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TWI778172B - 離子植入裝置及離子植入裝置的控制方法 - Google Patents

離子植入裝置及離子植入裝置的控制方法 Download PDF

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TWI778172B
TWI778172B TW107139794A TW107139794A TWI778172B TW I778172 B TWI778172 B TW I778172B TW 107139794 A TW107139794 A TW 107139794A TW 107139794 A TW107139794 A TW 107139794A TW I778172 B TWI778172 B TW I778172B
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Inventor
佐佐木玄
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日商住友重機械離子科技股份有限公司
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Abstract

本發明依據需要提高離子植入裝置的質量分辨率。質量分析裝置(22)具備：質量分析磁鐵(22a)，向藉由引出電極從離子源引出之離子束施加磁場而使其偏向；質量分析狹縫(22b)，設置於質量分析磁鐵(22a)的下游，且使偏向之離子束中所希望的離子種的離子束選擇性地通過；及透鏡裝置(22c)，設置於質量分析磁鐵(22a)與質量分析狹縫(22b)之間，且向朝向質量分析狹縫(22b)之離子束施加磁場及電場中的至少一種來調整離子束的收斂及發散。質量分析裝置(22)在隔著質量分析狹縫(22b)之上游側至下游側為止的規定的調整範圍內，利用透鏡裝置(22c)來改變通過質量分析狹縫(22b)之離子束的收斂位置，由此調整質量分辨率。

Description

離子植入裝置及離子植入裝置的控制方法
本申請主張基於2017年11月22日申請之日本專利申請第2017-225034號的優先權。該申請的所有內容藉由參閱援用於本說明書中。
本發明係有關一種離子植入裝置及離子植入裝置的控制方法。
離子植入裝置中，為了從自離子源引出之離子僅取出所希望的離子種而使用質量分析裝置。例如，為了適當地分離質量數31的1價的磷離子(31P+)與質量數30的1價的氟化硼離子(30(BF)+)，質量分析裝置的分辨率需要達到60左右以上的值(例如參閱專利文獻1)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平3-201356號公報
使用高能量射束之離子植入處理中，有時使用2價以上的多價離子，因此需要適當地分離多價離子之質量分析裝置。質量分析裝置中依據離子的質荷比M=m/q(m：質量、q：價數)進行分析。離子的價數q成為2以上時，有時不同價數的不同離子種彼此具有相同的質荷比，因此有時所需要之質量分辨率M/dM成為100以上。另一方面，若為了提高分辨率而簡單地縮小質量分析狹縫的寬度，則有可能無法獲得所需之射束電流量。
本發明的一態樣的示例性的目的之一係提供一種依據需要提高離子植入裝置的質量分辨率之技術。
本發明的一態樣的離子植入裝置，其具備包含離子源、引出電極及質量分析裝置之離子束生成單元。質量分析裝置具備：質量分析磁鐵，向藉由引出電極從離子源引出之離子束施加磁場而使其偏向；質量分析狹縫，設置於質量分析磁鐵的下游，且使偏向之離子束中所希望的離子種的離子束選擇性地通過；及透鏡裝置，設置於質量分析磁鐵與質量分析狹縫之間，且向朝向質量分析狹縫之離子束施加磁場及電場中的至少一種來調整離子束的收斂及發散。質量分析裝置在隔著質量分析狹縫之上游側至下游側為止的規定的調整範圍內，利用透鏡裝置來改變通過質量分析狹縫之離子束的收斂位置，由此調整質量分辨率。
本發明的另一態樣為離子植入裝置的控制方法。離子 植入裝置具備包括離子源、引出電極及質量分析裝置之離子束生成單元。質量分析裝置具備：質量分析磁鐵，向藉由引出電極從離子源引出之離子束施加磁場而使其偏向；質量分析狹縫，設置於質量分析磁鐵的下游，且使偏向之離子束中所希望的離子種的離子束選擇性地通過；及透鏡裝置，設置於質量分析磁鐵與質量分析狹縫之間，且向朝向質量分析狹縫之離子束施加磁場及電場中的至少一種來調整離子束的收斂及發散。控制方法具備：計算相對於通過質量分析狹縫之離子束之質量分辨率之步驟；及所計算之質量分辨率小於目標值時，在隔著質量分析狹縫之上游側至下游側為止的規定的調整範圍內，利用透鏡裝置來改變通過質量分析狹縫之離子束的收斂位置，由此提高質量分辨率。
