离子束照射装置的制作方法

本发明涉及一种离子束照射装置，其用于向目标照射从离子源引出的离子束并实施离子注入等处理。
背景技术：
：这种离子束照射装置包括离子源，该离子源具有在内部生成等离子体的室和从该室引出离子束的引出电极。在这样的离子束照射装置中，当引出离子束时，如果例如在用于室等的金属被在室内生成的等离子体溅射，则有时所述金属飞散而被离子化。于是，所述金属离子(以下称为不需要的离子)与所需要的离子(以下称为掺杂离子)一起混入目标，从而成为目标的特性劣化和制造不良的主要原因。因此，如专利文献1所示，存在一种离子束照射装置，该离子束照射装置具备从由离子源引出的离子束中挑选出掺杂离子并将其导出的质量分离磁铁。如以下的数学式所示，当离子的引出电压相等时，所述质量分离磁铁在内部产生磁场，使得能够利用离子的曲率半径按照离子的质量数和价数不同的原理，对不需要的离子和掺杂离子进行区分挑选。[数学式1]其中，r：曲率半径，b：磁通密度，m：离子的质量数，q：离子的价数，v：电压，e：元电荷。然而，存在有下述这样的不需要的离子：虽然质量数和价数与掺杂离子不同，但是曲率半径有时与掺杂离子接近，这种不需要的离子不能被质量分离磁铁与掺杂离子区分开，而是会到达目标。这种不需要的离子存在的理由如下所述：有时被等离子体溅射了的金属向室的外部飞出而被离子化，于是，与在室的内部被离子化了的情况相比，引出的电压变小，所述数学式中的mv/q有时与掺杂离子的值接近。将具体例子表示在以下的表中。例如，在掺杂离子为bf2+的情况下，存在w+、w2+、w3+、wf+、wf2+、wf3+等不需要的离子的mv/q成为与bf2+的mv/q接近的值的情况，从而导致存在下述问题：所述不需要的离子不能被质量分离磁铁与掺杂离子区分开而是到达目标。[表1]离子种类mvqmv/q区分w+18310.6611950.78×w+1834017320○w2+18321.3221950.78×w2+1834023660○w3+18331.9831950.78×w3+1834032440○wf+2019.6611941.66×wf+2014018040○wf2+20119.3221941.66×wf2+2014024020○wf3+20128.9831941.66×wf3+2014032680○bf2+494011960现有技术文献专利文献1：日本专利公开公报特开2012-238403号技术实现要素：本发明是用于解决所述的问题而做出的发明，本发明的主要目的在于：与以往相比使包含在离子束内的不需要的离子减少。即，本发明提供一种离子束照射装置，其包括：离子源；质量分离器，从由所述离子源引出的离子束中挑选并导出确定的质量和价数的掺杂离子；以及能量过滤器，形成所述离子束通过的束通过区域，并且通过被施加电压而成为规定的过滤器电位，利用离子的能量差，区分通过所述束通过区域的通过离子和不通过所述束通过区域的非通过离子，以使所述通过离子中包含所述掺杂离子并且使所述非通过离子中包含在所述质量分离器中不能与所述掺杂离子区分的不需要的离子的至少一部分的方式设定所述过滤器电位。按照这种离子束照射装置，由于以使通过离子中包含掺杂离子并且使非通过离子中包含不需要的离子的一部分的方式设定过滤器电位，所以例如只要使所述过滤器电位比在构成离子源的室的外部离子化了的不需要的离子的每单位价数的能量大，就能够从离子束中除去所述的不需要的离子，与以往相比能够使离子束中的不需要的离子减少。由于与下游相比，在质量分离器的上游包含在离子束中的离子成分多，所以如果将能量过滤器配置在质量分离器的上游，则离子束与能量过滤器碰撞了的情况下对能量过滤器造成的损伤比较大。因此，为了使离子束与能量过滤器碰撞了情况下的损伤变小，优选的是，所述能量过滤器配置在所述质量分离器的下游。如果在能量过滤器的前后离子束的能量发生变化，则难以使离子束以所希望的能量照射目标。