TWI621149B - High energy ion implantation device - Google Patents

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TWI621149B
TWI621149B TW103113408A TW103113408A TWI621149B TW I621149 B TWI621149 B TW I621149B TW 103113408 A TW103113408 A TW 103113408A TW 103113408 A TW103113408 A TW 103113408A TW I621149 B TWI621149 B TW I621149B
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Mitsuaki Kabasawa
Kazuhiro Watanabe
Haruka Sasaki
Kouji Inada
Makoto Sano
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Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
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Abstract

提供一種高能量離子植入裝置,其維持掃描過的高能量離子束的植入離子密度的均一性,並且提高異質離子的去除性能。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;高頻多段直線加速單元;偏向單元,包括以運動量進行離子的過濾之磁場式能量分析裝置;射束輸送路線單元;及基板處理供給單元。該裝置中,除了作為運動量過濾器的磁場式質量分析裝置,及作為能量分析裝置、速度過濾器的高頻多段直線加速單元之外,還有藉由電場使高能量掃描束向上下方向偏向之電場式的最終能量過濾器被插入到電場式射束平行化器與晶圓之間。

Description

高能量離子植入裝置
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半導體晶圓來將雜質添加到半導體晶圓的結晶中從而使導電性發生變化,並使半導體晶圓半導體元件化。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,並打入到半導體晶圓。
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半導體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,一邊使碟盤以每分鍾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平行透鏡(專利文獻4)。電場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
本發明係有鑒於這樣的狀況而完成者,其目 的之一為提供一種可以精度良好地把掃描過的高能量的離子束進行離子植入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,乃是對從離子源引出之離子束進行加速,沿著射束路線輸送到晶圓,並植入到該晶圓中之高能量離子植入裝置。該裝置具備:射束生成單元,具有離子源與質量分析裝置;高頻多段直線加速單元,對離子束進行加速而生成高能量離子束;偏向單元,包括將高能量離子束朝向晶圓一邊進行方向變換,並且以運動量進行離子的過濾之磁場式的能量分析裝置;射束輸送路線單元,將已偏向之高能量離子束輸送到晶圓;以及基板處理供給單元,將輸送了高能量離子束均一地植入到半導體晶圓。射束輸送路線單元,具有高能量用的射束掃描器、以及高能量用的電場式射束平行化器。而且,高能量離子植入裝置構成為:藉由射束掃描器及電場式射束平行化器,對從偏向單元離開之高能量離子束進行射束掃描並將其平行化,從而植入到晶圓。而且,在高能量離子植入裝置中,除了作為運動量過濾器的磁場式質量分析裝置、以及作為能量分析裝置、速度過濾器的高頻多段直線加速單元之外,還有藉由電場使高能量掃描束向上下方向偏向之電場式最終能量過濾器被插入在電場式射束平行化器與晶圓之間。
根據本發明的一態樣,能夠精度良好地把掃描過的高能量的離子束進行離子植入。
10‧‧‧離子源
12‧‧‧離子束生成單元
14‧‧‧高能量多段直線加速單元
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
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
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
48‧‧‧端子
50‧‧‧電源
52‧‧‧輸入裝置
54‧‧‧控制運算裝置
56‧‧‧振幅控制裝置
58‧‧‧相位控制裝置
60‧‧‧頻率控制裝置
