离子注入装置、磁场测定装置及离子注入方法
离子注入装置、磁场测定装置及离子注入方法
【专利摘要】本发明提供一种与磁场测定有关且有助于提高生产性的离子注入装置及离子注入方法。本发明的离子注入装置(100)具备配设于离子源与处理室之间的能量分析电磁铁(24)。能量分析电磁铁(24)具备：霍尔元件(110)，根据偏转磁场生成测定输出；及NMR元件(112)，生成NMR输出。离子注入装置(100)的控制部(102)具备：磁场测定部(114)，根据偏转磁场与测定输出之间已知的对应关系测定偏转磁场；磁场决定部(118)，根据NMR输出决定偏转磁场；及霍尔元件校正部(120)，利用根据NMR输出决定的偏转磁场和与该偏转磁场对应的霍尔元件(110)的新的测定输出来更新已知的对应关系。
【专利说明】离子注入装置、磁场测定装置及离子注入方法
【技术领域】
[0001] 本申请主张基于2013年8月21日申请的日本专利申请第2013-170905号的优先 权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
[0002] 本发明涉及一种离子注入装置、磁场测定装置及离子注入方法。
【背景技术】
[0003] 已知在离子注入装置的能量分析电磁铁的磁场测定中使用核磁共振吸收元件。使 用核磁共振吸收元件的磁场测定方法理论上不会产生误差。由于能够准确地测定能量分析 电磁铁的磁场，因此能够提供可进行高精度能量分析的离子注入装置。
[0004] 专利文献1 :日本特开2000-11943号公报
[0005] 在使用核磁共振吸收元件的磁场测定中，通过在一定频率范围内对高频磁场进行 扫描来辨认核磁共振吸收频率。因需要这种所谓的频率跟踪，因此测定所需的时间较长。测 定磁场的时间是例如根据所希望的注入条件设定电磁铁的磁场时。此时，通常反复进行磁 场测定与基于该磁场测定的电磁铁的电流调整，直到设定成所希望的磁场。如果能够尽早 结束磁场设定，就能够尽早开始离子注入处理，因此关系到离子注入装置的生产性的提高。
【发明内容】
[0006] 本发明的一方式所例不的目的之一在于，提供一种与磁场测定有关且有助于提高 生产性的离子注入装置及离子注入方法。
[0007] 根据本发明的一方式，提供一种离子注入装置，其特征在于，具备：射束线部，其具 备离子源、及用于被处理物的处理室，该射束线部构成为从所述离子源向所述被处理物传 输离子束；及控制部，构成为对所述射束线部进行控制，所述射束线部具备配设于所述离子 源与所述处理室之间的偏转电磁铁，所述偏转电磁铁具备：一对电磁铁，隔着离子束轨道而 对置以形成用于使所述离子束偏转的偏转磁场；磁检测元件，配置于所述一对电磁铁之间， 并且根据所述偏转磁场生成测定输出；及核磁共振吸收元件，配置于所述一对电磁铁之间， 并且生成NMR输出，所述控制部具备：磁场测定部，根据所述偏转磁场与所述测定输出之间 已知的对应关系测定所述偏转磁场；磁场决定部，根据所述NMR输出决定所述偏转磁场；及 磁检测兀件校正部，利用根据所述NMR输出决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对应的 所述磁检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
[0008] 根据本发明的一方式，提供一种用于偏转电磁铁的磁场测定装置，所述偏转电磁 铁构成为形成用于使带电粒子束偏转的偏转磁场，所述磁场测定装置的特征在于，具备：磁 检测元件，设置于所述偏转电磁铁以测定所述偏转磁场；及核磁共振吸收元件，设置于所述 偏转电磁铁以决定所述偏转磁场，所述磁检测元件通过使用所述核磁共振吸收元件而被校 正。
[0009] 根据本发明的一方式，提供一种离子注入方法，其特征在于，具备如下步骤：从离 子源向被处理物传输离子束；利用配设于所述离子源与所述被处理物之间的偏转电磁铁， 形成用于使所述离子束偏转的偏转磁场；使用设置于所述偏转电磁铁的磁检测元件，根据 所述偏转磁场生成测定输出；根据所述偏转磁场与所述测定输出之间已知的对应关系测定 所述偏转磁场；使用设置于所述偏转电磁铁的核磁共振吸收元件决定所述偏转磁场；及利 用通过使用所述核磁共振吸收元件决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对应的所述磁 检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
[0010] 另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合、本发明的构 成要件和表现的方式，作为本发明的方式也是有效的。
[0011] 发明效果：
[0012] 根据本发明能够提供一种与磁场测定有关且有助于提高生产性的离子注入装置 及离子注入方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的俯视图。
[0014] 图2是本发明的一实施方式所涉及的能量分析电磁铁的剖视图。
[0015] 图3是用于说明本发明的一实施方式所涉及的控制部的功能及结构的块状图。
[0016] 图4是例示本发明的一实施方式所涉及的校准数据的初始值的曲线图。
[0017]图5是表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
[0018] 图6是表示本发明的一实施方式所涉及的能量分析电磁铁的磁场调整方法的流 程图。
[0019] 图7是表示本发明的一实施方式所涉及的磁检测元件的校正方法的流程图。
[0020] 图8是例示本发明的一实施方式所涉及的已更新的校准数据的曲线图。
