离子注入装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请主张基于2014年5月26日申请的日本专利申请第2014-108007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装置。
【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1)。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1: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为提供一种能够广泛使用的离子注入装置，例如，以1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。
[0010]本发明的一种方式的离子注入装置，其具备扫描单元，该扫描单元包括:扫描电极装置，向沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场，以向与基准轨道正交的横向扫描离子束；及上游电极装置，由设置于扫描电极装置的上游的多个电极体构成，该离子注入装置中，扫描电极装置具备:一对扫描电极，隔着基准轨道横向对置而设；及一对射束输送补正电极，隔着基准轨道在与横向正交的纵向对置而设。一对射束输送补正电极分别在扫描电极装置的入口附近具有朝基准轨道向纵向延伸的射束输送补正入口电极体。
[0011]本发明的另一方式也同样是离子注入装置。该装置具备扫描单元，该扫描单元包括:扫描电极装置，向沿着基准轨道射入的离子束施加偏转电场，以向与基准轨道正交的横向扫描离子束；及上游电极装置，由设置于扫描电极装置的上游的多个电极体构成，该离子注入装置中，上游电极装置具备配置于扫描电极装置的紧跟着的上游，且设有离子束通过用开口部的上游第1基准电压电极，上游第1基准电压电极具有:下游面，与扫描电极装置对置，且与基准轨道正交；及一对像差补正部，在下游面与横向正交的纵向隔着开口部而设，且具有自下游面向扫描电极装置凸出或凹陷的形状，通过设置一对像差补正部，沿着基准轨道方向的开口部的厚度在位于基准轨道附近的中央部与横向远离中央部的侧方部不同。
[0012]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。
[0013]发明效果
[0014]根据本发明可提供一种能够广泛使用的离子注入装置。
【附图说明】
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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)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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]图13为用于说明使用典型的离子注入装置的图。
[0028]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。
[0029]图15为表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置所具备的扫描单元的结构的立体剖视图。
[0030]图16(a)及图16(b)为表示图15所示的上游电极装置、扫描电极装置以及下游电极装置的概略结构的剖视图。
[0031]图17为表示扫描电极装置的概略结构的图。
[0032]图18(a)及图18(b)为表示上游第1基准电压电极的概略形状的图。
[0033]图19(a)及图19(b)为示意地表示通过比较例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0034]图20 (a)及图20 (b)为示意地表示通过比较例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0035]图21 (a)及图21 (b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0036]图22(a)及图22(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0037]图23(a)及图23(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0038]图24(a)及图24(b)为表示变形例所涉及的射束输送补正电极的概略形状的图。
[0039]图25为示意地表示通过变形例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0040]图26为示意地表示通过变形例所涉及的上游第1基准电压电极及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0041]图27(a)及图27(b)为表示下游第1基准电压电极的概略形状的图。
[0042]图28为表示下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的概略结构的图。
[0043]图29为示意地表示通过比较例所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的离子束的轨道的图。
[0044]图30为表示比较例所涉及的下游第1基准电压电极的概略形状的图。
[0045]图31为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的离子束的轨道的图。
[0046]图32为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的扫描电极装置、下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的离子束的轨道的图。
[0047]图33为示意地表示变形例所涉及的下游第1基准电压电极及下游第1中间电极的概略形状的图。
[0048]图34(a)及图34(b)为示意地表示通过本发明的一种实施方式所涉及的上游电极装置及扫描电极装置的离子束的轨道的图。
[0049]图35 (a)、图35 (b)及图35 (c)为表示变形例所涉及的上游电极装置及扫描电极装置的概略结构的图。
[0050]图中:B-离子束，Z-基准轨道，300-上游电极装置，310-上游第1基准电压电极，324-像差补正部，330-上游中间电极，350-上游第2基准电压电极，400-扫描电极装置，402-入口，404-出口，410-扫描电极，450-射束输送补正电极，452-直线部，454-射束输送补正入口电极体，500-下游电极装置，1000-扫描单元。
【具体实施方式】
[0051]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，并不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。
[0052]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)。
[0053]图1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所注入的物质的总量。通过离子注入给予的离子电流通常以mA或μΑ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、Β、C表示HC、MC、HE的能量及剂量范围。这些均在每次注入时不同注入条件(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。