62‧‧‧高頻電源
64‧‧‧收斂發散透鏡
66‧‧‧收斂發散透鏡電源
68‧‧‧顯示裝置
70‧‧‧記憶裝置
74‧‧‧抑制電極
80a、80b‧‧‧法拉第杯
82‧‧‧掃描器殼體
84‧‧‧平行化透鏡
84‧‧‧電場平行化透鏡
86a‧‧‧測定裝置
87‧‧‧上磁軛
87a‧‧‧偏向電極
100‧‧‧高能量離子植入裝置
102‧‧‧AEF腔室
104‧‧‧AEF電極
108‧‧‧接地電極
110‧‧‧抑制電極
110‧‧‧AEF抑制電極
114‧‧‧撞擊板
116‧‧‧處理腔室
118‧‧‧能量限制狹縫
122‧‧‧劑量杯
138‧‧‧最終能量過濾器
139a‧‧‧上側偏向電極
139b‧‧‧下側偏向電極
142‧‧‧第1電源
143‧‧‧第2電源
144‧‧‧上游側接地電極
145‧‧‧下游側接地電極
146‧‧‧角能量過濾器
147‧‧‧開口部
148‧‧‧最終能量過濾器
161a、162a‧‧‧偏向電極
162a1‧‧‧彎曲面
165‧‧‧最終能量過濾器
166a‧‧‧偏向電極
169‧‧‧石墨
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的一態樣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16(b)為表示從本實施形態的一態樣的最終能 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17〕為用以說明下游側接地電極的開口、AEF抑制電極的開口、與上游側接地電極的開口之大小關係之示意圖。
〔圖18〕圖18(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18(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19〕為表示從有關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20〕圖20(a)、圖20(b)為表示有關本實施形態的另一變形例的偏向電極之一例之示意圖。
〔圖21〕為表示有關本實施形態的另一變形例之最終能量過濾器的一例之示意圖。
〔圖22〕圖22(a)為表示從有關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俯視圖;圖22(b)為表示從有關本實施形態的另一變形例之一態樣的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。
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平行化透鏡和電場(電極式)能量過濾器(AEF:Angular Energy Filter),則可解決這些問題。電場平行化透鏡,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佈和植入量(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平行化透鏡和電場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平行化透鏡和電場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。
本發明的一態樣,為以這樣的射束路線的佈局為前提而完成者,其目的為提供一種藉由電場將已掃描之高能量的離子束左右對稱地平行化,因此在逸出氣體較多的環境下,亦能夠精度良好地進行離子植入之高能量離子植入裝置。
而且,本發明的另一態樣係以這樣的射束路線的佈局為前提而完成者,其目的為提供一種能夠在不影響掃描過的射束的離子密度的一致性而嚴密地過濾高能量的離子束,並將與習知之相比不僅能量純度高而且微粒和金屬污染亦較少的非常純粹的離子束植入到晶圓之高能量離子植入裝置。
在此,本發明的一態樣的高能量離子植入裝置,乃是對以離子源所產生之離子進行加速,沿著射束路線輸送離子束到晶圓,並植入到該晶圓中之高能量離子植入裝置;該裝置具備:射束生成單元,具有離子源與質量分析裝置;高頻多段直線加速單元,對離子束進行加速而生成高能量離子束;偏向單元,包括將高能量離子束朝向 晶圓一邊進行方向變換,並且以運動量進行離子的過濾之磁場式的能量分析裝置;射束輸送路線單元,將已偏向之高能量離子束輸送到晶圓;以及基板處理供給單元,將輸送了高能量離子束均一地植入到半導體晶圓。射束輸送路線單元具有高能量用射束掃描器和高能量用電場式射束平行化器,並構成為藉由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並將其平行化。
在該構成中,高頻多段直線加速單元為速度過濾器,磁場式質量分析裝置和能量分析裝置為運動量過濾器。除此之外,將藉由電場使高能量掃描束向上下方向偏向之電場式最終能量過濾器,插入到電場式射束平行化器與晶圓之間的話,則能夠維持掃描束的離子密度的均一性,並且提高異質離子的去除性能。以下,對該高能量離子束的過濾進行詳細說明。