[0021] 图9是概略地表示本发明的另一实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0022] 图10是概略地表示本发明的另一实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0023] 图11是概略地表示本发明的另一实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0024] 图中：B-离子束，10-离子源，24-能量分析电磁铁，25a-第1磁极面，25b-第2磁 极面，30-偏转电磁铁，86a-测定装置，100-离子注入装置，102-控制部，104-磁场测定装 置，106-偏转磁场，108-离子束轨道，110-霍尔元件，114-磁场测定部，116-磁场调整部， 118-磁场决定部。
【具体实施方式】
[0025] 以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，【专利附图】
【附图说明】中对相同 要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构只是示例，并非对本发明 的范围进行任何限定。
[0026] 图1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置100的俯视图。离 子注入装置100适于所谓的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置为具有高频线形加 速方式的离子加速器和用于传输高能量离子的射束线的离子注入装置，对在离子源10产 生的离子进行加速，并将由此得到的离子束B沿着射速线传输至被处理物（例如基板或者 晶片40)，从而向被处理物注入离子。
[0027]图1中示出离子注入装置100的射束线部的构成要件的布局。离子注入装置100 的射束线部具备离子源10、及用于被处理物的处理室，并且构成为从离子源10向被处理物 传输离子束B。射束线部具备配设于离子源10与处理室之间的至少1个偏转电磁铁。并 且，离子注入装置100具备构成为对射束线部进行控制的控制部102 (参考图3)。
[0028] 如图1所示，高能量离子注入装置100具备：离子束生成单元12,生成离子并进行 质量分析；高能量多段直线加速单元14,对离子束进行加速而使其成为高能量离子束；射 束偏转单元16,进行高能量离子束的能量分析、中心轨道补正及能量分散的控制；射束传 输线单元18,将已分析的高能量离子束传输到晶片40 ;及基板处理供给单元20,将传输到 的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。
[0029] 离子束生成单元12具有离子源10、提取电极11及质量分析装置22。离子束生成 单元12中，射束从离子源10通过提取电极11提取的同时被加速，已提取加速的射束通过 质量分析装置22进行质量分析。质量分析装置22具有质量分析磁铁22a及质量分析狭缝 22b。质量分析狭缝22b有时会配置在紧接质量分析磁铁22a的正后方,但实施例中配置在 其下一个构成即高能量多段直线加速单元14的入口部内。
[0030] 通过质量分析装置22进行质量分析的结果，仅挑选出注入所需的离子种类，挑选 出的离子种类的离子束被导入到之后的高能量多段直线加速单元14。高能量多段直线加速 单元14具备第1线形加速器15a，所述第1线形加速器具备用于高能量离子注入的基本的 多段高频谐振器。高能量多段直线加速单元14也可具备第2线形加速器15b，所述第2线 形加速器具备用于超高能量离子注入的追加的多段高频谐振器。通过高能量多段直线加速 单元14进一步被加速的离子束的方向通过射束偏转单元16而发生变化。
[0031] 射束偏转单元16具有能量分析电磁铁24、抑制能量分散的横向会聚四极透镜26、 能量分析狭缝28及提供转向（轨道补正）的偏转电磁铁30。另外，能量分析电磁铁24有 时被称为能量过滤电磁铁（EFM)。在能量分析电磁铁24的中心部设置有磁场测定装置104。 高能量离子束通过射束偏转单元16进行方向转换，从而朝向晶片40的方向。
[0032] 射束传输线单元18用于传输从射束偏转单元16出来的离子束B，其具有由会聚 /发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及最终能量过滤器 38 (包括最终能量分离狭缝）。射束传输线单元18的长度根据离子束生成单元12和高能 量多段直线加速单元14的长度而设计，在射束偏转单元16处连结而形成整体为U字状的 布局。
[0033] 在射束传输线单元18的下游侧的末端设置有基板处理供给单元20,在注入处理 室内容纳有：射束监测器，测量离子束B的束电流、位置、注入角度、会聚发散角、上下左右 方向的离子分布等；抗静电装置，防止由离子束B产生的晶片40的静电；晶片输送机构，搬 入和搬出晶片40并设置到适当的位置/角度；ESC(Electrc)StaticChuck)，在离子注入时 保持晶片40 ;及晶片扫描机构，在注入时以与束电流的变动相应的速度使晶片40向射束扫 描方向和直角方向移动。
[0034] 如此，离子注入装置100的射束线部构成为具有对置的2条长直线部的水平U字 状的折回型射束线。上游的长直线部包括对在离子源10生成的离子束B进行加速的多个 单元。下游的长直线部包括调整相对于上游的长直线部被方向转换的离子束B并注入到晶 片40的多个单元。2条长直线部构成为大致相同的长度。为了维护作业，在2条长直线部 之间设置有充分宽的作业空间Rl。
[0035] 如此将各单元配置成U字状的高能量离子注入装置100减少了设置面积且能够确 保良好的作业性。并且，高能量离子注入装置100中，通过将各单元和各装置设为模块结 构，从而能够根据射束线基准位置而进行装卸、组装。