因此，优选的是，所述能量过滤器具有三个以上的电极，所述三个以上的电极形成所述离子束通过的开口，并且沿所述离子束的前进方向设置，所述三个以上的电极中的至少一个所述电极成为所述过滤器电位，其它的所述电极成为比所述过滤器电位低的电位，配置在两端的所述电极的电位彼此相等。按照这种结构，由于配置在两端的电极的电位彼此相等，所以作用于通过能量过滤器的离子束中的离子的力的、减速的力和加速的力总体相等。由此，能够在能量过滤器的前后使离子束的能量相等，从而能够使离子束以所希望的能量向目标照射。优选的是，所述能量过滤器还具有形状控制电极，所述形状控制电极被施加用于控制离子束形状的形状控制电压。按照这种结构，能够防止在能量过滤器的前后离子束过度发散或过度聚集。优选的是，所述离子束照射装置还包括：电流检测部，检测通过所述能量过滤器的离子束的束电流或流过所述电极的电流；以及电压控制部，基于由所述电流检测部检测出的电流值，控制所述形状控制电压。按照这种结构，能够边监测束电流或流过电极的电流边控制形状控制电极的电位，从而能够将离子束整形为不与电极碰撞的形状。在使用多个电极的结构中，为了抑制装置整体的大型化和制造成本的增加，优选的是，多个所述电极中的一个或多个是构成所述离子束通过的束线(beamline)的所述能量过滤器，并且兼用作另外的束线构成构件的电极。为了防止从电极产生的不需要的金属离子混入目标，优选的是，所述电极由具有导电性的非金属材料构成。为了能够选择是否使用能量过滤器的过滤器功能，优选的是，能够对向所述能量过滤器施加的电压进行通断切换。按照如上所述构成的本发明，与以往相比能够使包含在离子束中的不需要的离子减少。附图说明图1是表示本实施方式的离子束照射装置的整体结构的示意图。图2是表示同一实施方式的离子源的结构的示意图。图3是用于说明同一实施方式的能量过滤器的示意图。图4是说明同一实施方式的过滤器电位的图。图5是用于说明其它实施方式的能量过滤器的示意图。图6是用于说明其它实施方式的离子束照射装置的示意图。图7是表示其它实施方式的离子束照射装置的整体结构的示意图。附图标记说明100···离子束照射装置2···离子源3···质量分离磁铁11···能量过滤器111···电极11a···束通过区域ve···引出电压vf···过滤器电压vfil···过滤器电位。具体实施方式下面，参照附图，对本发明的离子束照射装置的一种实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的离子束照射装置100用于向目标w照射离子束ib并进行离子注入，其包括：离子源2，引出离子束ib；作为质量分离器的质量分离磁铁3，设置在所述离子源2的下游，从由离子源2引出的离子束ib中挑选并导出用质量数和价数确定的所希望的掺杂离子；加速管4，设置在所述质量分离磁铁3的下游，对从质量分离磁铁3导出的离子束ib进行加速或减速；作为能量分离器的能量分离磁铁5，设置在所述加速管4的下游，从由加速管4导出的离子束ib中挑选并导出特定能量的离子；扫描磁铁6，设置在所述能量分离磁铁5的下游，以磁的方式使从能量分离磁铁5导出的离子束ib进行一维(图1中沿纸面的方向)扫描；束平行化磁铁7，设置在所述扫描磁铁6的下游，以成为与基准轴平行的方式使从扫描磁铁6导出的离子束ib弯曲回来，并且与扫描磁铁6协同动作来进行离子束ib的平行扫描；以及扫描机构8，设置在所述束平行化磁铁7的下游，在从束平行化磁铁7导出的离子束ib的照射区域内，朝向与扫描磁铁6的离子束ib的扫描方向实质上垂直的方向(图1中纸面的表背方向)使目标w(例如晶片)进行机械式地扫描。本实施方式的离子束照射装置100向目标w照射扫描的点状束，但是例如也可以沿与目标w的机械扫描方向垂直的方向，照射比目标w的尺寸大的尺寸的带状束，在这种情况下，不需要扫描磁铁6。