TWI613696B - 高能量離子植入裝置 - Google Patents

高能量離子植入裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI613696B
TWI613696B TW103114669A TW103114669A TWI613696B TW I613696 B TWI613696 B TW I613696B TW 103114669 A TW103114669 A TW 103114669A TW 103114669 A TW103114669 A TW 103114669A TW I613696 B TWI613696 B TW I613696B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
energy
deflection
ion
ion implantation
electromagnet
Prior art date
Application number
TW103114669A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201447960A (zh
Inventor
Mitsuaki Kabasawa
Tatsuo Nishihara
Kazuhiro Watanabe
Yuuji Takahashi
Tatsuya Yamada
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
Publication of TW201447960A publication Critical patent/TW201447960A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI613696B publication Critical patent/TWI613696B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002—Details
    • H01J37/3007—Electron or ion-optical systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H01J2237/053—Arrangements for energy or mass analysis electrostatic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H01J2237/057—Energy or mass filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10—Lenses
    • H01J2237/12—Lenses electrostatic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10—Lenses
    • H01J2237/14—Lenses magnetic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

提供高能量離子植人裝置中的高效率射束輸送技術。高能量離子植入裝置具備：射束生成單元，具有離子源和質量分析裝置；高能量多段直線加速單元，對離子束進行加速而生成高能量離子束；高能量射束的偏向單元，將高能量離子束朝向晶圓進行方向轉換；及射束輸送路線單元，將偏向過的高能量離子束輸送到晶圓。偏向單元是以複數個偏向電磁鐵所構成，並在複數個偏向電磁鐵之間插入有至少1個橫向收斂要件。

Description

高能量離子植人裝置
本發明係有關一種高能量離子植入裝置。
在半導體元件製造工程中，標準地實施重要的製程，該製程用以藉由在真空下打入離子到晶圓來將雜質添加到晶圓的結晶中從而使導電性發生變化，並使晶圓半導體元件化。在該製程中所使用的裝置被稱為離子植入裝置，是將一般用以使半導體元件化的雜質原子作為離子進行加速，並打入到晶圓。
隨著半導體元件的高積體化/高性能化，一直使用能夠用以更深地打入到晶圓中之高能量的離子植入的裝置。這樣的裝置特別被稱為高能量離子植入裝置。作為其中一例，有以串列式靜電加速器構成離子束的加速系統之方法(參閱專利文獻1)。
(批次式(batch-type))
而且，亦長年使用具備進行高頻加速的高頻線型加速器之批次處理式高能量離子植入裝置(參閱專利文獻2)。
批次處理式的離子植入，乃是將十幾片矽晶圓載於直徑1m左右的鋁碟盤的外周側，一邊使碟盤以每分鐘1000次的旋轉程度進行高速旋轉，一邊均一地植入離子之手法。為了不使晶圓因離心力而飛出，在碟盤之載有晶圓的部份，相對於旋轉面(與旋轉軸正交的面)賦予5°左右的角度。由於該角度和晶圓的旋轉運動，批次處理式離子植入方法存在植入角度(離子射入到晶圓的角度)在晶圓的中心部和端部，前後相差1°(植入角度偏差)的問題。
一般，在晶圓的晶元上，是有欲進行離子植入的區域和不可進行離子植入的區域，不可進行離子植入的區域用被稱為光阻蝕材料之有機物所覆蓋。離子在植入時不能穿透光阻蝕材料，因此在高能量離子植入時所塗布之光阻蝕材料變得非常厚。植入為必要的區域，係藉由光刻除掉光阻蝕材料，但是積體度高且植入區域微小的話，則會出現離子被垂直打入到聳立之光阻蝕材料的壁部包圍之深孔的底部的狀況。朝這樣的高長寬比的結構植入離子時，要求較高的植入角度精度。
尤其，在CCD等高級的攝像元件之製造方面，植入離子越深解析度越高，且感度變高的緣故，所以亦逐漸開始進行超高能量的離子植入(3~8MeV)。在該情況下，被允許之植入角度誤差為0.1°左右，無法使用具有較大植入角度偏差之批次式裝置。
(板片式高能量離子植入裝置)
在此，近年來，板片式高能量離子植入裝置被實用化(專利文獻3)。批次方式，係固定射束而移動晶圓(碟盤上的旋轉運動)，藉此在水平方向進行均一的植入，而在板片式裝置方面，是移動射束(沿水平方向進行射束掃描)而固定晶圓。在該方式中，藉由平行化掃描束，不僅能夠在晶圓面內使植入劑量均一，還能夠使植入角度均一，可以解決植入角度偏差的問題。另外，兩種方式都是藉由以一定的速度使晶圓平行移動來實現垂直方向的劑量均一性，但藉由該運動不會產生角度誤差。
除此以外，由於板片式離子植入裝置在進行少數幾片的處理時沒有多餘的矽晶圓的消耗等之理由，因此適合多品種少量生產，近年來需求大增。
但是，在高級攝像元件的生產方面，不僅要求角度精度，而且還有諸如沒有金屬污染、植入損傷(退火後的殘留結晶缺陷)較少、植入深度精度(能量精度)良好等很多嚴格的要求，板片式離子植入裝置亦留許有許多待改善之處。
在習知之板片式高能量離子植入裝置方面，作為高能量加速方式，使用串列式靜電加速裝置，或是，高頻加速方式的重離子線型加速器(線型加速器)。
在這樣的加速系統的下游，設有：能量過濾磁鐵、射束掃描器、及藉由磁場進行掃描軌道的平行化之平行(平行化)磁鐵。並且，藉由平行磁鐵設置，不論射束在哪個掃描位置，朝晶圓的射入角(植入角)均相同。離子 的能量達3~4MeV的程度。
而且，在使用在比高能量離子植入裝置還要低的能量區域(10~600keV)中之(板片式)中電流離子植入裝置的一部份，使用藉由電場(電極)將掃描軌道平行化之電場式平行透鏡(專利文獻4)。電場式平行透鏡能夠保持軌道的對稱性並將掃描軌道平行化的緣故，所以比平行磁鐵更能提高角度精度。而且，於該裝置，在晶圓的附近安裝有被稱為AEF(Angular Energy Filter)之電場式偏向電極。藉由AEF去除在射束輸送過程中價數發生變化之離子和在射束路線產生之微粒的緣故，所以能夠提供純度高的射束。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第3374335號公報
[專利文獻2]日本特開2000-11944號專利公報
[專利文獻3]美國專利第8035080號公報
[專利文獻4]日本特開2003-288857號專利公報
順便一說，前述的離子植入裝置中，用能量分析電磁鐵對從加速器離開之離子進行偏向之後，使其通 過分解狹縫並直接植入到晶圓中。因此，為了抑制高能量離子束的發散，並將具有所希望的能量之充份的量的離子輸送到晶圓，是還有更進一步改善的餘地。
本發明係有鑒於這樣的狀況而完成者，其目的之一為提供一種把離子束予以抑制之高能量離子植入裝置。並且，依本發明的另一目的，是能夠提供保證了能量精度之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，係對從離子源所引出之離子進行加速，沿著射束路線輸送到晶圓並植入到該晶圓；其具備：射束生成單元，具有離子源和質量分析裝置；高能量多段直線加速單元，對離子束進行加速而生成高能量離子束；高能量射束的偏向單元，將高能量離子束朝向晶圓進行方向轉換；射束輸送路線單元，將偏向過的高能量離子束輸送到晶圓；及基板處理供給單元，將輸送到之高能量離子束均一地植入到晶圓。射束輸送路線單元具有：射束整形器、高能量用的電場式射束掃描器、高能量用的電場式射束平行化器、及高能量用的電場式最終能量過濾器。構成為：藉由電場式射束掃描器及電場式射束平行化器對自偏向單元離開之高能量離子束進行射束掃描同時將其平行化，藉由高能量用的電場式最終能量過濾器去除質量、離子價數及能量中的至少一個不同之混入離子後植入到晶圓 中；偏向單元由複數個偏向電磁鐵構成，並在複數個偏向電磁鐵之間插入有至少1個橫向收斂要件。
根據本發明的一態樣，能夠抑制射束的發散。並且，依本發明的另一態樣，能夠實現保證了能量精度之高能量離子植入裝置。
10‧‧‧離子源
12‧‧‧離子束生成單元
14‧‧‧高能量多段直線加速單元
14a‧‧‧高頻諧振器
15a‧‧‧第1線型加速器
15b‧‧‧第2線型加速器
16‧‧‧射束偏向單元
18‧‧‧射束輸送路線單元
20‧‧‧基板處理供給單元
22‧‧‧質量分析裝置
24‧‧‧能量分析電磁鐵
26‧‧‧四極透鏡
28‧‧‧能量分析狹縫
30‧‧‧偏向電磁鐵
32‧‧‧射束整形器
34‧‧‧射束掃描器
36‧‧‧射束平行化器
38‧‧‧最終能量過濾器
42‧‧‧抑制電極
44‧‧‧離子源高壓電源
62‧‧‧高頻電源
64‧‧‧收斂發散透鏡
64a‧‧‧橫向收斂透鏡
64b‧‧‧縱向收斂透鏡
74‧‧‧抑制電極
82‧‧‧掃描器殼體
84‧‧‧平行化透鏡
94‧‧‧最終能量過濾器
100‧‧‧高能量離子植入裝置
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‧‧‧電漿淋浴器
124‧‧‧射束剖面測定器
166a‧‧‧偏向電極
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
[圖1]為示意地表示有關本實施形態之高能量離子植入裝置的概略配置與射束路線之圖。
[圖2]圖2(a)為表示離子束生成單元的概略構成之俯視圖；圖2(b)為表示離子束生成單元的概略構成之側視圖。
[圖3]為表示包括高能量多段直線加速單元的概略構成之整體配置之俯視圖。
[圖4]為表示直線狀排列有複數個高頻諧振器前端的加速電場(間隙)之高能量多段直線加速單元、以及收斂發散透鏡的控制系統的構成之方塊圖。
[圖5]圖5(a)、圖5(b)為表示EFM(能量分析用偏向電磁鐵)、能量寬度限制狹縫、能量分析狹縫、BM(橫向中心軌道補正用偏向電磁鐵)、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略構成之俯視圖。
[圖6]圖6(a)為表示從射束掃描器至射束平行化器之後之從射束路線到基板處理供給單元為止的概略構成之俯視圖；圖6(b)為表示從射束掃描器至射束平行化器之後之從射束路線到基板處理供給單元為止的概略構成之側視圖。
[圖7]為從上方觀看射束掃描器之一例的主要部份之示意圖。
[圖8]為從側面觀看射束掃描器的一例的主要部份之示意圖。
[圖9]為從下游側觀看沿離子束線路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正面示意圖。
[圖10]為表示角能量過濾器的偏向電極的另一態樣之示意圖。
[圖11]圖11(a)為示意地表示乃是橫向收斂透鏡之四極透鏡之俯視圖；圖11(b)為示意地表示四極透鏡之前視圖。
[圖12]圖12(a)、圖12(b)為表示電磁鐵的構成之其中一例之立體圖。
[圖13]為示意地表示電磁鐵所具備的開閉裝置之圖。
[圖14]圖14(a)為從正面觀看與注射器法拉第杯(Injector Farady cup)構成大致相同的分解器法拉第杯(Resolver Farady cup)之示意圖：圖14(b)為同樣用以說明分解器法拉第杯的動作之示意圖。
[圖15]為從正面觀察橫長法拉第杯之示意圖。
[圖16]圖16(a)為表示從本實施形態之射束整形器到射束掃描器為止的概略結構之俯視圖；圖16(b)為表示從本實施形態之射束整形器到射束掃描器的概略結構之側視圖。
[圖17]為用以說明下游側接地電極的開口寬度、抑制電極的開口寬度、與上游側接地電極的開口寬度之大小關係之示意圖。
[圖18]為示意地表示射束平行化器的另一例之圖。
[圖19]圖19(a)為表示本實施形態的一態樣的射束平行化器的概略構成之俯視圖；圖19(b)為表示本實施形態的一態樣的射束平行化器的概略構成的側視圖。
[圖20]為表示本實施形態的變形例之射束平行化器的概略構成之俯視圖。