[0036] 并且，高能量多段直线加速单元14及射束传输线单元18被折回配置，因此能够抑 制高能量离子注入装置100的总长。在以往的装置中它们被配置为大致直线状。并且，构 成射束偏转单元16的多个偏转电磁铁的曲率半径以使装置宽度最小的方式被最佳化。由 此，使装置的设置面积最小化，并且在被夹在高能量多段直线加速单元14与射束传输线单 元18之间的作业空间Rl中，能够进行针对高能量多段直线加速单元14和射束传输线单元 18的各装置的作业。并且，相邻配置维护间隔较短的离子源10与基板的供给及取出所需要 的基板处理供给单元20,因此操作人员的移动较少也没有问题。
[0037] 图2是本发明的一实施方式所涉及的能量分析电磁铁24的剖视图。作为偏转电 磁铁的一例的能量分析电磁铁24具备对置的一对电磁铁24a、24b。电磁铁24a、24b隔着 尚子束轨道108而对置。尚子束轨道108表不尚子束的中心轨道。在能量分析电磁铁24 的电磁铁24a、24b之间形成用于使离子束偏转的偏转磁场106。偏转磁场106为从电磁铁 24a、24b的一侧朝向另一侧的磁通量密度。
[0038] 磁场测定装置104测定能量分析电磁铁24的磁场。能量分析电磁铁24被要求较 高的磁场精度（例如小于〇. 01 %的磁场的不均匀性），因此磁场测定装置104构成为能够 进行精密的磁场测定。
[0039] 磁场测定装置104具备NMR(核磁共振）探头和霍尔探头。NMR探头用于校正霍尔 探头，霍尔探头用于磁场恒定的反馈控制，详细内容将后述。并且，霍尔探头用于能量分析 电磁铁24的实时磁场控制。NMR探头具备核磁共振吸收元件（以下称为NMR元件）112,霍 尔探头具备霍尔元件110。由此，磁场测定装置104具有具备霍尔元件110及NMR元件112 的检测部，该检测部配置于一对电磁铁24a、24b之间。
[0040] 能量分析电磁铁24的磁极部为平行磁极。一侧电磁铁24a具备平坦的第1磁极 面25a，另一侧电磁铁24b具备与第1磁极面25a对置且与第1磁极面25a平行的第2磁极 面25b。在除了这些磁极部的周边之外的中心区域，偏转磁场106与第1磁极面25a及第2 磁极面25b垂直。NMR元件112及霍尔元件110配置于第2磁极面25b的中心区域。因此， NMR元件112在磁场梯度较小的区域即几乎没有磁通量密度的空间变化的区域与霍尔元件 110相邻而配置。NMR元件112及霍尔元件110也可配置于第1磁极面25a的中心区域。
[0041] 优选NMR元件112配置于作为测定对象的离子束轨道108的正下方（或者正上 方）。如此，能够使离子束轨道108处的磁场与NMR元件112位置处的磁场一致。霍尔元件 110也可配置于离子束轨道108的正下方（或者正上方）。由此，能够直接测定离子束轨道 108处的磁场。
[0042] 霍尔元件110为磁检测元件的一例。磁检测元件构成为根据偏转磁场106生成测 定输出。在此，测定输出为通过偏转磁场106的作用从磁检测元件输出的电信号。而霍尔 元件110生成通过霍尔效应产生的电压（以下称为霍尔输出）作为测定输出。霍尔输出大 致与偏转磁场106成正比。换言之，通常在磁场与霍尔输出之间存在轻微的非线性。
[0043] 磁场发生变化时霍尔输出也瞬时发生变化。因此，霍尔兀件110具有相对于磁场 的响应性极高的优点。但是也有缺点。霍尔元件110的输出可随着时间的变化而发生变化， 因此为了维持测定精度要求定期进行校正。通常的校正要求将真实的磁场和测定输出遍及 测定范围来重新建立关系。在该校正中，霍尔元件Iio无法进行目标磁场测定，因此离子注 入处理也被中断直到校正完成。在提高离子注入装置100的生产性方面，要求尽可能地避 免这种处理的中断。
[0044]NMR元件112构成为生成NMR输出。NMR输出为表示核磁共振吸收频率的信号。 NMR元件112测定根据磁场而发生变化的原子核（例如氢原子）的核磁自旋的共振吸收频 率。由于是根据原子核的性质而进行的测定，所以理论上不会产生如在霍尔元件110观察 到的随着时间发生变化的误差。因此，NMR元件112能够持续稳定地执行高精度的测定。但 是，NMR元件112存在测定所需的时间较长的缺点。这是因为，如上述NMR元件112为了辨 认核磁共振吸收频率而需要频率跟踪。
[0045] 优选磁检测元件构成为NMR元件112以高于生成NMR输出的频度的频度生成测定 输出。如此就能够使用磁检测元件来实现实时性优异的测定。尤其，霍尔元件110能够连 续地输出霍尔电压，因此适合实时测定。
[0046] 图3是用于说明本发明的一实施方式所涉及的控制部102的功能及结构的块状 图。在此所示的各个块中，硬件方面可由计算机的CPU为代表的元件和机械装置来实现，而 软件方面可通过计算机程序等来实现，在此描述了通过它们的协作而实现的功能块。因此， 看过本说明书的本领域技术人员能够理解这些功能块可通过硬件和软件的组合以各种形 态实现。
[0047] 控制部102具备，磁场测定部114、磁场调整部116、磁场决定部118、磁检测元件校 正部（以下称为霍尔元件校正部）120及存储部122。在控制部102设置有输入部124及输 出部126。输入部124为接收运算所需的信息的输入的任意机构，输出部126为输出（例 如显示）运算结果的任意机构。并且，离子注入装置100具备用于能量分析电磁铁24的电 源23。在图3中，磁场测定部114及磁场决定部118构成控制部102的一部分，但在一实 施方式中，可以在霍尔元件110 (或者霍尔探头）设置磁场测定部114,及/或在NMR元件 112 (或者NMR探头）设置磁场决定部118。
[0048] 磁场测定部114构成为根据偏转磁场106与测定输出（在本实施方式中为霍尔输 出）之间已知的对应关系测定偏转磁场106。以下，将该对应关系称为校准数据。磁场测定 部114根据校准数据将从霍尔元件110输出的霍尔电压换算成偏转磁场106的测定值。校 准数据为表示霍尔元件110的校正公式的数据。
[0049] 磁场测定部114利用例如以下的校正公式将霍尔元件110的输出电压转换为磁 场。