[0054]HC用于(λ 1?lOOkeV左右的低能量范围且1 X 1014?1 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1 X 1011?1 X 10 14atoms/cm2左右的中等程度的剂量范围的离子注入。HE用于lOOkeV?5MeV左右的较高能量范围且1 X 101°?1 X 10 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性例子，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。
[0055]—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。
[0056]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。
[0057]考虑一下如下情形，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富余。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难关，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问题。
[0058]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缺损或闲置装置，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。
[0059]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能够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会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变化时，会对生产造成影响。
[0060]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。S卩，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。由于除离子种类、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，以后叙述的批量式和序列式类别等。
[0061]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。
[0062]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。
[0063]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。
[0064]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。
[0065]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HC、MC、HE—样，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。
[0066]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。
[0067]并且，近年来所有注入装置均采用序列式逐渐成为主流。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。
[0068]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相通。因此，HC和MC的射束线有可能通用。因此，期待能够以1台机实现HC和MC这两台机的作用的离子注入装置。
[0069]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。
[0070]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。或者针对高剂量高电流离子注入装置(HC)，有时将能量及剂量分别称为低能量及高剂量。但是在本申请中这种表达方式并不是仅对中剂量中电流离子注入装置(MC)的能量范围及剂量范围作出限定，可根据上下文如字面意思表示“一种较高(或较低)能量(或剂量)的范围”。
[0071]图2为示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的离子注入装置100的图。离子注入装置100构成为根据所给的离子注入条件对被处理物W的表面进行离子注入处理。离子注入条件例如包括应注入到被处理物W的离子种类、离子的剂量及离子的能量。被处理物W例如为基板，例如为晶片。因此，以下说明中为方便起见有时将被处理物W称为基板W，但这不是将注入处理的对象限定在特定物体上。
[0072]离子注入装置100具备离子源102、射束线装置104、及注入处理室106。并且，离子注入装置100还具备向离子源102、射束线装置104及注入处理室106提供所需的真空环境的真空排气系统(未图示)。
[0073]离子源102构成为生成应注入到基板W的离子。离子源102向射束线装置104供给通过射束的电流调整用要件的一例即引出电极单元118从离子源102加速引出的离子束B1以下，有时将称为初始离子束B1。
[0074]射束线装置104构成为从离子源102向注入处理室106输送离子。射束线装置104提供用于输送离子束的射束线。射束线是离子束的通道，也被称为射束轨道的路径。射束线装置104对初始离子束B1进行包括例如偏转、加速、减速、整形、扫描等在内的操作，由此形成离子束B2。以下，有时将称为注入离子束B2。射束线装置104具备为这种射束操作而排列的多个射束线构成要件。由此，射束线装置104向注入处理室106供给注入离子束B2o
[0075]注入离子束B2在垂直于射束线装置104的射束输送方向(或沿射束轨道方向)的面内具有射束照射区域105。射束照射区域105通常具有包含基板W的宽度的宽度。例如当射束线装置104具备扫描斑点状的离子束的射束扫描装置时，射束照射区域105为沿着垂直于射束输送方向的长边方向而遍及扫描范围延伸的细长照射区域。并且，当射束线装置104具备带状束发生器时，射束照射区域105也同样为沿着垂直于射束输送方向的长边方向延伸的细长照射区域。但是，该细长照射区域为该带状束的剖面。细长照射区域在长边方向上比基板W的宽度(基板W为圆形时为直径)长。
[0076]注入处理室106具备保持基板W以使基板W接收注入离子束B2的物体保持部107。物体保持部107构成为能够向与射束线装置104的射束输送方向及射束照射区域105的长边方向垂直的方向移动基板W。S卩，物体保持部107提供基板W的机械扫描。在本申请中，机械扫描与机械式扫描意思相同。另外，其中。“垂直方向”并非如本领域技术人员所理解的那样，被严格地仅限定为正交。“垂直方向”例如可包括在稍微朝上下方向倾斜地向基板W注入时的这种倾斜角度。
[0077]注入处理室106作为序列式的注入处理室构成。因此物体保持部107典型地保持1片基板W。但是，物体保持部107也可以构成为如批量式那样具备保持多个(例如小型)基板的支承台，通过在该支承台进行直线往复移动来进行该多个基板的机械扫描。另一实施方式中，注入处理室106也可以作为批量式的注入处理室构成。此时，例如物体保持部107可具备将多个基板W保持为在圆周上可旋转的旋转圆盘。旋转圆盘可以构成为，提供机械扫描。
[0078]图3中示出射束照射区域105和与其相关的机械扫描的一例。离子注入装置100构成为，能够实施