[圖21]圖21(a)為表示從有關本實施形態的變形例之最終能量過濾器到基板處理供給單元為止的概略構成之俯視圖；圖21(b)為表示從有關本實施形態的變形例之最終能量過濾器到基板處理供給單元為止的概略構成之側視圖。
[圖22]為用以說明射束傳輸矩陣的定義之圖。
[圖23]為表示沒有橫向收斂透鏡的情況(虛線)、與向橫向收斂透鏡施加由公式(6)求出之電壓的情況(實線)之分散函數值的示意圖。
[圖24]為示意地表示消除分散時(實線)與不消除分散時(虛線)之沿射束中心軸之射束寬度(尺寸)的推移 之圖。
以下，更詳細說明有關本實施形態之高能量離子植入裝置的一例。首先，說明有關本發明人等思及到本發明之經緯。
(平行化磁鐵)
使用藉由偏向磁場讓軌道平行化的平行化磁鐵之習知之高能量離子植入裝置方面，有如下之課題。
植入高能量離子到帶有光阻蝕材料的晶圓的話，則產生大量的逸出氣體，該逸出氣體的分子與射束離子相互作用，一部份離子的價數發生變化。若通過平行化磁鐵時該價數發生變化，則偏向角發生改變，因此射束的平行性被破壞，朝向晶圓的植入角變得不同。
而且，所植入的離子的量(個數或者是劑量)，是藉由利用置於晶圓附近的法拉第杯來測定射束電流值而求出，但因價數變化，其計測值產生偏差，偏離預定的植入量，無法成為如所預定之半導體元件的特性。
而且，藉由1台平行化磁鐵進行之平行化，在內側的軌道與外側的軌道上的偏向角和軌道長度不同，因此越靠外側的軌道，價數發生變化之離子的比例越大，晶圓面內的劑量均一性亦惡化。
因此，習知之高能量離子植入裝置的射束輸 送方式無法充份滿足最近的高精度植入的要求。
而且，平行化磁鐵需要在掃描方向上寬度較寬的磁極和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，除了需要強化半導體工廠本身的強度設計之外，消耗電力亦變得非常大。
如果能夠在高能量區域使用在前述中電流離子植入裝置中所使用的電場式平行化透鏡和電場式(電極式)能量過濾器(AEF：Angular Energy Filter)，則可解決這些問題。電場式平行化透鏡，係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係在剛要到達晶圓之前去除價數已變化之離子。藉此，即使在逸出氣體較多時，亦能夠得到沒有能量污染的射束，且不會產生如平行化磁鐵那樣的掃描方向的植入角度的偏差，結果，能夠均一地植入準確的深度方向的植入分布和植入量(劑量)，並且植入角度亦變得相同，可實現精度非常高的離子植入。而且，以重量輕的電極構件來構成，因此與電磁鐵相比還可減少消耗電力。
本發明的核心之點，為發明了一種將該中電流離子植入裝置之優異的系統導入到高能量離子植入裝置，係高能量裝置且能夠進行與中電流裝置同等的高精度植入之裝置。有關在該過程中所解決之課題，於以下敘明。首要問題為裝置的長度。
將離子束偏向相同角度時，所需磁場與能量 的平方根成比例，而所需電場則與能量其本身成比例。因此，偏向磁極的長度與能量的平方根成比例，而偏向電極的長度與能量成比例而變長。在高能量離子植入裝置中搭載前述電場式平行化透鏡和電場式AEF來實現高精度角度植入的話，則射束輸送系統(從掃描器到晶圓為止的距離)與使用平行化磁鐵之習知之裝置相比，大幅變長。
例如，作為藉由這樣的電場具備平行化機構之高能量離子植入裝置，與習知之高能量離子植入裝置同樣地，可考慮將離子源、質量分析磁鐵、串列型靜電加速裝置或者是高頻線型加速裝置、射束掃描器、掃描軌道平行化裝置、能量過濾器、植入處理室及基板搬運設備(末端站)等構成設備，裝配成大致直線狀之構造。此時，習知之裝置的長度為8m左右，而裝置的全長長至20m左右，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。而且，還需要用於各設備的裝配對位的調整、裝置運轉後的維護或修理、調整之作業空間。這樣的大型的離子植入裝置，無法滿足將半導體生產線中之裝置尺寸與工廠的生產線的配置的實情相結合之要求。
由於這樣的狀況，本發明的一態樣中的射束路線的構成的目的，為藉由實現能夠確保充份的作業區域且簡略化/效率化設置場所的設定、準備及設置作業或維修作業，並抑制設置面積之技術，提供一種具備有電場式平行化透鏡和電場式能量過濾器之高精度的高能量離子植入裝置。
前述目的可藉由如下方式來實現，亦即以利用對在離子源生成之離子束進行加速之複數個單元所成之長直線部、及利用對掃描束進行調整而植入到晶圓中之複數個單元所成之長直線部，來構成高能量離子植入裝置的射束路線，並設為具有相對置之長直線部之水平的U字狀的折返型射束路線。依據從離子源起對離子進行加速之單元的長度，使利用射束掃描器、射束平行化器、能量過濾器等之能量過濾器等所成之射束輸送單元的長度構成為與前述長度大致相同的長度，從而實現這樣的構成。並且，為了進行維修作業，在二條長直線部之間設置有充份寬廣的空間。
依據這樣的U字狀的射束路線形狀，裝置的尺寸變得適當，但從離子源到射束照射部為止的射束路線的總長不會變短。相反，將U字狀的偏向所需要的長度加上用於使接下來的射束輸送路線單元的長度與線型加速器加速單元一致的長度，因此整體上比直線狀的構成更長。為了得到適當的裝置尺寸和良好的維護性而如此加長射束路線作為其代價，可能產生如下2個課題。
其第一，在較長的射束路線中，各設備的裝配誤差累積，藉此因在末端的射束位置和射入角的設計值產生之偏差變大。如此以往，得到了植入角度精度的優點，卻失去了採用電場式的平行透鏡和最終能量過濾器之意義。
其第二，在較長的射束路線中，射束輸送效 率降低，到達末端的束電流值容易降低。因與殘餘氣體撞擊而損失之射束離子的數量，不僅依據距離呈指數性增長，若而且射束尺寸較大或者中心軌道偏離較大，則還導致撞到狹縫或孔口的壁而損失之射束離子的數量將逐漸增多。如果不能將充份量的離子束輸送到晶圓，則每1小時能夠處理之晶圓的片數將會減少，無法發揮作為產業機械的功用。
從離子源引出離子束時，從有限大小的開口進行引出的緣故，因此原本就具有一定程度的空間分布(稱此為射束尺寸)。除此之外，在加速時利用線型加速器之高能量離子植入裝置中，藉由伴隨高頻線型加速之同步加速器振盪而在射束能量上產生幾個%幅度的分布。若使射束偏向，則該能量分布因分散而變成空間性的分布。藉此，由線型加速器所加速之射束的射束尺寸就成為從離子源引出時決定之射束尺寸加上由能量分布產生之射束尺寸，因此成為易發散之較大的射束。
並且，插入在偏向電磁鐵之極間隙(pole gap)的真空容器為扁平且體積較小的容器，因此真空的電導變小。因此，由複數個偏向電磁鐵構成偏向部的話，則該區域的排氣效率變差，殘餘氣體的壓力變高。若殘餘氣體分子較多，則與射束離子的撞擊頻繁，射束電流降低。
本實施形態中，其目的之一在於提供針對前述的第二問題的解決方案。亦即，其目的在於提供一種高能量離子植入裝置，其在將線性加速器作為加速裝置而使 用之U字狀之較長的射束路線中，抑制由能量寬度產生之射束的發散，並且藉由保持較高的真空度來防止射束輸送效率的下降，能夠具有與習知之的高能量離子植入裝置同等以上的生產率，同時能夠以比習知之更高的精度進行離子植入。
為了解決上述課題，本發明的高能量離子植入裝置中，使利用對在離子源生成之離子束進行加速之複數個單元所構成之長直線部、與利用調整掃描束並植入到晶圓中之複數個單元所構成之長直線部相對置，形成水平的U字狀的折返型射束路線，更進一步以複數個偏向電磁鐵構成前述U字狀的偏向部。接著，藉由在前述複數個偏向電磁鐵之間插入至少1個橫向收斂要件，並與複數個偏向電磁鐵組合來抑制射束的分散，從而防止具有能量寬度之射束的發散。藉此，防止射束撞擊到具備在長直線部之孔口或電極而損失。
並且，在電磁鐵和電磁鐵之間安裝真空泵來提高U字狀偏向部的真空度，並防止射束離子與殘餘氣體撞擊而損失。
首先，有關如上述般配置之偏向電磁鐵和由橫向收斂要件進行的分散控制的詳細部分，以橫向收斂四極透鏡插入在U字狀偏向部之情況為例，於以下進行說明。橫向收斂要件的‘橫向(方向)’，係指在偏向電磁鐵的偏向面內與射束軸垂直的方向。‘縱向(方向)’或者‘上下(方向)’，係指在垂直於偏向電磁鐵的偏向面的面內，與射 束軸垂直的方向。而且，2台以上的四極透鏡的組合透鏡，係將偶極、三極等的橫向收斂透鏡和橫向發散透鏡按規則進行組合之透鏡群者。
接著，詳細說明有關離子束。以下公式(1)給出在射束路線中心軸上的任意位置(距離射束路線起點的飛行距離)s之水平面(偏向面)內橫向方向(與射束正交的方向)之離子束的尺寸σ(s)。
Figure TWI613696BD00001
在此，ε為射束的發射度，E為射束能量，△EW為能量寬度。β(s)稱為貝他函數(betatron function)，η(s)稱為能量分散函數，分別為射束輸送方程式的解。發射度ε與能量寬度△EW在加速結束後或者藉由狹縫等整形後成為不變量。並且，能量E為離子的植入能量，因此預先被決定。因此，射束尺寸σ的調整，係以藉由設置在射束路線之複數個收斂發散要件來調整β和η之方式來進行。
前述的公式(1)的第一項是來源於自離子源引出時產生之射束的空間性的擴大，任何加速器/射束輸送系統都無法使其消失。亦即，β(s)一定取正的有限的值。另一方面，公式(1)的第二項僅出現在具有藉由線型加速器和同步加速器等高頻加速產生之能量分布的射束中，並在藉由軌道的偏向而能量分布轉換成空間分布時產生(稱 該現象為射束的能量分散)，藉由控制該轉換現象能夠使其消失。亦即，第二項的η(s)可取負值，亦可設為零。
若在射束偏向結束的時刻，η與其變化率η’(s)均設為零，則η在比其更下游側的所有射束路線的位置上均成為零。亦即，射束尺寸成為
Figure TWI613696BD00002
大小減半，同時與沒有能量寬度之射束相同地僅藉由調整β就可使射束尺寸變得良好，因此不降低束電流就能夠輕鬆地進行輸送。
在典型的高能量離子植入裝置的射束路線中，發射度ε為1E-4(πm‧rad)，β為10(m)左右，因此公式(2)的射束尺寸為30mm左右。並且，能量寬度為0.05(5%)，η為2m左右，因此未消除分散的公式(1)的射束尺寸，甚至可成為80mm。
具體地消除分散，係採用如下方法：使由上游的偏向電磁鐵產生之分散函數符號相反，從而抵消由下游側的偏向電磁鐵產生之正的分散函數。因此，在複數個偏向電磁鐵與其之間一定需要用於使符號相反的橫向收斂要件(偏向面為水平的情況)。以下，利用射束光學的理論對該手法進行說明。
圖22為用以說明射束傳輸矩陣的定義之圖。假定在偏向角θ、曲率半徑r的2台偏向電磁鐵之間，存 在一些橫向收斂要件之情況。如下式表示上下桿面平行的(無磁場指數(field index)的)偏向電磁鐵的輸送矩陣(Transfer Matrix)。
Figure TWI613696BD00003
該輸送矩陣為將時間轉換成射束中心軸上的飛行距離，並利用傍軸近似求解偏向電磁鐵中的運動方程式之結果。每一個要件對應一個該種輸送矩陣，藉由將其等相乘，能夠得到射束路線整體的運動方程式的解。作為收斂要件，有靜電四極透鏡(Electro-static Quadrupole)、四極電磁鐵(Quadrupole Magnet)、第一台偏向電磁鐵的出口側極面角(Pole Face Rotati on Angle)及第二台偏向電磁鐵的入口側極面角等，但是，在此，作為其等中的1個或者複數個要件及與其等之間的漂移空間的組合的結果，以輸送矩陣的一般形式表現該區間。
Figure TWI613696BD00004
上游側的偏向電磁鐵出口的分散函數η與其 變化率η’為(η0，η’0)=(r(1-cosθ)，sinθ)，因此下游側的偏向電磁鐵的出口(偏向結束的時刻)的分散函數表示為如下。
Figure TWI613696BD00005
偏向結束後，能量分散消失(Dispersion Free)的條件為η=η’=0，因此藉由執行上述矩陣的乘積，得到如下的2個聯立方程式。
[數學式6](K 11cosθ+K 21 rsinθ)r(1-cosθ)+(K 12cosθ+K 22 rsinθ)sinθ+r(1-cosθ)=0 (-K 11sinθ/r+K 21cosθ)r(1-cosθ)+(-K 12sinθ/r+K 22cosθ)sinθ+sinθ=0
更進一步，若使用K11K22-K12K21=1等的一般條件來整理，則結果分散被消除之條件用以下公式(3)、公式(4)表示。
Figure TWI613696BD00006
[數學式8]K 22=K 11…(4)
這些條件最終成為偏向電磁鐵之間的收斂要 件的強度的條件。在此，作為一例有在2台偏向電磁鐵的中間點收斂性能(焦點距離的倒數)為k1的靜電四極透鏡，針對在上游側的偏向電磁鐵的出口和下游側偏向電磁鐵的入口帶有極面角ε之情況，說明如何決定四極透鏡的電壓。若將四極透鏡中心與偏向電磁鐵的出口的距離設為d，則如下計算Kij。
Figure TWI613696BD00007
其中，k2=tanε/r。此時，公式(4)自動被滿足，由公式(3)得到四極透鏡的強度條件：
Figure TWI613696BD00008
例如，如果當r=0.7m、d=0.4m、θ=90°、ε=45°時，調整為k1=2.67m-1、四極透鏡的焦點距離為37.5cm，就能夠在偏向結束後消除能量分散。相同地，在偏向電磁鐵沒有極面角時(ε=0)，可設為k1=1.82m-1，焦點距離設為55cm。由公式(5)可知，偏向電磁鐵的曲率半徑r越小，並且二台電磁鐵的間隔2d越窄，就必須加強四極透鏡。
靜電四極透鏡的強度k與施加電壓±V之間有 如下關係：
Figure TWI613696BD00009
公式(6)中，rQ為四極透鏡的波耳半徑，LQ為四極透鏡的長度，E為射束能量，q為離子價數。例如，相對於P3+、8000keV的射束，為了將rQ=0.03m，LQ=0.3m的四極透鏡的焦點距離設定為37.5cm，可將施加電壓V設為21.4kV。
