TWI654647B - Ion implantation device and ion implantation method - Google Patents

Ion implantation device and ion implantation method

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TWI654647B
TWI654647B TW104118149A TW104118149A TWI654647B TW I654647 B TWI654647 B TW I654647B TW 104118149 A TW104118149 A TW 104118149A TW 104118149 A TW104118149 A TW 104118149A TW I654647 B TWI654647 B TW I654647B
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椛澤光昭
八木田貴典
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日商住友重機械離子技術有限公司
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Abstract

本發明提供一種能夠在廣泛範圍下使用之離子植入裝置及離子植入方法。本發明的離子植入裝置(300)具備：射束掃描部(306)；及配設於射束掃描部(306)的下游之射束平行化部(308)。射束掃描部(306)在入射離子束的中心軸上的射束掃描部(306)的中央部具有掃描原點。射束平行化部(308)在掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點。離子植入裝置(300)構成為，入射射束掃描部(306)之入射離子束的焦點位置沿著入射離子束的中心軸而位於比掃描原點更往上游側。入射射束掃描部(306)之入射離子束的焦點位置被調整為，沿著入射離子束的中心軸而位於比掃描原點更往上游側，以便補正由從射束平行化部(308)射出之出射離子束的空間電荷效應引起之發散現象。

Description

離子植入裝置及離子植入方法
本申請主張基於2014年6月9日申請之日本專利申請第2014-118901號的優先權。其申請之全部內容藉由參閱援用於本說明書中。
本發明係有關一種離子植入裝置及離子植入方法。
在一種離子植入裝置中連接有離子源及其電源，以使具有較小射束電流量之離子束從離子源引出(例如，參閱專利文獻1)。該裝置中能夠改變離子源和電源的連接，以使具有較大射束電流量之離子束從離子源引出。
另一種離子植入裝置具有離子源、加速管及連接它們的電源之電路，以使以較高的離子能量向靶植入離子(例如參閱專利文獻2)。該電路上設有用於切換連接之選擇開關，以便在離子能量較低時亦能夠植入離子。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開昭62-122045號公報
專利文獻2：日本特開平1-149960號公報
如上所述嘗試稍微擴大離子植入裝置的運行範圍。但就超過現有類型之運行範圍的擴張而言，幾乎沒有可行性的建議。
離子植入裝置通常被分為高電流離子植入裝置、中電流離子植入裝置及高能量離子植入裝置這3個類型。實際應用中所需之設計上的要件按類型有所不同，因此一種類型的裝置與另一種類型的裝置，例如關於射束線，能夠具有大不相同的結構。因此，認為在離子植入裝置的用途(例如半導體製造工藝)上，類型不同的裝置不具有互換性。亦即，在一種特定離子植入處理中選擇使用特定類型的裝置。藉此，為了進行各種離子植入處理，可能需要具備多種離子植入裝置。
本發明的一態樣所例示的目的之一為提供一種能夠在廣泛的範圍下使用之離子植入裝置及離子植入方法，例如，以1台離子植入裝置實現高電流離子植入裝置及中電流離子植入裝置這兩台裝置的作用之離子植入裝置及離子植入方法。
依本發明的態樣，提供一種離子植入裝置，該離子植入裝置具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，其中，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述離子植入裝置構成為，使入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置沿著前述入射離子束的中心軸而位於比前述掃描原點更往上游側，入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置被調整為，沿著前述入射離子束的中心軸而位於比前述掃描原點更往上游側，以便補正由從前述射束平行化部射出之出射離子束的空間電荷效應引起之發散現象。
依本發明的一種態樣，提供一種離子植入裝置，該離子植入裝置具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，其中，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述離子植入裝置具備：測定部，對表示從前述射束平行化部射出之出射離子束所具有之角度分佈的擴散大小與前述出射離子束的發散/會聚狀態之射束發散度進行測定；及控制部，構成為將藉由前述測定部測定之前述出射離子束的射束發散度與期望值進行比較，並沿著前述入射離子束的中心軸調整入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置，以使射束發散度與該期望值一致。
依本發明的一種態樣，提供一種離子植入裝置的離子植入方法，該離子植入裝置具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，其中，前述射束掃 描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述方法具備如下製程：藉由前述射束掃描部掃描前述入射離子束；藉由前述射束平行化部使掃描之離子束偏向；及調整前述入射離子束的焦點位置，使其沿著前述入射離子束的中心軸而位於比前述掃描原點更往上游側，以便補正由從前述射束平行化部射出之出射離子束的空間電荷效應引起之發散現象。
依本發明的一種態樣，提供一種離子植入裝置的離子植入方法，該離子植入裝置具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，其中，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述方法具備如下製程：藉由前述射束掃描部來掃描前述入射離子束；藉由前述射束平行化部使掃描之離子束偏向；對表示從前述射束平行化部射出之出射離子束所具有之角度分佈的擴散大小與前述出射離子束的發散/會聚狀態之射束發散度進行測定；及將所測定之前述出射離子束的射束發散度與期望值進行比較，並沿著前述入射離子束的中心軸調整入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置，以使射束發散度與該期望值一致。
另外，在方法、裝置、系統、程序等之間相互置換以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件和表現形式， 作為本發明的態樣同樣有效。
依本發明能夠提供一種能夠在廣泛範圍下使用之離子植入裝置及離子植入方法。
100‧‧‧離子植入裝置
116‧‧‧控制部
200‧‧‧離子植入裝置
215‧‧‧離子束
300‧‧‧離子植入裝置
304‧‧‧射束會聚部
306‧‧‧射束掃描部
308‧‧‧射束平行化部
310‧‧‧射束發散度測定部
312‧‧‧射束發散度控制部
316‧‧‧入射離子束
318‧‧‧出射離子束
F‧‧‧射束焦點
S‧‧‧掃描原點
W‧‧‧被處理物
第1圖係針對幾種典型的離子植入裝置，模式表示能量及劑量的範圍之圖。
第2圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置之圖。
第3圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置之圖。
第4圖係表示本發明的一種實施形態之離子植入方法之流程圖。
第5圖(a)係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的概略結構之平面圖，第5圖(b)表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的概略結構之側視圖。
第6圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的電源結構之圖。
第7圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的電源結構之圖。
第8圖(a)係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置中的電壓之圖，第8圖(b)係表示本發明的一種 實施形態之離子植入裝置中之能量之圖。
第9圖(a)係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置中之電壓之圖，圖9圖(b)係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置中之能量之圖。
第10圖係表示本發明的實施形態之離子植入方法之流程圖。
第11圖係針對本發明的一種實施形態之離子植入裝置，模式表示能量及劑量的範圍之圖。
第12圖係針對本發明的一種實施形態之離子植入裝置，模式表示能量及劑量的範圍之圖。
第13圖係用於說明使用典型的離子植入裝置之圖。
第14圖係用於說明使用本發明的一種實施形態之離子植入裝置之圖。
第15圖(a)為例示離子束的每個離子的行進方向之圖，第15圖(b)為例示離子束所具有之角度分佈之圖。
第16圖為概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的構成之圖。
第17圖為概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置的構成之圖。
第18圖為表示射束掃描部的掃描原點之概略圖。
第19圖(a)及第19圖(b)為用於說明離子束的焦點調整與射束發散度之間的關係之圖。
第20圖(a)及第20圖(b)為用於說明離子束的焦點調整與射束發散度之間的關係之圖。
以下，參閱附圖對用於實施本發明的形態進行詳細說明。另外，在附圖說明中，對於相同的要件標註相同的元件符號，並適當省略重復說明。並且，以下前述結構為示例，並不對本發明的範圍做任何限定。例如，以下，作為進行離子植入之物體以半導體晶片為例進行說明，但亦可以是其他物質或構件。
首先，對達到後述本申請發明的實施形態之過程進行說明。離子植入裝置依據應構築在加工物內之所需的特性，能夠選擇所植入之離子種類，並設定其能量及劑量。通常，離子植入裝置依所植入之離子的能量及劑量範圍被分為幾個類型。代表性的類型有高劑量高電流離子植入裝置(以下稱為HC)、中劑量中電流離子植入裝置(以下稱為MC)、及高能量離子植入裝置(以下稱為HE)。
