离子注入装置、最终能量过滤器以及离子注入方法
【技术领域】
[0001]本申请主张基于2014年3月27日申请的日本专利申请2014-067156号的优先权。其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，更详细而言，涉及一种离子注入装置及离子注入方法。
【背景技术】
[0003]在一种离子注入装置中连接有离子源及其电源，以使具有较小射束电流量的离子束从离子源引出(例如，参考专利文献I)。该装置中能够改变离子源和电源的连接，以使具有较大射束电流量的尚子束从尚子源引出。
[0004]另一种离子注入装置具有离子源、加速管及连接它们的电源的电气电路，以使以较高的离子能量向靶注入离子(例如参考专利文献2)。该电气电路上设有用于切换连接的选择开关，以便在离子能量较低时也能够注入离子。
[0005]专利文献1:日本特开昭62-122045号公报
[0006]专利文献2:日本特开平1-149960号公报
[0007]如上所述尝试稍微扩大离子注入装置的运转范围。但就超过现有类型的运转范围的扩张而言，几乎没有可行性建议。
[0008]离子注入装置通常被分为高电流离子注入装置、中电流离子注入装置及高能量离子注入装置这3个类型。实际应用中所需的设计上的要件按类型有所不同，因此一种类型的装置与另一种类型的装置，例如关于射束线，可具有大不相同的结构。因此，认为在离子注入装置的用途(例如半导体制造工艺)上，类型不同的装置不具有互换性。即，在一种特定离子注入处理中选择使用特定类型的装置。由此，为了进行各种离子注入处理，可能需要具备多种离子注入装置。
【发明内容】
[0009]本发明的一种方式所例示的目的之一在于提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法，例如，以I台离子注入装置实现高电流离子注入装置及中电流离子注入装置这两台装置的作用的离子注入装置及离子注入方法。
[0010]根据本发明的一种方式，提供一种离子注入装置，其具备:注入处理室，用于向被处理物照射具有目标能量的离子束；射束线出口部，配设在所述注入处理室的上游；及最终能量过滤器，配设在所述射束线出口部与所述被处理物之间。所述最终能量过滤器具备:第I调整电极部，配设在所述射束线出口部的下游，并调整所述离子束的射束形状；中间电极部，配设在所述第I调整电极部的下游，并使所述离子束偏转；第2调整电极部，配设在所述中间电极部的下游，并调整所述离子束的射束形状；及电源部，构成为分别单独向所述第I调整电极部、所述中间电极部及所述第2调整电极部施加电压，以在所述第I调整电极部与所述中间电极部之间进行所述离子束的减速、加速或等能量输送中的任意一个，并在所述中间电极部与所述第2调整电极部之间进行所述离子束的减速、加速或等能量输送中的任意一个。所述中间电极部具备:偏转电极部；上游辅助电极部，配设在所述第I调整电极部与所述偏转电极部之间；及下游辅助电极部，配设在所述偏转电极部与所述第2调整电极部之间。所述电源部构成为分别向所述上游辅助电极部、所述偏转电极部及所述下游辅助电极部施加电压，以使所述上游辅助电极部与所述偏转电极部之间的第I区域中的离子束的能量范围和所述偏转电极部与所述下游辅助电极部之间的第2区域中的离子束的能量范围成为相同程度。
[0011]根据本发明的一种方式，提供一种最终能量过滤器，其配设在用于向被处理物照射具有目标能量的离子束的注入处理室与配设在所述注入处理室的上游的射束线出口部之间。最终能量过滤器具备:第I调整电极部，配设在所述射束线出口部的下游，并调整所述离子束的射束形状；中间电极部，配设在所述第I调整电极部的下游，并使所述离子束偏转；第2调整电极部，配设在所述中间电极部的下游，并调整所述离子束的射束形状；及电源部，构成为分别单独向所述第I调整电极部、所述中间电极部及所述第2调整电极部施加电压，以在所述第I调整电极部与所述中间电极部之间进行所述离子束的减速、加速或等能量输送中的任意一个，并在所述中间电极部与所述第2调整电极部之间进行所述离子束的减速、加速或等能量输送中的任意一个。所述中间电极部具备:偏转电极部；上游辅助电极部，配设在所述第I调整电极部与所述偏转电极部之间；及下游辅助电极部，配设在所述偏转电极部与所述第2调整电极部之间。所述电源部构成为分别向所述上游辅助电极部、所述偏转电极部及所述下游辅助电极部施加电压，以使所述上游辅助电极部与所述偏转电极部之间的第I区域中的离子束的能量范围和所述偏转电极部与所述下游辅助电极部之间的第2区域中的离子束的能量范围成为相同程度。