[0050]B=f(V)
[0051] 其中，B表不偏转磁场106，V表不霍尔输出，f(V)表不磁场B与电压V之间的相 关关系。f(V)可以为表不相关关系的任意公式。
[0052] 校准数据包括表示多个校正测定点的测定数据和用于对校正测定点之间进行插 值的插值数据。校正测定点包括已测定的霍尔输出V和与其对应的真实的偏转磁场106。 在本实施方式中，由NMR元件112决定的磁场作为真实的偏转磁场106来使用。插值数据 例如表示相邻的2个校正测定点之间的直线插值。
[0053] 校准数据的初始值例如由离子注入装置100的制造厂家预先设定。在开始使用制 造出的离子注入装置100之前，通过指定的测定工序来获得η个校正测定点（Vi,Bi)(i= 1,2……，η)。测定工序例如包括使供给至能量分析电磁铁24的电流遍及规定的范围发生 变化（例如使其阶段性增加），在此期间用霍尔元件110测定霍尔输出Vi,并且用NMR元件 112测定对应的磁场并且，用于这些校正测定点之间的直线插值的关系公式被决定。将 如此获得的校准数据记录到存储部122。根据需要由磁场测定部114读出校准数据。
[0054] 图4是例示本发明的一实施方式所涉及的校准数据的初始值的曲线图。磁场测定 部114根据霍尔输出V通过下式计算区间Vi?Vi+1上的磁场B。磁场测定部114将如此得 到的磁场B作为偏转磁场106的测定值Bm输出到磁场调整部116。
[0055][数式1]
【权利要求】
1. 一种离子注入装置，其特征在于， 具备：射束线部，其具备离子源、及用于被处理物的处理室，该射束线部构成为从所述 离子源向所述被处理物传输离子束；及 控制部，构成为对所述射束线部进行控制， 所述射束线部具备配设于所述离子源与所述处理室之间的偏转电磁铁， 所述偏转电磁铁具备： 一对电磁铁，隔着离子束轨道而对置以形成用于使所述离子束偏转的偏转磁场； 磁检测元件，配置于所述一对电磁铁之间，并且根据所述偏转磁场生成测定输出；及 核磁共振吸收元件，配置于所述一对电磁铁之间，并且生成NMR输出， 所述控制部具备： 磁场测定部，根据所述偏转磁场与所述测定输出之间已知的对应关系测定所述偏转磁 场； 磁场决定部，根据所述NMR输出决定所述偏转磁场；及 磁检测元件校正部，利用根据所述NMR输出决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对 应的所述磁检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
2. 根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁检测元件校正部判定已更新的对应关系是否在与所述已知的对应关系相关地 设定的允许范围内， 当判定为所述已更新的对应关系从所述允许范围偏离时，所述控制部禁止或者中止离 子注入处理。
3. 根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁场测定部根据所述已知的对应关系将所述测定输出换算成所述偏转磁场的测 定值， 所述控制部具备磁场调整部，所述磁场调整部根据所述偏转磁场的测定值将所述偏转 磁场调整为目标磁场。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述控制部独立于基于所述对应关系的所述偏转磁场的测定及/或调整而执行基于 所述NMR输出的所述对应关系的更新。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述一对电磁铁中的一个电磁铁具备平坦的第1磁极面，所述一对电磁铁中的另一个 电磁铁具备与所述第1磁极面对置且与所述第1磁极面平行的第2磁极面， 所述核磁共振吸收元件配置于所述第1磁极面或者所述第2磁极面。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述核磁共振吸收元件配置于所述离子束轨道的正上方或者正下方。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁检测元件以高于所述核磁共振吸收元件生成所述NMR输出的频度的频度生成 所述测定输出。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁检测元件具备霍尔元件。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述偏转电磁铁为能量分析电磁铁。
10. -种用于偏转电磁铁的磁场测定装置，所述偏转电磁铁构成为形成用于使带电粒 子束偏转的偏转磁场，所述磁场测定装置的特征在于，具备： 磁检测元件，设置于所述偏转电磁铁以测定所述偏转磁场；及 核磁共振吸收元件，设置于所述偏转电磁铁以决定所述偏转磁场， 所述磁检测元件通过使用所述核磁共振吸收元件而被校正。
11. 一种离子注入方法，其特征在于，具备如下步骤： 从离子源向被处理物传输离子束； 利用配设于所述离子源与所述被处理物之间的偏转电磁铁，形成用于使所述离子束偏 转的偏转磁场； 使用设置于所述偏转电磁铁的磁检测元件，根据所述偏转磁场生成测定输出； 根据所述偏转磁场与所述测定输出之间已知的对应关系测定所述偏转磁场； 使用设置于所述偏转电磁铁的核磁共振吸收元件决定所述偏转磁场；及 利用通过使用所述核磁共振吸收元件决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对应的 所述磁检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
【文档编号】G01R33/02GK104425200SQ201410369393
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】狩谷宏行 申请人:斯伊恩股份有限公司
