離子注入裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本申請主張基于2013年12月2日申請的日本專利申請2013-248915號的優(yōu)先權。其申請的全部內容通過參考援用于本說明書中。
[0002]本發(fā)明涉及一種離子注入，更詳細而言，涉及一種離子注入裝置及離子注入方法。
【背景技術】
[0003]在一種離子注入裝置中連接有離子源及其電源，以使具有較小射束電流量的離子束從離子源引出(例如，參考專利文獻I)。該裝置中能夠改變離子源和電源的連接，以使具有較大射束電流量的尚子束從尚子源引出。
[0004]另一種離子注入裝置具有離子源、加速管及連接它們的電源的電氣電路，以使以較高的離子能量向靶注入離子(例如參考專利文獻2)。該電氣電路上設有用于切換連接的選擇開關，以便在離子能量較低時也能夠注入離子。
[0005]專利文獻1:日本特開昭62-122045號公報
[0006]專利文獻2:日本特開平1-149960號公報
[0007]如上所述嘗試稍微擴大離子注入裝置的運轉范圍。但就超過現(xiàn)有類型的運轉范圍的擴張而言，幾乎沒有可行性建議。
[0008]離子注入裝置通常被分為高電流離子注入裝置、中電流離子注入裝置及高能量離子注入裝置這3個類型。實際應用中所需的設計上的要件按類型有所不同，因此一種類型的裝置與另一種類型的裝置，例如關于射束線，可具有大不相同的結構。因此，認為在離子注入裝置的用途(例如半導體制造工藝)上，類型不同的裝置不具有互換性。即，在一種特定離子注入處理中選擇使用特定類型的裝置。由此，為了進行各種離子注入處理，可能需要具備多種離子注入裝置。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的一種方式所例示的目的之一在于提供一種能夠廣泛使用的離子注入裝置及離子注入方法，例如，以I臺離子注入裝置實現(xiàn)高電流離子注入裝置及中電流離子注入裝置這兩臺裝置的作用的離子注入裝置及離子注入方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，其特征在于，該離子注入裝置具備配設于射束線的中途且用于調整射束會聚/發(fā)散的多級四極透鏡，所述多級四極透鏡由將透鏡中心軸設為相同并以直線狀排列的多個四極透鏡構成，所述多級四極透鏡的透鏡孔徑階段性地被擴大，所述多個四極透鏡的透鏡長度被分別設定，所述多級四極透鏡構成為，能夠進行所入射的離子束的直徑朝向所述射束線的下游向縱向和/或橫向被擴大并從所述多級四極透鏡出射的射束輸送。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，具備射束掃描部、及設置于所述射束掃描部的上游的多級四極透鏡，所述多級四極透鏡具備入口四極透鏡及出口四極透鏡，所述出口四極透鏡的孔徑大于所述入口四極透鏡的孔徑。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，具備設置于質譜分析狹縫的下游側的多級四極透鏡，所述多級四極透鏡具備入口四極透鏡及出口四極透鏡，所述出口四極透鏡的孔徑大于所述入口四極透鏡的孔徑。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，具備設置于引出電極與質譜分析磁鐵之間的多級四極透鏡，所述多級四極透鏡具備入口四極透鏡及出口四極透鏡，所述出口四極透鏡的孔徑大于所述入口四極透鏡的孔徑。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，具備設置于質譜分析狹縫的上游側的多級四極透鏡，所述多級四極透鏡具備入口四極透鏡及出口四極透鏡，所述入口四極透鏡的孔徑大于所述出口四極透鏡的孔徑。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，根據(jù)入射到所述多級四極透鏡的離子束的預先設定的縱徑、橫徑、及會聚或發(fā)散狀態(tài)和從所述多級四極透鏡出射的離子束的預先設定的縱徑、橫徑、及會聚或發(fā)散狀態(tài)，配合所述多級四極透鏡中各四極透鏡的GL積、孔徑、透鏡長度、電壓設定及四極透鏡的級數(shù)，來設定四極透鏡工作時的多個射束輸送模式。