此外，在质量分离磁铁3的离子导出部设置有质量分离狭缝9，该质量分离狭缝9使通过质量分离磁铁3挑选出来的离子通过，在能量分离磁铁5的离子导出部设置有能量分离狭缝10，该能量分离狭缝10使通过能量分离磁铁5挑选出来的离子通过。如图2所示，离子源2包括：作为等离子体生成部的室21，导入离子化气体并通过例如电弧放电来生成等离子体；以及引出电极22，利用电场的作用从室21引出离子束ib，从直流的引出电源23以使室21成为正侧的方式向室21和引出电极22这两者之间施加引出电压ve。具体地说，在此，例如通过将基准电位设定为210kv并将引出电压ve设为40kv，室21的电位vch(以下称为室电位vch)成为250kv。另外，基准电位并不限于210kv，例如也可以适当变更为接地电位等。此外，由于每当生成等离子体时室21内成为高温，所以将作为高熔点金属的钨或钼用于构成离子源2的室21和灯丝f等。质量分离磁铁3和能量分离磁铁5以使离子束ib中的掺杂离子能够通过的方式分别设定磁通密度b。另外，质量分离磁铁3和能量分离磁铁5的磁通密度b与掺杂离子的质量数m和价数q的关系能够用以下的数学式表示。[数学式2]其中，r：曲率半径，b：磁通密度，m：离子的质量数，q：离子的价数，v：电压，e：元电荷。如图1所示，本实施方式的离子束照射装置100还包括能量过滤器11，该能量过滤器11配置在质量分离磁铁3的下游，利用离子的能量差来挑选离子。如图3所示，所述能量过滤器11形成离子束ib通过的束通过区域11a，并且通过从过滤器电源12施加规定的过滤器电压vf而成为规定的过滤器电位vfil，由此将离子区分为通过所述束通过区域11a的通过离子和不通过所述束通过区域11a的非通过离子。如图1所示，本实施方式的能量过滤器11配置在质量分离磁铁3和加速管4之间，并且具有一个电极111，该电极111形成图3所示的所述束通过区域11a。所述电极111由钨或钼等金属构成，在此是环状电极，该环状电极的圆形的开口形成为所述束通过区域11a。但是，在由金属构成的电极111被离子束ib溅射了的情况下，由于从电极111生成的不需要的金属离子有可能混入目标w，所以优选的是，电极111是碳或硅等具有导电性的非金属。在此，离子束ib所包含的离子的电荷为正，如图4所示，能量过滤器11通过从过滤器电源12以能量过滤器11成为正侧的方式施加过滤器电压vf而成为过滤器电位vfil，从而形成针对正电荷的离子的电位障壁。其结果，具有能够越过所述电位障壁的能量的离子成为通过离子，与所述通过离子相比能量小、不能越过电位障壁而被推回上游(离子源2一侧)的离子成为非通过离子。此外，以如下方式设定所述过滤器电位vfil：使所述通过离子中包含掺杂离子并且使所述非通过离子中包含在质量分离磁铁3中不能与掺杂离子区分的不需要的离子的至少一部分。更具体地说，以能够将在室21的外部离子化了的不需要的离子的至少一部分从掺杂离子中区分出来的方式设定所述过滤器电位vfil，所述在室21的外部离子化了的不需要的离子是在质量分离磁铁3中不能与掺杂离子区分的不需要的离子中的、特别是在构成离子源2的室21和引出电极22之间(图2中的区域x)因与从例如室21引出的其它离子的碰撞而离子化了的不需要的离子。另外，为了使离子束ib能够通过能量过滤器11，所述过滤器电位vfil被设定为小于成为向室21施加引出电压ve的室电位vch。由于以比在室21内离子化了的离子小的电压亦即比引出电压ve小的电压引出在所述区域x中离子化了的不需要的离子，所以在区域x中离子化了的不需要的离子的能量比在室21内离子化了的掺杂离子的能量小。因此，本实施方式的过滤器电位vfil被设定为如下的值：比将掺杂离子的能量除以其价数得到的每单位价数的能量小，并且比将在室21的外部离子化了的不需要的离子的能量除以其价数得到的每单位价数的能量大。