第1圖模式表示典型性序列式高劑量高電流離子植入裝置(HC)、序列式中劑量中電流離子植入裝置(MC)、序列式高能量離子植入裝置(HE)的能量範圍及劑量範圍。第1圖中橫軸表示劑量，縱軸表示能量。其中，所謂劑量是指每單位面積(例如cm2)中植入離子(原子)的個數，藉由離子電流的時間積分獲得所植入之物質的總量。藉由離子植入給予之離子電流通常以mA或μA表示。劑量有時亦被稱為植入量或劑量。第1圖中，分別以元件符號A、B、C表示HC、MC、HE的能量及劑量範圍。該等均在每次植入時不同植入條件(亦稱為製 法)所需之植入條件的集合範圍內，並表示考慮實際所能允許之生產率而與植入條件(製法)相匹配之實際合理的裝置結構類型。圖示各範圍表示能夠由各類型的裝置處理的植入條件(製法)範圍。劑量表示估計實際處理時間時之粗略值。
HC用於0.1~100keV左右的低能量範圍且1×1014~1×1017atoms/cm2左右的高劑量範圍的離子植入。MC使用於3~500keV左右的中等能量範圍且1×1011~1×1014atoms/cm2左右的中等程度的劑量範圍的離子植入。HE使用於100keV~5MeV左右的較高能量範圍且1×1010~1×1013atoms/cm2左右的低劑量範圍的離子植入。藉此，由HC、MC、HE分擔對於能量範圍達到5位數左右，對於劑量範圍達到7位數左右之廣泛的植入條件的範圍。但是，該等能量範圍或劑量範圍為典型性例子，並不嚴謹。並且，植入條件的給予方式並不限於劑量及能量，而很多樣。植入條件可以依射束電流值(射束的剖面的分佈中以電流表示面積積分射束量之值)、吞吐量、植入均勻性等來設定。
一種用於進行離子植入處理之植入條件包含能量及劑量的特定值，因此在第1圖中能夠以一個個點來表示。例如，植入條件a具有一種高能量及一種低劑量的值。植入條件a處於MC的運行範圍且HE的運行範圍，因此能夠利用MC或HE進行處理。植入條件b為中等程度的能量/劑量，能夠以HC、MC、HE中的任一種進行處理。植入 條件c為中等程度的能量/劑量，能夠以HC或MC進行處理。植入條件d為低能量/高劑量，只能以HC進行處理。
離子植入裝置在半導體設備的生產中是必不可少的機器，其性能和生產率的提高對於設備製造商而言具有重要意義。設備製造商從該等複數個離子植入裝置類型中選擇能夠實現所要製造之設備所需的植入特性之裝置。此時，設備製造商考慮最佳的製造效率的實現、裝置的總成本等各種情況，來決定各類型的裝置的數量。
考慮一下如下情形，亦即一種類型的裝置以較高的運轉率使用，另一類型的裝置的處理能力比較有富餘。此時，嚴格來講每個類型的植入特性都不同，因此若為了獲得所需的設備不能以後述裝置代替前述裝置來使用，則前述裝置的故障會在生產製程上遇到難關，藉此有損於整體生產率。藉由事先估測故障率並根據此決定台數結構，某種程度上能夠避免這種問題。
要製造之設備隨著需求的變化或技術的改進而變化，由於所需裝置的台數結構變化而產生裝置缺損或閑置裝置，使得裝置的運用效率下降。藉由預測未來產品的發展趨勢並反映到台數結構，在某種程度上能夠避免這種問題。
即使能夠用另一類型的裝置代替，裝置的故障或製造設備的變化亦能夠給設備製造商帶來製造效率低下或浪費投資的後果。例如，至今為止，主要以中電流離子植入裝置進行處理之製造工藝，有時因改變製造設備而以高電流 離子植入裝置進行處理。如此一來，高電流離子植入裝置的處理能力變得不夠，而中電流離子植入裝置的處理能力變得多餘。若變更後的狀態在以後的長時間內不會變化則能夠藉由採取購買新型高電流離子植入裝置及出售所擁有之中電流離子植入裝置的措施，來改善裝置的運用效率。然而，頻繁地改變工藝或難以預測這種變化時，會對生產造成影響。
實際上，無法直接用另一類型的離子植入裝置代用為了製造一種設備而以一種類型的離子植入裝置來進行之工藝。這是因為需要配合離子植入裝置上的設備特性來進行工作。亦即，在新的離子植入裝置中以相同的離子種類、能量、劑量執行工藝而獲得之設備特性會大大背離由以前的離子植入裝置所獲得之設備特性。由於除離子種類、能量、劑量以外的諸多條件，例如，射束電流密度(亦即劑量率)、植入角度、植入區域的重塗方法等亦影響設備特性。通常，類型不同時裝置結構亦不同，因此即使統一離子種類、能量及劑量，亦無法使影響設備特性之其他條件自動一致。該等諸多條件有賴於植入方式。植入方式例如有，射束與加工物之間的相對移動方式(例如，掃描射束、帶狀束、二維晶片掃描等)或，以後敘述之批量式和序列式類別等。
此外，高劑量高電流離子植入裝置和高能量離子植入裝置為批量式，中劑量中電流離子植入裝置為序列式，大致分為這兩類，這就拉大了裝置之間的差距。批量式大多 為一次性對複數個晶片進行處理之方式，該等晶片例如配置在圓周上。序列式為逐一處理晶片之方式，亦被稱為單晶片式。另外，高劑量高電流離子植入裝置和高能量離子植入裝置有時會採用序列式。
另外，對於批量式高劑量高電流離子植入裝置的射束線，依基於高劑量高電流射束特性之射束線設計上的要求，典型地製作成比序列式的中劑量中電流離子植入裝置更短。這是為了在高劑量高電流射束線設計中，抑制因低能量/高射束電流條件下的離子束的發散引起之射束損失。尤其是因為藉由包括形成射束之離子相互排斥之帶電粒子，來減少向徑向外側擴大之趨勢，亦即所謂的射束放大。與高劑量高電流離子植入裝置為序列式時相比，這種設計上的必要性在為批量式時更為顯著。
之所以將序列式的中劑量中電流離子植入裝置的射束線製作地相對較長，是為了離子束的加速及射束成形。在序列式中劑量中電流離子植入裝置中，頗具運動量之離子進行高速移動。該等離子穿過一個或幾個追加到射束線之加速用間隙，藉此運動量得到增加。此外，在修改頗具運動量之粒子的軌道時，為了充份施加聚焦力，必須相對加長聚焦部。
高能量離子植入裝置中採用線性加速方式或串聯加速方式，因此與高劑量高電流離子植入裝置或中劑量中電流離子植入裝置的加速方式具有本質上的區別。這種本質上的差異在高能量離子植入裝置為序列式或批量式時均相 同。
如此，離子植入裝置HC、MC、HE因類型的不同其射束線的形式或植入方式亦不同，並作為各自完全不同的裝置被人們所知。類型相異之裝置間的結構上的差異被認為是不可避免的。如HC、MC、HE一樣，在不同形式的裝置之間對設備特性所造成之影響進行考慮之工藝互換性未得到保證。
因此，期待具有比現有類型的裝置更廣泛的能量範圍和/或劑量範圍之離子植入裝置。尤其期待不改變植入裝置的形式，就能夠以現有的至少包括2個類型之廣泛的能量及劑量進行植入的離子植入裝置。
並且，近年來所有植入裝置均採用序列式逐漸成為主流。因此，期待具有序列式構成且具有廣泛的能量範圍和/或劑量範圍之離子植入裝置。
此外，與HE採用本質上不同的加速方式相比，HC和MC在具備以直流電壓使離子束加速或減速之射束線這一點上相通。因此，HC和MC的射束線有可能通用。因此，期待能夠以1台機實現HC和MC這兩台機的作用之離子植入裝置。
能夠在這種廣泛的範圍內運轉之裝置有利於改善設備製造商的生產率或運用效率。
另外，中劑量中電流離子植入裝置(MC)與高劑量高電流離子植入裝置(HC)相比能夠在高能量範圍且低劑量範圍運行，因此在本申請中有時被稱為低電流離子植入裝置。同樣，針對中劑量中電流離子植入裝置(MC)，有時將能量及劑量分別稱為高能量及低劑量。或者針對高劑量高電流離子植入裝置(HC)，有時將能量及劑量分別稱為低能量及高劑量。但是在本申請中這種表達方式並不是僅對中劑量中電流離子植入裝置(MC)的能量範圍及劑量範圍作出限定，可依上下文如字面意思表示“一種較高(或較低)能量(或劑量)的範圍”。
第2圖為模式表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置100之圖。離子植入裝置100構成為依所給的離子植入條件對被處理物W的表面進行離子植入處理。離子植入條件例如包括應植入到被處理物W之離子種類、離子的劑量及離子的能量。被處理物W例如為基板，例如為晶片。因此，以下說明中為方便起見有時將被處理物W稱為基板W，但這不是有意將植入處理的對象限定在特定物體上。
離子植入裝置100具備離子源102、射束線裝置104、及植入處理室106。並且，離子植入裝置100還具備向離子源102、射束線裝置104及植入處理室106提供所需的真空環境之真空排氣系統(未圖示)。
離子源102構成為生成應植入到基板W之離子。離子源102向射束線裝置104供給藉由射束的電流調整用要件的一例亦即上游調整要件118從離子源102加速引出之離子束B1。以下，有時將此稱為初始離子束B1。
射束線裝置104構成為從離子源102向植入處理室 106輸送離子。射束線裝置104提供用於輸送離子束之射束線。射束線是離子束的通道，亦被稱為射束軌道的路徑。射束線裝置104對初始離子束B1進行包括例如偏轉、加速、減速、整形、掃描等在內之操作，藉此形成離子束B2。以下，有時將此稱為植入離子束B2。射束線裝置104具備為這種射束操作而排列之複數個射束線構成要件。藉此，射束線裝置104向植入處理室106供給植入離子束B2。
植入離子束B2在垂直於射束線裝置104的射束輸送方向(或沿射束軌道方向)的面內具有射束照射區域105。射束照射區域105通常具有包含基板W的寬度之寬度。例如當射束線裝置104具備掃描斑點狀的離子束之射束掃描裝置時，射束照射區域105為沿著垂直於射束輸送方向的長邊方向而遍及掃描範圍延伸之細長照射區域。並且，當射束線裝置104具備帶狀束發生器時，射束照射區域105亦同樣為沿著垂直於射束輸送方向的長邊方向延伸之細長照射區域。但是，該細長照射區域為該帶狀束的剖面。細長照射區域在長邊方向上比基板W的寬度(基板W為圓形時為直徑)長。
植入處理室106具備保持基板W以使基板W接收植入離子束B2之物體保持部107。物體保持部107構成為能夠向與射束線裝置104的射束輸送方向及射束照射區域105的長邊方向垂直之方向移動基板W。亦即，物體保持部107提供基板W的機械掃描。在本申請中，機械掃描 與機械式掃描意思相同。另外，其中。“垂直方向”並非如本領域技術人員所理解的那樣，被嚴格地僅限定為正交。“垂直方向”例如可包括在稍微朝上下方向傾斜地向基板W植入時的這種傾斜角度。
植入處理室106作為序列式的植入處理室構成。因此物體保持部107典型地保持1片基板W。但是，物體保持部107亦可以構成為如批量式那樣具備保持複數個(例如小型)基板之支撐台，藉由在該支撐台進行直線往復移動來進行該複數個基板的機械掃描。另一實施形態中，植入處理室106亦可以作為批量式的植入處理室構成。此時，例如物體保持部107可具備將複數個基板W保持為在圓周上可旋轉的旋轉圓盤。旋轉圓盤可以構成為，提供機械掃描。
第3圖中示出射束照射區域105和與其相關之機械掃描的一例。離子植入裝置100構成為，能夠實施以並用斑點狀的離子束B2的一維射束掃描SB和基板W的一維機械掃描SM之混合式掃描方式進行的離子植入。在物體保持部107的側面以在射束照射區域105重疊的方式設有射束計測儀130(例如法拉第杯)，其計測結果可提供到控制部116。
以此，射束線裝置104構成為將具有射束照射區域105之植入離子束B2供給到植入處理室106。射束照射區域105被形成為，協同基板W的機械掃描對整個基板W照射植入離子射束B2。因此，藉由基板W和離子束的相 對移動能夠向基板W植入離子。
在另一實施形態中，離子植入裝置100構成為，能夠實施並用帶狀離子束B2和基板W的一維機械掃描的帶狀束+晶片掃描方式進行之離子植入。帶狀束在均勻保持其橫寬的同時進行擴展，基板W以與帶狀束交叉的方式被掃描。另外，在另一實施形態中，離子植入裝置100亦可以構成為，能夠實施以在固定斑點狀的離子束B2的射束軌道之狀態下以二維機械掃描基板W的方式進行的離子植入。
另外，離子植入裝置100並不限定在用於遍及基板W上的廣泛區域進行離子植入的特定植入方式。亦可以是不使用機械掃描之植入方式。例如，離子植入裝置100可以構成為，能夠實施以在基板W上二維掃描斑點狀射束B2之二維射束掃描方式進行的離子植入。或者，可以構成為，能夠實施以利用二維擴展之離子束B2之大尺寸射束方式進行之離子植入。該大尺寸射束在保持均勻性的同時擴展射束尺寸以達到基板尺寸以上，能夠一次性處理整個基板。