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，所述多級四極透鏡以四極透鏡工作時的多個射束輸送模式中的任意模式動作，所述多個射束輸送模式包括:發(fā)散射束模式，該模式中使所述多級四極透鏡動作，以使從所述多級四極透鏡出來的離子束向第I方向會聚并向與該第I方向正交的第2方向發(fā)散；及會聚射束模式，該模式中使所述多級四極透鏡動作，以使從所述多級四極透鏡出來的離子束向第I方向會聚并向與該第I方向正交的第2方向會聚。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，所述多級四極透鏡具備:第I四極透鏡；第2四極透鏡，配置于所述第I四極透鏡的下游；及第3四極透鏡，配置于所述第2四極透鏡的下游，所述第I四極透鏡構成為，使離子束向與所述多級四極透鏡的射束輸送方向垂直的平面上的第I方向會聚，所述第2四極透鏡構成為，使離子束向所述平面上的與所述第I方向垂直的第2方向會聚，所述第3四極透鏡構成為，使離子束向所述第I方向會聚，所述多級四極透鏡以四極透鏡工作時的多個射束輸送模式中的任意模式動作，所述多個射束輸送模式中，包括發(fā)散射束模式，該模式中使至少一個四極透鏡動作，以使從所述多級四極透鏡出來的離子束向所述第I方向會聚并向所述第2方向發(fā)散，并且包括會聚射束模式，該模式中使至少2個四極透鏡動作，以使從所述多級四極透鏡出來的離子束向所述第I方向會聚并向所述第2方向會聚。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種方式，提供一種離子注入裝置，設置有配設于離子注入裝置的射束線的中途且用于調整射束會聚發(fā)散的多級四極透鏡，所述離子注入裝置的特征在于，所述多級四極透鏡具備:第I四極透鏡；第2四極透鏡，配置于所述第I四極透鏡的下游；及第3四極透鏡，配置于所述第2四極透鏡的下游，所述第I四極透鏡構成為，使離子束向與所述多級四極透鏡的射束輸送方向垂直的平面上的第I方向會聚，所述第2四極透鏡構成為，使離子束向所述平面上的與所述第I方向垂直的第2方向會聚，所述第3四極透鏡構成為，使離子束向所述第I方向會聚，所述第I四極透鏡的孔徑小于或等于所述第2四極透鏡的孔徑，所述第2四極透鏡的孔徑小于或等于所述第3四極透鏡的孔徑，所述第I四極透鏡的孔徑小于所述第3四極透鏡的孔徑。
[0019]另外，在方法、裝置、系統(tǒng)、程序等之間相互置換以上構成要件的任意組合或本發(fā)明的構成要件和表現(xiàn)形式，作為本發(fā)明的方式同樣有效。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明能夠提供一種能夠廣泛使用的離子注入裝置及離子注入方法。
【附圖說明】
[0022]圖1為針對幾種典型的離子注入裝置，示意地表示能量及劑量的范圍的圖。
[0023]圖2為概略表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的圖。
[0024]圖3為概略表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的圖。
[0025]圖4為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入方法的流程圖。
[0026]圖5(a)為表示本發(fā)明的一種實施方式所述涉及的離子注入裝置的概略結構的俯視圖，圖5(b)表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的概略結構的側視圖。
[0027]圖6為概略表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的電源結構的圖。
[0028]圖7為概略表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的電源結構的圖。
[0029]圖8(a)為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置中的電壓的圖，圖8(b)為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置中的能量的圖。
[0030]圖9(a)為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置中的電壓的圖，圖9(b)為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置中的能量的圖。
[0031]圖10為表示本發(fā)明的實施方式所涉及的離子注入方法的流程圖。