【专利摘要】本发明提供一种与磁场测定有关且有助于提高生产性的离子注入装置及离子注入方法。本发明的离子注入装置(100)具备配设于离子源与处理室之间的能量分析电磁铁(24)。能量分析电磁铁(24)具备：霍尔元件(110)，根据偏转磁场生成测定输出；及NMR元件(112)，生成NMR输出。离子注入装置(100)的控制部(102)具备：磁场测定部(114)，根据偏转磁场与测定输出之间已知的对应关系测定偏转磁场；磁场决定部(118)，根据NMR输出决定偏转磁场；及霍尔元件校正部(120)，利用根据NMR输出决定的偏转磁场和与该偏转磁场对应的霍尔元件(110)的新的测定输出来更新已知的对应关系。
【专利说明】离子注入装置、磁场测定装置及离子注入方法
【技术领域】
[0001] 本申请主张基于2013年8月21日申请的日本专利申请第2013-170905号的优先 权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
[0002] 本发明涉及一种离子注入装置、磁场测定装置及离子注入方法。
【背景技术】
[0003] 已知在离子注入装置的能量分析电磁铁的磁场测定中使用核磁共振吸收元件。使 用核磁共振吸收元件的磁场测定方法理论上不会产生误差。由于能够准确地测定能量分析 电磁铁的磁场，因此能够提供可进行高精度能量分析的离子注入装置。
[0004] 专利文献1 :日本特开2000-11943号公报
[0005] 在使用核磁共振吸收元件的磁场测定中，通过在一定频率范围内对高频磁场进行 扫描来辨认核磁共振吸收频率。因需要这种所谓的频率跟踪，因此测定所需的时间较长。测 定磁场的时间是例如根据所希望的注入条件设定电磁铁的磁场时。此时，通常反复进行磁 场测定与基于该磁场测定的电磁铁的电流调整，直到设定成所希望的磁场。如果能够尽早 结束磁场设定，就能够尽早开始离子注入处理，因此关系到离子注入装置的生产性的提高。
【发明内容】
[0006] 本发明的一方式所例不的目的之一在于，提供一种与磁场测定有关且有助于提高 生产性的离子注入装置及离子注入方法。
[0007] 根据本发明的一方式，提供一种离子注入装置，其特征在于，具备：射束线部，其具 备离子源、及用于被处理物的处理室，该射束线部构成为从所述离子源向所述被处理物传 输离子束；及控制部，构成为对所述射束线部进行控制，所述射束线部具备配设于所述离子 源与所述处理室之间的偏转电磁铁，所述偏转电磁铁具备：一对电磁铁，隔着离子束轨道而 对置以形成用于使所述离子束偏转的偏转磁场；磁检测元件，配置于所述一对电磁铁之间， 并且根据所述偏转磁场生成测定输出；及核磁共振吸收元件，配置于所述一对电磁铁之间， 并且生成NMR输出，所述控制部具备：磁场测定部，根据所述偏转磁场与所述测定输出之间 已知的对应关系测定所述偏转磁场；磁场决定部，根据所述NMR输出决定所述偏转磁场；及 磁检测兀件校正部，利用根据所述NMR输出决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对应的 所述磁检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
[0008] 根据本发明的一方式，提供一种用于偏转电磁铁的磁场测定装置，所述偏转电磁 铁构成为形成用于使带电粒子束偏转的偏转磁场，所述磁场测定装置的特征在于，具备：磁 检测元件，设置于所述偏转电磁铁以测定所述偏转磁场；及核磁共振吸收元件，设置于所述 偏转电磁铁以决定所述偏转磁场，所述磁检测元件通过使用所述核磁共振吸收元件而被校 正。
[0009] 根据本发明的一方式，提供一种离子注入方法，其特征在于，具备如下步骤：从离 子源向被处理物传输离子束；利用配设于所述离子源与所述被处理物之间的偏转电磁铁， 形成用于使所述离子束偏转的偏转磁场；使用设置于所述偏转电磁铁的磁检测元件，根据 所述偏转磁场生成测定输出；根据所述偏转磁场与所述测定输出之间已知的对应关系测定 所述偏转磁场；使用设置于所述偏转电磁铁的核磁共振吸收元件决定所述偏转磁场；及利 用通过使用所述核磁共振吸收元件决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对应的所述磁 检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
[0010] 另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合、本发明的构 成要件和表现的方式，作为本发明的方式也是有效的。
[0011] 发明效果：
[0012] 根据本发明能够提供一种与磁场测定有关且有助于提高生产性的离子注入装置 及离子注入方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置的俯视图。
[0014] 图2是本发明的一实施方式所涉及的能量分析电磁铁的剖视图。
[0015] 图3是用于说明本发明的一实施方式所涉及的控制部的功能及结构的块状图。
[0016] 图4是例示本发明的一实施方式所涉及的校准数据的初始值的曲线图。
[0017]图5是表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
[0018] 图6是表示本发明的一实施方式所涉及的能量分析电磁铁的磁场调整方法的流 程图。
[0019] 图7是表示本发明的一实施方式所涉及的磁检测元件的校正方法的流程图。
[0020] 图8是例示本发明的一实施方式所涉及的已更新的校准数据的曲线图。