另外，在表現形式、方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要素的任意組合、本發明的構成要素者作為本發明的態樣同樣有效。
依本發明，能夠依據需要提高離子植入裝置的質量分辨率。
10:離子源
11:引出電極
12:離子束生成單元
14:高能量多段直線加速單元
14a:高頻諧振器
22:質量分析裝置
22a:質量分析磁鐵
22b:質量分析狹縫
22c:質量分析透鏡裝置
64a:收斂發散透鏡
15a:第1直線加速器
21:處理室
22d:法拉第杯
24:能量分析電磁鐵
70:記憶裝置
100:離子植入裝置
120:控制部
A1:(縱向)
C:範圍
fa:上游端位置
fc:中心位置
G:曲線
G2:強度分佈
dM:半高寬
S:質荷比的寬度
δ:質荷比的差
R:斜線區域
圖1係概略地表示本發明的一實施形態之離子植入裝置之頂視圖。
圖2係表示包括高能量多段直線加速單元的概略構成之整體佈局之俯視圖。
圖3係用於說明高能量多段直線加速單元的控制部的功能及構成之方塊圖。
圖4係示意地表示基於質量分析裝置之質量分析的方式之圖。
圖5係表示質量分析頻譜的測量例之曲線圖。
圖6係表示質量分析頻譜的測量例之曲線圖。
圖7係表示質量分析頻譜的測量例之曲線圖。
圖8係示意地表示進一步提高雜質的去除率之方法之圖。
圖9係表示離子植入裝置的控制方法的一例之流程圖。
以下，參閱圖式對用於實施本發明的形態進行詳細說明。另外，在圖示的說明中對相同的要素標註相同的符號以適當省略重複說明。又，以下所述構成為示例，對本發明的範圍不做任何限定。
圖1係概略地表示本發明的一實施形態之離子植入裝置100之頂視圖。離子植入裝置100為所謂之高能量離子植入裝置。高能量離子植入裝置為具有高頻直線加速方式的離子加速器和高能量離子傳輸用射束線之離子植入裝置，使離子源10中產生之離子加速，並將如此獲得之離子束B 沿射束線傳輸至被處理物(例如基板或晶圓40)，從而向被處理物植入離子。
高能量離子植入裝置100具備：離子束生成單元12，生成離子並進行質量分析；高能量多段直線加速單元14，將離子束進行加速使其成為高能量離子束；射束偏向單元16，進行高能量離子束的能量分析、軌道調整、能量分散的控制；射束傳輸線單元18，將偏向之高能量離子束傳輸至晶圓40；及基板處理供給單元20，將傳輸之高能量離子束植入到半導體晶圓。
離子束生成單元12具有離子源10、引出電極11及質量分析裝置22。離子束生成單元12中，在從離子源10通過引出電極11引出射束之同時被加速，被引出加速之射束藉由質量分析裝置22被加以質量分析。質量分析裝置22具有質量分析磁鐵22a、質量分析狹縫22b及質量分析透鏡裝置22c。質量分析透鏡裝置22c藉由改變離子束的收斂位置來調整質量分析裝置22的質量分辨率。質量分析狹縫22b有時配置於質量分析磁鐵22a的正後方，但實施例中配置於後一個構成亦即高能量多段直線加速單元14的入口部內。藉由質量分析裝置22進行質量分析之後，僅篩選出用於植入的離子種，被選出之離子種的離子束被導入到下一個高能量多段直線加速單元14。
圖2係表示包括高能量多段直線加速單元14的概略構成之整體佈局之俯視圖。高能量多段直線加速單元14具備進行離子束的加速之複數個直線加速裝置亦即一個以上隔 著高頻諧振器14a之加速間隙。高能量多段直線加速單元14能夠藉由高頻(RF)電場的作用將離子進行加速。
高能量多段直線加速單元14具備第1直線加速器15a，該第1直線加速器15a具備高能量離子植入用的基本的複數段高頻諧振器14a。高能量多段直線加速單元14還可以附加地具備第2直線加速器15b，該第2直線加速器15b具備超高能量離子植入用的附加的複數段高頻諧振器14a。藉由高能量多段直線加速單元14而進一步加速之離子束藉由射束偏向單元16而改變方向。
使用了高頻(RF)加速之離子植入裝置中，作為高頻的參數必須考慮電壓的振幅V[kV]、頻率f[Hz]。此外，進行複數段高頻加速時，作為參數加入彼此的高頻的相位φ[deg]。而且，需要用於在加速的途中或加速之後藉由收斂/發散效果來控制離子束向上下左右方向的擴展之磁場透鏡(例如，四極電磁鐵)和電場透鏡(例如，電場四極電極)。該等透鏡裝置的運轉參數的最佳值依據通過成為對象之透鏡裝置之時點的離子的能量而改變，而且加速電場的強度亦影響離子束的收斂/發散，因此在確定高頻的參數之後確定該等的值。