如此，在二台偏向電磁鐵之間插入對射束有橫向收斂作用之設備，藉此能夠在偏向結束的時刻消除能量分散。藉此，在偏向後的長直線部能夠與沒有能量分散的情況相同地輸送射束，且能夠防止由發散引起之射束損失。
圖23為表示沒有橫向收斂透鏡(QR1)的情況(虛線)、與向橫向收斂透鏡(QR1)施加由公式(6)求出之電壓的情況(實線)之分散函數值的示意圖。橫軸表示距離離子源的離子的飛行距離的推移，緊挨其上方示出各裝置的位置。向橫向收斂透鏡QR1施加適當的電壓，藉此分散函數在自第二台偏向電磁鐵(BM)的出口起遍及下游的全部區域成為零，能夠消除由能量分散引起之射束的擴大。
圖24為示意地表示消除分散時(實線)與不消除分散時(虛線)之沿射束中心軸之射束寬度(尺寸)的推移 之圖。能量寬度±2.5%的射束若不消除分散則直徑超過100mm。若用射束掃描器對這樣的射束進行掃描，則大量射束撞到射束掃描器的電極和射束平行化器的電極，電源產生故障。實際上，射束的一部份被狹縫屏蔽(圖24的點鏈線)，在射束輸送路線中不成為引起不良情況程度的大小，但由於射束的一部份被屏蔽，所以到達晶圓之束電流值降低，生產率下降，因此作為半導體製造裝置為不佳。另一方面，如果消除分散，就能夠將能量寬度±2.5%的射束幾乎全部輸送到晶圓。
並且，若消除能量分散，則在植入點的射束尺寸變得過小而產生不便時，藉由使四極透鏡的設定值稍微偏離公式(5)的值，從而能夠使射束尺寸稍微變大。
另外，在此對由二台電磁鐵構成U字狀偏向部之情況進行了說明，但在進一步具有許多偏向電磁鐵之情況下，以及在U字狀偏向部插入有四極電磁鐵等其他收斂要件之情況亦能夠以相同的方法控制能量分散。
如前述消除分散並縮小射束尺寸而進行輸送係避免由與狹縫的壁部等撞擊而產生之射束損失之有效方法，但在與充滿於射束路線的殘餘氣體的分子之撞擊方面幾乎沒有效果。為了減少該撞擊，除了減少殘餘氣體的分子之方法以外沒有其他有效方法。
在沒有除了與殘餘氣體撞擊以外的射束損失因素之理想的情況下，若將加速後的射束路線的平均壓力設為P，將長度設為L，則在已加速之束電流IO與輸送到 晶圓之束電流IW之間存在以下關係。
[數學式12]I W =I 0 exp(-λPL)…(7)
λ為依存於殘餘氣體和射束的離子種類/能量之系數。公式(7)表示只要不降低平均真空度P，射束路線的長度L越長，就越無法維持射束的輸送效率(IW/IO)。
藉由增加設置於長直線部之真空泵的台數，能夠提高該區間的真空度。但是，即使從偏向部的兩端的長直線部將偏向部的排氣排出，亦無法得到充份的真空度，從而由於偏向部中的低真空度引起之射束損失成為主導。這是因為，偏向電磁鐵的極間隙較窄，為50mm左右，因此若將真空容器放入其中，則導電性變小。透過電導C的射束導管(射束引導)，以設置於長直線部端之排氣速度S的真空泵排氣時，以下式給出偏向部的中央附近與泵附近的壓力差△P，和逸出氣體量Q之間的關係。
Figure TWI613696BD00010
有一定逸出氣體Q之情況下，若電導C較小，則無論安裝排氣速度S多大之泵，排氣量亦被電導支配，因此導致壓力上升△P變大。在偏向部因能量分析等，射束易擊打壁部，藉此產生之逸出氣體量增多，這亦 是不利因素。
為了解決該問題，首先由複數個偏向電磁鐵構成偏向部為較佳。然後，在偏向電磁鐵之間設置較大的真空容器，並容納四極透鏡和狹縫，同時在其中安裝真空泵即可。
但是，可安裝於射束路線的真空泵目前一般為磁懸浮式渦輪分子泵，因此出現新的問題。這是由於在偏向電磁鐵之間的空間中存在從線圈泄露出之磁場，這影響到“磁懸浮”而導致泵無法工作。
但，值得慶幸的是，在射束路線的上側和下側分別僅存在一處從兩側的線圈泄露出之磁場相互抵消而降至沒有問題的水平的較小區域。在該區域中藉由配置渦輪分子泵的轉動軸，而不再發生工作誤差。藉由3D磁場計算和磁場測定找到這樣的區域。藉此，不製作特別的磁屏蔽，就能夠得到所需要的高真空。
如上，由複數個偏向電磁鐵構成U字型偏向部，藉由在其之間的真空容器的泄露磁場變小之位置安裝渦輪分子泵，能夠實現可以高效率地輸送射束的1E-4Pa以下的真空度。
並且，在具有電場式平行透鏡和電場式最終能量過濾器之輸送距離較長的射束路線中，能夠防止輸送中的束電流下降，能夠實現具有與習知之同等以上的生產率之高精度的高能量離子植入裝置。
依據以上見解對高能量離子植入裝置進行說 明。本實施形態的一態樣的高能量離子植入裝置係對在離子源產生之離子進行加速，沿著射束路線作為離子束輸送到晶圓並植入到晶圓中之離子植入裝置。該裝置為將已平行化之離子束高精度地照射到機械掃描移動中的晶圓並植入到晶圓中者，其具備：高能量多段直線加速單元，對離子束進行加速而生成高能量離子束；偏向單元，將高能量離子束的軌道朝向晶圓進行方向轉換；以及射束輸送路線單元，將偏向過的高能量離子束輸送到晶圓。
自對離子束進行高加速之高頻(交流方式)的高能量多段直線加速單元離開之高能量離子束具有一定範圍的能量分布。因此，為了對後段的高能量的離子束進行射束掃描及射束平行化後將其照射到機械掃描移動中的晶圓，需要事先實施高精度的能量分析、中心軌道補正及射束收斂發散的調整。
射束偏向單元具備至少兩個高精度偏向電磁鐵，至少一個能量寬度限制狹縫和能量分析狹縫，以及至少一個橫向收斂設備。複數個偏向電磁鐵構成為：精密地補正高能量離子束的能量分析和離子植入角度，及抑制能量分散。高精度偏向電磁鐵中進行能量分析的電磁鐵上，安裝有核磁共振探頭和霍爾探頭，而其他電磁鐵上僅安裝有霍爾探頭。核磁共振探頭用於霍爾探頭的校正，霍爾探頭用於磁場恆定的反饋控制。
射束輸送路線單元能夠對高能量的離子束進行射束掃描及射束平行化，將掃描束高精度地照射到機械 掃描移動中的晶圓並植入離子。
以下，參閱圖面對本實施形態之高能量離子植入裝置的一例，進一步詳細說明。另外，圖面說明中對相同要件添加相同元件符號，並適當省略重複說明。而且，以下敘述之結構只是示例，並非對本發明的範圍進行任何限定。
(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構成進行簡單說明。另外，本說明書的內容不僅能夠適用於作為帶電粒子的種類之一之離子束，還能夠適用於涉及所有帶電粒子束之裝置者。
圖1為示意地表示有關本實施形態之高能量離子植入裝置100的概略配置與射束路線之圖。
本實施形態之高能量離子植入裝置100係具有高頻線型加速方式的離子加速器和高能量離子輸送用射束路線之離子植入裝置，且對在離子源10產生之離子進行加速，沿著射束路線作為離子束輸送到晶圓(基板)200並植入到晶圓200。
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析；高能量多段直線加速單元14，對離子束進行加速而使其成為高能量離子束；射束偏向單元16，進行高能量離子束的能量分析、中心軌道補正及能量分散的控制；射束輸送 路線單元18，將分析過的高能量離子束輸送到晶圓；及基板處理供給單元20，將輸送過的高能量離子束均一地植入到晶圓。
離子束生成單元12具有：離子源10、引出電極40、及質量分析裝置22。離子束生成單元12中，射束從離子源10通過引出電極引出的同時被加速，引出加速過的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有時會配置在緊接質量分析磁鐵22a的正後方，但實施例中，是配置在其下一個構成亦即高能量多段直線加速單元14的入口部內。
藉由質量分析裝置22進行質量分析的結果，僅挑選出植入所需的離子種類，挑選出之離子種類的離子束導入到之後的高能量多段直線加速單元14。藉由高能量多段直線加速單元14，進一步被加速之離子束的方向經由射束偏向單元16而發生變化。
射束偏向單元16具有：能量分析電磁鐵24、抑制能量分散之橫向收斂四極透鏡26、能量寬度限制狹縫27(參閱後述之圖5)、能量分析狹縫28、及具有轉向功能的偏向電磁鐵30。另外，能量分析電磁鐵24有時被稱為能量過濾電磁鐵(EFM)。高能量離子束藉由偏向單元進行方向轉換，並朝向基板晶圓的方向。
射束輸送路線單元18係用於輸送自射束偏向單元16離開之離子束者，其具有由收斂/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、及最終能量過濾器38(包括最終能量分離狹縫)。射束輸送路線單元18的長度，係依據離子束生成單元12和高能量多段直線加速單元14的長度而設計，在偏向單元連結而形成整體為U字狀的佈局。
在射束輸送路線單元18的下游側的末端，設置有基板處理供給單元20；在植入處理室內容納有：射束監測器，計測離子束的束電流、位置、植入角度、收斂發散角、上下左右方向的離子分布等；抗靜電裝置，防止因離子束所致基板的靜電；晶圓搬運機構，搬入和搬出晶圓(基板)200並設置到適當的位置/角度；ESC(Electro Static Chuck)，在離子植入時保持晶圓；以及晶圓掃描機構，在植入時以與束電流的變動相應之速度使晶圓向射束掃描方向和直角方向移動。
如此將各單元配置成U字狀之高能量離子植入裝置100抑制了設置面積且確保良好的作業性。而且，高能量離子植入裝置100中，藉由將各單元和各裝置設為模組結構，從而能夠依據射束路線基準位置而進行裝卸、組裝。
接著，對構成高能量離子植入裝置100之各單元、各裝置，更詳細說明。
(離子束生成單元)
圖2(a)為表示離子束生成單元的概略構成之俯視圖； 圖2(b)為表示離子束生成單元的概略構成之側視圖。
如圖2(a)、圖2(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在離子腔室(電弧室)內生成之電漿引出離子束之引出電極40。在引出電極40的下游側附近，設置有抑制從引出電極40引出之離子束中所含之電子朝向引出電極40逆流的引出抑制電極42。
離子源10與離子源高壓電源44連接。在引出電極40與端子48之間連接有引出電源50。在引出電極40的下游側配置有用於從射入之離子束中分離出預定的離子並將已分離之離子束取出之質量分析裝置22。
如後述的圖5所示，在高能量多段直線加速單元14的直線加速部殼體內的最前部配置有用於計測離子束的總束電流值之法拉第杯80a(植入器(Injector))。
圖14(a)為從正面觀看與注射器法拉第杯80a的構成大致相同的分解器法拉第杯80b之示意圖，圖14(b)為同樣用於說明分解器法拉第杯80b的動作之示意圖。
注射器法拉第杯80a構成為能夠藉由驅動機構在射束路線上從上下方向進出，並且，構成為在水平方向具有邊長的長方形的鬥狀形狀，且將開口部朝向射束路線的上游側，在調整離子源和質量分析電磁鐵時，除了計測離子束的總束電流的目的以外，還用於根據需要在射束路線上完全截斷到達射束路線下游之離子束。更進一步， 如前述，在緊接注射器法拉第杯80a之前的高能量多段直線加速單元14的入口部內配置有質量分析狹縫22b，且構成為單一的質量分析狹縫，或者是，依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。
(高能量多段直線加速單元)
圖3為表示包括高能量多段直線加速單元14的概略構成之整體配置之俯視圖。高能量多段直線加速單元14具備進行離子束的加速之複數個線型加速裝置，亦即，夾著一個以上的高頻諧振器14a的加速間隙。高能量多段直線加速單元14能夠藉由高頻(RF)電場的作用而對離子進行加速。圖3中，高能量多段直線加速單元14，係利用具備高能量離子植入用的基本的多段的高頻諧振器14a之第1線型加速器15a，及進一步具備超高能量離子植入用的追加的多段的高頻諧振器14a之第2線型加速器15b所構成。
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]。更進一步，當進行多段的高頻加速時，將彼此的高頻相位
Figure TWI613696BD00011
[deg]作為參數加進去。此外，需要用於藉由收斂/發散效果來控制離子束在加速中途和加速後向上下左右擴散之磁場透鏡(例如四極電磁鐵)或電場式透鏡(例如靜電四極電極)，該等的運轉參數的最佳值依據離子通過 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收斂和發散，因此，在決定高頻參數之後再決定該等的值。
圖4為表示直線狀排列有複數個高頻諧振器前端的加速電場(間隙)之高能量多段直線加速單元、以及收斂發散透鏡的控制系統的構成之方塊圖。
高能量多段直線加速單元14中包括一個以上的高頻諧振器14a。作為高能量多段直線加速單元14的控制所需的構成要件，需要：輸入裝置52，其用於操作入員輸入所需的條件；控制運算裝置54，其用於由所輸入之條件數值計算各種參數，並進一步對各構成要件進行控制；振幅控制裝置56，其用於調整高頻電壓振幅；相位控制裝置58，其用於調整高頻相位；頻率控制裝置60，其用於控制高頻頻率；高頻電源62；收斂發散透鏡電源66，其用於收斂發散透鏡64；顯示裝置68，其用於顯示運轉參數；及記憶裝置70，其用於記憶已被決定之參數。而且，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)。
在高頻線型加速器的控制運算裝置54中，藉由內置之數值計算碼，以所輸入之條件為基礎對離子束之加速及收斂和發散進行模擬來算出高頻參數(電壓振幅、頻率、相位)以獲得最佳的輸送效率。而且，同時還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、或者Q電極電壓)。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單元14的能力之加速條件，表示無解的顯示內容顯示於顯示裝置68。