[0032]圖11為針對本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置，示意地表示能量及劑量的范圍的圖。
[0033]圖12為針對本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置，示意地表示能量及劑量的范圍的圖。
[0034]圖13為用于說明使用典型的離子注入裝置的圖。
[0035]圖14為用于說明使用本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的圖。
[0036]圖15為表不能夠在離子注入裝置中使用的射束輸送部的一部分的概略結構的圖。
[0037]圖16為例示了圖15所示的三級四極透鏡的電源結構的圖。
[0038]圖17為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置的一部分的概略結構的圖。
[0039]圖18(a)及圖18(b)為以三維方式表示有關本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多級四極透鏡的形狀的圖。
[0040]圖19為例示了本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多級四極透鏡的電源結構的圖。
[0041]圖20為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多級四極透鏡的電源結構的另一例的圖。
[0042]圖21(a)及圖21(b)為例示了基于比較例的三級四極透鏡的射束輸送的圖。
[0043]圖22(a)及圖22(b)為例示了基于本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多級四極透鏡的射束輸送的圖，圖22(c)為表示各四極透鏡對射束的會聚發(fā)散作用的說明圖。
[0044]圖23(a)及圖23(b)為例示了基于比較例的三級四極透鏡的射束輸送的圖。
[0045]圖24(a)及圖24(b)為例示了基于本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多級四極透鏡的射束輸送的圖，圖24(c)為表示各四極透鏡對射束的會聚發(fā)散作用的說明圖。
[0046]圖25為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的多級四極透鏡的電源結構的另一例的圖。
[0047]圖中:100-離子注入裝置，200-離子注入裝置，215-離子束，900-多級四極透鏡，902-射束輸送方向，904-第I四極透鏡，906-第2四極透鏡，908-第3四極透鏡，910-第I隔板，911-第2隔板，914-入口抑制電極，915-出口抑制電極，918-電源部。
【具體實施方式】
[0048]以下，參考附圖對用于實施本發(fā)明的方式進行詳細說明。另外，在【附圖說明】中，對于相同的要件附加相同的符號，并適當省略重復說明。并且，以下所述結構為示例，并未對本發(fā)明的范圍做任何限定。例如，以下，作為進行離子注入的物體以半導體晶片為例進行說明，但也可以是其他物質或部件。
[0049]首先，對達到后述本申請發(fā)明的實施方式的過程進行說明。離子注入裝置根據(jù)應構筑在加工物內的所需的特性，能夠選擇所注入的離子種類，并設定其能量及劑量。通常，離子注入裝置根據(jù)所注入的離子的能量及劑量范圍被分為幾個類型。代表性的類型有高劑量高電流離子注入裝置(以下稱為HC)、中劑量中電流離子注入裝置(以下稱為MC)、及高能量離子注入裝置(以下稱為HE)。
[0050]圖1為示意地表示典型序列式高劑量高電流離子注入裝置(HC)、序列式中劑量中電流離子注入裝置(MC)、序列式高能量離子注入裝置(HE)的能量范圍及劑量范圍。圖1中橫軸表示劑量，縱軸表示能量。其中，所謂劑量是指每單位面積(例如cm2)中注入離子(原子)的個數(shù)，通過離子電流的時間積分獲得的所注入的物質的總量。通過離子注入給予的尚子電流通常以mA或μ A表不。劑量有時也被稱為注入量或劑量。圖1中，分別以符號Α、B、C表示HC、MC、HE的能量及劑量范圍。這些均在每次注入時的注入條件(也稱為制法)所需的注入條件的集合范圍內，并表示考慮實際所能允許的生產(chǎn)率而與注入條件(制法)相匹配的實際合理的裝置結構類型。圖示各范圍表示能夠由各類型的裝置處理的注入條件(制法)范圍。劑量表示估計實際處理時間時的粗略值。