[0021] 图9是概略地表示本发明的另一实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0022] 图10是概略地表示本发明的另一实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0023] 图11是概略地表示本发明的另一实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0024] 图中：B-离子束，10-离子源，24-能量分析电磁铁，25a-第1磁极面，25b-第2磁 极面，30-偏转电磁铁，86a-测定装置，100-离子注入装置，102-控制部，104-磁场测定装 置，106-偏转磁场，108-离子束轨道，110-霍尔元件，114-磁场测定部，116-磁场调整部， 118-磁场决定部。
【具体实施方式】
[0025] 以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，【专利附图】
【附图说明】中对相同 要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构只是示例，并非对本发明 的范围进行任何限定。
[0026] 图1是概略地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置100的俯视图。离 子注入装置100适于所谓的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置为具有高频线形加 速方式的离子加速器和用于传输高能量离子的射束线的离子注入装置，对在离子源10产 生的离子进行加速，并将由此得到的离子束B沿着射速线传输至被处理物（例如基板或者 晶片40)，从而向被处理物注入离子。
[0027]图1中示出离子注入装置100的射束线部的构成要件的布局。离子注入装置100 的射束线部具备离子源10、及用于被处理物的处理室，并且构成为从离子源10向被处理物 传输离子束B。射束线部具备配设于离子源10与处理室之间的至少1个偏转电磁铁。并 且，离子注入装置100具备构成为对射束线部进行控制的控制部102 (参考图3)。
[0028] 如图1所示，高能量离子注入装置100具备：离子束生成单元12,生成离子并进行 质量分析；高能量多段直线加速单元14,对离子束进行加速而使其成为高能量离子束；射 束偏转单元16,进行高能量离子束的能量分析、中心轨道补正及能量分散的控制；射束传 输线单元18,将已分析的高能量离子束传输到晶片40 ;及基板处理供给单元20,将传输到 的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。
[0029] 离子束生成单元12具有离子源10、提取电极11及质量分析装置22。离子束生成 单元12中，射束从离子源10通过提取电极11提取的同时被加速，已提取加速的射束通过 质量分析装置22进行质量分析。质量分析装置22具有质量分析磁铁22a及质量分析狭缝 22b。质量分析狭缝22b有时会配置在紧接质量分析磁铁22a的正后方,但实施例中配置在 其下一个构成即高能量多段直线加速单元14的入口部内。
[0030] 通过质量分析装置22进行质量分析的结果，仅挑选出注入所需的离子种类，挑选 出的离子种类的离子束被导入到之后的高能量多段直线加速单元14。高能量多段直线加速 单元14具备第1线形加速器15a，所述第1线形加速器具备用于高能量离子注入的基本的 多段高频谐振器。高能量多段直线加速单元14也可具备第2线形加速器15b，所述第2线 形加速器具备用于超高能量离子注入的追加的多段高频谐振器。通过高能量多段直线加速 单元14进一步被加速的离子束的方向通过射束偏转单元16而发生变化。
[0031] 射束偏转单元16具有能量分析电磁铁24、抑制能量分散的横向会聚四极透镜26、 能量分析狭缝28及提供转向（轨道补正）的偏转电磁铁30。另外，能量分析电磁铁24有 时被称为能量过滤电磁铁（EFM)。在能量分析电磁铁24的中心部设置有磁场测定装置104。 高能量离子束通过射束偏转单元16进行方向转换，从而朝向晶片40的方向。
[0032] 射束传输线单元18用于传输从射束偏转单元16出来的离子束B，其具有由会聚 /发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及最终能量过滤器 38 (包括最终能量分离狭缝）。射束传输线单元18的长度根据离子束生成单元12和高能 量多段直线加速单元14的长度而设计，在射束偏转单元16处连结而形成整体为U字状的 布局。
[0033] 在射束传输线单元18的下游侧的末端设置有基板处理供给单元20,在注入处理 室内容纳有：射束监测器，测量离子束B的束电流、位置、注入角度、会聚发散角、上下左右 方向的离子分布等；抗静电装置，防止由离子束B产生的晶片40的静电；晶片输送机构，搬 入和搬出晶片40并设置到适当的位置/角度；ESC(Electrc)StaticChuck)，在离子注入时 保持晶片40 ;及晶片扫描机构，在注入时以与束电流的变动相应的速度使晶片40向射束扫 描方向和直角方向移动。
[0034] 如此，离子注入装置100的射束线部构成为具有对置的2条长直线部的水平U字 状的折回型射束线。上游的长直线部包括对在离子源10生成的离子束B进行加速的多个 单元。下游的长直线部包括调整相对于上游的长直线部被方向转换的离子束B并注入到晶 片40的多个单元。2条长直线部构成为大致相同的长度。为了维护作业，在2条长直线部 之间设置有充分宽的作业空间Rl。
[0035] 如此将各单元配置成U字状的高能量离子注入装置100减少了设置面积且能够确 保良好的作业性。并且，高能量离子注入装置100中，通过将各单元和各装置设为模块结 构，从而能够根据射束线基准位置而进行装卸、组装。
