技术领域
本发明涉及一种离子注入装置及离子注入方法。
背景技术：
半导体制造工序中，为了改变半导体晶圆的导电性的目的和改变半导体晶圆的晶体结构的目的等，标准地实施了向半导体晶圆注入离子的工序。该工序中所使用的装置一般被称为离子注入装置，其构成为向注入处理室内的晶圆照射离子束。在注入处理室中，为了防止由离子注入引起的晶圆表面的带电，设置有等离子体簇射装置等带电抑制装置。等离子体簇射装置通过向晶圆表面供给电子，从而中和在晶圆表面上带电的电荷(参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-156142号公报
等离子体簇射装置中所要求的电子供给量可以根据照射于晶圆的离子束的射束条件而不同。例如，如果为1～10mA左右的高电流束，则需要更多的电子供给，与此相对，如果为10～100μA左右的低/中电流束，则不需要高电流束程度的电子供给量。因此，在高电流用注入装置与低/中电流用注入装置中，一般使用规格分别不同的等离子体簇射装置。另一方面，当为了能够用1台注入装置担负低/中电流区域到高电流区域时，需要设为能够根据射束条件而实现适当的电子供给量的等离子体簇射装置。
技术实现要素：
本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种能够应对多种射束条件的等离子体簇射装置。
本发明的一方式的离子注入装置，其具备等离子体簇射装置，该等离子体簇射装置构成为对向晶圆照射的离子束供给电子，该离子注入装置中，等离子体簇射装置包含：等离子体生成室，具有引出向离子束供给的电子的引出开口；第1电极，具有与引出开口连通的开口，并以等离子体生成室的电位为基准而被施加第1电压；第2电极，配置在隔着离子束而与第1电极相对置的位置，并以等离子体生成室的电位为基准而被施加第2电压；以及控制部，对第1电压及第2电压分别独立地进行控制而切换等离子体簇射装置的动作模式。
本发明的另一方式为离子注入方法。该方法使用具备等离子体簇射装置的离子注入装置，该等离子体簇射装置构成为对向晶圆照射的离子束供给电子。等离子体簇射装置包含：等离子体生成室，具有引出向离子束供给的电子的引出开口；第1电极，具有与引出开口连通的开口，并以等离子体生成室的电位为基准而被施加第1电压；以及第2电极，配置在隔着离子束而与第1电极相对置的位置，并以等离子体生成室的电位为基准而被施加第2电压。该方法根据离子束的射束条件，对第1电压及第2电压分别独立地进行控制而切换等离子体簇射装置的动作模式。
另外，在方法、装置、系统等之间相互替换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表述，这作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够应对多种射束条件的等离子体簇射装置。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图。
图2是表示图1的离子注入装置的概略结构的侧视图。
图3是表示实施方式所涉及的等离子体簇射装置的结构的从x方向观察的剖视图。
图4是表示图3的等离子体簇射装置的结构的从y方向观察的剖视图。
图5是示意地表示以第1模式动作的等离子体簇射装置的图。
图6是示意地表示在第1模式下从等离子体簇射装置60供给的离子的行为的图。
图7是示意地表示以第2模式动作的等离子体簇射装置的图。
标号说明
B-离子束，W-晶圆，10-离子注入装置，40-侧杯，60-等离子体簇射装置，62-等离子体生成室，64-引出开口，71-第1电极，72-第2电极，73-第3电极，74-开口，86-控制部。
具体实施方式
以下，参考附图而对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，附图的说明中，对相同要件标注相同的标号，并适当省略重复说明。并且，以下说明的结构为示例，并非为对本发明的范围作任何限定。