[0012]根据本发明的一种方式，提供一种对被处理物的离子注入方法。本方法具备如下工序:通过最终能量过滤器使具有目标能量的离子束朝向所述被处理物；及向所述被处理物照射所述具有目标能量的离子束。所述最终能量过滤器配设在用于向所述被处理物照射所述离子束的注入处理室与配设在所述注入处理室的上游的射束线出口部之间。所述最终能量过滤器具备:第I调整电极部，配设在所述射束线出口部的下游，并调整所述离子束的射束形状；中间电极部，配设在所述第I调整电极部的下游，并使所述离子束偏转；第2调整电极部，配设在所述中间电极部的下游，并调整所述离子束的射束形状；及电源部，构成为分别单独向所述第I调整电极部、所述中间电极部及所述第2调整电极部施加电压，以在所述第I调整电极部与所述中间电极部之间进行所述离子束的减速、加速或等能量输送中的任意一个，并在所述中间电极部与所述第2调整电极部之间进行所述离子束的减速、加速或等能量输送中的任意一个。所述中间电极部具备:偏转电极部；上游辅助电极部，配设在所述第I调整电极部与所述偏转电极部之间；及下游辅助电极部，配设在所述偏转电极部与所述第2调整电极部之间。所述电源部构成为分别向所述上游辅助电极部、所述偏转电极部及所述下游辅助电极部施加电压，以使所述上游辅助电极部与所述偏转电极部之间的第I区域中的离子束的能量范围和所述偏转电极部与所述下游辅助电极部之间的第2区域中的离子束的能量范围成为相同程度。
[0013]另外，在方法、装置、系统、程序等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件和表现形式，作为本发明的方式同样有效。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明能够提供一种能够广泛使用的离子注入装置及离子注入方法。
【附图说明】
[0016]图1为针对几种典型的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
[0017]图2为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0018]图3为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0019]图4为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
[0020]图5(a)为表示本发明的一种实施方式所述涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图，图5(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的侧视图。
[0021]图6为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。
[0022]图7为概略表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的电源结构的图。
[0023]图8(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图8(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。
[0024]图9(a)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的电压的图，图9(b)为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置中的能量的图。
[0025]图10为表示本发明的实施方式所涉及的离子注入方法的流程图。
[0026]图11为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
[0027]图12为针对本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置，示意地表示能量及剂量的范围的图。
[0028]图13为用于说明使用典型的离子注入装置的图。
[0029]图14为用于说明使用本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置的图。
[0030]图15(a)表示一种典型的最终能量过滤器的概略结构，图15(b)沿着射束轨道例示了使最终能量过滤器以偏置模式运转时的离子束的能量分布，图15(c)例示了使最终能量过滤器以偏置模式运转时施加于最终能量过滤器的各部的电压。
[0031]图16表示本发明的一种实施方式所涉及的最终能量过滤器的概略结构。
[0032]图17(a)概略表示图16所示的最终能量过滤器的电极配置，图17(b)沿着射束轨道例示了使最终能量过滤器以偏置模式运转时的离子束的能量分布，图17(c)例示了使最终能量过滤器以偏置模式运转时施加于最终能量过滤器的各部的电压。