圖3係表示將複數個高頻諧振器前端的加速電場(加速間隙)排列成直線狀之高能量多段直線加速單元及收斂發散透鏡的控制部120的構成之方塊圖。
高能量多段直線加速單元14中包括一個以上高頻諧振器14a。作為高能量多段直線加速單元14的控制所需的構 成要素，需要操作人員用於輸入必要的條件的輸入裝置52、依據所輸入之條件來進行各種參數的數值計算而且用於控制各構成要素的控制運算裝置54、用於調整高頻的電壓振幅的振幅控制裝置56、用於調整高頻的相位的相位控制裝置58、用於控制高頻的頻率的頻率控制裝置60、高頻電源62、用於收斂發散透鏡64的收斂發散透鏡電源66、用於顯示運轉參數的顯示裝置68及用於記憶所確定之參數的記憶裝置70。又，控制運算裝置54中內置有用於預先進行各種參數的數值計算的數值計算碼(程式)。
高頻直線加速器的控制運算裝置54中，藉由內置之數值計算碼，以所輸入之條件為基礎來模擬離子束的加速及收斂/發散，並以獲得最佳的傳輸效率之方式計算高頻參數(電壓振幅、頻率、相位)。與此同時，還計算出用於有效地傳輸離子束的收斂發散透鏡64的參數(Q線圈電流、或Q電極電壓)。計算出之各種參數顯示於顯示裝置68。對於超出高能量多段直線加速單元14的能力之加速條件，在顯示裝置68顯示表示為無解之標識。
電壓振幅參數從控制運算裝置54被送至振幅控制裝置56，振幅控制裝置56調整高頻電源62的振幅。相位參數被送至相位控制裝置58，相位控制裝置58調整高頻電源62的相位。頻率參數被送至頻率控制裝置60。頻率控制裝置60控制高頻電源62的輸出頻率，並且控制配置於高能量多段直線加速單元14之高頻諧振器14a的諧振頻率。控制運算裝置54藉由計算之收斂發散透鏡參數來控制收斂發散透鏡 電源66。
必要數量的用於有效地傳輸離子束的收斂發散透鏡64配置於高頻直線加速器的內部或其前後。亦即，在複數段高頻諧振器14a的前端的加速間隙的前後交替設置有發散透鏡或收斂透鏡。又，在第2直線加速器15b的終端配置有橫向收斂透鏡及縱向收斂透鏡，由此調整通過高能量多段直線加速單元14之高能量加速離子束的收斂及發散，以在後段的射束偏向單元16入射最佳的二維射束分佈的離子束。
如圖1及圖2所示，射束偏向單元16具有能量分析電磁鐵24、抑制能量分散之橫向收斂四極透鏡26、能量分析狹縫28及提供轉向(軌道校正)之偏向電磁鐵30。另外，能量分析電磁鐵24有時還被稱為能量過濾電磁鐵(EFM)。高能量離子束藉由射束偏向單元16來轉換方向，而朝向晶圓40的方向。
射束傳輸線單元18係傳輸從射束偏向單元16出射之離子束B者，其具有由收斂/發散透鏡群構成之射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及最終能量過濾器38(包括最終能量分離狹縫)。射束傳輸線單元18的長度配合離子束生成單元12及高能量多段直線加速單元14的長度而設計，藉由射束偏向單元16而連接，整體形成U字形佈局。
在射束傳輸線單元18的下游側的終端設置有基板處理供給單元20。處理室21的內部收納有測量離子束B的射束 電流、植入位置、植入角度、收斂發散角、上下左右方向的離子分佈等之射束監測器、防止離子束B引起之晶圓40的帶電之帶電防止裝置、搬入搬出晶圓40並設置於合適的位置/角度之晶圓輸送機構、在植入離子的過程中保持晶圓40之ESC(Electro Static Chuck)及在植入過程中以與射束電流的變動相應之速度使晶圓40向與射束掃描方向成直角的方向移動之晶圓掃描機構。
如此，離子植入裝置100的射束線構成為具有對置之2條長直線部之水平的U字形的折返型射束線。上游的長直線部由將離子源10中生成之離子束B進行加速之複數個單元構成。下游的長直線部由調整相對於上游的長直線部轉換方向之離子束B而植入於晶圓40之複數個單元構成。2條長直線部以大致相同的長度構成。在2條長直線部之間設置有足夠用於維護作業的寬度的作業空間R1。
如此將各單元配置成U字形之高能量離子植入裝置100可以抑制設置面積並且可確保良好的作業性。又，高能量離子植入裝置100中，藉由將各單元和各裝置設為模組構成，而能夠配合射束線基準位置進行裝卸、組裝。
又，高能量多段直線加速單元14與射束傳輸線單元18折返配置，因此能夠抑制高能量離子植入裝置100的總長。以往裝置中它們配置成大致直線狀。又，構成射束偏向單元16之複數個電磁鐵的曲率半徑以將裝置寬度設為最小之方式得到優化。
圖4係示意地表示藉由質量分析裝置22進行離子束B的 質量分析之圖。入射於質量分析磁鐵22a之離子束B因質量分析磁鐵22a的磁場而偏向，依據離子的質荷比M=m/q(m為質量、q為電荷)的值而以不同的路徑偏向。此時，以具有所希望的質荷比M之離子種的射束B1通過質量分析狹縫22b之方式選擇質量分析磁鐵22a的磁場強度。其結果，與所希望的質荷比M不同的值(例如，M-dM、M+dM)的離子種的射束B2、B3被質量分析狹縫22b遮蓋，能夠僅使所希望的質荷比M的離子種通過質量分析裝置22的下游側。