图1是概略地表示实施方式所涉及的离子注入装置10的俯视图，图2是表示离子注入装置10的概略结构的侧视图。
离子注入装置10构成为对被处理物W的表面进行离子注入处理。被处理物W例如为基板，例如为半导体晶圆。因此，以下，为了便于说明，有时将被处理物W称为晶圆W，但这并不表示将注入处理的对象限定为特定的物体。
离子注入装置10构成为通过使射束在一个方向上进行往复扫描，并且使晶圆W在与该一个方向正交的方向上进行往复运动，从而遍及整个晶圆W而照射离子束B。本说明书中，为了便于说明，将在设计上的射束轨道上行进的离子束B的行进方向设为z方向，将与z方向垂直的面定义为xy面。当离子束B对被处理物W进行扫描时，将射束的扫描方向设为x方向，将与z方向及x方向垂直的方向设为y方向。因此，射束的往复扫描在x方向上进行，晶圆W的往复运动在y方向上进行。
离子注入装置10具备离子源12、射束线装置14及注入处理室16。离子源12构成为向射束线装置14提供离子束B。射束线装置14构成为从离子源12向注入处理室16输送离子。并且，离子注入装置10具备离子源12、射束线装置14及用于向注入处理室16提供所期望的真空环境的真空排气系统(未图示)。
射束线装置14例如从上游开始依次具备质量分析部18、可变光圈20、射束整形部22、第1射束测量器24、射束扫描器26、平行化透镜30或射束平行化装置及角能量过滤器(AEF；Angular Energy Filter)34。另外，射束线装置14的上游是指靠近离子源12的一侧，下游是指靠近注入处理室16(或射束阻挡器38)的一侧。
质量分析部18设置在离子源12的下游，并且构成为通过质量分析而从离子束B中选择所需要的离子种类，该离子束B是从离子源12引出的。
可变光圈20为能够调整开口宽度的光圈，通过改变开口宽度而调整通过光圈的离子束B的射束电流量。可变光圈20例如也可以具有隔着射束线而上下配置的孔板，并通过改变孔板的间隔而调整射束电流量。
射束整形部22具备四极收敛/发散装置(Q透镜)等收敛/发散透镜，并且构成为将通过可变光圈20的离子束B整形为所期望的剖面形状。射束整形部22为电场式的三段四极透镜(还称为三合Q透镜)，并且从上游侧开始依次具有第1四极透镜22a、第2四极透镜22b及第3四极透镜22c。通过使用三个透镜装置22a、22b、22c，射束整形部22能够将入射于晶圆W的离子束B的x方向及y方向的收敛或发散针对各自的方向而独立地进行调整。射束整形部22可以包含磁场式的透镜装置，也可以包含利用电场和磁场这两者而对射束进行整形的透镜装置。
第1射束测量器24为以能够取出和放入的方式配置在射束线上，并对离子束的电流进行测定的注入器旗标法拉第杯。第1射束测量器24构成为能够对由射束整形部22整形的离子束B的射束电流进行测量。第1射束测量器24具有：对射束电流进行测量的法拉第杯24b、及使法拉第杯24b上下移动的驱动部24a。如图2的虚线所示，当在射束线上配置有法拉第杯24b时，离子束B被法拉第杯24b截断。另一方面，如图2的实线所示，当从射束线上移开法拉第杯24b时，离子束B的截断被解除。
射束扫描器26为偏转机构，该偏转机构构成为提供射束的往复扫描，并使整形后的离子束B在x方向上进行扫描。射束扫描器26具有在x方向上相对置设置的扫描电极对28。扫描电极对28与可变电压电源(未图示)连接，并使施加于扫描电极对28的电压周期性地发生变化，由此改变产生于电极之间的电场并使离子束B向各个角度进行偏转。如此，离子束B遍及x方向的扫描范围而进行扫描。另外，图1中，用箭头X例示了射束的扫描方向及扫描范围，用单点划线示出了扫描范围内的离子束B的多个轨迹。
平行化透镜30构成为使已进行扫描的离子束B的行进方向与设计上的射束轨道平行。平行化透镜30具有在中央部设置有离子束的通过狭缝的圆弧形状的多个P透镜电极32。P透镜电极32与高压电源(未图示)连接，并使通过施加电压而产生的电场作用于离子束B，从而将离子束B的行进方向平行地对齐。另外，平行化透镜30也可以被其他射束平行化装置取代，射束平行化装置也可以作为利用磁场的磁铁装置而构成。在平行化透镜30的下游可以设置有用于使离子束B加速或减速的AD(Accel/Decel(加速/减速))柱(未图示)。
