高能量离子注入装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供高能量离子注入装置中的高效率射束传输技术。本发明专利技术的高能量离子注入装置具备：射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高能量多段直线加速单元，对离子束进行加速而生成高能量离子束；高能量射束的偏转单元，将高能量离子束朝向晶片进行方向转换；及射束传输线单元，将已偏转的高能量离子束传输到晶片。偏转单元由多个偏转电磁铁构成，并在多个偏转电磁铁之间插入有至少1个横向会聚要件。

【技术实现步骤摘要】
高能量离子注入装置
本申请主张基于2013年5月27日申请的日本专利申请第2013-111364号、2013年5月28日申请的日本专利申请第2013-112036号、2013年5月29日申请的日本专利申请第2013-113474号、2013年6月14日申请的日本专利申请第2013-125512号以及2013年6月24日申请的日本专利申请第2013-131358号的优先权。这些申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。本专利技术涉及一种高能量离子注入装置。
技术介绍
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。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。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。这种装置特别地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1)。(批次式(batch-type))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)。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1m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在晶片的中心部和端部注入角度(离子射入到晶片的角度)前后相差1°(注入角度偏差)的问题。一般，在晶片的芯片上存在想进行离子注入的区域和无法进行离子注入的区域，无法进行离子注入的区域能够由被称为光致抗蚀层的有机物覆盖。离子在注入时不能穿透光致抗蚀层，因此在高能量离子注入时所涂布的光致抗蚀层变得非常厚。虽然需要注入的区域通过光刻法去掉光致抗蚀层，但若集成度高且注入区域微小，则会出现离子被垂直打入由耸立的光致抗蚀层的壁部包围的深孔的底部的情况。向这种高纵横比的结构注入离子时需要较高的注入角度精度。尤其，在制造如CCD等高品质的摄像元件中，越深地注入离子，分辨率就越提高，且灵敏度变高，因此也逐渐开始进行超高能量的离子注入(3～8MeV)。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。(单晶片式高能量离子注入装置)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)，由此在水平方向上进行均匀的注入，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。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铅垂方向的剂量均匀性，但通过该运动不会产生角度误差。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，近年来需求不断增加。但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(退火之后的残余结晶缺陷)较小、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中也留许多待改善之处。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)。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。离子的能量至3～4MeV左右。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，在该装置中，在晶片的附近安装有被称为AEF(AngularEnergyFilter)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，因此能够提供纯度较高的射束。专利文献1：日本专利第3374335号公报专利文献2：日本特开2000-11944号公报专利文献3：美国专利第8035080号公报专利文献4：日本特开2003-288857号公报
技术实现思路
然而，前述的离子注入装置中，对从加速器出来的离子通过能量分析电磁铁进行偏转之后，使其通过分解狭缝并直接注入到晶片中。因此，为了抑制高能量离子束的发散并将具有所希望的能量的充足量的离子传输到晶片，还有进一步改善的余地。本专利技术是鉴于这种状况而完成的，其目的之一在于提供一种抑制射束发散的高能量离子注入装置。并且，本专利技术的另一目的在于提供一种能够保证能量精度的高能量离子注入装置。为了解决上述课题，本专利技术的一方式的高能量离子注入装置为对从离子源提取的离子束进行加速，沿着射束线传输到晶片并注入到该晶片中的高能量离子注入装置，其中，所述高能量离子注入装置具备：射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高能量多段直线加速单元，对离子束进行加速而生成高能量离子束；高能量射束的偏转单元，将高能量离子束朝向晶片进行方向转换；射束传输线单元，将已偏转的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元，将传输到的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。射束传输线单元具有射束整形器、高能量用电场式射束扫描器、高能量用电场式射束平行化器及高能量用电场式最终能量过滤器。并构成为，对从偏转单元出来的高能量离子束通过电场式射束扫描器及电场式射束平行化器进行射束扫描并且将其平行化，且通过高能量用电场式最终能量过滤器去除质量、离子价数及能量中的至少一个不同的混入离子后注入到晶片中，偏转单元由多个偏转电磁铁构成，并在多个偏转电磁铁之间插入有至少1个横向会聚要件。专利技术效果：根据本专利技术的一方式，能够抑制射束发散。并且根据本专利技术的另一方式，能够实现保证能量精度的高能量离子注入装置。附图说明图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布局与射束线的图。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。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。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。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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量离子注入装置，其对从离子源提取的离子束进行加速，沿着射束线传输到晶片并注入到该晶片中，所述高能量离子注入装置的特征在于，具备：射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高能量多段直线加速单元，对所述离子束进行加速而生成高能量离子束；高能量射束的偏转单元，将所述高能量离子束朝向晶片进行方向转换；射束传输线单元，将已偏转的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元，将传输到的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中，所述射束传输线单元具有射束整形器、高能量用电场式射束扫描器、高能量用电场式射束平行化器及高能量用电场式最终能量过滤器，并构成为，对从所述偏转单元出来的高能量离子束通过所述电场式射束扫描器及所述电场式射束平行化器进行射束扫描并且将其平行化，且通过所述高能量用电场式最终能量过滤器去除质量、离子价数及能量中至少一个不同的混入离子后注入到所述晶片中，所述偏转单元由多个偏转电磁铁构成，并在所述多个偏转电磁铁之间插入有至少1个横向会聚要件。

【技术特征摘要】
2013.05.27 JP 2013-111364;2013.05.28 JP 2013-112031.一种高能量离子注入装置，其对从离子源提取的离子束进行加速，沿着射束线传输到晶片并注入到该晶片中，所述高能量离子注入装置的特征在于，具备：射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高能量多段直线加速单元，对所述离子束进行加速而生成高能量离子束；高能量射束的偏转单元，将所述高能量离子束朝向晶片进行方向转换；射束传输线单元，将已偏转的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元，将传输到的高能量离子束均匀地注入到晶片中，所述射束传输线单元具有射束整形器、高能量用电场式射束扫描器、高能量用电场式射束平行化器及高能量用电场式最终能量过滤器，并构成为，对从所述偏转单元出来的高能量离子束通过所述电场式射束扫描器及所述电场式射束平行化器进行射束扫描并且将其平行化，且通过所述高能量用电场式最终能量过滤器去除质量、离子价数及能量中至少一个不同的混入离子后注入到所述晶片中，所述偏转单元由多个偏转电磁铁构成，并在所述多个偏转电磁铁之间插入有至少1个横向会聚要件，所述横向会聚要件调整能量分散函数与其变化率，以使在离子注入位置离子束的截面尺寸成为所希望的大小。2.根据权利要求1所述的高能量离子注入装置，其特征在于，在所述偏转单元的末端的偏转电磁铁出口，所述横向会聚要件的强度被设定为，将离子束的能量分散函数和其变化率实质上设为零。3.根据权利要求1所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述横向会聚要件由1台四极透镜或者2台以上的四极透镜的组合透镜构成。4.根据权利要求1所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述横向会聚要件为四极电磁铁或者静电四极电极。5.根据权利要求1所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述多个偏转电磁铁由第1电磁铁和第2电磁铁构成，所述第1电磁铁进行用于能量分析的偏转，所述第2电磁铁一边使离子束的轨道偏转一边精密控制向晶片的射束注入角度。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：椛泽光昭，西原达生，渡边一浩，高桥裕二，山田达也，
申请(专利权)人：斯伊恩股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP