高能量离子注入装置、射束电流调整装置及射束电流调整方法
【技术领域】
[0001]本申请主张基于2013年11月21日申请的日本专利申请第2013-240647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]本发明涉及一种高能量离子注入装置。
【背景技术】
[0003]在半导体元件制造工序中，标准地实施如下重要的工序，该工序用于通过在真空下向半导体晶片打入离子来将杂质添加到半导体晶片的结晶中，从而使导电性发生变化，并使半导体晶片半导体元件化。在该工序中所使用的装置被称为离子注入装置，该离子注入装置将通常用于半导体元件化的杂质原子作为离子进行加速，并打入到半导体晶片中。
[0004]随着半导体元件的高集成化/高性能化，一直使用能够用于更深地打入到半导体晶片中的高能量的离子注入的装置。这种装置特别被称为高能量离子注入装置。作为其中一例，有以串列式静电加速器构成离子束的加速系统的方法(参考专利文献I)。
[0005](批次式(batch-type))
[0006]并且，长期以来还使用具备进行高频加速的高频线形加速器的批次处理式高能量离子注入装置(参考专利文献2)。
[0007]批次处理式离子注入为如下的方法，即将十几片硅晶片载于直径为Im左右的铝盘的外周侧，一边使圆盘以每分钟1000次的旋转程度进行高速旋转，一边均匀地注入离子。为了不使晶片因离心力而飞出，圆盘的载有晶片的部分相对于旋转面(与旋转轴正交的面)赋予5°左右的角度。由于该角度和晶片的旋转运动，批次处理式离子注入方法存在注入角度(离子注入到晶片的角度)在晶片的中心部和端部，前后相差1° (注入角度偏差)的冋题。
[0008]一般，在晶片的芯片上存在欲进行离子注入的区域和不可以进行离子注入的区域，不可以进行离子注入的区域能够由被称为光阻材料的有机物所覆盖。离子在注入时不能穿透光阻材料，因此在高能量离子注入时所涂布的光阻材料变得非常厚。需要注入的区域通过光刻除掉光阻材料，但若集成度高且注入区域微小，则会出现离子被垂直打入到由耸立的光阻材料的壁部包围的深孔的底部的状况。向这种高长宽比的结构注入离子时要求较高的注入角度精度。
[0009]尤其，在制造如CCD等尚品质的摄像兀件中，注入尚子越?米，分辨率就越尚，且灵敏度变高，因此也逐渐开始进行超高能量的离子注入(3?SMeV)。此时，被允许的注入角度误差为0.1°左右，无法使用具有较大注入角度偏差的批次式装置。
[0010](单晶片式高能量离子注入装置)
[0011]因此，近年来单晶片式高能量离子注入装置被投入使用(专利文献3)。批次方式固定射束并移动晶片(圆盘上的旋转运动)，由此在水平方向进行均匀的注入，而单晶片式装置中移动射束(沿水平方向进行射束扫描)固定晶片。在该方式中，通过使扫描束平行化，不仅能够在晶片面内使注入剂量均匀，还能够使注入角度均匀，可以解决注入角度偏差的问题。另外，两种方式都是通过以一定的速度使晶片平行移动来实现垂直方向的剂量均匀性，但通过该运动不会产生角度误差。
[0012]除此以外，由于单晶片式离子注入装置在进行少数几片的处理时没有多余的硅晶片的消耗等，因此适合多品种少量生产，近年来需求大增。
[0013]但是在高品质摄像元件的生产中，不仅要求角度精度，而且还有诸如没有金属污染、注入损伤(退火后的残余结晶缺陷)较少、注入深度精度(能量精度)良好等很多严格的要求，单晶片式离子注入装置也留有许多待改善之处。
[0014]在以往的单晶片式高能量离子注入装置中，作为高能量加速方式使用串列式静电加速装置，或高频加速方式的重离子线性加速器(线形加速器)。
[0015]在这种加速系统的下游设置有能量过滤磁铁、射束扫描器及通过磁场进行扫描轨道的平行化的平行(平行化)磁铁。并且，通过平行磁铁成为不论射束在哪个扫描位置，向晶片的射入角(注入角)均相同。离子的能量达3?4MeV左右。
[0016]并且，在与高能量离子注入装置相比更低能量的区域(10?600keV)中使用的(单晶片式)中电流离子注入装置的一部分中，使用通过电场(电极)将扫描轨道平行化的电场平行透镜(专利文献4)。电场平行透镜能够保持轨道的对称性并且将扫描轨道平行化，因此比平行磁铁更能提高角度精度。并且，该装置，在晶片的附近安装有被称为AEF(Angular Energy Filter)的电场式偏转电极。通过AEF能够去除在射束传输过程中价数发生变化的离子和在射束线产生的粒子，因此能够提供纯度高的射束。
[0017]专利文献1:日本专利第3374335号公报
[0018]专利文献2:日本特开2000-11944号公报
[0019]专利文献3:美国专利第8035080号公报
[0020]专利文献4:日本特开2003-288857号公报
【发明内容】
[0021]本发明是鉴于这种状况而完成的，本发明的一方式所例示的目的之一在于，在高能量离子注入装置中调整注入射束电流。