角能量过滤器(AEF)34构成为对离子束B的能量进行分析并使所需能量的离子向下方偏转而引导至注入处理室16。角能量过滤器34具有电场偏转用AEF电极对36。AEF电极对36与高压电源(未图示)连接。图2中，对上侧的AEF电极施加正电压，对下侧的AEF电极施加负电压，由此使离子束B向下方偏转。另外，角能量过滤器34也可以由磁场偏转用磁铁装置构成，也可以由电场偏转用AEF电极对与磁铁装置的组合构成。
如此，射束线装置14将应照射于晶圆W的离子束B供给到注入处理室16。
如图2所示，注入处理室16具备保持1片或多片晶圆W的压板驱动机构50。压板驱动机构50包含晶圆保持装置52、往复运动机构54、扭转角调整机构56及倾角调整机构58。晶圆保持装置52包含用于保持晶圆W的静电卡盘等。往复运动机构54通过使晶圆保持装置52在与射束扫描方向(x方向)正交的往复运动方向(y方向)上进行往复运动，从而使被晶圆保持装置52保持的晶圆在y方向上进行往复运动。图2中，用箭头Y例示晶圆W的往复运动。
扭转角调整机构56为调整晶圆W的旋转角的机构，通过以晶圆处理面的法线为轴而使晶圆W进行旋转，从而调整设置在晶圆的外周部的对准标记与基准位置之间的扭转角。在此，晶圆的对准标记是指设置在晶圆的外周部的凹口或定向平面，并且是指成为晶圆的晶体轴方向或晶圆的周向的角度位置的基准的标记。如图所示，扭转角调整机构56设置在晶圆保持装置52与往复运动机构54之间，并且与晶圆保持装置52一同进行往复运动。
倾角调整机构58为调整晶圆W的倾斜度的机构，调整朝向晶圆处理面的离子束B的行进方向与晶圆处理面的法线之间的倾角。本实施方式中，将晶圆W的倾角中以x方向的轴为旋转中心轴的角度作为倾角而进行调整。倾角调整机构58设置在往复运动机构54与注入处理室16的壁面之间，并且构成为通过使包含往复运动机构54的压板驱动机构50整体在R方向上进行旋转，从而对晶圆W的倾角进行调整。
注入处理室16具备射束阻挡器38。当射束轨道上不存在晶圆W时，离子束B入射到射束阻挡器38。并且，注入处理室16中设置有用于对离子束的射束电流量和射束电流密度分布进行测量的第2射束测量器44。第2射束测量器44具有侧杯40R、40L及中心杯42。
侧杯40R、40L相对于晶圆W在x方向上偏离配置，并且配置在离子注入时不会截断朝向晶圆W的离子束的位置。离子束B由于超过晶圆W所处范围而进行过扫描，因此即使在离子注入时进行扫描的射束的一部分也入射到侧杯40R、40L。由此，对离子注入处理中的射束电流量进行测量。侧杯40R、40L的测量值将发送到第2射束测量器44。
中心杯42用于对晶圆W的表面(晶圆处理面)上的射束电流量和射束电流密度分布进行测量。中心杯42为可移动式，并且在离子注入时从晶圆位置退避，在晶圆W不在照射位置时插入到晶圆位置。中心杯42一边在x方向上进行移动一边对射束电流量进行测量，并对射束扫描方向的射束电流密度分布进行测量。中心杯42的测量值将发送到第2射束测量器44。另外，中心杯42也可以形成为在x方向上并排有多个法拉第杯的阵列状，以能够对射束扫描方向的多个位置上的离子照射量同时进行测量。
注入处理室16中设置有向离子束B供给电子的等离子体簇射装置60。等离子体簇射装置60包含等离子体生成室62及簇射管70。等离子体簇射装置60构成为在等离子体生成室62内生成等离子体，从等离子体引出电子，并向朝向晶圆W的离子束B所通过的簇射管70内供给电子。
图3及图4是表示实施方式所涉及的等离子体簇射装置60的结构的剖视图。图3表示从x方向观察的剖面，图4表示从y方向观察的剖面。等离子体簇射装置60具备等离子体生成室62、抑制电极68、簇射管70、控制部86及各种电源。