對於詳細內容後續再進行說明，離子植入裝置100能夠在高劑量植入用之第1射束線設定S1或低劑量植入用之第2射束線設定S2下運行。因此，射束線裝置104在運行過程中具有第1射束線設定S1或第2射束線設定S2。這2個設定被定為，在共同的植入方式下生成用於不同的離子植入條件之離子束。因此，在第1射束線設定 S1和第2射束線設定S2下成為離子束B1、B2的基準之射束中心軌道相同。針對射束照射區域105，在第1射束線設定S1和第2射束線設定S2下亦相同。
成為基準之射束中心軌道是指，在掃描射束之方式中，不掃描射束時的射束軌道。並且，為帶狀束時，成為基準之射束中心軌道相當於射束剖面的幾何中心的軌跡。
然而，能夠將射束線裝置104劃分為離子源102側的射束線上游部份和植入處理室106側的射束線下游部份。在射束線上游部份例如設有具備質譜分析磁鐵和質譜分析狹縫之質譜分析裝置108。質譜分析裝置108藉由對初始離子束B1進行質譜分析而向射束線下游部份僅供給所需的離子種類。在射束線下游部份例如設有決定植入離子束B2的射束照射區域105之射束照射區域決定部110。
射束照射區域決定部110構成為，藉由向射入之離子束(例如初始離子束B1)施加電場或磁場(或這兩者)，射出具有射束照射區域105之離子束(例如植入離子束B2)。在一種實施形態中，射束照射區域決定部110具備射束掃描裝置和射束平行化裝置。對於該等射束線構成要件的示例，參閱第5圖後續進行說明。
另外，上述上游部份及下游部份的劃分只不過是為了便於說明射束線裝置104中構成要件的相對位置關係而談及，望能理解。因此，例如射束線下游部份的一種構成要件亦可以配置在比植入處理室106更靠近離子源102的地方。相反時亦同樣如此。因此，在一種實施形態中，射束 照射區域決定部110可以具備帶狀束發生器和射束平行化裝置，帶狀束發生器亦可以具備質譜分析裝置108。
射束線裝置104具備能量調整系統112和射束電流調整系統114。能量調整系統112構成為調整向基板W植入的能量。射束電流調整系統114構成為，為了在廣泛的範圍內改變向基板W植入之劑量，能夠在較大範圍內調整射束電流。射束電流調整系統114被設成(與其說是以質)以量調整離子束的射束電流。一種實施形態中，為了調整射束電流能夠利用離子源102的調整，此時，可以看做射束電流調整系統114具備離子源102。對於能量調整系統112及射束電流調整系統114的詳細內容以後進行敘述。
並且，離子植入裝置100具備控制部116，該控制部用於控制整個或一部份(例如整個或一部份射束線裝置104)離子植入裝置100。控制部116構成為，從包含第1射束線設定S1和第2射束線設定S2之複數個射束線設定中選擇任意一個，在所選射束線設定下運行射束線裝置104。具體而言，控制部116依所選擇之射束線設定來設定能量調整系統112及射束電流調整系統114，並控制能量調整系統112及射束電流調整系統114。另外，控制部116可以是用於控制能量調整系統112及射束電流調整系統114之專用控制裝置。
控制部116構成為，在包含第1射束線設定S1和第2射束線設定S2之複數個射束線設定當中，選擇與所給 離子植入條件相符之任一種射束線設定。第1射束線設定S1適合輸送用於向基板W進行高劑量植入之高電流射束。因此，控制部116例如在植入到基板W之所需離子劑量大致在1×1014~1×1017atoms/cm2的範圍時，選擇第1射束線設定S1。並且，第2射束線設定S2適合輸送用於向基板W進行低劑量植入之低電流射束。因此，控制部116例如在植入到基板W的所需離子劑量大致在1×1011~1×1014atoms/cm2的範圍時，選擇第2射束線設定S2。對於該等射束線設定的詳細內容，後續再敘。
能量調整系統112具備沿射束線裝置104配設之複數個能量調整要件。該等複數個能量調整要件配置在分別固定於射束線裝置104上之位置。如第2圖所示，能量調整系統112例如具備3個調整要件，具體而言為上游調整要件118、中間調整要件120及下游調整要件122。該等調整要件分別具備以用於使初始離子束B1和/或植入離子束B2加速或減速之電場產生作用的方式構成之一個或複數個電極。
上游調整要件118設在射束線裝置104的上游部份例如最上游部。上游調整要件118例如具備用於從離子源102向射束線裝置104引出初始離子束B1之引出電極系統。中間調整要件120設在射束線裝置104的中間部份，例如具備靜電式射束平行化裝置。下游調整要件122設在射束線裝置104的下游部份，例如具備加速柱/減速柱。下游調整要件122亦可以具備配置在加速柱/減速柱的下 游之角能量過濾器(AEF)。
並且，能量調整系統112具備用於上述能量調整要件之電源系統。對於此，參閱第6圖及第7圖後續再敘。另外，可以在射束線裝置104上的任意位置設置任意個該等複數個能量調整要件，不限於圖示的配置。並且，能量調整系統112亦可以只具備1個能量調整要件。
射束電流調整系統114設在射束線裝置104的上游部份，具備用於調整初始離子束B1的射束電流的射束電流調整要件124。射束電流調整要件124構成為，當初始離子束B1通過射束電流調整要件124時切斷初始離子束B1的至少一部份。在一種實施形態中，射束電流調整系統114可具備沿射束線裝置104配設的複數個射束電流調整要件124。並且，射束電流調整系統114亦可以設在射束線裝置104的下游部份。
射束電流調整要件124具備可動部份，該可動部份用於調整與射束線裝置104的射束輸送方向垂直的離子束剖面的藉由區域。藉由該可動部份射束電流調整要件124構成具有限制初始離子束B1的一部份的寬度可變狹縫或形狀可變開口的射束限制裝置。並且，射束電流調整系統114具備連續或間斷地調整射束電流調整要件124的可動部份的驅動裝置。
射束電流調整要件124可以在具有可動部份的同時或代替該可動部份，具備各自具有複數個不同面積和/或形狀之射束藉由區域之複數個調整構件(例如調整孔徑)。 射束電流調整要件124構成為，能夠切換複數個調整構件中配置在射束軌道上之調整構件。以此，射束電流調整要件124可以構成為階段性地調整射束電流。
如圖所示，射束電流調整要件124是不同於能量調整系統112之複數個能量調整要件的另一射束線構成要件。藉由分別設置射束電流調整要件和能量調整要件，能夠個別進行射束電流的調整和能量調整。藉此，能夠提高每個射束線設定中的射束電流範圍及能量範圍的設定的自由度。
第1射束線設定S1包括用於能量調整系統112之第1能量設定和用於射束電流調整系統114之第1射束電流設定。第2射束線設定S2包括用於能量調整系統112之第2能量設定和用於射束電流調整系統114之第2射束電流設定。第1射束線設定S1指向低能量且高劑量的離子植入，第2射束線設定S2指向高能量且低劑量的離子植入。
因此，第1能量設定被定為與第2能量設定相比更適合輸送低能量射束。並且被定為第2射束電流設定下的離子束的射束電流小於第1射束電流設定下的離子束的射束電流。藉由組合植入離子束B2的射束電流的調整和照射時間的調整能夠將所需劑量植入到基板W。
第1能量設定包含決定能量調整系統112和其電源系統之間的連接之第1電源連接設定。第2能量設定包含決定能量調整系統112和其電源系統之間的連接之第2電源 連接設定。第1電源連接設定被定為中間調整要件120和/或下游調整要件122產生用於支援射束輸送之電場。例如構成為，射束平行化裝置及加速柱/減速柱整體在第1能量設定下使植入離子束B2減速，並在第2能量設定下使植入離子束B2加速。藉由該等電源連接設定，決定能量調整系統112的各調整要件的電壓調整範圍。在該調整範圍內，能夠調整與各調整要件相對應之電源的電壓，以向植入離子束B2供給所需的植入能量。
第1射束電流設定包含決定射束電流調整要件124的離子束通過區域之第1開口設定。第2射束電流設定包含決定射束電流調整要件124的離子束通過區域之第2開口設定。被定為第2開口設定下的離子束通過區域小於第1開口設定下的離子束通過區域。該等開口設定例如規定射束電流調整要件124的可動部份的移動範圍。或者，開口設定亦可以規定應被使用之調整構件。如此，在藉由開口設定規定之調整範圍內，能夠在射束電流調整要件124上設定與所需射束電流相對應之離子束通過區域。能夠在所實施之離子植入處理容許之處理時間內調整離子束通過區域，以像基板W植入所希望的劑量。
因此，射束線裝置104在第1射束線設定S1下具有第1能量調整範圍，在第2射束線設定S2下具有第2能量調整範圍。為了能夠在廣泛的範圍內進行調整，第1能量調整範圍具有與第2能量調整範圍重叠之部份。亦即，兩個調整範圍至少在各自的端部彼此重合。重叠部份可以 是直線型，此時兩個調整範圍相切。另一實施形態中，第1能量調整範圍可從第2能量調整範圍分離。
這樣，射束線裝置104在第1射束線設定S1下具有第1劑量調整範圍，在第2射束線設定S2下具有第2劑量調整範圍。第1劑量調整範圍與第2劑量調整範圍具有重復部份。亦即，兩個調整範圍至少在各自的端部彼此重叠。重復部份可以是直線型，此時兩個調整範圍相切。另一實施形態中，第1劑量調整範圍可從第2劑量調整範圍分離。
以此，射束線裝置104在第1射束線設定S1下以第1運行模式運行。在以下說明中，有時將第1運行模式稱為低能量模式(或高劑量模式)。並且，射束線裝置104在第2射束線設定S2下以第2運行模式運行。在以下說明中，有時將第2運行模式稱為高能量模式(或低劑量模式)。亦能夠將第1射束線設定S1稱為適合輸送用於向被處理物W進行高劑量植入之低能量/高電流射束之第1植入設定結構。亦能夠將第2射束線設定S2稱為適合輸送用於向被處理物W進行低劑量植入之高能量/低電流射束之第2植入設定結構。
離子植入裝置100的操作人員能夠在執行一種離子植入處理之前依其處理的植入條件切換射束線設定。因此，能夠以1台離子植入裝置對從低能量(或高劑量)到高能量(或低劑量)的廣泛範圍進行處理。
並且，離子植入裝置100以相同的植入方式，與植入 條件的廣泛範圍相對應。亦即，離子植入裝置100以實際相同的射束線裝置104對廣泛的範圍進行處理。此外，離子植入裝置100具有最近成為主流之一種序列式結構。因此，雖然會在後續進行詳細說明，離子植入裝置100適合用作現有的離子植入裝置(例如HC和/或MC)的通用構件。
能夠看做，射束線裝置104具備控制離子束之射束控制裝置、調整離子束之射束調整裝置及對離子束進行整形之射束整形裝置。射束線裝置104藉由射束控制裝置、射束調整裝置及射束整形裝置供給具有在植入處理室106中超過被處理物W的寬度之射束照射區域105之離子束。在離子植入裝置100中，在第1射束線設定S1和第2射束線設定S2下具有射束控制裝置、射束調整裝置及射束整形裝置可以具有相同的硬件結構。此時，在第1射束線設定S1和第2射束線設定S2中，射束控制裝置、射束調整裝置及射束整形裝置可以以相同的佈局配置。藉此，離子植入裝置100可以在第1射束線設定S1和第2射束線設定S2下具有相同的設置佔地面積(所謂佔用面積)。
成為基準之射束中心軌道為，在掃描射束的方式中不掃描射束時之射束剖面的幾何中心的軌跡亦即射束的軌道。並且，為靜止射束亦即帶狀束時，盡管下游部份的植入離子束B2中射束剖面形狀改變，成為基準之射束中心軌道仍相當於射束剖面的幾何中心的軌跡。
射束控制裝置可以具備控制部116。射束調整裝置可 具備射束照射區域決定部110。射束調整裝置可具備能量過濾器或偏轉要件。射束整形裝置可以具備後述第1XY聚光透鏡206、第2XY聚光透鏡208及Y聚光透鏡210。
能夠看做，射束線裝置104的上游部份中初始離子束B1採用單一的射束軌道，而在下游部份植入離子束B2採用基於在掃描射束的方式中以使成為基準之射束中心軌道向中心平行之掃描射束之複數個射束軌道。但是，為帶狀束時，射束寬度因單一射束軌道的射束剖面形狀發生變化而擴大進而成為照射區域，因此作為射束軌道仍然是單一的。依這種觀點，亦能夠將射束照射區域105稱為離子束軌道區域。因此，離子植入裝置100在第1射束線設定S1和第2射束線設定S2下，具有植入離子束B2相同的離子束軌道區域。