在構成高能量多段直線加速單元之高頻線型加速器(線型加速器)的加速間隙中,產生最大電位差90kV的高頻電場,關於該電場的方向,約每37ns切換成對離子進行加速的方向和減速的方向。為了將離子束加速到高能量,原則上,在離子進入到加速間隙時在所有24~36處的加速間隙,電場必須朝向加速方向。加速間隙和加速間隙之間成為漂移管和前述之收斂透鏡等電場被屏蔽之空間(漂移空間),在某一加速間隙被加速之離子在下一個加速間隙的電場朝向加速方向之前必須通過該漂移 空間。過快或過慢都會在下一個加速間隙被減速,因此無法到達高的能量。亦即,對離子的速度有嚴格的限制。很好地跟上加速相位之離子的速度會越來越快,因此在所有的加速間隙都跟上加速相位成為非常嚴格的條件。達到預定能量之離子束,為通過了基於高頻線型加速器的針對質量、能量及電荷(決定速度的要因)的嚴格挑選之結果;這表示高頻線型加速器亦是優秀的速度過濾器。
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。該力的配合用以下的公式來表示。
mv2/r=qvB
其中,m為離子的質量、v為速度、r為軌跡的曲率半徑,只有該r與偏向電磁鐵的磁極中心半徑一致之離子才能通過偏向電磁鐵(及下游的狹縫)。Q為離子的電荷,B為偏向電磁鐵的磁場(磁通密度)。該公式替換成如下:mv=qBr...(1)表示離子的價數相同時,能夠通過施加有一定的磁場B之偏向電磁鐵的為只有具有特定運動量mv之離子。
如此,線型加速器為速度過濾器,偏向電磁鐵為運動量過濾器,更進一步,藉由在射束輸送路線單元的末端設置利用電場的能量過濾器,從而建成非常嚴格的 系統。通過利用電場的偏向電極時的離子,仍受到離心力和庫倫力的作用,該些力相互配合。
mv2/r=qE其中,E為電場,對以間隔g擺放的2片偏向電極施加+V和-V時,為E=2V/g。只有軌道的曲率半徑r與偏向電極的中心半徑一致之離子才能通過該偏向電極(及下游的狹縫)。該公式替換成如下:mv2/2=qEr/2=qVr/g...(2)表示離子的價數相同時,能夠通過施加有一定電壓的一定的曲率半徑的偏向電極的離子,為只有具有特定運動能量mv2/2之離子。
如此,在從離子源到晶圓為止的前述構成的射束路線,設置有相對於高能量射束的3種4層的過濾器,能夠將純度較高的射束供給到晶圓。
而且,將最終能量過濾器作為電場方式,藉由向與掃描平面正交之方向偏向,從而在掃描方向上不會在軌道上產生路徑差(由掃描位置得到的射束軌道的長度之差),因此能夠不影響所植入的離子密度的均一性而進行能量過濾。
終能量過濾器具有:用於將掃描過的離子束向偏向到與掃描方向正交之方向之n對(n為1以上的整數)偏向電極。n對偏向電極中的各對偏向電極沿著射束 路線隔著間隔而配置,偏向電極乃是向離子束的行進方向及掃描方向擴大之板狀構件,且配置成以每對偏向電極從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置,n對偏向電極構成為偏向角從射束路線的上游側朝向下游側逐漸增大。藉由如此構成電極,能夠對前述之高能量射束進行藉由電場進行的過濾。
根據本發明的一態樣,高能量的離子束被嚴密地過濾,因此將與習知之相比不僅能量純度高,而且已離子化之異物(微粒)和異種金屬離子(金屬污染)亦較少的非常純粹的高能量離子束,供給到晶圓。而且,與藉由一台平行化電磁鐵進行過濾不同,能夠不影響已掃描之射束的離子密度的一致性而進行過濾。藉此,能夠進行摻雜物的純度、植入深度的精度及晶圓面內分佈的一致性較高的高精度的高能量離子植入。
在此,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佈。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半導體晶圓。
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,在射束偏向單元16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佈等;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取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)係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)係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[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)或電場透鏡(例如電場四極電極),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,其用於操作人員輸入所需的條件;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),形成能量分佈。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。