等离子体生成室62具有大致长方体的箱型形状，并且在离子束B的扫描方向(x方向)上具有细长的形状。等离子体生成室62的内部设置有被施加高频(RF)电压的天线66。等离子体生成室62的内部导入有源气体，通过来自天线66的高频电场而生成等离子体P。等离子体生成室62的壁面设置有用于生成关入等离子体P的会切磁场的磁铁装置(未图示)。等离子体生成室62中设置有引出开口64，并通过引出开口64而从等离子体P引出电子。
簇射管70设置在等离子体生成室62的引出开口64的旁边。簇射管70具有角管形状，并且配置成离子束B通过角管内侧。簇射管70具有：第1电极71，具有与引出开口64连通的开口74；第2电极72，隔着离子束B而与第1电极71在y方向上相对置；及第3电极73(73L、73R)，隔着离子束B而在x方向上相对置。如图4所示，设置在第1电极71的开口74遍及离子束B的扫描范围而在x方向上较长地形成。另外，等离子体生成室62的引出开口64也相同。
簇射管70的上游侧设置有抑制电极68。抑制电极68与簇射管70相同地具有角管形状，并且配置成离子束B通过角管内侧。抑制电极68与抑制电源78连接，并以等离子体生成室62的电位为基准而被施加负电压。抑制电极68防止从等离子体生成室62引出的电子朝向比等离子体簇射装置60靠上游侧的情况。
等离子体生成室62与引出电源80连接，并通过引出电源80而被施加引出电压。第1电极71与第1电源81连接，并以等离子体生成室62的电位为基准而被施加第1电压。第2电极72与第2电源82连接，并以等离子体生成室62的电位为基准而被施加第2电压。第3电极73与第3电源83连接，并以等离子体生成室62的电位为基准而被施加第3电压。
图4表示离子束B在x方向的扫描范围。如图所示，离子束B遍及晶圆W所处的照射区域C1和照射区域C1的外侧的非照射区域C2而进行扫描。位于照射区域C1的射束B1入射到晶圆W。另一方面，位于非照射区域C2的射束B2入射到簇射管70的下游侧的侧杯40L、40R。
簇射管70配置成覆盖照射区域C1及非照射区域C2这两者，并且构成为能够向朝向晶圆W的射束B1及朝向侧杯40L、40R的射束B2这两者供给电子。并且，侧杯40L、40R的外壳体与第4电源84连接，并以等离子体生成室62的电位为基准而被施加第4电压。
控制部86构成为对等离子体簇射装置60的各种电源的电压独立地进行控制并切换等离子体簇射装置60的动作模式。控制部86根据向晶圆W照射的离子束B的射束电流值、射束能量、离子种类等射束条件而切换动作模式。
从等离子体簇射装置60向离子束B供给的电子量优选根据由离子束B的照射而产生的晶圆W上的正电荷量而进行调整。例如，当离子束B的电流量大时，积蓄在晶圆W上的正电荷量增加，因此需要从等离子体簇射装置60供给更多的电子。另一方面，当离子束B的电流量小时，若从等离子体簇射装置60供给大量的电子，则负电荷会积蓄在晶圆W上，因此优选减少电子供给量。
本实施方式所涉及的离子注入装置10例如构成为能够担负10μA左右的低电流到10mA左右的高电流。因此，优选配合相差3位数左右的射束电流量的变化而对由等离子体簇射装置60供给的电子供给量也能够在大范围内进行调整。例如，如果能够自如地调整在等离子体生成室62生成的等离子体P的密度，则或许还能够对电子供给量灵活地进行调整。然而，使等离子体P的密度大幅发生变化的情况一般并不容易。这是因为，为了稳定地生成等离子体P，需要一定程度的等离子体P的密度，并且很难极度减少等离子体P的密度的同时稳定地供给电子。
并且，等离子体簇射装置60不仅从等离子体P供给电子，还供给等离子体P中所含的离子。从等离子体簇射装置60引出的离子的一部分流入侧杯40L、40R，从而对它们的测量结果产生影响。如果离子束B的电流量大，且因等离子体簇射装置60引起的离子的流入少到能够忽略的程度，则不会特别成为问题。然而，当离子束B的电流量低时，从等离子体簇射装置60引出的离子的流入会影响测量结果，从而降低射束电流量的测量精度。