第4圖係表示本發明的一種實施形態之離子植入方法之流程圖。該離子植入方法適用於離子植入裝置100中。藉由控制部116執行該方法。如第4圖所示，該方法具備射束線設定選擇步驟(S10)和離子植入步驟(S20)。
控制部116在複數個射束線設定中選擇與所給離子植入條件相符之任一個射束線設定(S10)。複數個射束線設定，如上所述包括適合輸送用於向被處理物進行高劑量植入之高電流射束之第1射束線設定S1和適合輸送用於向被處理物進行低劑量植入之低電流射束之第2射束線設定S2。例如，當植入到基板W之所需離子劑量超過閾值時，控制部116選擇第1射束線設定S1，當所需的離子 劑量低於其閾值時，控制部選擇第2射束線設定S2。另外，如後述，複數個射束線設定(或植入設定結構)可以包括第3射束線設定(或第3植入設定結構)和/或第4射束線設定(或第4植入設定結構)。
第1射束線設定S1被選擇時，控制部116利用第1能量設定來設定能量調整系統112。藉此，能量調整系統112和其電源系統按照第1電源連接設定連接。並且，控制部116利用第1射束電流設定來設定射束電流調整系統114。藉此，按照第1開口設定來設定離子束通過區域(或其調整範圍)。與此相同，當第2射束線設定S2被選擇時，控制部116利用第2能量設定來設定能量調整系統112，利用第2射束電流設定設定射束電流調整系統114。
該選擇處理可以包括，在與所選射束線設定相應之調整範圍內調整射束線裝置104之處理。在該調整處理中，在射束線裝置104的各調整要件所對應之調整範圍內進行調整，以生成所需植入條件的離子束。例如，控制部116決定與能量調整系統112的各調整要件相對應之電源的電壓，以便能夠獲得所需的植入能量。並且，控制部116決定射束電流調整要件124的離子束通過區域，以便能夠獲得所需的植入劑量。
以此，控制部116在所選射束線設定下運行離子植入裝置100(S20)。生成具有射束照射區域105之植入離子束B2，並供給到基板W。植入離子束B2協同基板W 的機械掃描(或射束獨自)照射整個基板W。其結果，離子以所需的離子植入條件的能量和劑量植入到基板W上。
用於設備生產之序列式高劑量高電流離子植入裝置中，以目前情況來看，採用混合式掃描方式、二維機械掃描方式及帶狀束+晶片掃描方式。然而，二維機械掃描方式因機械掃描的機械性驅動機構的負荷，其掃描速度的高速化受到限制，因此，存在無法充份抑制植入不均之類之問題。並且，帶狀束+晶片掃描方式，在橫向擴大射束尺寸時容易產生均勻性的下降。因此，尤其在低劑量條件(低射束電流條件)下，均勻性及射束角度的同一性上存在問題。但是，獲得之植入結果在容許範圍內時，可以以二維機械掃描方式或帶狀束+晶片掃描方式構成本發明的離子植入裝置。
另一方面，混合式掃描方式藉由高精度地調整射束掃描速度，能夠在射束掃描方向上實現良好的均勻性。並且，藉由使射束掃描為充份高速，能夠充份抑制晶片掃描方向的植入不均。因此，認為混合式掃描方式最適合廣範圍的劑量條件。
第5圖(a)係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置200的基本結構之平面圖，第5圖(b)係表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置200的基本結構之側視圖。離子植入裝置200是一種對第2圖所示之離子植入裝置100應用混合式掃描方式時的實施例。並且，離子植 入裝置200與第2圖所示之離子植入裝置100同樣為序列式裝置。
如圖所示，離子植入裝置200具備複數個射束線構成要件。離子植入裝置200的射束線上游部份從上游側依次具備離子源201、質譜分析磁鐵202、射束收集器203，鑑別孔隙204、電流抑制機構205、第1XY聚光透鏡206、射束電流測量儀207及第2XY聚光透鏡208。在離子源201與質譜分析磁鐵202之間設有用於從離子源201引出離子之引出電極218(參閱第6圖及第7圖)。
在射束線上游部份和下游部份之間設有掃描儀209。射束線下游部份從上游側依次具備Y聚光透鏡210、射束平行化機構211、AD(加速/減速)柱212及能量過濾器213。在射束線下游部份的最下游部配置有晶片214。自離子源201到射束平行化機構211為止的射束線構成要件被收容在終端216。
電流抑制機構205為上述射束電流調整系統114的一例。電流抑制機構205為切換低劑量模式和高劑量模式而設。電流抑制機構205作為一例具備CVA(Continuously Variable Aperture)。CVA為能夠藉由驅動機構調整開口尺寸之孔徑。因此，電流抑制機構205構成為，在低劑量模式中以比較小的開口尺寸調整範圍動作，在高劑量模式中以比較大的開口尺寸調整範圍內開動。一種實施形態中構成為，與電流抑制機構205一同或代替此，具有不同開口寬度之複數個鑑別孔隙204，在低劑量模式和高劑量模 式下以不同的設定動作。
電流抑制機構205具有藉由限制到達下游的離子束量來協助低射束電流條件下的射束調整之作用。電流抑制機構205設在射束線上游部份(亦即，自從離子源201引出離子之後到掃描儀209的上游側為止之間)。因此，能夠擴大射束電流的調整範圍。另外，電流抑制機構205可以設置在射束線下游部份。
射束電流測量儀207例如為可動式旗標法拉第。
由第1XY聚光透鏡206、第2XY聚光透鏡208及Y聚光透鏡210構成用於調整縱橫方向之射束形狀(XY面內的射束剖面)之射束整形裝置。如此，射束整形裝置具備在質譜分析磁鐵202和射束平行化機構211之間沿射束線配設之複數個透鏡。射束整形裝置藉由該等透鏡的匯聚/發散效果，能夠以廣泛的能量/射束電流的條件將離子束適當地輸送至下游。亦即，在低能量/低射束電流、低能量/高射束電流、高能量/低射束電流及高能量/高射束電流中的任一條件下，均能夠將離子束適當地輸送至晶片214。
第1XY聚光透鏡206例如為Q透鏡，第2XY聚光透鏡208例如為XY方向單透鏡，Y聚光透鏡210例如為Y方向單透鏡或Q透鏡。第1XY聚光透鏡206、第2XY聚光透鏡208及Y聚光透鏡210可以分別為單一的透鏡，亦可以是透鏡組。以此，射束整形裝置被設計成，能夠從射束勢較大且射束自散焦成為問題之低能量/高射束電流的 條件，至射束勢較小且射束的剖面形狀控制成為問題之高能量/低射束電流的條件，適當控制離子束。
能量過濾器213例如為具備偏轉電極、偏轉電磁鐵或同時具備這兩者之AEF(Angular Energy Filter)。
在離子源201生成之離子藉由引出電場(未圖示)被加速。被加速之離子藉由質譜分析磁鐵202而偏轉。以此，只有具有規定能量和質量電荷比之離子通過鑑別孔隙204。接著，離子經由電流抑制機構(CVA)205、第1XY聚光透鏡206及第2XY聚光透鏡208被引到掃描儀209。
掃描儀209藉由施加週期性的電場或磁場(或這兩者)橫向(可以是縱向或斜向)往復掃描離子束。藉由掃描儀209離子束被調整為能夠在晶片214上均勻地橫向植入。藉由掃描儀209掃描之離子束215藉由利用施加電場或磁場(或這兩者)之射束平行化機構211對齊行進方向。之後，離子束215藉由施加電場以AD柱212加速或減速至規定的能量。出自AD柱212之離子束215達到最終的植入能量(低能量模式下調整為高於植入能量的能量，並且使其在能量過濾器內減速的同時使其偏轉)。AD柱212的下游的能量過濾器213藉由施加基於偏轉電極或偏轉電磁鐵之電場或磁場(或這兩者)，使離子束215向晶片214側偏轉。藉此，具有除目標能量以外的能量之污染成分被排除。如此被凈化之離子束215被植入到晶片214。
另外，在質譜分析磁鐵202和鑑別孔隙204之間配置 有射束收集器203。射束收集器203依需要施加電場，藉此使離子束偏轉。藉此，射束收集器203能夠高速控制離子束到達下游。
接著，參閱第6圖及第7圖所示之高電壓電源系統230的結構系統圖，對第5圖所示之離子植入裝置200中低能量模式及高能量模式進行說明。在第6圖中示出低能量模式的電源切換狀態，第7圖中示出高能量模式的電源切換狀態。在第6圖及第7圖中示出，第5圖所示之射束線構成要件中與離子束的能量調整相關之主要要件。在第6圖及第7圖中以箭頭表示離子束215。
如第6圖及第7圖所示，射束平行化機構211(參閱第5圖)具備雙重P透鏡220。該雙重P透鏡220具有沿著離子的移動方向分開配置之第1電壓間隙221及第2電壓間隙222。第1電壓間隙221位於上游，第2電壓間隙222位於下游。
第1電壓間隙221形成在一組電極223與電極224之間。在配置於該等電極223、224的下游之另一組電極225與電極226之間，形成有第2電壓間隙222。第1電壓間隙221及形成該第1電壓間隙之電極223、224具有朝向上游側的凸形形狀。相反，第2電壓間隙222及形成該第2電壓間隙之電極225、226具有朝向下游側的凸形形狀。另外，以下為便於說明，有時將該等電極分別稱為第1P透鏡上游電極223、第1P透鏡下游電極224、第2P透鏡上游電極225、第2P透鏡下游電極226。
雙重P透鏡220藉由組合施加於第1電壓間隙221及第2電壓間隙222之電場，對射入離子束進行平行化來射出，並且調整離子束的能量。亦即，雙重P透鏡220藉由第1電壓間隙221及第2電壓間隙222的電場使離子束加速或減速。
並且，離子植入裝置200具備高電壓電源系統230，該高電壓電源系統具備用於射束線構成要件之電源。高電壓電源系統230具備第1電源部231、第2電源部232、第3電源部233、第4電源部234及第5電源部235。如圖所示，高電壓電源系統230具備用於將第1電源部231至第5電源部235連接到離子植入裝置200之連接電路。
第1電源部231具備第1電源241和第1開關251。第1電源241設在離子源201和第1開關251之間，是向離子源201供給正電壓之直流電源。第1開關251在低能量模式下將第1電源241連接到地面217(參閱第6圖)，在高能量模式下將第1電源241連接到終端216(參閱第7圖)。因此，第1電源241在低能量模式下以接地電位作為基準向離子源201供給電壓VHV。這就相當於直接供給離子之總能量。另一方面，在高能量模式下，第1電源241以終端電位作為基準向離子源201供給電壓VHV。
第2電源部232具備第2電源242和第2開關252。第2電源242設在終端216和地面217之間，是藉由第2開關252的切換向終端216供給正負電壓中之任一個電壓 之直流電源。第2開關252在低能量模式下將第2電源242的負極連接到終端216(參閱第6圖)，在高能量模式下將第2電源242的正極連接到終端216(參閱第7圖)。因此，第2電源242在低能量模式下以接地電位作為基準向終端216供給電壓VT(VT<0)。另一方面，在高能量模式下，第2電源242以接地電位作為基準向終端216供給電壓VT(VT>0)。第2電源242的電壓VT大於第1電源241的電壓VHV。
因此，引出電極218的引出電壓VEXT在低能量模式下為VEXT=VHV-VT，在高能量模式下為VEXT=VHV。將離子的電荷設為q時，最終能量在低能量模式下成為qVHV，在高能量模式下成為q(VHV+VT)。
第3電源部233具備第3電源243和第3開關253。第3電源243設在終端216和雙重P透鏡220之間。第3電源243具備第1P透鏡電源243-1和第2P透鏡電源243-2。第1P透鏡電源243-1為以終端電位作為基準向第1P透鏡下游電極224及第2P透鏡上游電極225供給電壓VAP之直流電源。第2P透鏡電源243-2為以終端電位作為基準，經由第3開關253向連接端供給電壓VDP之直流電流。第3開關253設在終端216和雙重P透鏡220之間，以便藉由切換將第1P透鏡電源243-1及第2P透鏡電源243-2中之任一電源與第2P透鏡下游電極226連接。另外，第1P透鏡上游電極223與終端216連接。