電壓振幅參數由控制運算裝置54送至振幅控制裝置56，振幅控制裝置56對高頻電源62的振幅進行調整。相位參數被送到相位控制裝置58，相位控制裝置58對高頻電源62的相位進行調整。頻率參數被送到頻率控制裝置60。頻率控制裝置60對高頻電源62的輸出頻率進行控制，同時對高能量多段直線加速單元14的高頻諧振器14a的諧振頻率進行控制。控制運算裝置54還依據所算出之收斂發散透鏡參數，對收斂發散透鏡電源66進行控制。
在高頻線型加速器的內部或者其前後配置有所需數量的用於有效地輸送離子束之收斂發散透鏡64。亦即，在複數段高頻諧振器14a的前端的加速間隙的前後交替地具備有發散透鏡或收斂透鏡，而在第2線型加速器15b的末端的橫向收斂透鏡64a(參閱圖5)的後方配置有追加的縱向收斂透鏡64b(參閱圖5)，對通過高能量多段直線加速單元14之高能量加速離子束的收斂和發散進行調整，以使最佳的二維射束剖面(profile)的離子束射入至後段的射束偏向單元16。
在高頻線型加速器的加速間隙產生之電場的方向每數十奈秒切換對離子進行加速之方向和進行減速之方向。為了將離子束加速到高能量，在離子進入到加速間隙時在所有數十處的加速間隙，電場必須朝向加速方向。 在某一加速間隙被加速之離子直到下一加速間隙的電場朝向加速方向為止期間必須通過兩個加速間隙之間的電場被屏蔽之空間(漂移空間)。過快或者過慢都會被減速，因此無法達到高能量。在所有的加速間隙跟上加速相位成為非常嚴格的條件，因此達到預定能量這樣的情況成為通過了由高頻線型加速器進行之針對質量、能量及電荷(決定速度之要因)之嚴格的挑選之情況。這表示，高頻線型加速器亦可稱為優秀的速度過濾器。
(射束偏向單元)
如圖1所示，射束偏向單元16包括作為能量過濾偏向電磁鐵(EFM)之能量分析電磁鐵24、能量寬度限制狹縫27(參閱圖5)、能量分析狹縫28、控制偏向後的能量分散之橫向收斂四極透鏡26及具有植入角度補正功能之偏向電磁鐵30。
圖5(a)、圖5(b)為表示EFM(能量分析用偏向電磁鐵)、能量寬度限制狹縫、能量分析狹縫、BM(橫向中心軌道補正用偏向電磁鐵)、射束整形器、射束掃描器(掃描器)的概略構成之俯視圖。另外，圖5(a)所式的符號L表示離子束的中心軌道。
通過高能量多段直線加速單元14後的離子束，因同步加速器振盪(synchrotron oscillation)，形成能量分布。而且，加速相位的調整量較大時，中心值稍微偏離預定的能量之射束有時會從高能量多段直線加速單元 14射出。因此，藉由後述的射束偏向單元16以僅讓希望的能量離子可以通過之方式設定能量過濾偏向磁鐵(EFM)的磁場，並藉由能量寬度限制狹縫27和能量分析狹縫28，使射束的一部份選擇性地通過，從而使離子的能量與設定值一致。可以通過之離子束的能量寬度能夠由能量寬度限制狹縫和能量分析狹縫的開口的橫向寬度預先設定。只有通過了能量分析狹縫之離子被導入到後段的射束路線並植入到晶圓中。
具有能量分布之離子束射入到在前述之反饋環路控制系統將磁場控制成恆定值之能量過濾電磁鐵(EFM)的話，則所有的射入離子束均沿著設計軌道偏向並引起能量分散，在所希望的能量寬度範圍內之離子通過設置於EFM出口附近之能量寬度限制狹縫27。在該位置上，能量分散向最大值逐漸增加，且由發射度得到之射束尺寸σ1(沒有能量寬度時的射束尺寸)向最小值逐漸減小，而由能量分散得到之射束寬度比基於發射度(emittance)的射束寬度寬。以狹縫截斷這樣的狀態的離子束時，空間上的分布被清晰地截斷，但能量分布以與2σ1對應之能量寬度而成為較鈍之切口。換言之，例如，即使將狹縫寬度設定為與3%的能量寬度對應之尺寸，亦會有與預定植入能量的能量差小於3%之離子的一部份撞到狹縫壁而消失，相反能量差大於3%之離子的一部份則通過狹縫。
能量分析狹縫設置於σ1成為極小之位置。在該位置上，σ1與狹縫寬度相比小到可以忽略之程度，因此 能量分布亦與空間分布幾乎相同地被清晰地截斷。例如，能量分析狹縫的開口寬度亦設定為相當於能量寬度的3%之尺寸(0.03η)時，可以通過能量寬度限制狹縫之能量差超過3%之離子全部在此被阻斷。其結果，最初為矩形的能量分布之射束通過兩條狹縫之後變成在0%具有峰值，高度在±3%處減到1/2，之後急劇降低至零之圓頂狀的分布。能量差較小的離子的數量相對變多，因此與僅設置一條能量分析狹縫並保持大致矩形的能量分布而通過狹縫時相比，能量寬度顯著減小。
藉由線型加速器進行加速之射束的能量稍微偏離預定植入能量時，雙狹縫系統具有藉由削去能量分布的端部之效果而使通過後的射束的能量偏離減小之效果。例如，能量寬度為±3%且還有3%的能量偏離時，通過雙狹縫後的能量分布變成前述圓頂狀分布的能量的正(plus)側的一半，其分布的重心亦即能量中心大致到△E/E=1%附近。另一方面，當以單一能量分析狹縫截斷時，中心成為△E/E=1.5%。使分布不清晰之效果一定向抑制能量中心偏離之方向起作用。
如此，在具有能量寬度和能量偏離這雙方之加速系統中，為了縮小能量寬度和能量中心的偏離這雙方而提高能量精度，有效的是藉由雙狹縫進行之能量限制。
能量分析電磁鐵需要較高的磁場精度，因此安裝有進行精密的磁場測定之高精度的測定裝置86a、86b(參閱圖5(b))。測定裝置86a、86b是適當組合了亦被 稱為MRP(磁共振探頭)之NMR(核磁共振)探頭和霍爾探頭之裝置，MRP用於校正霍爾探頭，霍爾探頭用於對磁場進行一定的反饋控制。而且，能量分析電磁鐵以嚴密的精度製造，以使磁場的不均一性小於0.01%。更進一步，各個電磁鐵上連接有電流設定精度和電流穩定度為1×10-4以上的電源及其控制設備。
而且，在能量分析狹縫28的上游側且能量分析狹縫28與能量分析電磁鐵24之間，作為橫向收斂透鏡而配置有四極透鏡26。四極透鏡26可由電場式或者磁場式構成。藉此，離子束被U字狀偏向後的能量分散得到抑制，且射束尺寸變小，因此能夠高效率地輸送射束。而且，在偏向電磁鐵的磁極部電導減小，因此有效的是例如在能量分析狹縫28附近配置逸出氣體排出用的真空泵。使用磁懸浮式的渦輪分子泵時，必須設置於不受能量分析電磁鐵24和偏向電磁鐵30的電磁鐵的泄露磁場影響的位置。藉由該真空泵，能夠防止在偏向單元的由殘餘氣體散射引起之射束電流的下降。
若在高能量多段直線加速單元14中的四極透鏡、分散調整用四極透鏡26及射束整形器32上存在較大的裝配誤差，則如圖5(b)所示之射束的中心軌道變形，射束容易撞到狹縫而消失，亦導致最終的植入角度和植入位置的偏差。然而，在水平面上，依據具有植入角度補正功能之偏向電磁鐵30的磁場補正值，射束的中心軌道一定通過射束掃描器34的中心。藉此，矯正植入角度的偏 離。而且，向射束掃描器34施加適當的偏置電壓的話，則從掃描器到晶圓為止的中心軌道的變形消失，植入位置的左右偏離被解除。
通過射束偏向單元16時的各偏向電磁鐵的離子受到離心力和洛倫茲力的作用，其等相互配合而畫出圓弧狀的軌跡。該配合用公式mv=qBr來表示。m為離子的質量、v為速度、q為離子價數、B為偏向電磁鐵的通磁量密度、r為軌跡的曲率半徑。只有該軌跡的曲率半徑r與偏向電磁鐵的磁極中心的曲率半徑一致之離子能夠通過偏向電磁鐵。換言之，離子的價數相同時，能夠通過施加有恆定的磁場B之偏向電磁鐵之離子為只有具有特定運動量的mv之離子。EFM被稱為能量分析電磁鐵，但實際上是分析離子的運動量之裝置。BM和離子生成單元的質量分析電磁鐵都是運動量過濾器。
而且，射束偏向單元16能夠藉由使用複數個磁鐵來使離子束偏向180°。藉此，能夠以簡單的構成實現射束路線為U字狀的高能量離子植入裝置100。
如圖5(a)所示，射束偏向單元16利用能量分析電磁鐵24將自高能量多段直線加速單元14離開之離子束偏向90°。並且利用軌道補正兼用偏向電磁鐵30將射束進給路徑進一步偏向90°，並射入到後述之射束輸送路線單元18的射束整形器32。射束整形器32對已射入之射束進行整形並供給到射束掃描器34。而且，藉由圖5(b)所示之四極透鏡26的透鏡作用防止由射束的能量分散引 起之發散，或者是，利用由能量分散引起之射束擴大效果來防止射束變得過小。
圖11(a)為示意地表示乃是橫向收斂透鏡之四極透鏡之俯視圖；圖11(b)為示意地表示四極透鏡之前視圖。圖11(a)的俯視圖中示出四極透鏡26的射束路線行進方向的電極長度，並且示出針對能量分析器(EFM偏向磁鐵)24挑選的能量的射束，橫向發散之射束藉由四極透鏡26被橫向收斂之作用。圖11(b)的前視圖中，示出藉由由四極透鏡26的電極產生的收斂發散作用的射束的橫向收斂作用。
如上述，對在離子源產生之離子進行加速而輸送到晶圓並予以打入之離子植入裝置中，射束偏向單元16在高能量多段直線加速單元14與射束輸送路線單元18之間利用複數個電磁鐵進行離子束的180°偏向。亦即，能量分析電磁鐵24及軌道補正兼用偏向電磁鐵30分別構成為偏向角度成為90度，其結果，構成為合計偏向角度成為180度。另外，由一個磁鐵進行之偏向量不限於90°，亦可以是以下組合。
(1)1個偏向量90°的磁鐵+2個偏向量45°的磁鐵
(2)3個偏向量60°的磁鐵
(3)4個偏向量45°的磁鐵
(4)6個偏向量30°的磁鐵
(5)1個偏向量60°的磁鐵1個偏向量120°的磁鐵
(6)1個偏向量30°的磁鐵1個偏向量150°的磁鐵
作為能量分析部的射束偏向單元16，係U字狀的射束路線中之折返路，構成該單元之偏向電磁鐵的曲率半徑r限定能夠輸送之射束的最大能量，並且是決定裝置的整體寬度和中央的維修區域的寬度之重要參數(參閱圖5)。藉由最佳化該值，不用降低最大能量就可以將裝置的整體寬度抑制到最小。接著，藉此，高能量多段直線加速單元14與射束輸送路線單元18之間的間隔變寬，能夠確保充份的作業空間R1(參閱圖1)。
圖12(a)、圖12(b)為表示電磁鐵的構成之其中一例之立體圖。圖13為示意地表示電磁鐵所具備的開閉裝置之圖。如圖12(a)、圖12(b)所示，構成能量分析電磁鐵24和偏向電磁鐵30之電磁鐵，係例如以上磁軛87、下磁軛88、內側與外側之側磁軛89a、89b、上桿(未圖示)、下桿93、上線圈91a及下線圈91b所構成。而且，如圖13所示，外側側磁軛89b分割成2個構件89b1和89b2，並藉由開閉裝置92a、92b成為能夠在外側左右對開，其未圖示，且構成為能夠裝卸構成射束路線之射束導件容器。
而且，射束偏向單元16的中央部的真空容器，例如容納有能量寬度限制狹縫、四極透鏡26、能量分析狹縫28等之容器，為能夠從射束路線輕鬆裝卸之構造。藉此，能夠在進行維修作業時，在U字狀射束路線中央的工作區內輕鬆地進出。
高能量多段直線加速單元14具備有進行離子 的加速之複數個線型加速裝置。複數個線型加速裝置分別具有共通的連結部，且該連結部，係相對於在複數個電磁鐵中比能量分析狹縫28更靠上游側之能量分析電磁鐵24，構成可以裝卸。同樣地，射束輸送路線單元18，亦可相對於偏向電磁鐵30，構成可以裝卸。
而且，設置於比能量分析狹縫28更靠上游側、包括電磁鐵之能量分析電磁鐵24，係可以構成為相對於上游的高能量多段直線加速單元14能夠裝卸或連結。而且，以模組式的射束路線單元構成後述之射束輸送路線單元18時，設置於比能量分析狹縫28更靠下游側之偏向電磁鐵30，係也可以構成為：相對於下游的射束輸送路線單元18能夠裝卸或連結。
線型加速器和射束偏向單元，係分別配置於平面架台上，且構成為：通過各自的設備之離子束軌道實際上包含於1個水平面上(除了最終能量過濾器偏向後的軌道)。
(射束輸送路線單元)
圖6(a)為表示從射束掃描器至射束平行化器之後之從射束路線到基板處理供給單元為止的概略構成之俯視圖；圖6(b)為表示從射束掃描器至射束平行化器之後之從射束路線到基板處理供給單元為止的概略構成之側視圖。
藉由射束偏向單元16僅必要的離子種類被分離，成為僅有必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。
如圖5、圖6所示，射束整形器32，係利用Q(四極)透鏡等(電場式或者磁場式)的收斂/發散透鏡群所構成。具有已整形之剖面形狀之射束，係藉由射束掃描器34沿平行於圖6(a)的平面的方向掃描。例如，構成作為利用橫向收斂(縱向發散)透鏡QF/橫向發散(縱向收斂)透鏡QD/橫向收斂(縱向發散)透鏡QF所組之三合(triplet)Q透鏡群。根據需要，射束整形器32能夠分別由橫向收斂透鏡QF、橫向發散透鏡QD單獨構成，或者組合複數個而構成。
如圖5所示，在掃描器殼體內的最前部之緊接射束整形器32的前部配置有用於計測離子束的總束電流值之法拉第杯80b(稱為分解器法拉第杯)。
圖14(a)係從正面觀察分解器法拉第杯80b之示意圖，圖14(b)係用於說明分解器法拉第杯80b的動作之示意圖。
分解器法拉第杯80b構成為能夠藉由驅動機構在射束路線上從上下方向進出，而且，構成為在水平方向具有邊長的長方形的鬥狀形狀且將開口部朝向射束路線的上游側，在調整線型加速器及射束偏向部時，除了計測離子束的總束電流的目的之外，還用於根據需要在射束路線上完全截斷到達射束路線下游的離子束。而且，分解器法拉第杯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。
射束掃描器34是藉由週期變動之電場以沿與 離子束的行進方向正交之水平方向對離子束週期性地進行往復掃描之偏向掃描裝置(亦被稱為射束掃描器)。
有關射束行進方向，射束掃描器34具備以夾著離子束的通過區域之方式相對置地配置之一對(2個)對置掃描電極(雙極偏向掃描電極)，近似於以0.5Hz~4000Hz範圍的恆定頻率正負變動之三角波之掃描電壓分別以相反符號被施加到2個對置電極。該掃描電壓在2個對置電極的間隙內生成使通過此處之射束偏向並變動之電場。並且，依掃描電壓的週期變動，通過間隙之射束沿水平方向被掃描。