因此，本实施方式中设为能够在第1模式与第2模式之间切换动作模式，该第1模式用于增加由等离子体簇射装置60供给的电子供给量，该第2模式用于减少从等离子体簇射装置60向侧杯40L、40R的离子流入。尤其，在低/中电流用第2模式下，通过能够一边使来自等离子体簇射装置60的离子供给最小化一边供给电子，从而抑制晶圆W的带电的同时防止来自等离子体簇射装置60的离子引起的测量精度下降。
图5是示意地表示以第1模式动作的等离子体簇射装置60的图。在第1模式下控制成使第1电压、第2电压、第3电压及第4电压成为负电压。第1电压、第2电压、第3电压及第4电压的大小(绝对值)为0.1V以上且50V以下，例如为1V以上且20V以下。在一个例子中，基于引出电源80的引出电压为-5V，第1电压、第2电压、第3电压及第4电压为-3V。基于抑制电源78的抑制电压为-40V～-50V左右，例如为-48V。另外，第1电压、第2电压、第3电压及第4电压的电压可以不相同，也可以使至少一个电压与其他电压不同。
向离子束B供给的电子主要通过离子束B的射束电位而从等离子体生成室62内的等离子体P引出。离子束B由具有正电荷的离子构成，因此通过由离子束B产生的正的空间电荷而从等离子体P引出电子。在第1模式下，以等离子体生成室62的电位为基准而对簇射管70施加负电压，因此电子在簇射管70的内表面反弹，从而高效地向离子束B供给所引出的电子。并且，在侧杯40的外壳体也施加负电压，因此抑制电子流入侧杯40的外壳体，并且还能够对x方向的两端部的射束高效地供给电子。
图6是示意地表示在第1模式下从等离子体簇射装置60供给的离子的行为的图。在第1模式下，在簇射管70上施加负电压，因此第1电极71作为从等离子体生成室62内的等离子体P引出离子的引出电极而发挥作用。其结果，从等离子体生成室62不仅引出电子，还引出离子。当从等离子体生成室62中与电子一同引出离子时，引出开口64附近的空间电荷被离子中和，因此使得电子被高效地引出。如此，在第1模式下，能够使向离子束B供给的电子最大化。另一方面，所引出的离子的一部分有时会流入侧杯40，因此在由侧杯40检测的离子束B相对少的状况下，会对侧杯40的测量精度产生影响，导致侧杯40的测量精度下降。
图7是示意地表示以第2模式动作的等离子体簇射装置60的图。在第2模式下，控制成第1电极71的第1电压、第3电极73的第3电压及侧杯40的外壳体的第4电压成为正电压，另一方面控制成第2电极72的第2电压成为负电压。在一个例子中，基于引出电源80的引出电压为-7V，第1电压、第3电压及第4电压为+10V，第2电压为-10V。基于抑制电源78的抑制电压为-40V～-50V左右，例如为-48V。另外，第1电压、第3电压及第4电压的电压可以不相同，也可以使至少一个电压与其他电压不同。
在第2模式下，第1电极71以等离子体生成室62的电位为基准而成为正电极，因此会抑制从等离子体生成室62引出离子。即使在通过引出开口64引出离子的情况下，由于第2电极72为负电压，因此所引出的离子也主要流入第2电极72。并且，由于侧杯40的外壳体为正电压，因此所引出的离子很难朝向侧杯40。其结果，减少从等离子体簇射装置60朝向侧杯40的离子的量，能够抑制离子束B的测量精度下降。
在第2模式下，由于离子束B的电流量相对少，因此通过射束电位而从等离子体P引出的电子量也减少。并且，由于很难从等离子体P引出离子，因此电子容易积蓄在引出开口64附近，通过空间电荷效应而电子的引出量也减少。因此，在第2模式下，即使在稳定地生成等离子体P的状态下，也能够比第1模式减少电子供给量，从而能够供给与低/中电流的射束相应的量的电子。
在本实施方式中，能够根据从等离子体生成室62供给离子、从等离子体生成室62供给电子及防止电子流入簇射管70的观点而确定应施加于第1电极71的第1电压。离子供给量及电子流入防止效果具有如下倾向，即，将第1电极71设为负电压时增大，将第1电极71设为正电压时减小。电子供给量具有如下倾向，即，将第1电极71设为绝对值小的负电压时增大，将其设为绝对值大的负电压或者设为正电压时减小。第1电极71的第1电压优选考虑到它们而确定。