第3開關253在低能量模式下將第2P透鏡電源243-2 連接到第2P透鏡下游電極226(參閱第6圖)，在高能量模式下將第1P透鏡電源243-1連接到第2P透鏡下游電極226(參閱第7圖)。因此，第3電源243在低能量模式下以終端電位作為基準向第2P透鏡下游電極226供給電壓VDP。另一方面，在高能量模式下第3電源243以終端電位作為基準向第2P透鏡下游電極226供給電壓VAP。
第4電源部234具備第4電源244和第4開關254。第4電源244設在第4開關254和地面217之間，是用於向AD柱212的出口(亦即下游側末端)供給負電壓之直流電源。第4開關254在低能量模式下將第4電源244連接到AD柱212的出口(參閱第6圖)，在高能量模式下將AD柱212的出口連接到地面217(參閱第7圖)。因此，第4電源244在低能量模式下以接地電位作為基準向AD柱212的出口供給電壓Vad。另一方面，在高能量模式下不使用第4電源244。
第5電源部235具備第5電源245和第5開關255。第5電源245設在第5開關255和地面217之間。第5電源245為能量過濾器(AEF)213而設。第5開關255為切換能量過濾器213的運行模式而設。能量過濾器213在低能量模式下以所謂的偏置模式運行，在高能量模式下以正常模式運行。偏置模式是指將正電極和負電極的平均值作為負電位之AEF的運行模式。藉由偏置模式的射束收斂效果能夠防止因AEF下的射束的發散而導致之射束損 失。另一方面，正常模式是指將正電極和負電極的平均值作為接地電位之AEF的運行模式。
對晶片214供給接地電位。
第8圖(a)表示在低能量模式下施加在離子植入裝置200的各部之電壓之一例，第8圖(b)表示在低能量模式下施加在離子植入裝置200的各部之能量之一例。第9圖(a)表示在高能量模式下施加在離子植入裝置200的各部之電壓之一例，第9圖(b)表示在高能量模式下施加在離子植入裝置200的各部之能量之一例。第8圖(a)及第9圖(a)的縱軸表示電壓，第8圖(b)及第9圖(b)的縱軸表示能量。各圖的橫軸以元件符號a至元件符號g表示離子植入裝置200的位置。元件符號a表示離子源201，元件符號b表示終端216，元件符號c表示加速P透鏡(第1P透鏡下游電極224)，元件符號d表示減速P透鏡(第2P透鏡下游電極226)，元件符號e表示AD柱212的出口，元件符號f表示能量過濾器213，元件符號g表示晶片214。
雙重P透鏡220依植入條件的要求具有以加速P透鏡c個體或以減速P透鏡d個體使用之結構，或同時使用加速P透鏡c及減速P透鏡d之結構。在使用加速P透鏡c及減速P透鏡d這兩者的結構中，雙重P透鏡220能夠設為如下結構，亦即使用加速作用和減速作用這兩者來改變加速和減速的作用分配。此時，雙重P透鏡220能夠以如下方式構成，亦即射束藉由射入到雙重P透鏡220之射束 能量和從雙重P透鏡220射出之能量之差被加速或被減速。或者，雙重P透鏡220能夠構成為，射入射束能量和射出射束能量之差為零，而不使射束加速或減速。
作為一例，雙重P透鏡220如圖所示構成為，在低能量模式下，藉由減速P透鏡d使離子束減速，並且依需要從零至少許範圍內藉由加速P透鏡c使離子束加速，作為整體使離子束減速。另一方面，在高能量模式下雙重P透鏡220構成為藉由加速P透鏡c使離子束加速。另外，在高能量模式下雙重P透鏡220亦可構成為，只要整體使離子束加速，則可依需要在零至少許範圍內藉由減速P透鏡d使離子束減速。
高電壓電源系統230如此構成，藉此藉由切換電源能夠改變施加在射束線上之幾個區域的電壓。並且，能夠改變一種區域中之電壓施加路徑。利用該等能夠在相同的射束線上切換低能量模式和高能量模式。
在低能量模式下，將接地電位作為基準直接施加離子源201的電位VHV。藉此，能夠向源極部施加高精度的電壓，並能夠提高能量的設定精度而以低能量植入離子。並且，藉由將終端電壓VT、P透鏡電壓VDP及AD柱出口電壓Vad設定為負，能夠以較高能量將離子輸送至AD柱出口。因此能夠提高離子束的輸送效率並獲得高電流。
並且，在低能量模式下藉由採用減速P透鏡，來促進高能量狀態下的離子束的輸送。這有助於使低能量模式與高能量模式在同一射束線上共處。此外，在低能量模式 下，調整射束線的收斂/發散要件，以使射束的自發散最小化。這亦有助於使低能量模式與高能量模式在相同的射束線上共處。
在高能量模式下，離子源201的電位為加速引出電壓VHV和終端電壓VT之和。藉此，能夠向源極部施加高電壓，能夠以高能量使離子加速。
第10圖係表示本發明的一種實施形態之離子植入方法之流程圖。該方法例如可藉由用於離子植入裝置之射束控制裝置執行。如第10圖所示，首先，選擇植入製法(S100)。控制裝置讀取該製法條件(S102)，選擇與製法條件相應之射束線設定(S104)。在所選射束線設定下進行離子束的調整工作。調整工作包括提取及調整射束(S106)、確認所獲射束(S108)。以此結束用於離子植入之準備工作。接著，搬入晶片(S110)，執行離子植入(S112)，搬出晶片(S114)。可以重復進行步驟S110至步驟S114，直至處理完所需的片數。
第11圖模式表示藉由離子植入裝置200實現之能量及劑量範圍D。與第1圖相同，第11圖亦表示對於實際所允許之生產率所能處理的能量和劑量的範圍。為了比較，將第1圖所示之HC、MC、HE的能量及劑量的範圍A、B、C一並示於第11圖。
如第11圖所示，可知離子植入裝置200包含現有裝置HC及MC的運行範圍中之任一個。因此，離子植入裝置200為超過現有構架之新型裝置。該新型離子植入裝置 在保持相同的射束線和植入方式的同時，能夠以1台裝置實現現有兩種類型的HC、MC的作用。因此能夠將該裝置稱為HCMC。
因此，依本實施形態，能夠提供以單一裝置構成序列式高劑量高電流離子植入裝置和序列式中劑量中電流離子植入裝置之裝置HCMC。利用HCMC以低能量條件和高能量條件改變電壓施加方法，再利用CVA將射束電流從高電流改變為低電流，藉此，能夠以廣泛的能量條件和劑量條件實施植入。
另外，HCMC式離子植入裝置亦可以不包含所有的現有HC、MC的植入條件範圍。考慮到裝置的製造成本和植入性能的權衡關係，認為可以提供具有比如第11圖所示之範圍D更窄的範圍E(參閱第12圖)之裝置。即使在這種情況下，只要充份彌補設備製造商所需要之離子植入條件，就能夠提供實用性優異的離子植入裝置。
對於在設備製造製程中藉由HCMC實現之裝置運用效率的提高進行說明。作為一例，如第13圖所示，假定有一家設備製造商為了處理製造工藝X而使用了6台HC和4台MC(亦即該設備製造商僅擁有現有裝置HC、MC)。之後，該設備製造商依製造設備的變化將工藝X改為工藝Y，結果變成需要8台HC和2台MC。如此一來，該製造商要增設2台HC，為此需要增加投資和準備期間。與此同時，使2台MC處於非運轉狀態，該製造商所擁有的該等裝置無用武之地。如以上前述，通常HC和 MC的植入方式不同，因此難以將非運轉的MC重新轉用為所需HC。
相對於此，如第14圖所示，考慮設備製造商為了處理工藝X而使用6台HC、2台MC、2台HCMC時的情形。此時，亦即使依製造設備的變化將工藝X改為工藝Y，但因為HCMC為與HC和MC的工藝通用機，因此作為HC能夠運轉HCMC。因此，無需增設裝置或閑置裝置。
如此，設備製造商擁有幾台HCMC裝置具有很大優點。因為藉由HCMC裝置能夠吸收HC和MC的工藝變更。並且，一部份裝置因故障或維修而無法使用時能夠將HCMC裝置作為HC或MC使用，因此，藉由擁有HCMC裝置，能夠大幅改善整體裝置的運轉率。
另外，最後考慮將所有裝置設為HCMC時的情況。但是大多數情況下，因考慮到HCMC和HC(或MC)的價格差異或靈活運用實際所擁有之HC或MC，有可能僅將一部份裝置設為HCMC會更實際一點。
並且，為了一種離子植入處理，以不同的植入方式向晶片植入離子的另一種裝置代替現有的一種形式的離子植入裝置時，有時難以配合植入特性。這是因為為了該離子植入處理，即使以這兩種離子植入裝置使能量及劑量一致，射束發散角度或射束密度亦不會相同。但是，HCMC裝置在同一射束線上(相同射束線軌道)能夠處理高劑量高電流離子植入條件和中劑量中電流植入條件。這樣 HCMC裝置分開使用高劑量高電流離子植入條件和中劑量中電流離子植入條件。因此，有望充份抑制並配合伴隨裝置的代用而產生之植入特性的變化。
HCMC裝置不僅是HC和MC的通用裝置，亦能夠處理現有HC裝置或MC裝置的運行範圍外側的植入條件。如第11圖所示，HCMC裝置為還能夠重新處理高能量/高劑量植入(範圍D的右上區域F)及低能量/低劑量(範圍D的左下區域G)的裝置。因此，離子植入裝置可以在一種實施形態中，在上述第1射束線設定S1及第2射束線設定S2基礎之上或代替它們，具備用於高能量/高劑量植入之第3射束線設定和/或用於低能量/低劑量植入之第4射束線設定。
如以上說明，在本實施形態中，調整序列式高劑量高電流離子植入裝置和中劑量中電流離子植入裝置的射束線並使它們通用化。另外，構築有切換射束線結構之構造。以此，能夠在同一射束線上(相同離子束軌道和相同植入方式)進行遍及廣泛的能量/射束電流區域之植入處理。
以上依實施例對本發明進行了說明。本發明不限於上述實施形態，能夠進行各種設計變更，可以有各種變形例，並且該等變形例亦屬於本發明的範圍的事實係被本領域技術人員所認同者。
代替上述結構或與上述結構一同，基於射束電流調整系統的射束電流的量的調整可以有各種結構。例如，具備射束電流調整系統配設在射束線上的寬度可變孔隙時，該 寬度可變孔隙的位置是任意的。因此，寬度可變孔隙可位於離子源和質譜分析磁鐵之間、質譜分析磁鐵和質譜分析狹縫之間、質譜分析狹縫和射束整形裝置之間、射束整形裝置和射束控制裝置之間、射束控制裝置和射束調整裝置之間、射束調整裝置的各要件之間和/或射束調整裝置和被處理物之間。寬度可變孔隙可以是質譜分析狹縫。
射束電流的調整能夠以如下方式構成，亦即藉由在固定寬度孔隙的前後配置發散/收斂透鏡系統，來調整通過孔隙之離子束的量。固定寬度孔隙可以是質譜分析狹縫。
射束電流的調整可以利用能量狹縫開口寬度可變狹縫裝置(和/或射束線終端開口寬度可變裝置)狹縫裝置進行。射束電流的調整可以利用分析器磁鐵(質譜分析磁鐵)和/或轉向磁鐵(軌道修正磁鐵)進行。可依機械式掃描的速度可變範圍擴大(例如從超低速到超高速)和/或機械式掃描的次數變化調整劑量。
射束電流的調整可藉由離子源的調整(例如，氣體量、電弧電流)進行。射束電流的調整可藉由離子源的更換進行。此時，可以選擇性地使用MC用離子源和HC用離子源。射束電流的調整可藉由離子源的引出電極的間隙調整來進行。射束電流的調整可藉由在離子源的正下方設置CVA而進行。
射束電流的調整可藉由帶狀束的上下寬度的變更進行。劑量的調整可藉由二維機械掃描時的掃描速度的變更進行。
射束線裝置具備複數個射束線構成要件，該構成要件以僅在第1射束線設定或第2射束線設定中之任一設定下運行之方式構成，藉此，離子植入裝置可以作為高電流離子植入裝置或中電流離子植入裝置構成。亦即，將HCMC裝置作為平台，例如更換一部份的射束線構成要件，或改變電源結構，藉此能夠從序列式高劑量/中劑量通用離子植入裝置發明出序列式高劑量離子植入專用裝置或序列式中劑量離子植入專用裝置。預計能夠以比通用裝置更低廉的價格製造出各個專用裝置，因此能夠有助於設備製造商減低製造成本。
在MC中，藉由利用二價離子或三價離子等多價離子，能夠以更高能量植入。但是，一般離子源(熱電子發射型離子源)中多價離子的生成效率與一價離子的生成效率相比相當低。因此，事實上很難在這種高能量範圍內進行實用性劑量植入。作為離子源若採用RF離子源那樣的多價離子增強源，則能夠獲取四價、五價的離子。因此能夠以更高能量的條件獲取更多的離子束。