[0022]根据本发明的一方式，提供一种具有高能量多段直线加速单元的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置具备射束线构成要件，配设于所述高能量多段直线加速单元的上游或下游，并且形成离子束的会聚点；及可变孔隙，配置于所述会聚点或其附近，并且被构成为，调整所述会聚点的与所述离子束的会聚方向垂直的方向的射束宽度，以控制注入射束电流。
[0023]根据本发明的一方式，提供一种用于离子注入装置的射束电流调整装置。射束电流调整装置具备可变孔隙，所述可变孔隙配置于离子束的会聚点或其附近，并且被构成为，调整所述会聚点的与所述离子束的会聚方向垂直的方向的射束宽度，以控制注入射束电流。
[0024]根据本发明的一方式，提供一种用于具有高能量多段直线加速单元的高能量离子注入装置的射束电流调整方法。本方法具备以下步骤:将离子束会聚于在所述高能量多段直线加速单元的上游或下游形成的会聚点，及利用配置于所述会聚点或其附近的可变孔隙调整与所述离子束的会聚方向垂直的方向的射束宽度，以控制注入射束电流。
[0025]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。
[0026]发明效果
[0027]根据本发明，能够在高能量离子注入装置中调整注入射束电流。
【附图说明】
[0028]图1是示意地表示本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的概略配置与射束线的图。
[0029]图2(a)是表示离子束生成单元的概略结构的俯视图，图2(b)是表示离子束生成单元的概略结构的侧视图。
[0030]图3是表示包括高能量多段直线加速单元的概略结构的整个布局的俯视图。
[0031]图4是表示直线状排列有多个高频谐振器前端的加速电场(间隙)的高能量多段直线加速单元及会聚发散透镜的控制系统的结构的框图。
[0032]图5(a)、图5(b)是表示EFM(能量分析用偏转电磁铁)、能量宽度限制狭缝、能量分析狭缝、BM(横向中心轨道补正用偏转电磁铁)、射束整形器、射束扫描器(扫描器)的概略结构的俯视图。
[0033]图6 (a)是表示从射束扫描器至射束平行化器之后的射束线到基板处理供给单元为止的概略结构的俯视图，图6(b)是表示从射束扫描器至射束平行化器之后的射束线到基板处理供给单元为止的概略结构的侧视图。
[0034]图7是从上方观察射束扫描器的一例的主要部分的示意图。
[0035]图8是从侧面观察射束扫描器的一例的主要部分的示意图。
[0036]图9是从下游侧观察沿离子束线的中途路径装卸自如地安装有射束扫描器的一例的结构的示意性主视图。
[0037]图10是表示角能量过滤器的偏转电极的另一方式的示意图。
[0038]图11(a)是示意地表示作为横向会聚透镜的四极透镜的俯视图，图11(b)是示意地表示四极透镜的主视图。
[0039]图12(a)、图12(b)是表示电磁铁的结构的一例的立体图。
[0040]图13是示意地表示电磁铁所具备的开闭装置的图。
[0041]图14(a)是从正面观察与注入器法拉第杯(Injector Farady cup)结构大致相同的分解器法拉第杯(Resolver Farady cup)的示意图，图14(b)是用于说明分解器法拉第杯的动作的示意图。
[0042]图15是从正面观察横长法拉第杯的示意图。
[0043]图16(a)是表示从本实施方式所涉及的射束整形器到射束扫描器为止的概略结构的俯视图，图16(b)是表示从本实施方式所涉及的射束整形器到射束扫描器的概略结构的侧视图。
[0044]图17是用于说明下游侧接地电极的开口宽度、抑制电极的开口宽度及上游侧接地电极的开口宽度之间的大小关系的示意图。
[0045]图18是示意地表示射束平行化器的另一例的图。
[0046]图19是表示本发明的一实施方式所涉及的射束电流调整装置的示意图。
[0047]图20是例示了离子束的会聚点的离子束截面的图。
[0048]图21 (a)及图21(b)是表示本实施方式所涉及的可变孔隙的示意图。
[0049]图22是表示本发明的其它实施方式所涉及的射束电流调整装置的配置的示意图。
[0050]图23是表示本发明的其它实施方式所涉及的射束电流调整装置的配置的示意图。