[0033]图18(a)概略表示图16所示的最终能量过滤器的电极配置，图18(b)沿着射束轨道例示了使最终能量过滤器以偏置模式运转时的离子束的能量分布，图18(c)例示了使最终能量过滤器以偏置模式运转时施加于最终能量过滤器的各部的电压。
[0034]图19表示本发明的一种实施方式所涉及的最终能量过滤器的概略结构。
[0035]图20概略表示本发明的一种实施方式所涉及的最终能量过滤器的电极。
[0036]图21表示本发明的一种实施方式所涉及的最终能量过滤器的概略结构。
[0037]图中:100-离子注入装置，106-注入处理室，116-控制部，200-离子注入装置，213-能量过滤器，215-离子束，300-最终能量过滤器，302-射束轨道，304-入口侧单透镜，306-偏转电极部，308-出口侧单透镜，313-边缘部，314-第I偏转电极，316-第2偏转电极，318-狭缝，400-最终能量过滤器，402-上游辅助电极部，404-下游辅助电极部，414-FEF电源部，W-被处理物，Gl-第I区域，G2-第2区域。
【具体实施方式】
[0038]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，在【附图说明】中，对于相同的要件附加相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下所述结构为示例，并未对本发明的范围做任何限定。例如，以下，作为进行离子注入的物体以半导体晶片为例进行说明，但也可以是其他物质或部件。
[0039]首先，对达到后述本申请发明的实施方式的过程进行说明。离子注入装置根据应构筑在加工物内的所需的特性，能够选择所注入的离子种类，并设定其能量及剂量。通常，离子注入装置根据所注入的离子的能量及剂量范围被分为几个类型。代表性的类型有高剂量高电流离子注入装置(以下称为HC)、中剂量中电流离子注入装置(以下称为MC)、及高能量离子注入装置(以下称为HE)。
[0040]图1为示意地表示典型序列式高剂量高电流离子注入装置(HC)、序列式中剂量中电流离子注入装置(MC)、序列式高能量离子注入装置(HE)的能量范围及剂量范围。图1中横轴表示剂量，纵轴表示能量。其中，所谓剂量是指每单位面积(例如cm2)中注入离子(原子)的个数，通过离子电流的时间积分获得的所注入的物质的总量。通过离子注入给予的尚子电流通常以mA或μ A表不。剂量有时也被称为注入量或剂量。图1中，分别以符号Α、B、C表示HC、MC、HE的能量及剂量范围。这些均在每次注入时的注入条件(也称为制法)所需的注入条件的集合范围内，并表示考虑实际所能允许的生产率而与注入条件(制法)相匹配的实际合理的装置结构类型。图示各范围表示能够由各类型的装置处理的注入条件(制法)范围。剂量表示估计实际处理时间时的粗略值。
[0041 ] HC用于0.1?10keV左右的较低能量范围且I X 114?I X 10 17atoms/cm2左右的高剂量范围的离子注入。MC用于3?500keV左右的中等能量范围且IXlO11?lX1014atoms/cm2左右的中等程度的剂量范围的离子注入。HE用于10keV?5MeV左右的较高能量范围且I X 101°?1X10 13atoms/cm2左右的低剂量范围的离子注入。由此，由HC、MC、HE分担对于能量范围达到5位数左右，对于剂量范围达到7位数左右的更广泛的注入条件的范围。但是，这些能量范围或剂量范围为典型的例子，并不严谨。并且，注入条件的给予方式并不限于剂量及能量，而很多样。注入条件可以根据射束电流值(射束的剖面的分布中以电流表示面积积分射束量的值)、吞吐量、注入均匀性等来设定。
[0042]一种用于进行离子注入处理的注入条件包含能量及剂量的特定值，因此在图1中能够以一个个点来表示。例如，注入条件a具有一种高能量及一种低剂量的值。注入条件a处于MC的运转范围且HE的运转范围，因此能够利用MC或HE进行处理。注入条件b为中等程度的能量/剂量，能够以HC、MC、HE中的任一种进行处理。注入条件c为中等程度的能量/剂量，能够以HC或MC进行处理。注入条件d为低能量/高剂量，只能以HC进行处理。
[0043]离子注入装置在半导体设备的生产中是必不可少的机器，其性能和生产率的提高对于设备制造商而言具有重要意义。设备制造商从这些多个离子注入装置类型中选择能够实现所要制造的设备所需的注入特性的装置。此时，设备制造商考虑最佳的制造效率的实现、装置的总成本等各种情况，来决定各类型的装置的数量。
[0044]考虑如下情形，即一种类型的装置以较高的运行率使用，另一类型的装置的处理能力比较有充余。此时，严格来讲每个类型的注入特性都不同，因此若为了获得所需的设备不能以后述装置代替前述装置来使用，则前述装置的故障会在生产工序上遇到瓶颈，由此有损于整体生产率。通过事先估测故障率并基于此决定台数结构，某种程度上能够避免这种冋题。