質量分析裝置22包括質量分析透鏡裝置22c。質量分析透鏡裝置22c調整從質量分析磁鐵22a出射之射束B1、B2、B3的收斂及發散。質量分析透鏡裝置22c以向與質量分析磁鐵22a的磁場施加方向(縱向)A1正交之方向(橫向)A2收斂或發散射束之方式配置。質量分析透鏡裝置22c例如以圖4所示之射束軌道從虛線變成實線之方式發散射束，藉此能夠提高質量分析裝置22的質量分辨率M/dM。
質量分析透鏡裝置22c藉由調整對射束之收斂/發散力，在規定的調整範圍(範圍C)內改變通過質量分析狹縫22b之離子束B1的收斂位置。質量分析透鏡裝置22c構成為使射束收斂位置在沿射束軌道之方向改變，例如在包括設置質量分析狹縫22b之中心位置fc、相比中心位置fc更靠上游側的上游端位置fa、相比中心位置fc更靠下游側的下游端位置fb之調整範圍C內調整射束收斂位置。例如，若比射束收斂位置成為中心位置fc之狀態加強射束的發散力(或減弱收斂力)，則射束收斂位置向下游側(靠近下游端位置 fb的位置)偏離。另一方面，若比射束收斂位置成為中心位置fc之狀態減弱射束的發散力(或加強收斂力)，則射束收斂位置向上游側(靠近上游端位置fa的位置)偏離。
質量分析狹縫22b可以以開口寬度可變之方式構成。質量分析狹縫22b例如由能夠向開口寬度方向移動的兩片遮蓋體構成，亦可以以藉由改變兩片遮蓋體的間隔而能夠調整開口寬度之方式構成。另外，亦可以構成為設置開口寬度不同的複數個質量分析狹縫22b，並切換成複數個質量分析狹縫22b中的任一個，藉此使開口寬度成為可變。改變質量分析狹縫22b的開口寬度，藉此能夠調整質量分析裝置22的質量分辨率。
在質量分析狹縫22b的下游設置有用於測量射束電流的法拉第杯22d。質量分析裝置22在改變質量分析磁鐵22a的磁場強度的同時，用法拉第杯22d測量射束電流，藉此獲取質量分析頻譜。質量分析裝置22依據所獲取之頻譜的波形來計算質量分辨率。
圖5係表示質量分析頻譜的測量例之曲線圖。圖5表示包括質量數75的2價的砷離子75As2+(質荷比37.5)及質量數186的5價的鎢離子186W5+(質荷比37.2)之離子束的測量例。該例中，離子植入處理的目標離子為砷離子(75As2+)，應去除之離子為鎢離子(186W5+)。質量分析頻譜的測量結果以曲線圖中的曲線G表示，其中包括表示砷離子(75As2+)的射束強度分佈之G1及表示鎢離子(186W5+)的射束強度分佈之G2。實際的質量分析頻譜中，鎢離子的強度 分佈G2與砷離子的強度分佈G1相比小兩位數至三位數以上，圖5中以便於說明之目的，使鎢離子的強度分佈G2比實際更大。
質量分析裝置22的質量分辨率M/dM例如能夠使用質量分析頻譜中之峰值波形的峰值位置的質荷比M及峰值強度成為峰值的一半之半高寬dM來計算。圖5所示之例中，半高寬dM
Figure 107139794-A0305-02-0014-1
0.6，峰值位置M
Figure 107139794-A0305-02-0014-2
37.5，因此質量分辨率M/dM
Figure 107139794-A0305-02-0014-3
62.5。另外，砷離子(75As2+)與鎢離子(186W5+)的質荷比之差為0.3，因此為了適當地去除鎢離子，需要M/dM=37.5/0.3=125以上的質量分辨率。因此，圖5所示之狀態下，可以說質量分辨率不滿足目標值。
質量分析裝置22具有複數個動作模式。第1模式為將射束電流量視為優先之低分辨率模式，第2模式為將質量分辨率視為優先之高分辨率模式。質量分析裝置22藉由調整質量分析透鏡裝置22c的收斂/發散力、質量分析狹縫22b的狹縫寬度、質量分析磁鐵22a的磁場強度來切換動作模式。質量分析裝置22的動作模式例如依據離子植入處理的植入條件而選擇。
第1模式下，例如以射束收斂位置與設置質量分析狹縫22b之中心位置fc一致之方式使質量分析透鏡裝置22c動作。又，作為質量分析狹縫22b的狹縫寬度，選擇相對大的狹縫寬度(第1狹縫寬度)。第1模式下之質量分析裝置22的質量分辨率M/dM的值小於100，例如小於75或小於50。
第1模式下，以通過質量分析狹縫22b之離子束的電流 量最大化之方式調整質量分析磁鐵22a的磁場強度。具體而言，在所希望的質荷比M的附近，以用法拉第杯22d測量之射束電流量成為最大之方式調整質量分析磁鐵22a的磁場強度。