進行高能量離子植入時，在矽晶圓內部生成之結晶損傷的量與掃描頻率成反比。並且，結晶損傷量有時會影響所生產之半導體設備的質量。這樣的情況下，能夠藉由自由設定掃描頻率來提高所生產之半導體設備的質量。
而且，在沒有施加掃描電壓的狀態下，為了補正在晶圓附近測量之射束位置偏離的量，偏移電壓(固定電壓)重叠於掃描電壓。藉由該偏移電壓，掃描範圍不會左右偏離，能夠實現左右對稱的離子植入。
在射束掃描器34的下游側，在離子束的通過區域具有開口之抑制電極74配置在2個接地電極78a、78b之間。在上游側，雖然在掃描電極的前方配置有接地電極76a，但根據需要能夠配置與下游側相同結構的抑制電極。抑制電極抑制電子向正電極侵入。
而且，在偏向電極87a、87b的上方和下方配置有接地遮蔽板89。接地遮蔽板防止附帶在射束之二次電子從外側繞進並流入射束掃描器34的正電極。藉由抑制電極和接地遮蔽板，掃描器的電源受到保護，並且離子束的軌道得以穩定化。
射束掃描器34的後方側具有射束駐留(Beam Park)功能。射束駐留構成為對通過射束掃描器之離子束根據需要進行水平大偏向並導入到射束收集器中。
射束駐留為如下系統，亦即若進行離子植入時產生電極的放電等沒有預料到的障礙，並在該狀態下繼續植入動作，則產生劑量的均一性不良等的植入不良時，即刻(10μs以內)中止射束輸送之系統。實際上，在觀察到束電流顯著降低之瞬間，將射束掃描電源的輸出電壓提高到與最大掃描寬度對應之電壓的1.5倍，並將射束導入到平行透鏡旁邊的射束收集器中。藉由記憶產生障礙之時刻的晶圓上的射束照射位置，在解除障礙後進行上下掃描運動之晶圓到達該位置之瞬間，使射束返回到原來的軌道，藉此像什麽都沒有發生一樣繼續離子植入。
如此高速響應之電源主要是成本方面的問題，無法將電壓設置太高。另一方面，為了得到高度的植入劑量的均一性，必須佔用寬於晶圓的掃描範圍。因此，射束掃描器需要能夠使高能量射束充份偏向之能力。該能力可藉由對射束掃描器的偏向電極的間隔和長度進行限制來實現。本實施型態的能量區域中將電極長度設為間隔的 5倍以上即可。
在掃描殼體內，射束掃描空間部在射束掃描器34的下游側被設置於較長的區間內，其構成為射束掃描角度狹小時亦能夠得到充份的掃描寬度。在位於射束掃描空間部的下游之掃描殼體的後方，以使已偏向之離子束的方向成為射束掃描偏向前的離子束的方向之方式進行調整，亦即設置有與射束路線成為平行之方式彎曲返回之射束平行化器36。
在射束平行化器36產生之像差(射束平行化器的中心部與左右端部的焦點距離之差)與射束掃描器34的偏向角的平方成比例，因此將射束掃描空間部設為較長且將偏向角設為較小非常有助於抑制射束平行化器的像差。若像差較大，則向晶圓植入離子束時，在晶圓中心部和左右端部射束尺寸和射束發散角不同，因此有時會在製品的質量上產生偏差。
而且，藉由調整該射束掃描空間部的長度，能夠使射束輸送路線單元的長度與高能量多段直線加速單元14的長度一致。
圖7為從上方觀看射束掃描器之一例的主要部份之示意圖。圖8為從側面觀察射束掃描器的一例的主要部份之示意圖。圖9為從下游側觀察沿離子束線路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示意性前視圖。
如圖7、圖8所示，射束掃描器134在箱體 150內容納、設置有一對偏向電極128、130、安裝在该等的上游側附近之接地電極132、及安裝在该等的下游側附近之接地電極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的開口部對應之位置上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(參閱圖8)。
偏向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的上表面設置有用於將偏向電極128、130與電源連接之端子及接地用端子。而且，在箱體150上，在與射束軸平行的2個側面設置有裝卸和攜帶方便的把手。另外，在箱體150內形成有用於降低射束掃描器134內的壓力之真空逸出氣體用開口部，其與未圖示的真空逸出氣體裝置連接。
如圖9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充份大於箱體150，在底部鋪設有用於能夠使箱體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設定為開閉自如。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，為了鎖住推入射束導引盒170內之箱體150，在導軌的另一端設置有卡止機構(未圖示)。
該些掃描器周邊的單元構件為維護射束路線時的作業對象，維修作業能夠輕鬆地在作業空間R1實 施。進行高能量多段直線加速單元14的維修作業時，亦同樣能夠輕鬆地在作業空間R1實施。
在射束平行化器36上配置有電場式平行化透鏡84。如圖6所示，電場式平行化透鏡84由大致雙曲線形狀的複數個加速電極對和減速電極對構成。各電極對隔著不產生放電程度寬度的加速/減速間隙相互對置，並在加速減速間隙形成有兼有引起離子束的加速和減速之軸方向成份，及與距基準軸的距離成比例變強且對離子束起到橫向收斂作用之橫向成份之電場。
夾著加速間隙之電極對中下游側的電極和減速間隙的上游側的電極，及減速間隙的下游側的電極和下一個加速間隙的上游側的電極分別形成一體的結構體，以便該些電極成同一電位。如圖6(b)所示，該些結構體還由上部單元和下部單元的上下對的群體構成，並在上部單元和下部單元之間設置有離子束通過之空間部。
從電場式平行化透鏡84的上游側起最初的電極(射入電極)和最後的電極(射出電極)保持為接地電位。藉此，在通過平行化透鏡84之前和之後，射束的能量不發生變化。
於中間的電極結構體，在加速間隙的出口側電極和減速間隙的入口側電極連接有可變式定電壓的負電源90，在減速間隙的出口側電極和加速間隙的入口側電極連接有可變式定電壓的正電源(n段時為負正負正負......)。藉此，離子束重複加速/減速並逐漸向與射束路 線的中心軌道平行的方向。並且，最終跟上與偏向掃描前的離子束的行進方向(射束路線軌道方向)平行的軌道。
如此，由射束掃描器34掃描之射束藉由包括電場式平行化透鏡等之射束平行化器36，相對於與掃描前的離子束行進方向(射束路線軌道方向)平行的偏向角為0度的軸(基準軸)平行。此時，掃描區域關於基準軸左右對稱。
自電場式平行化透鏡84離開之離子束送至電場式最終能量過濾器38(AEF(94)：Angular Energy Filter)。在最終能量過濾器94中進行與剛要向晶圓植入之前的離子束的能量相關之最終分析，只有所需能量值的離子種類被選擇，並且與此相配合而進行已中性化之無價數的中性粒子或離子價數不同之離子的去除。基於該電場偏向之最終能量過濾器94藉由由在射束路線軌道方向的上下方向上相對置之1對平面或曲面構成之板狀的偏向電極構成，並與在射束路線軌道方向的上下方向上藉由最終能量過濾器94本身的偏向作用而向下方逐漸彎曲之離子束軌道對準而彎曲。
如圖6(a)、圖6(b)所示，電場偏向用電極由1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，分別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。因電場產生偏向時，藉由在1對AEF電極104之間產生之電場的作用，使離子束向下方偏向約10~20度，只有 目標能量的離子束被選擇。如圖6(b)所示，在角能量過濾器94中，只有由被選擇之價數的離子束以所設定之軌道角度向下方偏向。只有由如此被選擇之離子種類構成之射束以準確的角度均一地被照射到被照射物亦即晶圓200中。
在實際將高能量射束偏向的基礎上，如圖10所示，沿上下方向相對置之1對板狀的偏向電極204設定為在與離子束軌道相配合而彎曲時，根據偏向角和曲率半徑沿前後n分割，且各自的上部電極和下部電極分別保持為相同電位的板狀電極，這在製作精度和經濟性方面很優異。而且，被前後n分割之板狀偏向電極除了將上部電極和下部電極分別保持為相同電位的結構之外，作為n分割的上下一對的板狀電極，亦可以設定為各自不同的電位。
藉由採用這樣的結構，能夠在高能量的掃描束輸送路線上搭載電場式高能量過濾器。藉由電場在與射束掃描面正交之方向使射束偏向，因此不影響射束掃描方向的植入離子的密度分布(均一性)，且能夠進行能量分析。
而且，搭載有最終能量過濾器，藉此在本射束路線上與高能量多段直線加速單元14的高頻線型加速裝置、及U字狀偏向部的磁場式EFM(能量分析電磁鐵24)和BM(偏向電磁鐵30)相結合共搭載有3種射束過濾器。如前述，高頻線型加速裝置為速度(v)過濾器，EFM和BM為運動量(mv)過濾器，該最終能量過濾器如其名為 能量(mv2/2)過濾器。如此，藉由設置方式不同之三重過濾器，與以往相比不僅能量純度高，而且還能夠將粒子和金屬污染較少的非常純的離子束供給到晶圓中。
另外，功能上，EFM以高分解能進行穿過高頻線型加速裝置之能量污染的去除和能量寬度的限制，AEF以比較低的分解能，在由EFM進行之能量分析後的射束輸送路線單元主要承擔去除因抗蝕劑逸出氣體而價數發生變化之離子之任務。
最終能量過濾器94在最終能量過濾器94的上游側具備接地電極108，且具備在下游側的2個接地電極之間設置有AEF抑制電極110之電極組。該AEF抑制電極110抑制電子向正電極侵入。
利用配置在最終能量過濾器94的最下游側的接地電極左右端之劑量杯122測定作為劑量目標之植入時的束電流量。
(基板處理供給單元)
圖6(a)中，與晶圓200相鄰之箭頭係表示射束沿該些箭頭的方向被掃描者，圖6(b)中，與晶圓200相鄰之箭頭係表示晶圓200沿該些箭頭的方向往復移動亦即被機械掃描者。亦即，若射束例如設定為沿一軸向被往復掃描，則晶圓200以藉由未圖示的驅動機構沿與上述一軸向成直角的方向往復移動的方式被驅動。
將晶圓200搬運供給到預定位置並進行基於 離子植入之處理之基板處理供給單元20容納於製程腔室(植入處理室)116內。製程腔室116與AEF腔室102連通。在製程腔室116內配置有能量限制狹縫(EDS：Energy Defining Slit)118。能量限制狹縫118限制具有所用之外的能量值和價數之離子束的通過，藉此只分離具有已通過AEF之所用的能量值和價數之離子束，為此構成為沿掃描方向橫長的狹縫。而且，能量限制狹縫118為了調整狹縫分離的間隔，亦可以從上下方向以可動式構件構成狹縫體，並能夠應對能量分析和植入角度的測量等複數個測量目的。而且，亦可以構成為可動式的上下切換狹縫構件具備複數個狹縫面，在切換該些狹縫面之後，藉由進一步使上下狹縫的軸沿上下方向調整或旋轉，從而變更為所希望的狹縫寬度。藉由將該些複數個狹縫面根據離子種類依序進行切換，亦能夠設定為降低交叉污染之結構。
電漿淋浴器120根據離子束的束電流量將低能量電子供給到軌道上的離子束和晶圓200的前表面，且抑制由離子植入產生之正電荷的充電(charge up)。另外，亦可以在電漿淋浴器120的左右端配置用於測定劑量之劑量杯(未圖示)，以此來代替配置在最終能量過濾器94的最下游側的接地電極左右端之劑量杯122。
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測定之射束剖面測定器杯(省略圖示)。射束剖面測定器124一邊在離子植入前使其向水平方向移動，一邊在射束掃描範圍內測定離子植入位置的離子束密 度。進行射束剖面測定的結果，離子束的預想不均一性(PNU：Predicted Non Uniformity)不滿足工藝要求時，補正射束掃描器34的施加電壓的控制函數，自動地調整為滿足工藝條件。而且，亦可以構成為在射束剖面測定器124上同時設置垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略圖示)，並測定射束形狀/射束X-Y位置，從而確認植入位置上的射束形狀，並組合射束寬度、射束中心位置及發散掩膜(Divergence Mask)確認植入角度和射束發散角度。
在射束路線的最下游配置有具有能夠遍及所有晶圓區域計測掃描範圍的離子束之射束電流計測功能之橫長法拉第杯126，並構成為計測最終安裝射束。圖15為從正面觀察橫長法拉第杯之示意圖。另外，為了降低交叉污染，橫長法拉第杯126可以設定為具有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之構成。而且，亦可構成為在橫長法拉第杯126上同時設置垂直剖面杯(Vertical profile cup)(省略圖示)，並測定射束形狀和射束上下位置，從而能夠監視在植入位置的上下方向的植入角度和射束發散角度。
如前述，如圖1所示，高能量離子植入裝置100中，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較多單元進行組件的更換、維護及調整。以下，以射束掃描器為例，對能夠向單元內部進行進出的開閉機構進行說明。
(考慮整體配置、維修性、生產性、地球環境)
以上，本實施形態之高能量離子植入裝置100藉由高能量多段直線加速單元14對由離子束生成單元12生成之離子束進行加速，並且藉由射束偏向單元16進行方向轉換，並照射到位於設置在射束輸送路線單元18的末端之基板處理供給單元20之基板上。