能够根据防止电子流入簇射管70及离子被吸收到簇射管70的观点而确定应施加于第2电极72的第2电压。就电子流入防止及离子吸收能力而言，将第2电极72设为负电压时提高，将第2电极72设为正电压时下降。因此，优选对第2电极72施加负电压，并且优选根据电子流入防止及离子吸收能力的必要量而确定负电压的大小。
能够根据从等离子体生成室62供给离子、从等离子体生成室62供给电子、防止电子流入簇射管70及离子被吸收到簇射管70的观点而确定应施加于第3电极73的第3电压。第3电压与它们的效果之间的关联性与上述第1电极及第2电极相同。因此，第3电极73的第3电压优选考虑到它们而确定。
能够根据防止电子流入侧杯40的外壳体及防止离子流入侧杯40的观点而确定应施加于侧杯40的外壳体的第4电压。就电子流入防止效果而言，将第4电压设为负电压时提高，将第4电压设为正电压时下降。另一方面，就离子流入防止效果而言，将第4电压设为正电压时提高，将第4电压设为负电压时下降。因此，应施加于侧杯40的外壳体的第4电压优选考虑到它们而确定。
以上，参考上述各实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式，对于将各实施方式的结构进行适当组合或进行替换而成的实施方式，也包含于本发明。并且，也能够根据本领域技术人员的知识而对各实施方式中的组合或处理顺序适当地进行重新排列，或对实施方式施加各种设计变更等变形，并且施加了这种变形的实施方式也包含于本发明的范围内。
上述实施方式中示出了使第1电极71、第2电极72、第3电极73及侧杯40的外壳体分别与不同的电源连接的情况。变形例中，可以对施加电压共同的电极使用共同的电源。例如，可以使第1电极71、第3电极73及侧杯40的外壳体与第1电源81连接，并且使第2电极72与第2电源82连接。
上述实施方式中示出了以连接有引出电源80的等离子体生成室62的电位为基准，并在等离子体生成室62与簇射管70之间以及在等离子体生成室62与侧杯40的外壳体之间连接各电源的情况。变形例中，可以将连接于簇射管70的第1电源81、第2电源82及第3电源83的一端、与连接于侧杯40的外壳体的第4电源84的一端进行接地连接，并相对于接地电位控制簇射管70的各电极及侧杯40的外壳体的电压。优选即使在该情况下，也将等离子体生成室62的电位控制成正电压或负电压施加于簇射管70的各电极及侧杯40的外壳体。
上述实施方式中示出了在第1模式下对第3电极73施加负电压，在第2模式下对第3电极73施加正电压，并且使第1电极71与第3电极73的电压的正负变得相同的情况。变形例中，可以使第2电极72与第3电极73的电压的正负变得相同，也可以在第1模式下对第3电极73施加负电压，且在第2模式下也对第3电极73施加负电压。
在上述实施方式中，第1电极71及第3电极73可以构成为电连接，例如，第1电极71及第3电极73可以一体构成。另一方面，第2电极72与第3电极73之间被电绝缘，并且在第2电极72与第3电极73之间设置有绝缘部件。另外，变形例中，可以构成为第2电极72与第3电极73电连接，并且在第1电极71与第3电极73之间设置有绝缘部件。并且，也可以在第1电极71与第3电极73之间及在第2电极72与第3电极73之间这两处设置有绝缘部件。
簇射管70也可以为具备第1电极71及第2电极72，但不具备第3电极73的结构。
侧杯40也可以远离簇射管70而设置。侧杯40的外壳体也可以不用根据动作模式而被施加不同的电压，例如，也可以构成为成为接地电位。
上述实施方式中示出了相对于等离子体生成室62，将簇射管70的各电极的电压设为正电压或负电压的情况。变形例中，可以将任意电极的电压在任意动作模式下设为与等离子体生成室62相同的电位。
控制部86也可以构成为控制配置在簇射管70附近的其他结构物的电位。例如，对于配置在簇射管70附近的结构物，也可以在第1模式下相对于等离子体生成室62的电位设定负电压，在第2模式下相对于等离子体生成室62的电位设定正电压。