具有能量分佈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,空間上的分佈被清晰地截斷,但能量分佈以與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,因此能量分佈亦與空間分佈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佈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 的分佈。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佈而通過狹縫時相比,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佈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佈變成前述圓頂狀分佈的能量的正(plus)側的一半,其分佈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%。使分佈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27、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,依掃描電壓的週期性變動,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的後方具備射束駐留(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。
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,則向半導體晶圓植入離子束時,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。
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上配置有電場平行化透鏡84。如圖6所示,電場平行化透鏡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。
中間的電極結構體中,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基準軸平行的方向。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。
自電場平行化透鏡84離開之離子束送至電場最終能量過濾器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佈(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。
(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,即使不是熟練人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,藉由因使用電場平行透鏡、電場式掃描器和電場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。
圖16(a)為表示從本實施形態的一態樣的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16(b)為表示從本實施形態的一態樣的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(a)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俯視圖;圖22(b)為表示從本實施形態的另一變形例所涉及一態樣的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16(a)、圖16(b)所示之最終能量過濾器138具有:用於將已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之3對偏向電極139a、139b、140a、140b及141a、141b。另外,偏向電極的數量可以為n對(n為1以上的整數)。3對偏向電極中各對的偏向電極沿著射束路線L1隔著間隔而配置。各偏向電極為向射束行進方向X1及掃描方向Y1擴大之板狀構件,按每對偏向電極配置成以從上下方向夾著射束路線L1之方式隔著預定間隔相對置。而且,3對偏向電極139a、139b、140a、140b、141a及141b構成為:偏向角從射束路線L1的上游側朝向下游側逐漸增大。
如上述,本實施形態的一態樣的射束掃描方式的高能量離子植入裝置具有使已掃描之高能量的離子束保持束電流密度的均一性,而且偏向角度的精度良好的最終能量過濾器138。該最終能量過濾器138為使射束向與掃描方向Y1正交之方向Z(參閱圖16(b))偏向之電場方式的射束能量/價數比選擇能量過濾器。