[0051]图中:10_离子源，12-离子束生成单元，14-高能量多段直线加速单元，14a-高频谐振器，15a-第I线形加速器，15b-第2线形加速器，16-射束偏转单元，18-射束传输线单元，20-基板处理供给单元，22-质量分析装置，22a-质量分析磁铁，22b-质量分析狭缝，24-能量分析电磁铁，26-四极透镜，27-能量宽度限制狭缝，28-能量分析狭缝，30-偏转电磁铁，32-射束整形器，34-射束扫描器，36-射束平行化器，38-最终能量过滤器，42-抑制电极，44-离子源高压电源，48-端子，50-电源，52-输入装置，54-控制运算装置，56-振幅控制装置，58-相位控制装置，60-频率控制装置，62-高频电源，64-会聚发散透镜，64a_横向会聚透镜，64b-纵向会聚透镜，66-会聚发散透镜电源，68-显示装置，70-存储装置，74-抑制电极，74a-开口，76a-接地电极，80a,80b-法拉第杯，82-扫描器壳体，84-平行化透镜，87-上磁轭，87a、87b-偏转电极，88-下磁轭，89-接地遮蔽板，90-负电源，91-真空容器，91a-上线圈，91b-下线圈，92a-开闭装置，93-下杆，94-最终能量过滤器，95a-射束收集器部(Beam Dump Sect1r)，96-射束扫描空间，100-高能量离子注入装置，300-射束电流调整装置，302-可变孔隙，304-控制装置，306-离子束截面，312-孔隙板，314-孔隙宽度。
【具体实施方式】
[0052]以下对本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的一例进一步进行详细说明。首先，对本发明人等想到本发明的过程进行说明。
[0053](平行化磁铁)
[0054]使用通过偏转磁场使轨道平行化的平行化磁铁的以往的高能量离子注入装置有如下问题。
[0055]若将高能量离子注入到带有光阻材料的晶片，则产生大量的漏气，该漏气的分子与射束离子相互作用，一部分离子的价数发生变化。若通过平行化磁铁时该价数发生变化，则偏转角发生改变，因此射束的平行性被破坏，朝向晶片的注入角变得不同。
[0056]并且，所注入的离子的量(个数或者剂量)通过利用置于晶片附近的法拉第杯测定束电流值而求出，但因价数变化，其测量值产生偏差，偏离预定的注入量，无法成为如所预定的半导体元件的特性。
[0057]而且，通过I台平行化磁铁进行的平行化在内侧轨道与外侧轨道上的偏转角和轨道长度不同，因此越靠外侧轨道，价数发生变化的离子的比例越大，晶片面内的剂量均匀性也恶化。
[0058]因此，以往的高能量离子注入装置的射束传输方式无法充分满足最近的高精度的注入的要求。
[0059]并且，平行化磁铁需要在扫描方向上宽度较宽的磁极和一定长度的平行化区间，能量变高时磁极进一步变长且变大，因此重量变得非常大。为了安全地装配并维持装置，除了需要强化半导体工场本身的强度设计之外，消耗电力也变得非常大。
[0060]如果能够在高能量区域使用在前述中电流离子注入装置中所使用的电场平行化透镜和电场(电极式)能量过滤器(AEF:Angular Energy Filter)，则可解决这些问题。电场平行化透镜保持轨道的对称性并且使扫描轨道与中心轨道方向对齐而进行平行化，AEF在刚要到达晶片之前去除价数已变化的离子。由此，即使在漏气较多时，也能够得到没有能量污染的射束，且不会产生如平行化磁铁那样的扫描方向的注入角度的偏差，结果，能够均匀地注入准确的深度方向的注入分布和注入量(剂量)，并且注入角度也变得相同，可实现精度非常高的离子注入。并且，由重量轻的电极部件构成，因此与电磁铁相比还可减少消耗电力。
[0061]本发明的核心之处在于发明了一种将该中电流离子注入装置的优异的系统导入到高能量离子注入装置，为高能量装置且能够进行与中电流装置同等的高精度注入的装置。以下，对在该过程中所解决的课题进行说明。首要问题是装置的长度。
[0062]将离子束偏转相同角度时，所需磁场与能量的平方根成比例，而所需电场则与能量本身成比例。因此，偏转磁极的长度与能量的平方根成比例，而偏转电极的长度与能量成比例而变长。若欲想在高能量离子注入装置中搭载所述电场平行化透镜和电场AEF来实现高精度角度注入，则射束传输系统(从扫描器到晶片为止的距离)与使用平行化磁铁的以往的装置相比大幅变长。
[0063]例如，作为通过这种电场具备平行化机构的高能量离子注入装置，与以往的高能量离子注入装置同样地可考虑将离子源、质量分析磁铁、串列式静电加速装置或者高频线形加速装置、射束扫描器、扫描轨道平行化装置、能量过滤器、注入处理室及基板输送设备(末端站)等构成设备装配成大致直线状的结构。此时，以往的装置的长度为8m左右，而装置的全长长至20m左右，设置位置的设定与准备、设置作业等成为大规模，而且设置面积也变大。并且，还需要用于各设备的装配对位调整、装置运转后的维修与修理及调整的作业空间。这种大型离子注入装置无法满足将半导体生产线中的装置尺寸与工场的生产线的配置的实情相结合的要求。
[0064]由于这种状况，本发明的一方式中的射束线的结构的目的在于，通过实现能够确保充分的作业区域且简化/效率化设置位置的设定、准备及设置作业或维修作业，并抑制设置面积的技术，提供一种具备有电场平行化透镜和电场能量过滤器的高精度的高能量离子注入装置。
[0065](U字状的折回型射束线)
[0066]前述目的可通过如下方式来实现，即由包括对在离子源生成的离子束进行加速的多个单元的长直线部；及包括对扫描束进行调整而注入到晶片中的多个单元的长直线部构成高能量离子注入装置的射束线