因此，作為離子源採用RF離子源那樣的多價離子增強源，藉此能夠將HCMC裝置作為序列式高能量離子植入裝置(HE)運用。藉此，能夠以HCMC裝置處理，迄今為止只能以序列式高能量/低劑量離子植入裝置處理之植入條件的一部份(能夠將第8圖所示之MC的範圍擴展成包含範圍C之至少一部份)。
以下例舉幾個本發明的態樣。
一種實施形態之離子植入裝置，其具備：離子源，生成離子並作為離子束引出；植入處理室，用於向被處理物植入前述離子；及射束線裝置，提供用於從前述離子源向前述植入處理室輸送前述離子束之射束線，前述射束線裝置供給具有在前述植入處理室中超過前述被處理物的寬度之射束照射區域之前述離子束，前述植入處理室具備機械式掃描裝置，該機械式掃描裝置對前述射束照射區域機械式地掃描前述被處理物，前述射束線裝置依植入條件在複數個植入設定結構中之任一個結構下動作，前述複數個植入設定結構包含：第1植入設定結構，適合輸送用於對前述被處理物進行高劑量植入之低能量/高電流射束；及第2植入設定結構，適合輸送用於對前述被處理物進行低劑量植入之高能量/低電流射束，前述射束線裝置構成為，在前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構下，前述射束線中成為基準之射束中心軌道從前述離子源至前述植入處理室為止相同。
一種實施形態之離子植入裝置，其具備：離子源，生成離子並作為離子束引出；植入處理室，用於向被處理物植入前述離子；及射束線裝置，提供用於從前述離子源向前述植入處理室輸送前述離子束之射束線，其中，前述離子植入裝置構成為協同前述被處理物的機械掃 描對前述被處理物照射前述離子束，前述射束線裝置依植入條件在複數個植入設定結構中之任一個結構下動作，前述複數個植入設定結構包括第1植入設定結構及第2植入設定結構，其中，第1植入設定結構適合輸送用於對前述被處理物進行高劑量植入之低能量/高電流射束，第2植入設定結構適合輸送用於對前述被處理物進行低劑量植入之高能量/低電流射束，前述射束線裝置在前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構下構成為，前述射束線中成為基準之射束中心軌道從前述離子源至前述植入處理室相同。
前述射束線裝置可在前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構下採取相同的植入形態。前述射束照射區域可以在前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構下相同。
前述射束線裝置可具備調整前述離子束之射束調整裝置和對前述離子束進行整形之射束整形裝置。前述射束線裝置可以在前述第1植入設定結構和第2植入設定結構下，以相同的佈局配置前述射束調整裝置及前述射束整形裝置。前述離子植入裝置在前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構下可以具有相同的設置佔地面積。
前述射束線裝置可以具備用於調整前述離子束的射束電流的總量之射束電流調整系統。前述第1植入設定結構包含用於前述射束電流調整系統之第1射束電流設定，前述第2植入設定結構包含用於前述射束電流調整系統之第 2射束電流設定，並被定為前述第2射束電流設定下的前述離子束的射束電流小於前述第1射束電流設定下的前述離子束的射束電流。
前述射束電流調整系統可以構成為，在通過該調整要件時切斷前述離子束的至少一部份。前述射束電流調整系統可以具備配設在前述射束線上之寬度可變孔隙。前述射束電流調整系統可以具備射束線終端開口寬度可變狹縫裝置。前述離子源可以構成為調整前述離子束的射束電流的總量。前述離子源具備用於引出前述離子束之引出電極，藉由調整前述引出電極的開口來調整前述離子束的射束電流的總量。
前述射束線裝置可以具備用於調整植入到前述被處理物之前述離子的能量之能量調整系統。前述第1植入設定結構包含用於前述能量調整系統之第1能量設定，前述第2植入設定結構包含用於前述能量調整系統之第2能量設定，前述第1能量設定與前述第2能量設定相比更適於低能量射束的輸送。
前述能量調整系統可以具備用於使前述離子束平行之射束平行化裝置。前述射束平行化裝置可以構成為，在前述第1植入設定結構下使前述離子束減速，或使其減速及加速，並在前述第2植入設定結構下使前述離子束加速，或使其加速及減速。前述射束平行化裝置可以具備使前述離子束加速之加速透鏡和使前述離子束減速之減速透鏡，並構成為能夠改變加速與減速的分配，前述射束平行化裝 置亦可以構成為在前述第1植入設定結構下主要使前述離子束減速，並在前述第2植入設定結構下主要使前述離子束加速。
前述射束線裝置具備用於調整前述離子束的射束電流總量之射束電流調整系統和用於調整向前述被處理物植入前述離子的能量之能量調整系統，可以分別或同時調整前述射束電流的總量和前述植入能量。前述射束電流調整系統和前述能量調整系統可以是個別的射束線構成要件。
前述離子植入裝置可以具備控制部，該控制部構成為，手動或自動選擇包含前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構之複數個植入設定結構中適合所給離子植入條件之任一個植入設定結構。
當植入到前述被處理物中之所需的離子劑量大概在1×1014~1×1017atoms/cm2範圍時，前述控制部可以選擇前述第1植入設定結構，當植入到前述被處理物中之所需的離子劑量大概在1×1011~1×1014atoms/cm2範圍時，前述控制部可以選擇前述第2植入設定結構。
前述射束線裝置在前述第1植入設定結構下具有第1能量調整範圍，在前述第2植入設定結構下具有第2能量調整範圍，前述第1能量調整範圍和前述第2能量調整範圍可以具有部份重疊的範圍。
前述射束線裝置在前述第1植入設定結構下具有第1劑量調整範圍，在前述第2植入設定結構下具有第2劑量調整範圍，前述第1劑量調整範圍和前述第2劑量調整範 圍可以具有部份重疊的範圍。
前述射束線裝置可以具備射束掃描裝置，該射束掃描裝置掃描前述離子束以形成向垂直於射束輸送方向的長邊方向延伸之細長照射區域。前述植入處理室可以具備物體保持部，該物體保持部構成為向與前述射束輸送方向及與前述長邊方向垂直之方向提供前述被處理物的機械掃描。
前述射束線裝置可以具備帶狀束發生器，其生成具有向垂直於射束輸送方向的長邊方向延伸之細長照射區域之帶狀束。前述植入處理室可以具備物體保持部，該物體保持部構成為向與前述射束輸送方向及前述長邊方向垂直之方向提供前述被處理物的機械掃描。
前述植入處理室可以具備物體保持部，該物體保持部構成為向在垂直於射束輸送方向的面內相互正交之2個方向提供前述被處理物的機械掃描。
前述射束線裝置可以以如下方式構成，亦即在構成為能夠從僅在前述第1植入設定結構或前述第2植入設定結構下被運行之複數個射束線構成要件中選擇，藉此前述離子植入裝置構成為高電流離子植入專用裝置或中電流離子植入專用裝置。
一種實施形態之離子植入方法，其具備如下製程：關於射束線裝置，在包含適合輸送用於向被處理物進行高劑量植入之低能量/高電流射束之第1植入設定結構和適合輸送用於向前述被處理物進行低劑量植入之高能量/低電流射束之第2植入設定結構之複數個植入設定結構 中選擇符合所給離子植入條件之任一種植入設定結構；在所選植入設定結構下使用前述射束線裝置，沿著射束線中成為基準之射束中心軌道自離子源至植入處理室輸送離子束；及協同前述被處理物的機械掃描向前述被處理物照射前述離子束，前述成為基準之射束中心軌道在前述第1植入設定結構和前述第2植入設定結構下相同。
前述輸送製程還可以具備藉由調整前述離子束的射束電流的總量來調整植入到前述被處理物的劑量之製程。在前述第1植入設定結構下可以以第1劑量調整範圍調整前述植入劑量，在前述第2植入設定結構下可以以包括小於前述第1劑量調整範圍的劑量範圍在內之第2劑量調整範圍調整前述植入劑量。
前述輸送製程還可以具備調整植入到前述被處理物的能量之製程。在前述第1植入設定結構下可以以第1能量調整範圍調整前述植入能量，在前述第2植入設定結構下可以以包括高於前述第1能量調整範圍的能量範圍在內之第2能量調整範圍調整前述植入能量。
1.一種實施形態之離子植入裝置藉由切換以減速為主體之電源的連接和以加速為主體之電源的連接，具有相同射束軌道和相同植入方式，並具有廣泛的能量範圍。
2.一種實施形態之離子植入裝置，在可獲得高電流之射束線上具備在射束線上游部切斷一部份射束之機器， 藉此具有相同的射束軌道和相同的植入方式，並具有廣泛的電流範圍。
3.一種實施形態之離子植入裝置藉由同時具備上述實施形態1及上述實施形態2的特性，可以具有相同射束軌道和相同植入方式，並且一並具有廣泛的能量範圍和廣泛的射束電流範圍。
一種實施形態之離子植入裝置，在上述實施形態1至3中，作為相同植入方式可以是組合射束掃描和機械性晶片掃描之裝置。一種實施形態之離子植入裝置，在上述實施形態1至3中，作為相同植入方式可以為組合帶狀束和機械性晶片掃描之裝置。一種實施形態之離子植入裝置，在上述實施形態1至3中，作為相同植入方式可以是組合二維機械性晶片掃描之裝置。
4.一實施形態之離子植入裝置或離子植入方法，藉由在同一射束線(相同離子束軌道和相同植入方式)上並列構成高劑量高電流離子植入射束線要件和中劑量中電流離子植入射束線要件，藉此選擇/切換自如地構成高劑量高電流離子植入和中劑量中電流離子植入，並覆蓋從低能量到高能量的極其廣泛的能量範圍和從低劑量到高劑量的極其廣泛的劑量範圍。
5.上述實施形態4中，在同一射束線上可以分別構成高劑量用和中劑量用通用的各射束線要件和分別被切換成高劑量用/中劑量用之各射束線要件。
6.上述實施形態4或5中，以在廣泛的範圍內調整 射束電流量為目的，可以設置在射束線上游部物理切斷一部份射束之射束限制裝置(上下或左右的寬度可變狹縫或四邊形或圓形的可變開口)。
7.上述實施形態4至6的任一項中，可以設置切換控制器的控制裝置，該裝置構成為，依據植入到被處理物的所需的離子劑量，選擇高劑量高電流離子植入和中劑量中電流離子植入。
8.上述實施形態7中，切換控制器構成為，當植入到被處理物之所需的離子劑量大概在1×1011~1×1014atoms/cm2的中劑量中電流範圍時，使射束線在中劑量加速(引出)/加速(P透鏡)/減速(AD柱)模式下作動，並且，當植入到被處理物之所需的離子劑量大概在1×1014~1×1017atoms/cm2的高劑量高電流範圍時，亦可以使射束線在高劑量加速(引出)/減速(P透鏡)/減速(AD柱)模式下作動。
9.上述實施形態4至8的任一項中，使用加速模式植入比較高能量的離子之裝置和使用減速模式來植入比較低能量的離子之裝置可以具有彼此重疊的能量範圍。
10.上述實施形態4至8的任一項中，使用加速模式植入比較高劑量的離子之裝置和使用減速模式來植入比較低劑量的離子之裝置可以具有彼此重疊的劑量範圍。
11.在上述實施形態4至6的任一項中，藉由限制射束線構成要件，能夠輕鬆地將結構改變成高劑量高電流離子植入專用裝置或中劑量中電流離子植入專用裝置。
12.上述實施形態4至11的任一項中，射束線結構可以組合射束掃描和機械基板掃描。
13.上述實施形態4至11的任一項中，射束線的結構可以組合具有基板(或晶片或被處理物)寬度以上的寬度之帶狀的射束掃描和機械基板掃描。
14.上述實施形態4至11的任一項中，射束線結構可以具備二維方向的機械基板掃描。
到目前為止，對能夠提供具有選自廣泛範圍之所希望的射束電流和/或能量之離子束之離子植入裝置及離子植入方法進行了說明。然而，目前前端的離子植入中，不僅要求能夠控制這種基本的特性，還要求能夠控制射束密度分佈(形狀)或射束角度擴散等其他特性。