上述的最終能量過濾器138藉由使用3對偏向電極而在利用電場之較長區間使離子束逐漸偏向,因此 發揮精度較高的高能量過濾器的作用。藉此,能夠使已掃描之高能量的離子束高精度偏向,並照射到晶圓200。而且,能夠使射束的品質的變化較小而保持束電流密度的均一性,因此能夠以高精度選擇所希望的能量/價數的離子並植入到晶圓中。
而且,3對偏向電極139a、139b、140a、140b、141a及141b中配置於射束路線L1的上方之3個上側偏向電極139a、140a及141a與第1電源142連接,以成為彼此相同的第1電位。同樣地,配置於射束路線的下方之3個下側偏向電極139b、140b及141b與第2電源143連接,以成為彼此相同的第2電位。藉此,與在每個偏向電極設置電源相比,抑制了電源的數量。
偏向電極139a、139b、140a、140b、141a及141b之與射束路線L1相對置之內表面由平面構成。並且,3對偏向電極139a、139b、140a、140b、141a及141b的各自的內表面的朝向配置為與所偏向之離子束的軌道近似。電場型的最終能量過濾器138的電極的理想形狀為圓筒形。因此,只使用1對平板電級則很難進行理想的偏向。因此,例如藉由使對射束軌道的影響縮小到最小的範圍內由複數個平面構成,能夠進行沿著射束路線之精度較高的理想的偏向。而且,藉由利用偏向電極的平面,與圓筒和曲面相比容易機械加工並能夠以低成本製作。
另外,偏向電極的射束行進方向X1的寬度(長度)在夾有射束路線L1的上下兩側不同,因此,可
使在上下的偏向電極之分割數不同。例如,可將上側偏向電極設為n段(n分割),可將下側偏向電極設為m段(m分割:n≠m)。亦即,上側偏向電極和下側偏向電極的各自的數量無需一定一致,一側可以比另一側多亦可以比另一側少。
n個上側偏向電極可具有彼此相同的形狀,n個下側偏向電極亦可具有彼此相同的形狀。藉此,構件可以共用,因此能夠降低製造成本。另外,各偏向電極構成為能夠在軌道上移動。藉此,維修性得到改善。而且,藉由提高軌道的定位精度,從而可在適當的位置配置偏向電極。
上述之3個上側偏向電極139a、140a及141a包括射束行進方向X1的長度不同之複數種偏向電極。而且,3個下側偏向電極139b、140b及141b包括射束行進方向X1的長度不同之複數種偏向電極。藉此,即使係與射束路線相對置之內表面由平面構成之偏向電極,亦能夠實現接近理想的離子束的偏向面(圓弧面)。
而且,本發明人等深入研究的結果可知,偏向電極由3對構成為較佳。對偏向電極的分割數量進行各種變更而進行電場計算的結果,可知上下都設為3分割時可以足以忽略對射束軌道的影響,並且能夠使分割數最小。此時,由於以平面近似圓筒,因此在軌道上產生輕微的誤差。這是因為,如果電極係圓筒的一部份(圓弧),則射束軌道上的電場會一直均一,但是以複數個平面近似 時電場不會均一。因此,為了補正這一點,以稍微改變從理想的射束軌道中心到上下的平面偏向電極為止的距離。具體而言,可使從射束路線軌道的中心到位於上側的上側偏向電極為止的距離比到位於下側的下側偏向電極為止的距離大1%左右。
在最終能量過濾器138的射束路線下游側配置有在離子束的通過區域具有開口之上游側接地電極144和下游側接地電極145,及配置在上游側接地電極144與下游側接地電極145之間的AEF抑制電極110。並且,如圖16(b)所示,各電極的開口部構成為若將上游側接地電極144的開口面積設為S1,將AEF抑制電極110的開口面積設為S2,將下游側接地電極145的開口面積設為S3則滿足S1<S2、S2<S3。射束撞到AEF抑制電極110時電子被放出,這成為放電的原因。因此,藉由將AEF抑制電極110的開口面積設為比上游側接地電極144及下游側的接地電極145的開口面積更大,從而使離子束難以撞到AEF抑制電極110。
接著,對上游側接地電極144、AEF抑制電極110及下游側的接地電極145各自的開口大小進一步進行詳細說明。圖17為用以說明下游側接地電極的開口、AEF抑制電極的開口、與上游側的接地電極的開口之間之大小關係之示意圖。若將上游側接地電極144的開口144a的寬度和長度設為W1和H1,將抑制電極110的開口110a的寬度和長度設為W2和H2,將下游側的接地電極 145的開口145a的寬度和長度設為W3和H3,則各電極構成為滿足W1<W2、W3<W2及H1<H2、H3<H2。另外,上游側接地電極144的開口144a與下游側的接地電極145的開口145a可以為相同大小。亦即,開口144a與開口145a構成為滿足W1=W3、H1=H3
而且,在偏向電極的端部區域R3的下游側,在掃描方向Y1的左右兩側各設置一個作為測定植入時的離子束的電流量之電流測定裝置的劑量杯122。各偏向電極構成為在比可有效進行針對晶圓的離子植入之有效植入區域R2更靠外側的端部區域R3,亦能夠使已掃描之高能量離子束向與掃描方向正交之方向Z偏向。藉此,能夠在比有效植入區域R2更大的區域進行離子束的偏向,在有效植入區域R2中的電場的均一性得以提高。
