數；以及 　　使用從根據前述調整了的控制參數進行動作的前述複數級線性加速單元射出之離子束向晶圓植入離子。
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