[0036] 并且，高能量多段直线加速单元14及射束传输线单元18被折回配置，因此能够抑 制高能量离子注入装置100的总长。在以往的装置中它们被配置为大致直线状。并且，构 成射束偏转单元16的多个偏转电磁铁的曲率半径以使装置宽度最小的方式被最佳化。由 此，使装置的设置面积最小化，并且在被夹在高能量多段直线加速单元14与射束传输线单 元18之间的作业空间Rl中，能够进行针对高能量多段直线加速单元14和射束传输线单元 18的各装置的作业。并且，相邻配置维护间隔较短的离子源10与基板的供给及取出所需要 的基板处理供给单元20,因此操作人员的移动较少也没有问题。
[0037] 图2是本发明的一实施方式所涉及的能量分析电磁铁24的剖视图。作为偏转电 磁铁的一例的能量分析电磁铁24具备对置的一对电磁铁24a、24b。电磁铁24a、24b隔着 尚子束轨道108而对置。尚子束轨道108表不尚子束的中心轨道。在能量分析电磁铁24 的电磁铁24a、24b之间形成用于使离子束偏转的偏转磁场106。偏转磁场106为从电磁铁 24a、24b的一侧朝向另一侧的磁通量密度。
[0038] 磁场测定装置104测定能量分析电磁铁24的磁场。能量分析电磁铁24被要求较 高的磁场精度（例如小于〇. 01 %的磁场的不均匀性），因此磁场测定装置104构成为能够 进行精密的磁场测定。
[0039] 磁场测定装置104具备NMR(核磁共振）探头和霍尔探头。NMR探头用于校正霍尔 探头，霍尔探头用于磁场恒定的反馈控制，详细内容将后述。并且，霍尔探头用于能量分析 电磁铁24的实时磁场控制。NMR探头具备核磁共振吸收元件（以下称为NMR元件）112,霍 尔探头具备霍尔元件110。由此，磁场测定装置104具有具备霍尔元件110及NMR元件112 的检测部，该检测部配置于一对电磁铁24a、24b之间。
[0040] 能量分析电磁铁24的磁极部为平行磁极。一侧电磁铁24a具备平坦的第1磁极 面25a，另一侧电磁铁24b具备与第1磁极面25a对置且与第1磁极面25a平行的第2磁极 面25b。在除了这些磁极部的周边之外的中心区域，偏转磁场106与第1磁极面25a及第2 磁极面25b垂直。NMR元件112及霍尔元件110配置于第2磁极面25b的中心区域。因此， NMR元件112在磁场梯度较小的区域即几乎没有磁通量密度的空间变化的区域与霍尔元件 110相邻而配置。NMR元件112及霍尔元件110也可配置于第1磁极面25a的中心区域。
[0041] 优选NMR元件112配置于作为测定对象的离子束轨道108的正下方（或者正上 方）。如此，能够使离子束轨道108处的磁场与NMR元件112位置处的磁场一致。霍尔元件 110也可配置于离子束轨道108的正下方（或者正上方）。由此，能够直接测定离子束轨道 108处的磁场。
[0042] 霍尔元件110为磁检测元件的一例。磁检测元件构成为根据偏转磁场106生成测 定输出。在此，测定输出为通过偏转磁场106的作用从磁检测元件输出的电信号。而霍尔 元件110生成通过霍尔效应产生的电压（以下称为霍尔输出）作为测定输出。霍尔输出大 致与偏转磁场106成正比。换言之，通常在磁场与霍尔输出之间存在轻微的非线性。
[0043] 磁场发生变化时霍尔输出也瞬时发生变化。因此，霍尔兀件110具有相对于磁场 的响应性极高的优点。但是也有缺点。霍尔元件110的输出可随着时间的变化而发生变化， 因此为了维持测定精度要求定期进行校正。通常的校正要求将真实的磁场和测定输出遍及 测定范围来重新建立关系。在该校正中，霍尔元件Iio无法进行目标磁场测定，因此离子注 入处理也被中断直到校正完成。在提高离子注入装置100的生产性方面，要求尽可能地避 免这种处理的中断。
[0044]NMR元件112构成为生成NMR输出。NMR输出为表示核磁共振吸收频率的信号。 NMR元件112测定根据磁场而发生变化的原子核（例如氢原子）的核磁自旋的共振吸收频 率。由于是根据原子核的性质而进行的测定，所以理论上不会产生如在霍尔元件110观察 到的随着时间发生变化的误差。因此，NMR元件112能够持续稳定地执行高精度的测定。但 是，NMR元件112存在测定所需的时间较长的缺点。这是因为，如上述NMR元件112为了辨 认核磁共振吸收频率而需要频率跟踪。
[0045] 优选磁检测元件构成为NMR元件112以高于生成NMR输出的频度的频度生成测定 输出。如此就能够使用磁检测元件来实现实时性优异的测定。尤其，霍尔元件110能够连 续地输出霍尔电压，因此适合实时测定。
[0046] 图3是用于说明本发明的一实施方式所涉及的控制部102的功能及结构的块状 图。在此所示的各个块中，硬件方面可由计算机的CPU为代表的元件和机械装置来实现，而 软件方面可通过计算机程序等来实现，在此描述了通过它们的协作而实现的功能块。因此， 看过本说明书的本领域技术人员能够理解这些功能块可通过硬件和软件的组合以各种形 态实现。
[0047] 控制部102具备，磁场测定部114、磁场调整部116、磁场决定部118、磁检测元件校 正部（以下称为霍尔元件校正部）120及存储部122。在控制部102设置有输入部124及输 出部126。输入部124为接收运算所需的信息的输入的任意机构，输出部126为输出（例 如显示）运算结果的任意机构。并且，离子注入装置100具备用于能量分析电磁铁24的电 源23。在图3中，磁场测定部114及磁场决定部118构成控制部102的一部分，但在一实 施方式中，可以在霍尔元件110 (或者霍尔探头）设置磁场测定部114,及/或在NMR元件 112 (或者NMR探头）设置磁场决定部118。
[0048] 磁场测定部114构成为根据偏转磁场106与测定输出（在本实施方式中为霍尔输 出）之间已知的对应关系测定偏转磁场106。以下，将该对应关系称为校准数据。磁场测定 部114根据校准数据将从霍尔元件110输出的霍尔电压换算成偏转磁场106的测定值。校 准数据为表示霍尔元件110的校正公式的数据。
[0049] 磁场测定部114利用例如以下的校正公式将霍尔元件110的输出电压转换为磁 场。
[0050]B=f(V)