而且，高能量離子植入裝置100作為複數個單元包括高能量多段直線加速單元14及射束輸送路線單元18。並且，高能量多段直線加速單元14及射束輸送路線單元18配置為夾著圖1所示之作業空間R1而相對置。藉此，在習知之裝置中配置為大致直線狀之高能量多段直線加速單元14及射束輸送路線單元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。而且，構成射束偏向單元16之複數個偏向電磁鐵的曲率半徑以使裝置寬度最小之方式被最佳化。藉此，使裝置的設置面積最小化，並且在被夾在高能量多段直線加速單元14與射束輸送路線單元18之間之作業空間R1中，能夠進行針對高能量多段直線加速單元14和射束輸送路線單元18的各裝置之作業。
而且，構成高能量離子植入裝置100之複數個單元包括：離子束生成單元12，其設置在射束路線的上游側且產生離子束；基板處理供給單元20，其設置在射束路線的下游側且供給並處理植入有離子之基板；及射 束偏向單元16，其設置在從離子束生成單元12朝向基板處理供給單元20之射束路線的中途且偏向射束路線的軌道。而且，將離子束生成單元12及基板處理供給單元20配置於射束路線整體的一方側，並將射束偏向單元16配置於射束路線整體的另一方側。藉此，需要以較短時間維護的離子源10、需要基板的供給及取出的基板處理供給單元20相鄰而配置，因此操作人員的移動較少亦沒有問題。
而且，高能量多段直線加速單元14具備進行離子的加速之複數個一系列線型加速裝置，複數個一系列線型加速裝置各自可以具有共同的連結部。藉此，根據向基板植入之離子所需要之能量，能夠輕鬆地變更線型加速裝置的數量和種類。
而且，作為掃描器裝置之射束掃描器34及作為平行化透鏡裝置之射束平行化器36可作為與相鄰單元的連結部而具有標準化之形狀。藉此，能夠輕鬆地變更線型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可根據高能量多段直線加速單元14所具備之線型加速裝置的結構及數量進行選擇。
而且，亦可以構成為在高能量離子植入裝置100中使各裝置的框架與真空腔室一體化，並對準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，能夠縮短裝置調試時間，能夠抑制因作業錯誤產生之 軸的偏離。而且，亦可以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。而且，可以將已模組化之的裝置的大小設定為裝置容易移動的大小以下。藉此，能夠降低模組和高能量離子植入裝置100的移動設置負荷。
而且，高能量離子植入裝置100亦可以將包括高能量多段直線加速單元14、射束輸送路線單元18及逸出氣體裝置等之構成設備組裝於一體的架台上。而且，高能量離子植入裝置100設定為在平面基盤上大致同一水平面上包含高能量多段直線加速單元14、射束偏向單元16及射束輸送路線單元18。藉此，能夠將高能量離子植入裝置100以固定於同一水平面的平面基盤上之狀態下進行調整，並對每個塊直接進行搬運，因此輸送時很少產生調整偏差，省了很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帶到現場並使他們長時間滯留之不經濟性。
而且，若使上述平面基盤形成於中間而非架台的底板上，則能夠在平面基盤上只搭載與離子束軌道直接相關之上述設備。而且，將相對於該些的作為輔助設備之高頻立體電路等構件全部組裝於形成在平面基盤下方的空間中，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，即使在設置場所不富餘的場所亦能夠設置上述高能量離子植入裝置100，並以在製作工廠內進 行組裝調整之狀態直接輸送至需要的位置，能夠藉由現場裝配及最終調整而使用。而且，高能量離子植入裝置100能夠實現符合半導體製造工廠的半導體生產裝置線的利用標準水準以上的高能量離子植入。
如上，對各單元和各裝置的佈局進行設計，從而與以往相比高能量離子植入裝置100被大幅小型化，能夠容納於習知之一半左右的設置長度內。而且，本實施形態之離子植入裝置在製造工廠內將各構成要件組裝於基盤上，在基盤上進行位置調整而確定了離子束軌道之狀態下直接搭載到輸送車上輸送到現場，並在按架台進行安裝之基礎上稍微調整而去除輸送中產生之偏差，就能夠使裝置運轉。因此，即使不是熟練入員亦能夠格外輕鬆且確實地實施現場調整，而且能夠縮短調試期間。
而且，藉由取如較長U字狀折返型射束路線的佈局，能夠實現可將最高5~8MeV的高能量離子以高精度植入之離子植入裝置。而且，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。而且，在離子植入裝置運轉時，藉由因使用電場式平行透鏡、電場式掃描器和電場式AEF等而得到之低消耗電力的運轉，能夠減少消耗電力。換言之，本實施形態之離子植入裝置具有使用電場式偏向式平行化透鏡裝置而得到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，但本發明係不限定於上述實施形態，將實施形態的結構適當進行組合和置換者亦係包含於本發明者。而且，亦可以依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變形，施加有這樣的變形之實施形態亦能夠包含於本發明的範圍內。
以下，依實施態樣對本發明的不同形態進行列舉。
高能量離子植入裝置100構成為：藉由電場式射束掃描器34及電場式射束平行化器36對自射束偏向單元16離開之高能量離子束進行射束掃描並且將其平行化，並藉由高能量用的電場式最終能量過濾器38去除質量、離子價數及能量中至少一個不同之混入離子後植入到前述晶圓中。接著，射束偏向單元16由複數個偏向電磁鐵(24、30)構成，在複數個偏向電磁鐵之間插入有至少1個橫向收斂要件(四極透鏡26)。藉此，具有能量寬度之射束的發散得到抑制。
並且，在射束偏向單元16的末端的角偏向電磁鐵30的出口，橫向收斂要件的強度設定為將離子射束的能量分散函數與其變化率實質上為零。
橫向收斂要件調整能量分散函數和其變化率，以使在離子植入位置上離子束的剖面尺寸成為所希望的大小。所希望的大小為考慮了植入對象亦即晶圓的大小和生產率而適宜設定之大小。
在上述的實施形態中，橫向收斂要件由1台四極透鏡或者2台以上的四極透鏡的組合透鏡所構成。而且，橫向收斂要件亦可為四極電磁鐵或者靜電四極電極。
複數個偏向電磁鐵是以進行用於能量分析之偏向的第1電磁鐵(能量分析電磁鐵24)、和一邊使離子射束的軌道偏向一邊嚴密控制向晶圓的射束植入角的第2電磁鐵(角偏向電磁鐵30)所構成。
並且，射束偏向單元16在能量分析電磁鐵24的下游側，且在作為橫向收斂要件之四極透鏡的上游側及下游側設置能量寬度限制分析狹縫27及能量分析狹縫28。
能量分析電磁鐵24及角偏向電磁鐵30構成為：使在高能量多段直線加速單元14被加速之高能量離子束偏向約180°。並且，能量分析電磁鐵24和角偏向電磁鐵30構成為各電磁鐵的偏向角度成為90度。
複數個偏向電磁鐵(能量分析電磁鐵24及角度偏向電磁鐵30)構成為：至少其中一個能夠個別設定極面角。並且，射束偏向單元16構成為藉由橫向收斂要件和複數個偏向電磁鐵來調整分散函數。並且，帶有極面角的偏向電磁鐵可具備面角調整裝置。並且，複數個偏向電磁鐵，為具有相同極面角的相同形狀的電磁鐵，並構成為以同一動作條件動作者。
橫向收斂要件的強度設定成：用由第2偏向電磁鐵產生之分散函數抵消由第1偏向電磁鐵產生之分散 函數而使分散函數實質上成為零；複數個偏向電磁鐵構成為：消除由在高能量多段直線加速單元14產生之能量寬度產生之射束的擴大，並將與沒有能量寬度之離子束和同等的離子束供給到射束輸送路線單元18。
在高能量多段直線加速單元14的出口部配設有縱向收斂調整機構(縱向收斂透鏡64b)和橫向收斂調整機構(橫向收斂透鏡64a)，並構成為將調整過的縱向收斂和橫向收斂之離子束射入到能量分析單元。
至少包括在射束輸送路線單元之各裝置為電場式，因此上述的高能量離子植入裝置能夠簡化裝置結構及使電源低輸出。
圖16(a)為表示從本實施形態之射束整形器32到射束掃描器34為止的概略構成之俯視圖；圖16(b)為表示從本實施形態之射束整形器32到射束掃描器34為止的概略構成之側視圖。
如圖16(a)、圖16(b)所示，電場式的射束掃描器34具有一對偏向電極87a、87b。而且，在偏向電極87a、87b的上方和下方配置有接地遮蔽板89。接地遮蔽板防止附帶在射束之二次電子從外側繞進並流入射束掃描器34的電極。亦可以從外側構成為若將一對偏向電極87a、87b的平行部之間的間隔設為W1，將偏向電極87a、87b的射束行進方向的長度設為L1，則滿足L1
Figure TWI613696BD00012
5W1。而且，亦可構成為電源(增幅器)能夠以0.5kHz~4kHz範圍的任意掃描頻率工作。而且，還可構成為若將 沒有平行部的一對偏向電極87a、87b之間的間隔設為D1，則滿足L1
Figure TWI613696BD00013
5D1。
通常為了使高能量射束充份地偏向，需要使射束長距離通過較高電場的內部。為了製作出較高的電場需要利用較高的電壓或縮小電極間隔。並且，射束掃描器中需要使用能夠使電壓以1kHz左右的頻率變化之高壓電源，但該種能夠在電源輸出較高電壓者一般很難得到。因此，需要縮小在射束掃描器中之偏向電極的間隔。
偏向電極87a、87b的間隔必須大於所通過之射束寬度。藉此決定電極的最小間隔。並且，電極的長度由射束能量、電場及所偏向之角度決定。並且，射束能量由裝置型號決定。電場由上述的條件決定。藉此，藉由決定所偏向之角度來決定電極的長度。
例如，本實施形態之射束掃描器中之左右掃描器電極的間隔設為60mm左右(假定射束尺寸最大為40mm，電極之間的耐壓沒有問題的程度)，掃描電極的射束行進方向寬度設為460mm。並且，掃描電壓為±30kV左右，掃描頻率為0.5~4kHz左右。
可構成為若將電場式射束掃描器34所具有之一對偏向電極87a、87b的平行部之間的間隔設為W1，將偏向電極的高度設為H1，則滿足H1
Figure TWI613696BD00014
1.5W1。為了遍及射束的整體而均一地進行掃描，需要掃描時的電場在上下方向上均一。因此，能夠藉由使用電極的高度充份高的偏向電極來使電場均一。
偏向電極87a(87b)為長方形的長板形狀，構成為與另一偏向電極87b(87a)的對置面由平面或曲面構成，且與對置面相反側的外側面呈段差形狀。
並且，偏向電極87a(87b)可構成為與另一偏向電極87b(87a)的對置面由二段平面構成，且與對置面相反側的外側面呈段差形狀。藉此提高加工性(製作性)。如此能夠藉由將外側面設為簡單的平面結構而降低加工費用。並且，藉由設為段差削去更多的外側，能夠減輕組件重量，並在進行安裝作業時減輕操作人員的負擔。
並且，偏向電極87a(87b)可構成為與另一偏向電極87b(87a)的對置面加工成鋸齒狀之段差。藉此，能夠抑制金屬污染的產生。
另外，如上述，期望射束掃描器的偏向電極的間隔為較狹窄者。然而，掃描過的射束具有寬度，因此若電極間隔過於狹窄，則射束會撞到電極。因此，一對偏向電極中，以掃描寬度還未擴大的上游側的間隙較窄的方式，將上游側的形狀設為相互平行的直線結構，並設為朝向掃描寬度擴大之下游以約±5度逐漸擴大之形狀。能夠將擴大部份設為曲線或者段差，但直線結構的加工更簡單且能夠以低成本製作。
高能量離子植入裝置100配置於電場式的射束掃描器34的射束路線下游側，還具備：在離子束的通過區域具有開口之上游側接地電極78a和下游側接地電極78b，及配置於上游側接地電極78a和下游側接地電極 78b之間之抑制電極74。
圖17為用以說明下游側接地電極的開口寬度、抑制電極的開口寬度、與上游側接地電極的開口寬度之大小關係之示意圖。可構成為若將上游側接地電極78a的開口78a1的寬度設為W1、抑制電極74的開口74a1的寬度設為W2、下游側接地電極78b的開口78b1的寬度設為W3，則各電極滿足W1
Figure TWI613696BD00015
W2
Figure TWI613696BD00016
W3。掃描過的射束隨著朝向下游橫向擴大，因此藉由構成為使抑制電極74和接地電極78a、78b各自的開口寬度滿足上述的關係，能夠使已掃描之射束不撞到各構件。
如圖16(a)所示，電場式的射束掃描器34的偏向角度可以係±5°以下。藉此，朝向在下游之電場式的射束平行化器36(參閱圖6)的射入角變小，抑制像差的產生。像差(射束平行化器的中心與端部的焦點距離之差)與該射入角的平方成比例而增大。
在電場式的射束掃描器34與電場式的射束平行化器36之間設置有用於使電場式的射束掃描器34的偏向角度變小之射束掃描空間96。藉此，能夠擴大電場式的射束掃描器34與電場式的射束平行化器36之間的間隔。因此，即使在電場式的射束掃描器34中之偏向角度較小，已掃描之射束亦能夠在到達電場式的射束平行化器36之前充份地擴大。因此，能夠抑制在電場式的射束平行化器36的射束的像差並確保足夠寬的掃描範圍。
可具備容納有電場式的射束掃描器34且設置 有射束掃描空間96之真空容器91，及連接於真空容器91且用於排出真空容器內部的氣體之真空泵(未圖示)。例如可在電場式的射速掃描器的位置設置用於確保真空度之渦輪分子泵，並在電場式的射束掃描器的正下方配置渦輪泵。藉此，能夠確保電場式的射束掃描器34的射束路線真空度。並且，能夠將由於離子碰撞到電場式的射束掃描器34附近的孔口(aperture)或電極等而產生的逸出氣體有效排出。藉此，如果能夠在產生源附近盡可能多地去除所產生之氣體，則向周圍擴散之氣體就會變少。而且，如果沒有不需要的氣體，就能夠不受該氣體妨礙而使射束通過，因此會提高射束的輸送效率。