而且,AEF抑制電極110構成為抑制不需要的電子射入到劑量杯122或逃出劑量杯。藉此,最終能量過濾器138的AEF抑制電極110兼用作劑量杯122的抑制電極,因此能夠減少構成射束路線之構件的數量。例如,在劑量杯122的入口附近不需要用於以足夠小於該開口寬度的拉莫爾半徑使不需要的電子旋轉而抑制電子向劑量杯進出之永久磁鐵,能夠將電流測定裝置整體小型化。
因此,電流測定裝置的設置空間可較小,並能夠減少由電流測定裝置產生之射束損失。而且,能夠藉由減少構件的數量來降低成本。除此之外,電流測定裝置配置在最終能量過濾器138的下游側附近時,在電流測定 裝置附近會產生由偏向電極產生之較強的電場。在這樣的狀況下,若設置有用於電流測定裝置之磁鐵,則由該磁鐵產生之磁場與由偏向電極產生之較強磁場重叠,有可能產生複雜且難以預測的電子的運動。此時,該些電子進入電流測定裝置而被計量,從而導致錯誤地計量束電流。但是,如果係本實施形態之最終能量過濾器138,就能夠避免這樣的問題。
而且,在構成最終能量過濾器138的一部份之角能量過濾器(AEF)146中,預想在偏向電極之間直線進行之中性粒子尤其撞擊下游側的偏向電極(例如圖16(b)所示之偏向電極141a)的內表面。若粒子撞擊偏向電極,則該部份被集中磨損(濺射)而電極的形狀發生變化,因此電場的均一性惡化。其結果,射束的軌道被歪曲,有可能無法控制高精度的植入角度。
在此,如圖22(a)及圖22(b)所示,本實施形態的另一變形例之最終能量過濾器138中,位於中性粒子在偏向電極之間直線進行的位置的偏向電極141a的一部份形成有開口部147,以使粒子不撞擊該部份。並且,如前述,在AEF腔室102的出口側設置有接收未被角能量過濾器146偏向而直線進行之中性粒子等的撞擊板114。藉此,避免中性粒子等集中撞擊偏向電極的內表面。
另外,可設法在與開口部147相應之位置以形成相鄰之偏向電極之間的間隙之方式配置各偏向電極。 藉此,無需在偏向電極本身設置開口部,就能夠形成均一的電場。而且,中性粒子和能量污染成份不撞擊偏向電極而直線進行而通過,藉此由撞擊產生的二次電子的產生得以抑制。
接著,說明有關變形例。圖18(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18(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。另外,關於圖16和圖22所示之與最終能量過濾器相同的構成,適當省略說明。
圖18(a)、圖18(b)所示之最終能量過濾器148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148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。
圖19為表示從有關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。另外,關於圖16和圖22所示之與最終能量過濾器相同的構成,適當省略說明。
圖19所示之最終能量過濾器165具有用於使已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向Z偏向之3對偏向電極166a、166b、167a、167b、168a及168b。偏向電極166a、166b、167a、167b、168a及168b配置於作為真空容器的AEF腔室102的內部。各偏向電極的與射束路線相對置之內表面側由石墨169構成。
最終能量過濾器165為離子束所包含的雜質的過濾器,雜質撞到偏向電極,從而偏向電極的表面被濺射。因此,藉由由雜質極少的石墨169形成偏向電極的至少內表面,從而能夠抑制對晶圓200的金屬污染。另外,可由石墨構成偏向電極整體,或者,可在偏向電極中,只有離子束所包含之雜質更容易撞到的一部份區域由石墨構成。另外,石墨169的表面形狀為波形。藉此,能夠抑制 從石墨表面產生的濺射的影響。
圖20(a)、圖20(b)為表示本實施形態的另一變形例之偏向電極一例之示意圖。
圖20(a)所示之最終能量過濾器具有用於使已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之一對偏向電極161a、161b。一對偏向電極161a、161b彼此沿著射束路線隔著間隔而配置,且配置成以彼此從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置。一對偏向電極161a、161b彼此沿著射束路線隔著間隔而配置,且配置成以彼此從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置。
而且,圖20(a)所示之最終能量過濾器具有用於使已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向的1對偏向電極162a、162b。一對偏向電極162a、162b彼此沿著射束路線隔著間隔而配置,且配置成以彼此射束路線從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置。而且,一對偏向電極162a、162b的與射束路線相對置之內表面由具有複數個段的彎曲面162a1、162a2、162a3、162b1、162b2、162b3構成,以使偏向角從射束路線L1的上游側朝向下游側逐漸變大。