[0051] 其中，B表不偏转磁场106，V表不霍尔输出，f(V)表不磁场B与电压V之间的相 关关系。f(V)可以为表不相关关系的任意公式。
[0052] 校准数据包括表示多个校正测定点的测定数据和用于对校正测定点之间进行插 值的插值数据。校正测定点包括已测定的霍尔输出V和与其对应的真实的偏转磁场106。 在本实施方式中，由NMR元件112决定的磁场作为真实的偏转磁场106来使用。插值数据 例如表示相邻的2个校正测定点之间的直线插值。
[0053] 校准数据的初始值例如由离子注入装置100的制造厂家预先设定。在开始使用制 造出的离子注入装置100之前，通过指定的测定工序来获得η个校正测定点（Vi,Bi)(i= 1,2……，η)。测定工序例如包括使供给至能量分析电磁铁24的电流遍及规定的范围发生 变化（例如使其阶段性增加），在此期间用霍尔元件110测定霍尔输出Vi,并且用NMR元件 112测定对应的磁场并且，用于这些校正测定点之间的直线插值的关系公式被决定。将 如此获得的校准数据记录到存储部122。根据需要由磁场测定部114读出校准数据。
[0054] 图4是例示本发明的一实施方式所涉及的校准数据的初始值的曲线图。磁场测定 部114根据霍尔输出V通过下式计算区间Vi?Vi+1上的磁场B。磁场测定部114将如此得 到的磁场B作为偏转磁场106的测定值Bm输出到磁场调整部116。
[0055][数式1]
【权利要求】
1. 一种离子注入装置，其特征在于， 具备：射束线部，其具备离子源、及用于被处理物的处理室，该射束线部构成为从所述 离子源向所述被处理物传输离子束；及 控制部，构成为对所述射束线部进行控制， 所述射束线部具备配设于所述离子源与所述处理室之间的偏转电磁铁， 所述偏转电磁铁具备： 一对电磁铁，隔着离子束轨道而对置以形成用于使所述离子束偏转的偏转磁场； 磁检测元件，配置于所述一对电磁铁之间，并且根据所述偏转磁场生成测定输出；及 核磁共振吸收元件，配置于所述一对电磁铁之间，并且生成NMR输出， 所述控制部具备： 磁场测定部，根据所述偏转磁场与所述测定输出之间已知的对应关系测定所述偏转磁 场； 磁场决定部，根据所述NMR输出决定所述偏转磁场；及 磁检测元件校正部，利用根据所述NMR输出决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对 应的所述磁检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
2. 根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁检测元件校正部判定已更新的对应关系是否在与所述已知的对应关系相关地 设定的允许范围内， 当判定为所述已更新的对应关系从所述允许范围偏离时，所述控制部禁止或者中止离 子注入处理。
3. 根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁场测定部根据所述已知的对应关系将所述测定输出换算成所述偏转磁场的测 定值， 所述控制部具备磁场调整部，所述磁场调整部根据所述偏转磁场的测定值将所述偏转 磁场调整为目标磁场。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述控制部独立于基于所述对应关系的所述偏转磁场的测定及/或调整而执行基于 所述NMR输出的所述对应关系的更新。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述一对电磁铁中的一个电磁铁具备平坦的第1磁极面，所述一对电磁铁中的另一个 电磁铁具备与所述第1磁极面对置且与所述第1磁极面平行的第2磁极面， 所述核磁共振吸收元件配置于所述第1磁极面或者所述第2磁极面。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述核磁共振吸收元件配置于所述离子束轨道的正上方或者正下方。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁检测元件以高于所述核磁共振吸收元件生成所述NMR输出的频度的频度生成 所述测定输出。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述磁检测元件具备霍尔元件。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的离子注入装置，其特征在于， 所述偏转电磁铁为能量分析电磁铁。
10. -种用于偏转电磁铁的磁场测定装置，所述偏转电磁铁构成为形成用于使带电粒 子束偏转的偏转磁场，所述磁场测定装置的特征在于，具备： 磁检测元件，设置于所述偏转电磁铁以测定所述偏转磁场；及 核磁共振吸收元件，设置于所述偏转电磁铁以决定所述偏转磁场， 所述磁检测元件通过使用所述核磁共振吸收元件而被校正。
11. 一种离子注入方法，其特征在于，具备如下步骤： 从离子源向被处理物传输离子束； 利用配设于所述离子源与所述被处理物之间的偏转电磁铁，形成用于使所述离子束偏 转的偏转磁场； 使用设置于所述偏转电磁铁的磁检测元件，根据所述偏转磁场生成测定输出； 根据所述偏转磁场与所述测定输出之间已知的对应关系测定所述偏转磁场； 使用设置于所述偏转电磁铁的核磁共振吸收元件决定所述偏转磁场；及 利用通过使用所述核磁共振吸收元件决定的偏转磁场和与该偏转磁场建立了对应的 所述磁检测元件的新的测定输出来更新所述已知的对应关系。
【文档编号】G01R33/02GK104425200SQ201410369393
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】狩谷宏行 申请人:斯伊恩股份有限公司
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