電場式射束平行化器36(參閱圖6)構成為：焦點F位於夾著射束掃描空間96而配置於上游側之電場式的射束掃描器34所具有之一對偏向電極87a、87b之間的區域。掃描範圍為恆定時，射束平行化器的像差與其焦點距離的平方成反比，因此能夠藉由設置焦點距離較長的射束平行化器36抑制像差。
圖18為示意地表示射束平行化器的另一例之圖。圖18所示之電場式的射束平行化器136具有多段的平行化透鏡84a、84b、84c。藉此，能夠使掃描過的射束逐漸平行化，因此能夠縮小電場式的射束掃描器34與電場式的射束平行化器136之間的間隔，例如上述的射束掃描空間96的長度。因此，能夠縮短射束路線總長。
如圖1所示，本實施形態之高能量離子植入 裝置100利用第1區段、第2區段及第3區段構成高能量離子植入射束路線，前述第1區段包含具有離子源10之射束生成單元12和高能量多段直線加速單元14且具有較長的軌道，前述第2區段用於藉由包含射束偏向單元16之偏向部進行方向轉換，前述第3區段包含射束輸送路線單元18且具有較長的軌道；並且相對置地配置第1區段與第3區段而構成具有相對置之長直線部之U字狀的裝置佈局。
而且，如圖5所示，高能量離子植入裝置100在離子束生成單元12與高能量多段直線加速單元14之間以能夠向射束路線插入和退避之方式設置有測定離子束的總束電流量的注入器法拉第杯80a。
同樣地，在射束偏向單元16與射束輸送路線單元18之間以能夠向射束路線插入和退避之方式設置有測定離子束的總束電流量之分解器法拉第杯80b。
而且，如圖1所示，高能量離子植入裝置100還具備：配置於射束輸送路線單元18的下游側，且進行由離子植入而產生之處理之基板處理供給單元20。如圖6所示，基板處理供給單元20中，在離子植入位置的後方設置有測定離子束的總束電流量之固定式的橫長法拉第杯126。
而且，如圖1等所示，高能量離子植入裝置100構成為：藉由調整引出電極裝置(引出電極40：參閱圖2)、調整部(橫向收斂透鏡64a、縱向收斂透鏡64b：參 閱圖5)、電場式高能量射束調整部(軌道調整四極透鏡26：參閱圖5)、及電場式射束整形器32和電場式射束平行化器36，生成射束收斂發散量均質且軌道偏離較小的方向性均一的射束，並將該射束供給到電場式的射束掃描器34；前述引出電極裝置包括設置於離子束生成單元12之射束方向調整部，前述調整部進行設置於高能量多段直線加速單元14的末端內部之射束方向性及收斂發散的調整，前述電場式高能量射束調整部設置於能量分析單元(射束偏向單元16：參閱圖1)，射束輸送路線單元18具有前述電場式射束整形器32和電場式射束平行化器36。
如圖16所示，電場式的射束掃描器34可構成為使離子束向通常掃描範圍的更外側偏向，並導入到配設於電場式的射束平行化器36的前部之左右任一方的射束收集器部95a、95b，從而能夠暫時收集(dump)射束。
而且，電場式的射束掃描器34構成為能夠施加用於補正掃描範圍的左右偏離之偏移電壓(用於將電場為零之位置從左右的中心挪動之恆定電壓)。而且，射束掃描器34中，從調整為通過電場式的射束掃描器34中心附近之射束到達晶圓時的位置偏離倒算而決定偏移電壓，其構成植入角度/植入位置微調整系統的一部份。
在上述實施形態中，以電場式的射束平行化器為例進行了說明，根據情況可採用磁場式的射束平行化器。
圖19(a)為表示本實施形態的一態樣的射束平 行化器的大致構成之俯視圖；圖19(b)為表示本實施形態的一態樣的射束平行化器的概略構成的側視圖。尚且，對與圖6所示之平行化器36相同的構成標註相同元件符號並適當省略說明。
圖19(a)、圖19(b)所示之射束平行化器142，是利用具有複數對加速用電極143、144及複數對減速用電極145、146之加速減速電極透鏡群所構成，並構成為：將掃描過的離子束階段性地平行化。藉此，能夠減小施加於一個加速用電極或者一個減速用電極之電壓，因此能夠使電源簡單化和小型化，並且還能夠抑制放電的產生。
而且，加速用電極143的下游側的電極143b與減速用電極145的上游側的電極145a以成為相同電位之方式被導通，並連接有第1平行化電源147。而且，減速用電極145的下游側的電極145b與加速用電極144的上游側的電極144a以成為相同電位之方式被導通，並連接有第2平行化電源148。而且，加速用電極144的下游側的電極144b與減速用電極146的上游側的電極146a以成為相同電位之方式被導通，並連接有第1平行化電源147。尚且，加速用電極143的上游側的電極143a與減速用電極146的下游側的電極146b分別成為接地電位。如此，藉由將施加於部份電極之電壓設為相同，能夠減少所使用之電源。
另外，在複數對加速用電極143、144及複數 對減速用電極145、146中，可由配置於射束路線的最上游側之作為入口接地電極的電極143a，及與電極143a相鄰之電極143b構成抑制電子流入的第1抑制電極，並可由配置於射束路線的最下游側之作為出口接地電極的電極146b，及與電極146b相鄰之電極146a構成抑制電子流入之第2抑制電極。藉此，不需要另設抑制電極。
而且，若將藉由第1平行化電源147施加於加速用電極143的下游側的電極143b之電壓設為-V1[V](V1>0)，將藉由第2平行化電源148施加於減速用電極145的下游側的電極145b之電壓設為V2[V](V2>0)，將加速用電極143的2個電極143a、143b之間的間隔設為G1，將減速用電極145的2個電極145a、145b之間的間隔設為G2，則滿足以下關係者為佳。
|V1|/G1=|V1+V2|/G2
如此，藉由將加速用電極和減速用電極中之各電極之間的電場強度設為一樣，能夠均衡良好地對離子束進行加減速並且將其平行化。
並且，射束平行化器142構成為：剛要向前述射束平行化器射入之前的離子束的能量、與剛要從射束平行化器射出之後的離子束的能量相同。更詳細的說明如下，亦即射束平行化器142中，使射束平行化器142的射入電極(143a)和射出電極(146b)一同接地，並使加速間隙出口側的電極(143b、144b)和減速間隙入口側的電極 (145a、146a)，及減速間隙出口側的電極145b和加速間隙入口側的電極144a構成為正或者負的相同電位，以使藉由射速平行化器142被掃描之離子束的能量與藉由加速用電極對(143、144)及前述減速用電極對(145、146)被平行化之離子束的能量相同。
而且，射束平行化器142中，在掃描平面上藉由電極對形成之電場，使在射束路線上藉由射束掃描器在基準軌道的兩側被掃描之離子束向接近基準軌道側之方向階段性地偏向，設定各電極電位使得與基準軌道平行的軌道方向對齊。
圖20為表示本實施形態的變形例之射束平行化器的概略構成之俯視圖。圖20所示之射束平行化器161設置有包括加速用電極及減速用電極的3個平行透鏡162、163及164。藉由射束掃描器被偏向掃描之離子束向射束路線L1的下游擴大。因此，3個平行化透鏡162、163及164分別構成為從射束路線L1的上游側向下游側寬度逐漸變大。藉此，能夠使上游側的平行化透鏡小型化。
尚且，射束平行化器161可構成為被平行化後之離子束的掃描方向的寬度W1成為藉由射束掃描器被掃描之離子束射入到射束平行化器161時的寬度W2的2倍以上。藉此，能夠縮短從射束掃描器到射束平行化器為止的距離。
如圖6、圖19、圖20所示之加速用電極和減速用電極，本實施形態之射束平行化器由成對的弓形間隙 電極構成。而且，構成為加速用電極對的射束路線下游側的電極及減速用電極對的射束路線上游側的電極設為在各自的兩端連結並一體連續之電極單元。而且，上述的各射束平行化器的射入電極及射出電極為接地電極，但藉由將射入電極及射出電極中的一個設為接地電位，另一個設為特定電位，或者分別設為各自的特定電位，能夠將藉由射入到射束平行化器之射束平行化，從而使射出之離子束的能量發生變化。
藉此，本實施形態之高能量離子植入裝置能夠使高能量離子束保持束電流密度的均一性並且以較低的電壓工作，並且能夠得到使通過射束平行化器前後的射束能量不產生變化的電場。
而且，本實施形態之高能量離子植入裝置構成為使高能量離子束通過較長區間的電場來進行射束平行化。接著，還構成為利用能夠進行離子束的加減速的複數個電極透鏡群進行射束平行化，並且由弓形間隙電極對構成加減速的電極透鏡群，且構成為在通過前後不使射束能量發生變化。
藉此，平行化電源的控制及平行化電場本身的調整很容易，且能夠使平行度的精度和已平行化之射束的行進方向的角度精度變得良好。而且，能夠使左右(掃描)方向的射束路徑差對稱且左右均一，因此在高能量離子射束中能夠保持射束的收斂發散的均一性。其結果，能夠使平行度的精度和已平行化之射束的行進方向的角度精 度提高。更進一步，能夠幾乎使射束掃描範圍之高能量離子束的密度分布(輪廓)及射束尺寸的變化消失，能夠保持束電流密度的均一性。
並且，以將射束掃描偏向角度設為較小，將射束掃描寬度盡可能設為較小之方式構成之位於射束掃描器的下游的本實施形態之射束平行化器，對於射束掃描寬度狹窄的射入射束亦能夠緩慢地以高精度平行化至能夠掃描晶圓的寬度。其結果，能夠減少射束品質的變化來保持束電流密度的均一性。
尚且，加速減速電極透鏡群由n個加速用電極對及n個減速用電極對構成，並沿著射束路線依序配置有第1加速用電極對、第1減速用電極對、第2加速用電極對、第2減速用電極對、......、前述第n(n為1以上的奇數)加速用電極對、前述第n減速用電極對時，設為如下電位設定者為佳。具體而言，在加速減速電極透鏡群中，將第1加速用電極對的入口側電極的第1電位設為接地電位，將第1加速用電極對的出口側電極及第1減速用電極對的入口側電極的第2電位設為-V1[V](V1>0)，將第1減速用電極對的出口側電極及前述第2加速用電極對的入口側電極的第3電位設為V2[V](V2>0)，將第2加速用電極對的出口側電極及第2減速用電極對的入口側電極的第4電位設為-V1[V](V1>0)，將第2減速用電極對的出口側電極及第3加速用電極對的入口側電極的第5電位設為V2[V](V2>0)，將第n加速用電極對的出口側電 極的第(2n+1)電位設為接地電位。其中，可將第2電位與前述第3電位設定為滿足V1=V2，亦可設定為滿足V1≠V2。
圖21(a)為表示從本實施形態的變形例之最終能量過濾器到基板處理供給單元為止的概略構成之俯視圖；圖21(b)為表示從本實施形態的另一變形例之最終能量過濾器到基板處理供給單元為止的概略構成之側視圖。
圖21(a)、圖21(b)所示之最終能量過濾器149具有用於將已掃描之離子束向與掃描方向Y1正交之方向Z偏向之3對偏向電極151a、151b、152a、152b、153a及153b。偏向電極151a、151b、152a、152b、153a及153b配置於作為真空容器的AEF腔室102的內部。在各偏向電極形成有與射束路線L1的上方或者下方的空間連通之複數個孔154。複數個孔154形成為規則的或者不規則的排列以便保持電場的均一性。
從電氣觀點來看，不在偏向電極打孔而一體製作者為佳，才不會削弱電場。然而，無孔的偏向電極的情況下，相對置之偏向電極之間的空間近似密封狀態，真空度惡化。尤其，最終能量過濾器的偏向電極之間有在下游側的基板處理供給單元20中進行抗蝕劑晶圓植入時產生之氣體流入，其為很難逸出氣體的區域。其結果可想而知，放電的可能性提高，或射束的損失增加。因此藉由在電極打孔、改善電導，能夠保持良好的真空。另外，由孔引起的電場的削弱能夠藉由施加多餘的電壓來補充。
在最終能量過濾器149中，藉由使複數個孔154向與射束行進方向X1交叉的方向(掃描方向Y1)分散，從而能夠抑制離子束的偏向在掃描方向Y1上變得不均一的情況。
另外，在方法、裝置、系統等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的方式，作為本發明的方式亦是有效的。
14‧‧‧高能量多段直線加速單元
15a‧‧‧第1線型加速器
15b‧‧‧第2線型加速器
22b‧‧‧質量分析狹縫
24‧‧‧能量分析電磁鐵
26‧‧‧四極透鏡
27‧‧‧能量寬度限制狹縫
28‧‧‧能量分析狹縫
30‧‧‧偏向電磁鐵
32‧‧‧射束整形器
34‧‧‧射束掃描器
64a‧‧‧橫向收斂透鏡
64b‧‧‧縱向收斂透鏡
74‧‧‧抑制電極
76a‧‧‧接地電極
78a‧‧‧接地電極
78b‧‧‧接地電極
80a‧‧‧注入器法拉第杯
80b‧‧‧旋轉變壓器法拉第杯
82‧‧‧掃描器殼體
86a‧‧‧測定裝置
86b‧‧‧測定裝置
r‧‧‧曲率半徑
L‧‧‧離子束的中心軌道

Claims (16)

  1. 一種高能量離子植入裝置，其對從離子源引出的離子束進行加速，並沿著射束路線輸送到晶圓並植入到該晶圓；其特徵為，具備：射束生成單元，具有前述離子源和質量分析裝置；高能量多段直線加速單元，對前述離子束進行加速而生成高能量離子束；高能量射束的偏向單元，將前述高能量離子束朝向晶圓進行方向轉換；射束輸送路線單元，將偏向過的前述高能量離子束輸送到前述晶圓；及基板處理供給單元，將所輸送的前述高能量離子束均一地植入到前述晶圓；前述射束輸送路線單元具有：射束整形器、高能量用的電場式射束掃描器、高能量用的電場式射束平行化器、及高能量用的電場式最終能量過濾器；構成為藉由前述電場式射束掃描器及前述電場式射束平行化器對自前述偏向單元離開之前述高能量離子束進行射束掃描並且將其平行化，且藉由前述高能量用的電場式最終能量過濾器去除質量、離子價數及能量中至少一個不同的混入離子後植入到前述晶圓；前述偏向單元是以複數個偏轉電磁鐵所構成，並在前述複數個偏轉電磁鐵之間插入有至少1個橫向收斂要件。