第2模式下，以射束收斂位置相比第1模式位於更下游側之方式使質量分析透鏡裝置22c動作。亦即，與第1模式相比，以通過質量分析狹縫22b之射束B1發散之方式使質量分析透鏡裝置22c動作。藉此，第2模式下，相比第1模式，質量分辨率M/dM更大。第2模式下之質量分析裝置22的質量分辨率M/dM為100以上，例如125以上。
第2模式下，利用法拉第杯22d獲取質量分析頻譜，並判定質量分辨率是否滿足目標值。質量分辨率小於目標值時，以射束收斂位置進一步向下游側移動之方式改變質量分析透鏡裝置22c的收斂/發散力或縮小質量分析狹縫22b的狹縫寬度來調整質量分辨率。
圖6表示質量分析頻譜的測量例，表示第2模式下提高質量分辨率之情況。圖6中與圖5所示之情況相比提高了質量分析裝置22的質量分辨率，因此砷離子(75As2+)的射束強度分佈G1及鎢離子(186W5+)的射束強度分佈G2的分佈寬度變窄。又，用法拉第杯22d測量之質量分析頻譜G的峰值波形的半高寬dM亦變窄。圖6所示之例中，半高寬dM
Figure 107139794-A0305-02-0015-4
0.3，峰值位置M
Figure 107139794-A0305-02-0015-6
37.5，因此質量分辨率M/dM
Figure 107139794-A0305-02-0015-7
125。因此，可以認為圖6為質量分辨率目標值大致達成之狀態。
圖6的例中，與質量分析狹縫22b的開口寬度對應之範圍dM中包括鎢離子(186W5+)的射束強度分佈G2的一部分(斜線區域R)。要求高分辨率之第2模式下，能夠進一步去除斜線區域R中包含之不必要的離子種為較佳。另一方面，若以射束收斂位置進一步向下游側移動之方式改變質量分析透鏡裝置22c的收斂/發散力或進一步縮小質量分析狹縫22b的狹縫寬度等而進一步提高質量分辨率，則有時難以確保必要的射束電流量。
圖7表示質量分析頻譜的測量例，表示比圖6所示之情況提高了質量分析裝置22的質量分辨率之狀態。圖7所示之例中，半高寬dM
Figure 107139794-A0305-02-0016-8
0.15，峰值位置M
Figure 107139794-A0305-02-0016-10
37.5，因此質量分辨率M/dM
Figure 107139794-A0305-02-0016-11
250。其結果，在半高寬dM的範圍不包括鎢離子的射束強度分佈G2，能夠適當地分離砷離子(75As2+)與鎢離子(186W5+)。然而，將半高寬dM設定得極小，因此獲得之射束電流量亦小。
因此，第2模式下，為了更適當地去除不必要的離子種，因此可以以目標質荷比的離子通過偏離質量分析狹縫22b的中心之位置之方式調整質量分析磁鐵22a的磁場強度。例如，相對於具有目標第1質荷比M1之第1離子欲去除具有第2質荷比M2之第2離子時，可以以使質量分析磁鐵22a的中心磁場強度偏離與第1質荷比M1對應之值，並且遠離與第2質荷比M2對應之值之方式進行調整。
圖8係示意地表示進一步提高雜質的去除率之方法之圖。圖8中，在圖6的獲得質量分析頻譜之狀態下向增大質 量分析磁鐵22a的中心磁場強度之方向偏離，砷離子(75As2+)的射束強度分佈G1的峰值成為偏離與質量分析狹縫22b的開口範圍對應之質荷比的寬度S的中心之位置。亦即，以從應去除之鎢離子(186W5+)的射束強度分佈G2分離與質量分析狹縫22b的開口範圍對應之質荷比的寬度S之方式設定質量分析磁鐵22a的中心磁場強度。藉此，縮小與質量分析狹縫22b的開口範圍對應之質荷比的寬度S中所含之鎢離子(186W5+)的量(斜線區域R)，且能夠更適當地去除不必要的離子種。
另外，將與用於去除雜質的中心磁場強度的偏離量對應之質荷比的差δ設為小於與質量分析狹縫22b的開口範圍對應之質荷比的寬度S的1/3為較佳，例如設為與開口範圍對應之質荷比的寬度S的1%~20%左右為較佳。若舉出具體例，則可以利用目標第1離子(例如75As2+)所具有之第1質荷比M1及應去除之第2離子(例如186W5+)所具有之第2質荷比M2來使與質量分析磁鐵22a的中心磁場強度對應之質荷比Mc成為與{(k+1)M1-M2}/k(k>3)對應之值。
第1模式及第2模式中的任意模式下，為了質量分析裝置22的優化而調整質量分析磁鐵22a的中心磁場強度。此時，在質量分析磁鐵22a的磁場強度變化前後，以質量分辨率實質上不變的方式使射束收斂位置維持恆定為較佳。然而，若在質量分析透鏡裝置22c的動作參數保持恆定的狀態下改變質量分析磁鐵22a的中心磁場強度，則通過質量分析狹縫22b之離子的質荷比會發生變化，因此相對於 變化後的質荷比的離子之收斂/發散力發生變化，導致射束收斂位置的變動(亦即質量分辨率的變化)。因此，改變質量分析磁鐵22a的磁場強度時，需要以相對於變化前後的離子之收斂/發散力變得相等之方式調整質量分析透鏡裝置22c的動作參數。