為了量化射束的角度擴散，而使用離子束所具有之角度分佈(亦即每個離子的行進方向角度的分佈)。作為表示離子束的角度分佈之代表性指標有“射束平行度”和“射束發散度”。具體內容將後述，射束平行度與角度分佈的重心相關，射束發散度則與角度分佈的寬度相關。
要求例如射束發散度較小(接近零)的離子束。但是，離子束隨著被送往下游的被處理物而擴散，且射束發散度有變大的傾向。因為，離子束上會有所謂的、被稱為空間電荷效應之由離子間的排斥力引起之射束的發散效應(亦即由束勢引起之發散現象)起作用。
有時亦要求具有某種程度大小的射束發散度之離子束。如此藉由在離子束所具有之角度分佈上刻意賦予某種 程度的寬度，來減輕對於被處理物的離子束植入角度的變動或誤差的影響，並能夠提高離子植入的穩健性。
因此，本發明的一種實施形態中，提供一種能夠控制射束發散度之離子植入裝置及離子植入方法。詳細內容後述，一種實施形態中，射束發散度藉由調整離子束的焦點而得到控制。例如，植入到被處理物之離子束的射束發散度，係藉由使入射射束掃描部之入射離子束的焦點位置移動到入射離子束的中心軸上的不同於射束掃描部的掃描原點的位置，而得到控制。藉由適當設定入射射束掃描部之入射離子束的焦點位置，入射被處理物表面時的射束發散度被控制為期望值。
第15圖(a)為例示離子束的每個離子的行進方向之圖，第15圖(b)為例示離子束所具有之角度分佈之圖。在此，將離子束在設計上的行進方向標記為Z方向，與Z方向垂直的一方向標記為X方向。Z軸相當於在設計上的離子束的中心軌道。因此，Z軸為入射射束掃描部之離子束的中心軸。X方向例如為水平方向，亦可以是射束掃描方向。
離子束由許多離子形成，這些離子大多具有與Z方向平行的速度。但事實上，並非所有離子的速度與Z方向完全平行。換言之，每個離子的行進方向相對於Z方向呈一角度。本說明書中，將該角度的X方向分量標記為X’。如第15圖(a)所示，所施予之Z方向位置的第i個離子(i=1，2，……，n)的速度的X方向分量，係相對於Z 方向，朝向角度Xi’的方向。
多數離子的行進方向大致與Z方向平行，行進方向與Z方向呈較大角度之離子為一少部份。因此，例示出相對於離子行進方向的角度X’之離子的個數N時，如第15圖(b)所示，呈中央具有最大值之山形分佈。另外，實際獲得這種角度分佈時，能夠測定射束電流並將此視為離子的個數N。
離子束的“射束平行度”表示，作為許多離子群的離子束所具有之角度分佈的重心與該離子束在設計上的中心軌道所形成之角度。射束平行度藉由下式(1)計算。如第15圖(b)所示之角度分佈中，分佈的中央值Xa’相對於射束平行度。
離子束的“射束發散度”表示作為許多離子群的離子束所具有之角度分佈的“擴散大小”和“發散/會聚的狀態”。射束發散度例如亦可以藉由下式(2)來計算。如第15圖(b)所示之角度分佈中，分佈的寬度<X’>相當於射束發散度。
【式2】<X’>=(-1) k ．|max(X’ i )-min(X’ i )|▪▪▪(2)k=0：divergence k=1：convergence
射束發散度為正值時(k=0)，表示離子束為發散(divergence)射束。另一方面，射束發散度為負值時(k=1)，表示離子束為會聚(convergence)射束。例如，如第15圖(a)所例示之離子束為會聚射束，藉由上式(2)計算之該離子束的射束發散度為負值。
此外，射束發散度為零時，係指離子束的所有離子均具有相同的行進方向之理想狀態的意思。射束發散度(準確來講是其絕對值)為較小的值時，每個離子的行進方向上的偏差較小，相反，射束發散度為較大的值時，每個離子的行進方向上的偏差較大。
“射束平行度”和“射束發散度”為均表示離子束的角度資訊之量，但其含義不同。因此，即便一種離子束與另一種離子束具有相等的射束平行度，通常這兩個離子束的射束發散度亦不一定相等，(倒不如說這兩個離子束通常具有不同的射束發散度)。
第16圖為概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置300的構成之圖。離子植入裝置300從該射束線的上游側依該記載之順序具備離子源302、射束會聚部304、射束掃描部306、射束平行化部308及射束發散度測定部310。因此，射束會聚部304配設於射束掃描部306的上游，射束平行化部308配設於射束掃描部306的 下游。射束發散度測定部310配設於射束平行化部308的下游。
射束掃描部306為用於掃描離子束之射束掃描設備，例如亦可以是掃描儀209(例如參照第5圖(a))。射束掃描部306構成為，藉由使射束相對於上述“射束中心軌道”向兩個不同方向偏向，在一定角度範圍內週期性掃描離子束。射束掃描部306被設計成，在所入射之離子束的中心軸上具有掃描原點。射束掃描部306的掃描原點位於射束掃描部306的中央部。
射束平行化部308為用於使掃描之射束平行之射束平行化設備，例如亦可以是射束平行化機構211(例如參照第5圖(a))或P透鏡220(例如參照第6圖)。射束平行化部308亦可以是靜電式射束平行化設備，或亦可以是磁場式射束平行化設備。
射束平行化部308被設計成，在射束掃描部306的掃描原點上具有作為平行化透鏡的焦點。原理上，射束束平行化部308構成為使從焦點放射之射束平行化，因此在掃描原點處，在掃描角度範圍內進行偏向並入射射束平行化部308之離子束全部藉由射束平行化部308而被平行化。
離子植入裝置300構成為，將平行化之離子束植入到晶片(基板)。可視需要在射束平行化部308到晶片之間設置用於改變能量之加減速設備(例如AD柱212)或能量分析設備(例如能量過濾器213)等的射束調整設備(例如參照第5圖(a))。
射束會聚部304為能夠至少向該離子束的中心軸方向控制入射射束掃描部306之離子束的焦點位置之射束會聚設備。射束會聚部304構成為，發生使入射射束掃描部306之離子束至少向與射束掃描方向相同的方向會聚/發散之作用。射束會聚部304構成為，使入射射束掃描部306之入射離子束的焦點位置沿著入射離子束的中心軸而位於比掃描原點更往上游側。另外，射束會聚部304亦可以構成為，使該焦點位置位於比掃描原點更往下游側，此時，焦點位置(不進行掃描時，從射束掃描部306射出)沿著離子束的中心軸而位於比掃描原點更往下游側。
射束會聚部304例如亦可以是第1XY會聚透鏡206(例如Q透鏡)或第2XY會聚透鏡208(例如XY方向單透鏡)(例如參照第5圖(a))。射束會聚部304具備Q透鏡時，該Q透鏡亦可以是單片式Q透鏡、雙合Q透鏡或者是三合Q透鏡。射束會聚部304具備單透鏡時，該單透鏡亦可以是由3片電極構成的單透鏡。
射束會聚部304亦可以是能夠控制離子束的焦點位置之任意射束線構成要件，因此，亦可以是引出電極218或質譜分析磁鐵202(例如參照第5圖(a))。例如，亦可以藉由調節引出電極218的電壓、引出電極218的射束行進方向的位置和/或質譜分析磁鐵202的面角，來調整入射射束掃描部306之離子束的焦點位置。
因此，射束會聚部304亦可以具備射束會聚要件(例如Q透鏡、單透鏡等)、引出電極及質譜分析磁鐵中的至少一種。此時，射束會聚部304被視為不同於射束掃描部306的另一射束線構成要件。
或者，射束會聚部304亦可以構成為射束掃描部306的一部份。換言之，亦可以構成為由射束掃描部306本身調整入射射束掃描部306之離子束的焦點位置。射束掃描部306亦可以構成為，提供複合於用於掃描之射束偏向作用之射束會聚作用。例如，射束掃描部306配設於掃描電極的附近，亦可以藉由用於補正所謂的零電場效應之補正電極來調整入射射束掃描部306之離子束的焦點位置。
射束發散度測定部310構成為，測定被處理物位置或其附近之射束發散度。因此，射束發散度測定部310具備對離子束所具有之角度分佈進行測定之測定器。該測定器預先在所要植入離子之被處理物(例如晶片214)位置或其附近的測定位置測定射束的角度分佈，在植入處理過程中避開測定位置停止測定或者在測定位置附近對射束進行監控。
這種射束角度分佈的測定器亦可以具備具有已知位置之狹縫及配置於狹縫的下游之射束檢測器。射束檢測器例如具有一維排列或二維排列之射束檢測元件。能夠依據藉由射束檢測器檢測之射束收光點與狹縫的相對位置獲取該射束的行進方向的角度。測定器亦可以在與射束中心軌道垂直的面內(例如向射束掃描方向)移動，亦可以在該面內的任意位置測定角度分佈。
另外，射束發散度測定部310亦可以配置於射束平行 化部308與被處理物之間，並在被處理物的上游測定射束發散度。或者，射束發散度測定部310亦可以配置於被處理物的後面，並在被處理物的下游測定射束發散度。
離子植入裝置300具備射束發散度控制部312。射束發散度控制部312亦可以是上述控制部116(參照第2圖)或其一部份。射束發散度控制部312構成為，依據藉由射束發散度測定部310測定之射束發散度來調整入射射束掃描部306之離子束的焦點位置。例如，射束發散度控制部312調整入射射束掃描部306之入射離子束的焦點位置，以便將藉由射束發散度測定部310測定之射束發散度與期望值進行比較並使其與該期望值一致。
射束發散度控制部312以所測定之角度資訊為基礎向射束會聚部304(和/或射束掃描部306)發出指令。藉由該指令控制射束會聚部304(和/或射束掃描部306)的射束會聚力，且射束焦點位置被改變，其結果能夠在晶片位置獲得目標射束發散度。
射束發散度控制部312例如藉由位於晶片位置之射束角度分佈測定器並以植入到晶片之前測定之射束角度分佈的結果為基礎，向射束會聚部304(和/或射束掃描部306)進行反饋，以設定參數。
或者，如第17圖所示，用於控制離子束的焦點位置之參數，亦可以使用射束條件(例如，離子種類、能量、射束電流等)的函數或工作表314來進行設定。該函數或工作表314依據藉由射束角度分佈測定器所獲得之射束角 度分佈的結果而預先設定，且亦可以保持在射束發散度控制部312或射束發散度控制部的附體記憶部上。
本實施形態之焦點調整處理亦可以在離子植入的準備階段進行。例如，焦點調整處理亦可以在如第4圖所示之射束線設定選擇步驟(S10)執行，或亦可以在如第10圖所示之射束引出及調整步驟(S106)執行。或者，亦可以在離子植入過程中進行本實施形態之焦點調整處理。
第18圖為表示射束掃描部306的掃描原點S之概略圖。射束掃描部306構成為，藉由以週期性變化之偏向角度在掃描原點S處使離子束向X方向偏向來掃描離子束。如第18圖所示，掃描原點S為入射射束掃描部306之入射射束軌道317a的延長線與從射束掃描部306射出之出射射束軌道317b的延長線的交點。如上所述，射束掃描部306的掃描原點S與作為射束平行化部308的平行化透鏡的焦點一致。
射束掃描部306例如為對藉由週期性變動之電場而使離子束向X方向週期性往復掃描之偏向掃描裝置。如第18圖所示，射束掃描部306具備在射束行進方向上以隔著離子束的通過區域而對向配置之一對(2片)掃描電極307a、307b(二極式偏向掃描電極)。掃描原點S位於掃描電極307a、307b之間。與以0.5Hz~4000Hz範圍的一定頻率進行正負變動之三角波近似之掃描電壓，係分別以相反符號施加在2片掃描電極307a、307b上。該掃描電壓在2片掃描電極307a、307b的間隙內，生成使通過該 間隙之射束偏向之變動電場。並且，藉由掃描電壓的週期性變動，向X方向掃描通過間隙之射束。
參照第19圖(a)、第19圖(b)、第20圖(a)、第20圖(b)來說明離子束的焦點調整與射束發散度之間的關係。為了簡便起見，首先說明不考慮空間電荷效應之情況(第19圖(a)、第19圖(b))，之後對實際存在空間電荷效應之情況(第20圖(a)、第20圖(b))進行說明。分別在這兩種情況下，對入射射束掃描部306之入射離子束的焦點位於掃描原點S時(第19圖(a)、第20圖(a))與位於比掃描原點S更往上游時(第19圖(b)、第20圖(b))進行比較。