[0051 ] HC用于0.1?10keV左右的較低能量范圍且I X 114?I X 10 17atoms/cm2左右的高劑量范圍的離子注入。MC用于3?500keV左右的中等能量范圍且IXlO11?lX1014atoms/cm2左右的中等程度的劑量范圍的離子注入。HE用于10keV?5MeV左右的較高能量范圍且I X 101°?1X10 13atoms/cm2左右的低劑量范圍的離子注入。由此，由HC、MC、HE分擔對于能量范圍達到5位數(shù)左右，對于劑量范圍達到7位數(shù)左右的更廣泛的注入條件的范圍。但是，這些能量范圍或劑量范圍為典型的例子，并不嚴謹。并且，注入條件的給予方式并不限于劑量及能量，而很多樣。注入條件可以根據(jù)射束電流值(射束的剖面的分布中以電流表示面積積分射束量的值)、吞吐量、注入均勻性等來設定。
[0052]一種用于進行離子注入處理的注入條件包含能量及劑量的特定值，因此在圖1中能夠以一個個點來表示。例如，注入條件a具有一種高能量及一種低劑量的值。注入條件a處于MC的運轉范圍且HE的運轉范圍，因此能夠利用MC或HE進行處理。注入條件b為中等程度的能量/劑量，能夠以HC、MC、HE中的任一種進行處理。注入條件c為中等程度的能量/劑量，能夠以HC或MC進行處理。注入條件d為低能量/高劑量，只能以HC進行處理。
[0053]離子注入裝置在半導體設備的生產(chǎn)中是必不可少的機器，其性能和生產(chǎn)率的提高對于設備制造商而言具有重要意義。設備制造商從這些多個離子注入裝置類型中選擇能夠實現(xiàn)所要制造的設備所需的注入特性的裝置。此時，設備制造商考慮最佳的制造效率的實現(xiàn)、裝置的總成本等各種情況，來決定各類型的裝置的數(shù)量。
[0054]考慮如下情形，即一種類型的裝置以較高的運行率使用，另一類型的裝置的處理能力比較有充余。此時，嚴格來講每個類型的注入特性都不同，因此若為了獲得所需的設備不能以后述裝置代替前述裝置來使用，則前述裝置的故障會在生產(chǎn)工序上遇到瓶頸，由此有損于整體生產(chǎn)率。通過事先估測故障率并基于此決定臺數(shù)結構，某種程度上能夠避免這種冋題。
[0055]要制造的設備隨著需求的變化或技術的改進而變化，由于所需裝置的臺數(shù)結構變化而產(chǎn)生裝置不足或閑置裝置，使得裝置的運用效率下降。通過預測未來產(chǎn)品的發(fā)展趨勢并反映到臺數(shù)結構，在某種程度上能夠避免這種問題。
[0056]即使能夠用另一類型的裝置代替，裝置的故障或制造設備的變化也會給設備制造商帶來制造效率低下或浪費投資的后果。例如，至今為止，主要以中電流離子注入裝置進行處理的制造工藝，有時因改變制造設備而以高電流離子注入裝置進行處理。如此一來，高電流離子注入裝置的處理能力變得不夠，而中電流離子注入裝置的處理能力變得多余。若變更后的狀態(tài)在以后的長時間內不產(chǎn)生變化，則能夠通過采取購買新型高電流離子注入裝置及出售所擁有的中電流離子注入裝置的措施，來改善裝置的運用效率。然而，頻繁地改變工藝或難以預測這種改變時，會對生產(chǎn)造成影響。
[0057]實際上，無法直接用另一類型的離子注入裝置代用為了制造一種設備而以一種類型的離子注入裝置來進行的工藝。這是因為需要配合離子注入裝置上的設備特性來進行工作。即，在新的離子注入裝置中以相同的離子種類、能量、劑量執(zhí)行工藝而獲得的設備特性會大大背離由以前的離子注入裝置所獲得的設備特性。這是因為除了離子種類、能量、劑量以外的諸多條件，例如，射束電流密度(即劑量率)、注入角度、注入?yún)^(qū)域的重涂方法等也會影響設備特性。通常，類型不同時裝置結構也不同，因此即使統(tǒng)一離子種類、能量及劑量，也無法使影響設備特性的其他條件自動一致。這些諸多條件有賴于注入方式。注入方式例如有，射束與加工物之間的相對移動方式(例如，掃描射束、帶狀束、二維晶片掃描等)或，接下來所要敘述的批量式和序列式類別等。
[0058]此外，高劑量高電流離子注入裝置和高能量離子注入裝置為批量式，中劑量中電流離子注入裝置為序列式，大致分為這兩類，這就拉大了裝置之間的差距。批量式大多為一次性對多個晶片進行處理的方式，這些晶片例如配置在圓周上。序列式為逐一處理晶片的方式，也被稱為單晶片式。另外，高劑量高電流離子注入裝置和高能量離子注入裝置有時會采用序列式。