在本实施方式中，使向能量过滤器11施加的过滤器电压vf的基准电位与、向室21和引出电极22之间施加的引出电压ve的基准电位相同，因此，将所述过滤器电压vf设定为比所述引出电压ve小的值(例如30kv)。另外，过滤器电压vf的基准电位和引出电压ve的基准电位并不是必须彼此相同，也可以适当地改变各基准电位。按照以所述方式构成的本实施方式的离子束照射装置100，由于以使作为在质量分离磁铁3中不能与掺杂离子区分的不需要的离子的、在构成离子源2的室21的外部离子化了的不需要的离子的至少一部分包含在非通过离子中的方式设定过滤器电位vfil，所以能够从离子束ib中除去这种不需要的离子，与以往相比，能够减少离子束ib中的不需要的离子，从而能够减少目标w的金属污染。此外，由于将能量过滤器11配置在质量分离磁铁3的下游，所以与配置在上游的情况相比，能够防止能量过滤器11被离子束ib溅射。此外，如果构成能量过滤器11的电极111由非金属材料形成，则能够防止起因于电极111的溅射的目标w的金属污染。另外，本发明并不限于所述实施方式。例如，在所述实施方式中，能量过滤器11具有一个电极111，但是也可以具有多个电极111。具体地说，如图5所示，作为这种能量过滤器11可以例举的是具有三个电极111，所述三个电极111形成有离子束ib通过的开口，并且沿离子束ib的前进方向设置。能量过滤器11也可以具有四个以上的电极111。在这样的结构中，为了使通过离子中包含掺杂离子并且使非通过离子中包含在质量分离磁铁3中不能与掺杂离子区分的不需要的离子的至少一部分，只要使多个电极111中的至少一个成为过滤器电位vfil并使其它电极111成为比过滤器电位vfil小的电位即可。在此，例如，如图5所示，向三个电极111中的中央的电极111施加过滤器电压vf(例如30kv)而使中央的电极111成为正的过滤器电位vfil(240kv)，并且使两端的电极111的电位成为比过滤器电位vfil小且彼此相等的电位(例如基准电位210kv)。在这种情况下，沿离子束的前进方向和与其相反的方向顺序出现的电压差都成为+30kv、－30kv。按照这种结构，在包含在离子束ib中的离子的电荷为正的情况下，所述离子利用从电场接受的库仑力fc，在中央的电极111附近边朝向电极111的内侧边前进，在两端的电极111附近边朝向电极111的外侧边前进。此外，所述离子从上游的电极111到中央的电极111减速，从中央的电极111到下游的电极111加速。由此，与两端的电极111附近相比，在中央的电极111附近，离子的速度变慢，在中央的电极111附近接受朝向内侧的力的时间变长，因此其结果，由于所谓的单透镜的束聚集原理，离子束ib聚集。另外，如图5所示，向各电极111施加的电压的大小关系可以是内侧的电极111的电位比外侧的电极111的电位高，相反，也可以是内侧的电极111的电位比外侧的电极111的电位低。即，可以使外侧的电极111成为过滤器电位vfil、使内侧的电极111成为比过滤器电位vfil低的电位。此外，成为过滤器电位vfil的电极111并不限于一个，可以使多个电极111成为过滤器电位vfil。此外，比过滤器电位vfil低的电位并不限于基准电位(束线的电位)，例如也可以是接地电位。按照所述的结构，与以往相比能够使离子束ib的不需要的离子减少，并且能够利用单透镜的束聚集原理。此外，由于配置在两端的电极111的电位彼此相等，所以能够在能量过滤器11的前后使离子束ib的能量相等，从而能够以所希望的能量向目标w照射离子束ib。如图5所示，使用三个电极111并使中央的电极111成为过滤器电位vfil、使两端的电极111成为接地电位或与接地电位不同的其它基准电位，在该结构中，例如在为了尽可能多地分离不需要的离子而使过滤器电位vfil接近室电位vch的情况下，存在离子束ib过度聚集的可能性。