根據這些形態,使用內表面由圓弧狀的曲面或者由具有複數個段的彎曲狀的平面構成的一對偏向電極逐漸使離子束偏向,因此發揮精度較高的高能量過濾器的作用。
圖21為表示有關本實施形態的另一變形例之最終能量過濾器的一例之示意圖。
圖21所示之最終能量過濾器210具有用於使已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之3對偏向電極212a、212b、214a、214b、216a及216b。3對偏向電極包括與離子束的中心軌道(射束路線L1)之間的間隔不同之上下非對稱的複數種偏向電極。具體而言,將一對偏向電極212a、212b中任意一個與射束路線L1之間的間隔G1、一對偏向電極214a、214b中任意一個與射束路線L1之間的間隔G2,及一對偏向電極216a、216b中任意一個與射束路線L1之間的間隔G3設定成分別不同之間隔。而且,一對上側偏向電極214a與下側偏向電極214b彼此為不同之形狀。
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。

Claims (13)

  1. 一種高能量離子植入裝置,其對從離子源引出之離子束進行加速,沿著射束路線輸送到晶圓並植入到該晶圓中;其特徵為,具備:射束生成單元,具有離子源和質量分析裝置;高頻多段直線加速單元,其對前述離子束進行加速而生成高能量離子束;偏向單元,包括一邊使前述高能量離子束朝向晶圓進行方向轉換一邊以運動量進行離子的過濾之磁場式的能量分析裝置;射束輸送路線單元,其將偏向過的高能量離子束輸送到晶圓;以及基板處理供給單元,將所輸送的高能量離子束均一地植入到半導體晶圓中;前述射束輸送路線單元具有:高能量用射束掃描器、和高能量用電場式射束平行化器;構成為:藉由前述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高能量離子束進行射束掃描並且將其平行化,從而植入到前述晶圓中;除了作為運動量過濾器的磁場式的前述質量分析裝置,及作為能量分析裝置、速度過濾器的高頻多段直線加速單元之外,還有藉由電場使高能量掃描束向上下方向偏向之電場式的最終能量過濾器,被插入到前述電場式射束平行化器與晶圓之間;前述最終能量過濾器具有:用於將已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之n對(n為1以上的整數)偏向電極;前述n對偏向電極的各對偏向電極沿著射束路線隔著間隔而配置;前述偏向電極為向離子束的行進方向及掃描方向擴大之板狀構件,且配置成以每對偏向電極從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置;前述n對偏向電極構成為:偏向角從射束路線的上游側朝向下游側逐漸增大;該高能量離子植入裝置更具備:上游側接地電極和下游側接地電極,配置於前述最終能量過濾器的射束路線的下游側,並在離子束的通過區域具有開口;抑制電極,配置於前述上游側接地電極與前述下游側電極之間;以及電流測定裝置,其設置於前述偏向電極的下游側並測定植入時的離子束的電流量;前述偏向電極構成為:在比可有效進行對晶圓的離子植入之有效植入區域更靠外側的端部區域,亦能夠使已掃描之高能量離子束向與掃描方向正交之方向偏向;前述電流測定裝置配置於前述偏向電極的前述端部區域的下游;前述抑制電極構成為:抑制電子從前述電流測定裝置流出。
  2. 如請求項1之高能量離子植入裝置,其中,前述n對偏向電極中配置於射束路線上方的n個上側偏向電極構成為彼此相同的第1電位;前述n對偏向電極中配置於射束路線下方的n個下側偏向電極構成為彼此相同的第2電位。
  3. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述偏向電極的與射束路線相對置之內表面由平面構成;前述n對偏向電極的各自的內表面的朝向配置成與所偏向的離子束的軌道近似。
  4. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述n個上側偏向電極具有彼此相同的形狀,前述n個下側偏向電極具有彼此相同的形狀。
  5. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述n個上側偏向電極包括射束行進方向的長度不同之複數種偏向電極。
  6. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述n個下側偏向電極包括射束行進方向的長度不同之複數種偏向電極。
  7. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述n個上側偏向電極或/及n個下側偏向電極包括與離子束的中心軌道的間隔不同之上下非對稱的複數種偏向電極。