以下，為便於說明，有時將入射射束掃描部306之離子束稱為“入射離子束316”，將從射束平行化部308射出之離子束稱為“出射離子束318”。並且，有時將入射離子束316的焦點稱為“射束焦點F”。
如第19圖(a)所示，將焦點連結於掃描原點S之入射離子束316的所有離子從掃描原點S(亦即射束平行化部308的焦點)射出，因此在射束平行化部308所有離子呈平行狀態。因此，出射離子束318的射束發散度為較小的值(理想狀態為零)。假定不存在空間電荷效應的情況下，由於離子之間不會產生排斥力，因此從射束平行化部308射出之出射離子束318在晶片位置320亦保持平行。
進一步進行詳細說明。第i個離子(以下稱為離子 (i))以入射角度Xi1’入射射束掃描部306，並在掃描原點S以某一角度θ偏向時，第i個離子從射束掃描部306射出之出射角度Xi2’表示為Xi2’=Xi1’+θ。
連結該離子(i)的「入射射束平行化部308之入射位置」和「掃描原點S」之直線與Z軸(亦即入射離子束316的中心軸)所形成之角度，係能夠表示為θ+△θi。此時，離子(i)藉由射束平行化部308偏向之角度為相反符號的-(θ+△θi)。因此，出射離子束318的離子(i)的角度(亦即通過射束平行化部308之離子(i)的角度)Xi3’為Xi3’=Xi2’-(θ+△θi)=Xi1’-△θi。
如第19圖(a)所示，當射束焦點F與掃描原點S一致時，△θ i=Xi1’，因此，出射離子束318的離子(i)的角度Xi3’為零。亦即，出自射束平行化部308之離子(i)的行進方向與設計中心軌道(Z軸)平行。其他離子同樣與Z軸平行。
而實際上由於空間電荷效應會發揮作用，因此如第20圖(a)中以虛線箭頭所例示，出射離子束318隨著被送往下游而逐漸擴展。如此導致出射離子束318在晶片位置320成為發散射束。因此，出射離子束318的射束發散度為某一較大的正值。為了進行比較，而第20圖(a)中以實線箭頭示出，如第19圖(a)所示之無視空間電荷效應時的出射離子束318。另外，射束角度分佈的重心位置不受空間電荷效應的影響，因此“射束平行度”在考慮空間電荷效應之情況(第20圖(a))下與不考慮空間電荷 效應之情況(第19圖(a))下相同。
第19圖(b)示出射束焦點F位於比掃描原點S更往上游之情況。如同第19圖(a)所例示之情況，離子(i)以入射角度Xi1’入射射束掃描部306時，出射離子束318的離子(i)的角度Xi3’為，Xi3’=Xi1’-△θi。由於Xi1’<△θ i，因此Xi3’<0。並且，經過對於以射束中心軸為準位於離子(i)的相反側之第k個離子(以下，稱為離子(k))進行相同考察之後獲知，由於Xk1’>△θ k，因此Xk3’>0。
如此，當射束焦點F位於比掃描原點S更往上游時，出射離子束318為會聚射束。因此，出射離子束318的射束發散度為負，其值是相較於射束焦點F位於掃描原點S時大。假定沒有空間電荷效應，則這種會聚射束會到達晶片位置320。
而實際上，如第20圖(b)中以虛線箭頭所例示，出射離子束318上有空間電荷效應發揮發散作用。因此利用該發散作用能夠補正出射離子束318的射束發散度。為了進行比較，在第20圖(b)中以實線箭頭示出如同第19圖(b)所示之無視空間電荷效應時的出射離子束318。另外，由於射束角度分佈的重心位置不受空間電荷效應的影響，因此“射束平行度”在考慮空間電荷效應之情況(第20圖(b))下與不考慮空間電荷效應之情況(第19圖(b))下相同。
藉由將射束焦點F從掃描原點S挪到上游來獲得等同於消除空間電荷效應的實際影響之△θ，能夠在晶片位置320使離子束平行化。或者，能夠藉由使射束焦點F適當變位而使其位於掃描原點S的上游或下游之方式進行控制，以使離子束具有目標射束發散度(例如，能夠獲得低發散度射束)。
借此，離子植入裝置300構成為，將入射射束掃描部306之入射離子束316的射束焦點F調整為沿著入射離子束316的中心軸而位於比掃描原點S更往上游側。第19圖(b)中例示出射束焦點F自掃描原點S到上游側的移動量322及射束會聚部304所能調整的射束焦點F的範圍324。藉由對焦點進行這種調整，離子植入裝置300能夠對從射束平行化部308射出之出射離子束318中因空間電荷效應而產生之發散現象進行補正，並以補正後之離子束進行離子植入處理。
換個角度，當考慮在離子束從射束平行化部308輸送到被處理物期間所作用之空間電荷效應時，射束平行化部308構成為，使掃描之離子束完全或不完全平行化。例如，射束平行化部308向被處理物射出未完全平行化之離子束，以使入射被處理物表面之離子束借助空間電荷效應而完全平行化。或者，射束平行化部308向被處理物射出完全或不完全平行化之離子束，以使入射被處理物表面之離子束借助空間電荷效應而具有所希望的射束發散度。
如同本實施形態，將射束焦點F配置在比掃描原點S更往上游，這適於高電流射束的輸送。因為高電流射束的 空間電荷效應較大。因此，一種實施形態中，在上述第1射束線設定S1(參照第2圖)或第1植入設定構成中亦可以將入射離子束316的射束焦點F配置於比掃描原點S更往上游的第1焦點位置。並且，在上述第2射束線設定S2(參照第2圖)或第2植入設定構成中亦可以將入射離子束316的射束焦點F配置於不同於第1焦點位置的第2焦點位置。第2焦點位置亦可以是掃描原點S。
一種實施形態中，離子植入裝置亦可以構成為，入射射束掃描部之入射離子束的焦點位置被調整為沿著該離子束的中心軸而位於比掃描原點更往下游側。此時，離子植入裝置的控制部亦可以構成為，將入射射束掃描部之入射離子束的焦點位置調整為沿著該離子束的中心軸而位於比掃描原點更往下游側，以便將從藉由測定射束發散度之測定部測定之射束平行化部射出之出射離子束的射束發散度與期望值進行比較並使其與該期望值一致。

Claims (8)

  1. 一種離子植入裝置，其具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，依所給的離子條件對被處理物進行植入處理，該離子植入裝置的特徵為，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述離子植入裝置構成為，使入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置沿著前述入射離子束的中心軸而位於比前述掃描原點更往上游側，入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置被調整為，沿著前述入射離子束的中心軸而位於比前述掃描原點更往上游側，以便補正由從前述射束平行化部射出之出射離子束的空間電荷效應引起之發散現象，藉由前述調整，將入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點配置於具有與前述射束條件中離子種類、能量、射束電流或劑量相應之移動量的位置，該位置比前述掃描原點更往上游。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入裝置，其中，還具備：測定部，對表示前述出射離子束所具有之角度分佈的擴散大小和前述出射離子束的發散/會聚狀態之射束發散 度進行測定；及控制部，構成為將藉由前述測定部測定之前述出射離子束的射束發散度與期望值進行比較，並調整前述入射離子束的焦點位置以使射束發散度與該期望值一致。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，還具備射束會聚部，其配設於前述射束掃描部的上游，且沿著前述中心軸調整前述入射離子束的焦點位置。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述射束掃描部構成為沿著前述中心軸調整前述入射離子束的焦點位置。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述離子植入裝置依據植入條件在複數個植入設定構成中的任意者下動作，前述複數個植入設定構成包括：第1植入設定構成，適合用於向被處理物進行高劑量植入的低能量/高電流射束的輸送；及第2植入設定構成，適合用於向被處理物進行低劑量植入的高能量/低電流射束的輸送，前述第1植入設定構成中，前述入射離子束具有第1焦點位置，前述第2植入設定構成中，前述入射離子束具有不同於前述第1焦點位置的第2焦點位置。
  6. 一種離子植入裝置，其具備射束掃描部；及配設 於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，依所給的離子條件對被處理物進行植入處理，該離子植入裝置的特徵為，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述離子植入裝置具備：測定部，對表示從前述射束平行化部射出之出射離子束所具有之角度分佈的擴散大小和前述出射離子束的發散/會聚狀態之射束發散度進行測定；及控制部，構成為將藉由前述測定部測定之前述出射離子束的射束發散度與期望值進行比較，並沿著前述入射離子束的中心軸調整入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置，以使射束發散度與該期望值一致，藉由前述調整，將入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點配置於具有與前述射束條件中離子種類、能量、射束電流或劑量相應之移動量的位置，該位置位於前述入射離子束的中心軸上且不同於前述掃描原點。
  7. 一種離子植入方法，該離子植入裝置具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，依所給的離子條件對被處理物進行植入處理，該離子植入方法的特徵為，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束 掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述方法具備如下製程：藉由前述射束掃描部掃描前述入射離子束；藉由前述射束平行化部使掃描之離子束偏向；及調整前述入射離子束的焦點位置，使其沿著前述入射離子束的中心軸而位於比前述掃描原點更往上游側，以便補正由從前述射束平行化部射出之出射離子束的空間電荷效應引起之發散現象，藉由前述調整，將入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點配置於具有與前述射束條件中離子種類、能量、射束電流或劑量相應之移動量的位置，該位置比前述掃描原點更往上游。
  8. 一種離子植入方法，該離子植入裝置具備射束掃描部；及配設於前述射束掃描部的下游之射束平行化部，依所給的離子條件對被處理物進行植入處理，該離子植入方法的特徵為，前述射束掃描部在入射離子束的中心軸上的前述射束掃描部的中央部具有掃描原點，前述射束平行化部在前述掃描原點具有作為平行化透鏡的焦點，前述方法具備如下製程：藉由前述射束掃描部來掃描前述入射離子束； 藉由前述射束平行化部使掃描之離子束偏向；對表示從前述射束平行化部射出之出射離子束所具有之角度分佈的擴散大小及前述出射離子束的發散/會聚狀態之射束發散度進行測定；及將所測定之前述出射離子束的射束發散度與期望值進行比較，並沿著前述入射離子束的中心軸調整入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點位置，以使射束發散度與該期望值一致，藉由前述調整，將入射前述射束掃描部之入射離子束的焦點配置於具有與前述射束條件中離子種類、能量、射束電流或劑量相應之移動量的位置，該位置位於前述入射離子束的中心軸上且不同於前述掃描原點。
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