質量分析透鏡裝置22c例如由磁場式的四極透鏡構成。用磁場式的透鏡裝置來收斂或發散射束時，其收斂或發散的程度依賴於射束的磁硬度(magnetic rigidity)。例如，欲獲得規定大小的收斂/發散力時，射束的磁硬度越大，則需要越大的磁場強度。通過質量分析狹縫22b之射束B1的磁硬度與質量分析磁鐵22a的磁場強度成比例，因此以與質量分析磁鐵22a的磁場強度成比例的方式改變質量分析透鏡裝置22c的磁場強度，藉此能夠使射束收斂位置保持恆定。
質量分析透鏡裝置22c可以由電場式的四極透鏡構成。用電場式的透鏡裝置來收斂或發散射束時，其收斂或發散的程度與射束中所含之離子的能量E與電荷q之比E/q成比例。另一方面，質量分析磁鐵22a的偏向量與(2mE)1/2/q成比例。因此，改變質量分析磁鐵22a的磁場強度時，以與(2mE)1/2/q成比例的方式改變質量分析磁鐵22a的磁場強度，並以與E/q成比例的方式改變質量分析透鏡裝置22c的電場強度，藉此能夠使射束收斂位置恆定。
利用質量分析透鏡裝置22c來改變射束收斂位置時，適當地調整設置於質量分析裝置22的下游之高能量多段直 線加速單元14的動作參數為較佳。具體而言，依據通過質量分析狹縫22b之射束的收斂位置來將設置於高能量多段直線加速單元14的入口之收斂透鏡(例如，圖1的收斂發散透鏡64a)的透鏡參數改變為適當的值為較佳。依據從質量分析裝置22出射之射束的收斂位置來適當地設定高能量多段直線加速單元14的收斂透鏡的參數，藉此能夠更有效地將離子束進行加速。
圖9係表示離子植入裝置100的控制方法的一例之流程圖。選擇將射束電流量視為優先之第1模式時(S10的是)、作為質量分析狹縫22b設定相對寬的狹縫寬度亦即第1狹縫寬度，以從質量分析磁鐵22a出射之射束的收斂位置成為第1射束收斂位置之方式設定質量分析透鏡裝置22c的動作參數(S12)。接著，以用法拉第杯22d測定之射束電流量最大化之方式調整質量分析磁鐵22a的中心磁場強度(S14)。若射束電流量滿足目標值(S16的是)，則進行將被調整之離子束照射到晶圓之離子植入處理(S18)。若射束電流量不滿足目標值(S16的否)，則輸出射束電流量不足之意旨的警報(S20)。
另一方面，選擇將質量分辨率視為優先之第2模式時(S10的否)，作為質量分析狹縫22b設定相對窄的狹縫寬度亦即第2狹縫寬度，以射束收斂位置成為比第1射束收斂位置更靠下游側的第2射束收斂位置之方式設定質量分析透鏡裝置22c的動作參數(S22)。接著，利用法拉第杯22d來測量質量分析頻譜，並計算質量分辨率M/dM(S24)。若質 量分辨率滿足目標值(S26的是)且射束電流量滿足目標值(S16的是)，則進行將被調整之離子束照射到晶圓之離子植入處理(S18)。若射束電流量不滿足目標值(S16的否)，則輸出射束電流量不足之意旨的警報(S20)。
質量分辨率不滿足目標值時(S26的否)，若射束收斂位置及/或狹縫寬度存在調整的餘地(S28的是)，則進行使射束收斂位置進一步靠下游側或縮窄狹縫寬度之調整(S32)，並再次計算質量分辨率(S24)。另一方面，若狹縫寬度及射束收斂位置不存在調整的餘地(S28的否)，則移動質量分析磁鐵22a的中心磁場強度，使得應去除的離子的去除率變高(S30)。若在移動中心磁場強度之狀態下，射束電流量滿足目標值(S16的是)，則進行將被調整之離子束照射到晶圓之離子植入處理(S18)。若射束電流量不滿足目標值(S16的否)，則輸出射束電流量不足之意旨的警報(S20)。
另外，在S14和S30的處理中改變質量分析磁鐵22a的磁場強度時，在質量分析磁鐵22a的磁場強度變化的前後，以通過質量分析狹縫22b之離子束的收斂位置的變化減少之方式調整質量分析透鏡裝置22c的收斂/發散力為較佳。
依本實施形態，以從質量分析磁鐵22a出射之射束的收斂位置相對地位於下游側之方式利用質量分析透鏡裝置22c來發散射束，藉此能夠進一步提高質量分辨率。又，藉由移動質量分析磁鐵22a的中心磁場強度，即使在具有 接近目標離子的質荷比之雜質包含於射束中之情況下，亦能夠更有效地去除雜質。包含價數不同的複數種的離子，藉此目標第1離子與應去除之第2離子的質荷比之差成為較小的值(例如0.5以下)之情況下，亦能夠有效地去除雜質。因此，依本實施形態，能夠提供更高純度的離子束來提高離子植入處理的品質。
以上，依據實施形態對本發明進行了說明。本發明並不限定於上述實施形態，能夠進行各種設計變更，且存在各種變形例，這種變形例亦屬於本發明的範圍，這當然可獲得本領域技術人員的理解。
上述實施形態中，示出了質量分析裝置22具有複數個動作模式之情況，在變形例中質量分析裝置22可以僅在第2模式下動作。