  8. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述n對偏向電極由3對構成。
  9. 一種高能量離子植入裝置,其對從離子源引出之離子束進行加速,沿著射束路線輸送到晶圓並植入到該晶圓中;其特徵為,具備:射束生成單元,具有離子源和質量分析裝置;高頻多段直線加速單元,其對前述離子束進行加速而生成高能量離子束;偏向單元,包括一邊使前述高能量離子束朝向晶圓進行方向轉換一邊以運動量進行離子的過濾之磁場式的能量分析裝置;射束輸送路線單元,其將偏向過的高能量離子束輸送到晶圓;以及基板處理供給單元,將所輸送的高能量離子束均一地植入到半導體晶圓中;前述射束輸送路線單元具有:高能量用射束掃描器、和高能量用電場式射束平行化器;構成為:藉由前述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高能量離子束進行射束掃描並且將其平行化,從而植入到前述晶圓中;除了作為運動量過濾器的磁場式的前述質量分析裝置,及作為能量分析裝置、速度過濾器的高頻多段直線加速單元之外,還有藉由電場使高能量掃描束向上下方向偏向之電場式的最終能量過濾器,被插入到前述電場式射束平行化器與晶圓之間;前述最終能量過濾器具有:用於將已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之n對(n為1以上的整數)偏向電極;前述n對偏向電極的各對偏向電極沿著射束路線隔著間隔而配置;前述偏向電極為向離子束的行進方向及掃描方向擴大之板狀構件,且配置成以每對偏向電極從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置;前述n對偏向電極構成為:偏向角從射束路線的上游側朝向下游側逐漸增大;該高能量離子植入裝置更具備:上游側接地電極和下游側接地電極,配置於前述最終能量過濾器的射束路線的下游側,並在離子束的通過區域具有開口;以及抑制電極,配置於前述上游側接地電極與前述下游側電極之間;若將上游側接地電極的開口的寬度和長度設為W1和H1、抑制電極的開口的寬度和長度設為W2和H2、下游側接地電極的開口的寬度和長度設為W3和H3,則滿足W1<W2、W3<W2及H1<H2、H3<H2
  10. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述偏向電極構成為:在比可有效進行對晶圓的離子植入之有效植入區域更靠外側的端部區域,亦能夠使已掃描之高能量離子束向與掃描方向正交之方向偏向。
  11. 一種高能量離子植入裝置,其對從離子源引出之離子束進行加速,沿著射束路線輸送到晶圓並植入到該晶圓中;其特徵為,具備:射束生成單元,具有離子源和質量分析裝置;高頻多段直線加速單元,其對前述離子束進行加速而生成高能量離子束;偏向單元,包括一邊使前述高能量離子束朝向晶圓進行方向轉換一邊以運動量進行離子的過濾之磁場式的能量分析裝置;射束輸送路線單元,其將偏向過的高能量離子束輸送到晶圓;以及基板處理供給單元,將所輸送的高能量離子束均一地植入到半導體晶圓中;前述射束輸送路線單元具有:高能量用射束掃描器、和高能量用電場式射束平行化器;構成為:藉由前述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高能量離子束進行射束掃描並且將其平行化,從而植入到前述晶圓中;除了作為運動量過濾器的磁場式的前述質量分析裝置,及作為能量分析裝置、速度過濾器的高頻多段直線加速單元之外,還有藉由電場使高能量掃描束向上下方向偏向之電場式的最終能量過濾器,被插入到前述電場式射束平行化器與晶圓之間;前述最終能量過濾器具有:用於將已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之n對(n為1以上的整數)偏向電極;前述n對偏向電極的各對偏向電極沿著射束路線隔著間隔而配置;前述偏向電極為向離子束的行進方向及掃描方向擴大之板狀構件,且配置成以每對偏向電極從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置;前述n對偏向電極構成為:偏向角從射束路線的上游側朝向下游側逐漸增大;前述偏向電極配置於真空容器的內部,並形成為與射束路線的上方或者下方的空間連通之複數個孔均一地保持電場的排列。
  12. 如請求項2之高能量離子植入裝置,其中,前述偏向電極的與射束路線相對置之內表面側由石墨構成。
  13. 如請求項1之高能量離子植入裝置,其中,前述最終能量過濾器具有:用於使已掃描之離子束向與掃描方向正交之方向偏向之一對偏向電極;前述一對偏向電極彼此沿著射束路線隔著間隔而配置;前述偏向電極為向離子束的行進方向及掃描方向擴大之板狀構件,且配置成以每對偏向電極從上下方向夾著射束路線之方式隔著預定間隔相對置;前述一對偏向電極的與射束路線相對置之內表面由圓弧狀的曲面或者具有複數段的彎曲狀的平面構成,以使偏向角從射束路線的上游側朝向下游側逐漸增大。
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