因此，为了能够控制离子束的形状，优选的是，如图6所示，能量过滤器11还具备形状控制电极112，该形状控制电极112区别于成为过滤器电位vfil的电极111、成为接地电位或束线的电位的电极(未图示)，被施加用于控制离子束形状的形状控制电压vc。具体地说，以使形状控制电极112成为正侧的方式从形状控制电源13对所述形状控制电极112施加可变的形状控制电压vc。在该情况下，优选的是，如图7所示，离子束照射装置100还包括用于控制离子束形状的控制装置30。所述控制装置30例如进行离子束照射装置100整体的控制，从物理方面而言是具备cpu、存储器、输入输出接口等的通用或专用的计算机，通过按照存储在所述存储器中的规定的程序进行动作，发挥作为电流检测部31和电压控制部32的功能。所述电流检测部31检测通过能量过滤器11的离子束ib的束电流，例如使未图示的束电流测量装置进出束线来监测通过能量过滤器11的离子束ib的束电流。所述电压控制部32基于由所述电流检测部31检测出的电流值，控制从形状控制电源13向所述形状控制电极112施加的形状控制电压vc。具体地说，所述电压控制部32取得由所述电流检测部31监测的电流值，并且以使该电流值成为最大的方式控制所述形状控制电压vc。按照该结构，能够对离子束的形状进行整形，以使离子束ib通过能量过滤器11期间不与电极111碰撞。另外，电流检测部31可以将来自与构成能量过滤器11的电极111电连接的电流计的输出值检测为流过所述电极111的电流值。在这种情况下，例如可以举出如下的结构：电压控制部32取得所述电流检测部31的电流值，并且以使所述电流值成为最小的方式控制所述形状控制电压vc。另外，当在能量过滤器11的下游设置有对离子束ib的形状进行整形的束形状整形构件(例如加速管4等)的情况下，所述控制装置30可以通过总体控制向所述束形状整形构件施加的电压和所述形状控制电压vc，对离子束ib的形状进行整形。此外，优选的是，离子束照射装置100通过使例如图6所示的过滤器电源12和形状控制电源13接通或断开，能够对向能量过滤器11施加的过滤器电压vf和形状控制电压vc进行通断切换。按照这种结构，用户能够自由地选择是否使用能量过滤器11的过滤器功能。另外，作为不需要过滤器功能的情况，可以例举如下的情况：向例如像由磁性材料构成的mram(磁阻存储器)这样的、不需要的离子的注入难以成为问题的目标w进行离子注入等。此外，在所述结构中，当使过滤器电源12和形状控制电源13断开时，为了防止各电极111、112成为浮动电位，优选的是，如图6所示，例如当利用开关sw等使过滤器电源12和形状控制电源13断开时，能够使各电极111、112成为基准电位。此外，在能量过滤器11具有多个电极111的情况下，所述多个电极111的一部分虽然是构成离子束ib通过的束线的能量过滤器11，但是可以兼用作另外的束线构成构件的电极。具体地说，例如，如所述实施方式所示，在能量过滤器11配置在质量分离磁铁3和加速管4之间的情况下，在多个电极111中位于离子束前进方向的最下游的电极111可以兼用作加速管4的最上游的电极(法兰盘)。按照这种结构，能够得到使用多个电极111构成能量过滤器11的所述作用效果，并且能够抑制装置整体的大型化和制造成本的增加。对于构成能量过滤器11的电极111而言，在所述实施方式中构成能量过滤器11的电极111是环状电极，但是例如也可以是形成束通过区域11a的矩形电极、或由沿束通过区域11a周围间隔设置的例如多个电极要素构成的电极。此外，对于能量过滤器11的配置而言，在所述实施方式中是能量过滤器11配置在质量分离磁铁3和加速管4之间，但是也可以设置在质量分离磁铁3的上游、加速管4的下游或能量分离磁铁5的下游、或者是在多个部位设置能量过滤器11。此外，离子束照射装置100例如也可以在从离子源2到目标w为止的束线上不具备加速管。另外，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。当前第1页12