[0045]要制造的设备随着需求的变化或技术的改进而变化，由于所需装置的台数结构变化而产生装置不足或闲置装置，使得装置的运用效率下降。通过预测未来产品的发展趋势并反映到台数结构，在某种程度上能够避免这种问题。
[0046]即使能够用另一类型的装置代替，装置的故障或制造设备的变化也会给设备制造商带来制造效率低下或浪费投资的后果。例如，至今为止，主要以中电流离子注入装置进行处理的制造工艺，有时因改变制造设备而以高电流离子注入装置进行处理。如此一来，高电流离子注入装置的处理能力变得不够，而中电流离子注入装置的处理能力变得多余。若变更后的状态在以后的长时间内不产生变化，则能够通过采取购买新型高电流离子注入装置及出售所拥有的中电流离子注入装置的措施，来改善装置的运用效率。然而，频繁地改变工艺或难以预测这种改变时，会对生产造成影响。
[0047]实际上，无法直接用另一类型的离子注入装置代用为了制造一种设备而以一种类型的离子注入装置来进行的工艺。这是因为需要配合离子注入装置上的设备特性来进行工作。即，在新的离子注入装置中以相同的离子种类、能量、剂量执行工艺而获得的设备特性会大大背离由以前的离子注入装置所获得的设备特性。这是因为除了离子种类、能量、剂量以外的诸多条件，例如，射束电流密度(即剂量率)、注入角度、注入区域的重涂方法等也会影响设备特性。通常，类型不同时装置结构也不同，因此即使统一离子种类、能量及剂量，也无法使影响设备特性的其他条件自动一致。这些诸多条件有赖于注入方式。注入方式例如有，射束与加工物之间的相对移动方式(例如，扫描射束、带状束、二维晶片扫描等)或，接下来所要叙述的批量式和序列式类别等。
[0048]此外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置为批量式，中剂量中电流离子注入装置为序列式，大致分为这两类，这就拉大了装置之间的差距。批量式大多为一次性对多个晶片进行处理的方式，这些晶片例如配置在圆周上。序列式为逐一处理晶片的方式，也被称为单晶片式。另外，高剂量高电流离子注入装置和高能量离子注入装置有时会采用序列式。
[0049]另外，对于批量式高剂量高电流离子注入装置的射束线，根据基于高剂量高电流射束特性的射束线设计上的要求，典型地制作成比序列式的中剂量中电流离子注入装置更短。这是为了在高剂量高电流射束线设计中，抑制因低能量/高射束电流条件下的离子束的发散引起的射束损失。尤其是为了通过包括形成射束的离子相互排斥的带电粒子，来减少向径向外侧扩大的趋势，即所谓的射束放大。与高剂量高电流离子注入装置为序列式时相比，这种设计上的必要性在为批量式时更为显著。
[0050]之所以将序列式的中剂量中电流离子注入装置的射束线制作地相对较长，是为了离子束的加速及射束成型。在序列式中剂量中电流离子注入装置中，颇具运动量的离子进行高速移动。这些离子穿过一个或几个追加到射束线的加速用间隙，由此运动量得到增加。此外，在修改颇具运动量的粒子的轨道时，为了充分施加聚焦力，必须相对加长聚焦部。
[0051]高能量离子注入装置中采用线性加速方式或串联加速方式，因此与高剂量高电流离子注入装置或中剂量中电流离子注入装置的加速方式具有本质上的区别。这种本质上的差异在高能量离子注入装置为序列式或批量式时均相同。
[0052]如此，离子注入装置HC、MC、HE因类型的不同其射束线的形式或注入方式也不同，并作为各自完全不同的装置被人们所知。类型相异的装置间的结构上的差异被认为是不可避免的。如同HC、MC、HE，在不同形式的装置之间对设备特性所造成的影响进行考虑的工艺互换性未得到保证。
[0053]因此，期待具有比现有类型的装置更广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。尤其期待不改变注入装置的形式，就能够以现有的至少包括2个类型的广泛的能量及剂量进行注入的离子注入装置。
[0054]并且，近年来所有注入装置均采用序列式而逐渐成为主流。因此，期待具有序列式结构且具有广泛的能量范围和/或剂量范围的离子注入装置。
[0055]此外，与HE采用本质上不同的加速方式相比，HC和MC在具备以直流电压使离子束加速或减速的射束线这一点上是相通的。因此，HC和MC的射束线有可能通用。因此，期待能够以I台装置实现HC和MC这两台装置的作用的离子注入装置。
[0056]能够在这种广泛的范围内运转的装置有利于改善设备制造商的生产率或运用效率。
[0057]另外，中剂量中电流离子注入装置(MC)与高剂量高电流离子注入装置(HC)相比能够在高能量范围且低剂量范围运转，因此在本申请中有时被称为低电流离子注入装置。同样，针对中剂量中电流离子注入装置(MC)，有时将能量及剂量分别称为高能量及低剂量。或者针对高剂量