上述實施形態中，將射束電流量視為優先之第1模式下的第1射束收斂位置與質量分析狹縫22b的位置一致，並示出了將質量分辨率視為優先之第2模式下第2射束收斂位置相比質量分析狹縫22b更靠下游側之情況。變形例中，第1射束收斂位置比質量分析狹縫22b更靠下游側設定，第2射束收斂位置可以比第1射束收斂位置進一步靠下游側設定。此外，第1射束收斂位置可以比質量分析狹縫22b更靠上游側設定。該情況下，第2射束收斂位置可以設定為與質量分析狹縫22b的位置一致，亦可以比質量分析狹縫22b更靠上游側或下游側設定。
上述實施形態中，示出藉由綜合調整質量分析透鏡裝 置22c的收斂/發散力、質量分析狹縫22b的狹縫寬度、質量分析磁鐵22a的磁場強度來實現高分辨率之情況。變形例中，可以僅調整該等中的一部分來實現高分辨率。例如，不改變質量分析狹縫22b的狹縫寬度而僅利用質量分析透鏡裝置22c進行之射束收斂位置的變化來調整質量分辨率。
上述實施形態中，例示出具有直線加速部之高能量離子植入裝置進行了說明，但本實施形態之質量分辨率的調整方法亦能夠應用於不具有直線加速部的離子植入裝置。
22‧‧‧質量分析裝置
22a‧‧‧質量分析磁鐵
22b‧‧‧質量分析狹縫
22c‧‧‧透鏡裝置
22d‧‧‧法拉第杯
A1‧‧‧縱向
A2‧‧‧橫向
B‧‧‧離子束
B1‧‧‧射束
B2‧‧‧射束
B3‧‧‧射束
C‧‧‧範圍
fa‧‧‧上游端位置
fb‧‧‧下游端位置
fc‧‧‧中心位置

Claims (19)

  1. 一種離子植入裝置，其具備包括離子源、引出電極及質量分析裝置之離子束生成單元，該離子植入裝置的特徵為，前述質量分析裝置具備：質量分析磁鐵，向藉由前述引出電極從前述離子源引出之離子束施加磁場而使其偏向；質量分析狹縫，設置於前述質量分析磁鐵的下游，且使前述偏向之離子束中所希望的離子種的離子束選擇性地通過；及透鏡裝置，設置於前述質量分析磁鐵與前述質量分析狹縫之間，且向朝向前述質量分析狹縫之離子束施加磁場及電場中的至少一種來調整前述離子束的收斂及發散，前述質量分析裝置在隔著前述質量分析狹縫之上游側至下游側為止的規定的調整範圍內，利用前述透鏡裝置來改變通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置，由此調整質量分辨率，前述質量分析裝置以通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置位於比前述質量分析狹縫更靠下游側之方式利用前述透鏡裝置來發散前述離子束，相比通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置與前述質量分析狹縫的位置一致之情況更加提高質量分辨率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置分離2價以上的多價離子。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置在改變前述質量分析磁鐵的磁場強度時，以由前述質量分析磁鐵的磁場強度的變化引起之通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置的變化減少之方式調整前述透鏡裝置的收斂/發散力。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述透鏡裝置為磁場式的四極透鏡，前述質量分析裝置在改變前述質量分析磁鐵的磁場強度時，以與前述質量分析磁鐵的磁場強度成比例之方式改變前述透鏡裝置的磁場強度。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述透鏡裝置為電場式的四極透鏡，前述質量分析裝置在改變前述質量分析磁鐵的磁場強度時，利用目標離子束的能量E、質量m、電荷q以使前述質量分析磁鐵的磁場強度與(2mE)1/2/q成比例之方式變化，並以使前述透鏡裝置的電場強度與E/q成比例之方式 變化。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置能夠使以離子的質量m與電荷q之比亦即質荷比M=m/q作為基準之質量分辨率M/dM(其中，dM定義為峰值強度成為峰值的一半之半高寬)成為100以上之方式進行調整。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置能夠以目標離子為質量數75的2價的砷離子75As2+，去除之離子為質量數186的5價的鎢離子186W5+，質量分辨率M/dM成為125以上之方式進行調整。