[0059]另外，對于批量式高劑量高電流離子注入裝置的射束線，根據(jù)基于高劑量高電流射束特性的射束線設計上的要求，典型地制作成比序列式的中劑量中電流離子注入裝置更短。這是為了在高劑量高電流射束線設計中，抑制因低能量/高射束電流條件下的離子束的發(fā)散引起的射束損失。尤其是為了通過包括形成射束的離子相互排斥的帶電粒子，來減少向徑向外側擴大的趨勢，即所謂的射束放大。與高劑量高電流離子注入裝置為序列式時相比，這種設計上的必要性在為批量式時更為顯著。
[0060]之所以將序列式的中劑量中電流離子注入裝置的射束線制作地相對較長，是為了離子束的加速及射束成型。在序列式中劑量中電流離子注入裝置中，頗具運動量的離子進行高速移動。這些離子穿過一個或幾個追加到射束線的加速用間隙，由此運動量得到增加。此外，在修改頗具運動量的粒子的軌道時，為了充分施加聚焦力，必須相對加長聚焦部。
[0061]高能量離子注入裝置中采用線性加速方式或串聯(lián)加速方式，因此與高劑量高電流離子注入裝置或中劑量中電流離子注入裝置的加速方式具有本質上的區(qū)別。這種本質上的差異在高能量離子注入裝置為序列式或批量式時均相同。
[0062]如此，離子注入裝置HC、MC、HE因類型的不同其射束線的形式或注入方式也不同，并作為各自完全不同的裝置被人們所知。類型相異的裝置間的結構上的差異被認為是不可避免的。如同HC、MC、HE，在不同形式的裝置之間對設備特性所造成的影響進行考慮的工藝互換性未得到保證。
[0063]因此，期待具有比現(xiàn)有類型的裝置更廣泛的能量范圍和/或劑量范圍的離子注入裝置。尤其期待不改變注入裝置的形式，就能夠以現(xiàn)有的至少包括2個類型的廣泛的能量及劑量進行注入的離子注入裝置。
[0064]并且，近年來所有注入裝置均采用序列式而逐漸成為主流。因此，期待具有序列式結構且具有廣泛的能量范圍和/或劑量范圍的離子注入裝置。
[0065]此外，與HE采用本質上不同的加速方式相比，HC和MC在具備以直流電壓使離子束加速或減速的射束線這一點上是相通的。因此，HC和MC的射束線有可能通用。因此，期待能夠以I臺裝置實現(xiàn)HC和MC這兩臺裝置的作用的離子注入裝置。
[0066]能夠在這種廣泛的范圍內運轉的裝置有利于改善設備制造商的生產(chǎn)率或運用效率。
[0067]另外，中劑量中電流離子注入裝置(MC)與高劑量高電流離子注入裝置(HC)相比能夠在高能量范圍且低劑量范圍運轉，因此在本申請中有時被稱為低電流離子注入裝置。同樣，針對中劑量中電流離子注入裝置(MC)，有時將能量及劑量分別稱為高能量及低劑量?；蛘哚槍Ω邉┝扛唠娏麟x子注入裝置(HC)，有時將能量及劑量分別稱為低能量及高劑量。但是在本申請中這種表達方式并不是僅對中劑量中電流離子注入裝置(MC)的能量范圍及劑量范圍作出限定，可根據(jù)上下文如字面意思表示“一種較高(或較低)能量(或劑量)的范圍”。
[0068]圖2為示意地表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的離子注入裝置100的圖。離子注入裝置100構成為根據(jù)所給的離子注入條件對被處理物W的表面進行離子注入處理。離子注入條件例如包括應注入到被處理物W的離子種類、離子的劑量及離子的能量。被處理物W例如為基板，例如為晶片。因此，以下說明中為方便起見有時將被處理物W稱為基板W，但這不是有意將注入處理的對象限定在特定物體上。
[0069]離子注入裝置100具備離子源102、射束線裝置104、及注入處理室106。并且，離子注入裝置100還具備向離子源102、射束線裝置104及注入處理室106提供所需的真空環(huán)境的真空排氣系統(tǒng)(未圖示)。
[0070]離子源102構成為生成應注入到基板W的離子。離子源102向射束線裝置104供給通過射束的電流調整用要件的一例即引出電極單元118從離子源102加速引出的離子束BI。以下，有時將此稱為初始離子束BI。
[0071]射束線裝置104構成為從離子源102向注入處理室106輸送離子。射束線裝置104提供用于輸送離子束的射束線。射束線是離子束的通道，也被稱為射束軌道的路徑。射束線裝置104對初始離子束BI進行包括例如偏轉、加速、減速、整形、掃描等在內的操作，由此形成離子束B2。以下，有時將此稱為注入離子束B2。射束線裝置104具備為這種射束操作而排列的多個射束線構成要件。由此，射束線裝置104向注入處理室106供給注入離子束B2。
[0072]注入離子束B2在垂直于射束線裝置104的射束輸送方向(或沿射束軌道方向)的面內具有射束照射區(qū)域105。射束照射區(qū)域105通常具有包含基板W的寬度的寬度。例如當射束線裝置104具備掃描斑點狀的離子束的射束掃描裝置時，射束照射區(qū)域105為沿著垂直于射束輸送方向的長邊方向而遍及掃