  2. 如請求項1項所述之高能量離子植入裝置，其 中，在前述偏向單元的末端的偏向電磁鐵出口，前述橫向收斂要件的強度設定成：將離子束的能量分散函數與其變化率設成實質上為零。
  3. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中，前述橫向收斂要件調整能量分散函數與其變化率，以使在離子植入位置上離子束的剖面尺寸成為所希望的大小。
  4. 如請求項1至3中任一項之高能量離子植入裝置，其中，前述橫向收斂要件，是以1台四極透鏡或者2台以上的四極透鏡的組合透鏡所構成。
  5. 如請求項1至3中任一項之高能量離子植入裝置，其中，前述橫向收斂要件為四極電磁鐵或者靜電四極電極。
  6. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中，前述複數個偏向電磁鐵，是以進行用於能量分析之偏向的第1電磁鐵、和一邊使前述離子束的軌道偏向一邊嚴密控制向前述晶圓的射束植入角度的第2電磁鐵所構成。
  7. 如請求項6之高能量離子植入裝置，其中，在前述第1電磁鐵的下游側，且在作為前述橫向收斂要件的四極透鏡的上游側及下游側，設置能量寬度限制狹縫及能量分析狹縫。
  8. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中， 前述複數個偏向電磁鐵構成為：使在前述高能量多段直線加速單元被加速之前述高能量離子束偏向約180°。
  9. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中，前述複數個偏向電磁鐵具有第1電磁鐵和第2電磁鐵，並構成為各電磁鐵的偏向角度成為90度。
  10. 如請求項1至3中任一項之高能量離子植入裝置，其中，更具備真空容器，設置於前述複數個偏向電磁鐵之間；前述真空容器具備逸出氣體排出用的真空泵。
  11. 如請求項10之高能量離子植入裝置，其中，前述真空泵，為配置於前述偏向電磁鐵的泄露磁場較少的位置的磁懸浮式渦輪分子泵。
  12. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中，前述複數個偏向電磁鐵中的至少一個偏向電磁鐵構成為能夠個別設定極面角；並構成為：藉由前述橫向收斂要件和前述複數個偏向電磁鐵來調整分散函數。
  13. 如請求項12之高能量離子植入裝置，其中，帶有極面角之前述偏向電磁鐵具備面角調整裝置。
  14. 如請求項12之高能量離子植入裝置，其中，前述複數個偏向電磁鐵，為具有相同極面角的相同形狀之電磁鐵，並構成為以同一動作條件動作者。
  15. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中， 前述複數個偏向電磁鐵具有：第1偏向電磁鐵和第2偏向電磁鐵；前述橫向收斂要件的強度設定成：用以前述第2偏向電磁鐵所產生之分散函數抵消以前述第1偏向電磁鐵所產生之分散函數而使分散函數實質上為零；前述複數個偏向電磁鐵構成為：消除由在前述高能量多段直線加速單元產生之能量寬度產生之射束的擴大，並將與沒有能量寬度之離子束同等的離子束供給到前述射束輸送路線單元。
  16. 如請求項1之高能量離子植入裝置，其中，在前述高能量多段直線加速單元的出口部配設有：縱向收斂調整機構和橫向收斂調整機構，並構成為：將調整過的縱向收斂和橫向收斂之離子束射入到能量分析單元。
TW103114669A 2013-06-14 2014-04-23 高能量離子植入裝置 TWI613696B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013125512A JP6045445B2 (ja) 2013-06-14 2013-06-14 高エネルギーイオン注入装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201447960A TW201447960A (zh) 2014-12-16
TWI613696B true TWI613696B (zh) 2018-02-01

Family

ID=52018121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103114669A TWI613696B (zh) 2013-06-14 2014-04-23 高能量離子植入裝置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9368327B2 (zh)
JP (1) JP6045445B2 (zh)
KR (1) KR102085386B1 (zh)
TW (1) TWI613696B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9396903B1 (en) * 2015-02-06 2016-07-19 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method to control ion beam current
US9721750B2 (en) * 2015-07-28 2017-08-01 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Controlling contamination particle trajectory from a beam-line electrostatic element
CN106531605B (zh) * 2016-12-08 2018-06-05 苏州能讯高能半导体有限公司 一种离子注入设备及系统
CN108289367A (zh) * 2018-01-25 2018-07-17 中国科学院上海应用物理研究所 一种医用质子同步加速器
JP6982531B2 (ja) * 2018-03-26 2021-12-17 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置および測定装置
US10763071B2 (en) 2018-06-01 2020-09-01 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Compact high energy ion implantation system
US11164722B2 (en) * 2018-07-31 2021-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Ion implantation method
KR102506098B1 (ko) * 2019-09-11 2023-03-06 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 웨이퍼 결정 배향을 추정하는 방법 및 시스템
CN111146060B (zh) * 2019-12-23 2022-04-01 上海集成电路研发中心有限公司 一种高能离子注入机束流的调节装置和调节方法
CN112804810B (zh) * 2020-12-30 2024-03-29 兰州科近泰基新技术有限责任公司 一种紧凑型束流图像重现的传输系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002231178A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Sony Corp 縦型イオン注入装置
CN1672235A (zh) * 2002-07-31 2005-09-21 艾克塞利斯技术公司 用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线的方法
TW200820303A (en) * 2006-09-29 2008-05-01 Varian Semiconductor Equipment Technique for improved ion beam transport
US8035080B2 (en) * 2009-10-30 2011-10-11 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for increasing beam current above a maximum energy for a charge state

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5300891A (en) 1992-05-01 1994-04-05 Genus, Inc. Ion accelerator
JPH08212965A (ja) * 1995-01-31 1996-08-20 Ulvac Japan Ltd イオン注入装置
JP4138946B2 (ja) * 1998-06-11 2008-08-27 株式会社アルバック イオン注入装置
JP3448731B2 (ja) 1998-06-19 2003-09-22 住友イートンノバ株式会社 イオン注入装置
JP4252237B2 (ja) * 2000-12-06 2009-04-08 株式会社アルバック イオン注入装置およびイオン注入方法
JP3680274B2 (ja) * 2002-03-27 2005-08-10 住友イートンノバ株式会社 イオンビームの電荷中和装置とその方法
JP4133883B2 (ja) 2003-12-04 2008-08-13 日新イオン機器株式会社 イオンビーム装置
JP4964413B2 (ja) 2004-11-30 2012-06-27 株式会社Ｓｅｎ イオンビーム／荷電粒子ビーム照射装置
JP4471009B2 (ja) 2008-02-12 2010-06-02 日新イオン機器株式会社 イオン注入方法およびイオン注入装置
JP5963662B2 (ja) * 2012-12-04 2016-08-03 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置
JP6076834B2 (ja) * 2013-05-28 2017-02-08 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 高エネルギーイオン注入装置
JP6053611B2 (ja) * 2013-05-27 2016-12-27 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 高エネルギーイオン注入装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002231178A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Sony Corp 縦型イオン注入装置
CN1672235A (zh) * 2002-07-31 2005-09-21 艾克塞利斯技术公司 用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线的方法
TW200820303A (en) * 2006-09-29 2008-05-01 Varian Semiconductor Equipment Technique for improved ion beam transport
US8035080B2 (en) * 2009-10-30 2011-10-11 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for increasing beam current above a maximum energy for a charge state

Also Published As

Publication number Publication date
US20140366801A1 (en) 2014-12-18
KR20140145975A (ko) 2014-12-24
US9368327B2 (en) 2016-06-14
JP6045445B2 (ja) 2016-12-14
KR102085386B1 (ko) 2020-03-05
TW201447960A (zh) 2014-12-16
JP2015002048A (ja) 2015-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI613696B (zh) 高能量離子植入裝置
KR102195201B1 (ko) 고에너지 이온주입장치, 빔전류조정장치, 및 빔전류조정방법
TWI621149B (zh) High energy ion implantation device
TWI613695B (zh) 高能量離子植入裝置
TWI606496B (zh) High-energy ion implanter
JP5963662B2 (ja) イオン注入装置
TWI614787B (zh) 高能量精度的高頻加速型離子加速／輸送裝置
TWI662581B (zh) 高能量離子植入裝置、射束平行化器及射束平行化方法
CN104183448B (zh) 高能量精度的高频加速式离子加速/传输装置