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置以目標質荷比的離子束通過前述質量分析狹縫的中心之方式調整前述質量分析磁鐵的磁場強度。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置以目標質荷比的離子束通過偏離前述質量分析狹縫的中心之位置之方式調整前述質量分析磁 鐵的磁場強度。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置具有將通過前述質量分析狹縫之離子束的射束電流量視為優先之第1模式及將相對於通過前述質量分析狹縫之離子束之質量分辨率視為優先之第2模式，在前述第2模式下，以相比前述第1模式使通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置更靠下游側之方式調整前述透鏡裝置的收斂/發散力。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析狹縫構成為開口寬度可變，在前述第2模式下，相比前述第1模式，前述質量分析狹縫的開口寬度更小。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析裝置具有開口寬度不同的複數個質量分析狹縫，藉由切換為前述複數個質量分析狹縫中的任一個來調整開口寬度。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之離子植入裝置，其中，前述質量分析狹縫由能夠沿開口寬度方向移動的兩片 遮蓋體構成，藉由改變前述兩片遮蓋體的間隔來調整開口寬度。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述離子植入裝置還具備設置於前述離子束生成單元的下游之多段直線加速單元，前述多段直線加速單元包括：複數段高頻諧振器，構成為使從前述質量分析裝置出射之離子束加速；及複數段收斂透鏡，配置於各段的高頻諧振器的前後，且構成為調整加速之離子束的射束分佈，依據通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置而設定不同的收斂透鏡參數。
  15. 一種離子植入裝置的控制方法，前述離子植入裝置具備包括離子源、引出電極及質量分析裝置之離子束生成單元，該離子植入裝置的控制方法的特徵為，前述質量分析裝置具備：質量分析磁鐵，向藉由前述引出電極從前述離子源引出之離子束施加磁場而使其偏向；質量分析狹縫，設置於前述質量分析磁鐵的下游，且使前述偏向之離子束中所希望的離子種的離子束選擇性地通過；及透鏡裝置，設置於前述質量分析磁鐵與前述質量分析狹縫之間，且向朝向前述質量分析狹縫之離子束施加磁場 及電場中的至少一種來調整前述離子束的收斂及發散，前述控制方法具備：計算相對於通過前述質量分析狹縫之離子束之質量分辨率之步驟；及前述所計算之質量分辨率小於目標值時，在隔著前述質量分析狹縫之上游側至下游側為止的規定的調整範圍內，利用前述透鏡裝置來改變通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置，由此提高質量分辨率之步驟，前述所計算之質量分辨率小於目標值時，以通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置位於相比前述質量分析狹縫更靠下游側之方式利用前述透鏡裝置來發散前述離子束，由此提高通過前述質量分析狹縫之離子束的質量分辨率。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之離子植入裝置的控制方法，其中，前述質量分析裝置分離2價以上的多價離子。
  17. 如申請專利範圍第15或16項所述之離子植入裝置的控制方法，其中，還具備前述所計算之質量分辨率小於目標值時，縮小前述質量分析狹縫的開口寬度之步驟。
  18. 如申請專利範圍第15或16項所述之離子植入裝置的控制方法，其中，還具備前述所計算之質量分辨率小於目標 值時，以目標質荷比的離子束通過偏離前述質量分析狹縫的中心之位置之方式調整前述質量分析磁鐵的磁場強度之步驟。
  19. 如申請專利範圍第15或16項所述之離子植入裝置的控制方法，其中，還具備調整前述質量分析磁鐵的磁場強度時，以由前述質量分析磁鐵的磁場強度的變化引起之通過前述質量分析狹縫之離子束的收斂位置的變化減少之方式調整前述透鏡裝置的收斂/發散力之步驟。
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