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1、10申请公布号CN104183447A43申请公布日20141203CN104183447A21申请号201410172111022申请日20140425201311136420130527JP201311203620130528JP201311347420130529JP201312551220130614JP201313135820130624JPH01J37/31720060171申请人斯伊恩股份有限公司地址日本东京都72发明人椛泽光昭渡边一浩佐佐木玄稻田耕二佐野信74专利代理机构永新专利商标代理有限公司72002代理人徐殿军54发明名称高能量离子注入装置57摘要本发明提供一种高能量离子。
2、注入装置，维持已扫描的高能量离子束的注入离子密度的均匀性，并且提高异质离子的去除性能。本发明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；高频多段直线加速单元；偏转单元，包括以动量进行离子的过滤的磁场式的能量分析装置；射束传输线单元；及基板处理供给单元。该装置中，在电场式射束平行化器与晶片之间除了作为动量过滤器的磁场式质量分析装置及能量分析装置、作为速度过滤器的高频多段直线加速单元之外，还插入有通过电场使高能量扫描束向上下方向偏转的电场式最终能量过滤器。30优先权数据51INTCL权利要求书2页说明书23页附图19页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2。
3、页说明书23页附图19页10申请公布号CN104183447ACN104183447A1/2页21一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；高频多段直线加速单元，对所述离子束进行加速而生成高能量离子束；偏转单元，包括一边使所述高能量离子束朝向晶片进行方向转换一边以动量进行离子的过滤的磁场式能量分析装置；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高能量用射束扫描器和高能。
4、量用电场式射束平行化器，并构成为通过所述射束扫描器及所述电场式射束平行化器对从所述偏转单元出来的高能量离子束进行射束扫描并且将其平行化，从而注入到所述晶片中，在所述高能量离子注入装置中，在所述电场式射束平行化器与晶片之间，除了作为动量过滤器的磁场式所述质量分析装置及能量分析装置、作为速度过滤器的高频多段直线加速单元之外，还插入有通过电场使高能量扫描束向上下方向偏转的电场式最终能量过滤器。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，所述最终能量过滤器具有用于将已扫描的离子束向与扫描方向正交的方向偏转的N对偏转电极，其中，N为1以上的整数，所述N对偏转电极的各对偏转电极沿着射束线隔着间隔。
5、而配置，所述偏转电极为向离子束的行进方向及扫描方向扩大的板状部件，且配置成以每对偏转电极从上下方向夹着射束线的方式隔着预定间隔相对置。所述N对偏转电极构成为偏转角从射束线的上游侧朝向下游侧逐渐增大。3根据权利要求2所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述N对偏转电极中配置于射束线上方的N个上侧偏转电极构成为彼此相同的第1电位，所述N对偏转电极中配置于射束线下方的N个下侧偏转电极构成为彼此相同的第2电位。4根据权利要求2或3所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述偏转电极的与射束线相对置的内表面由平面构成，所述N对偏转电极被配置成，各自的内表面的朝向与偏转的离子束的轨道近似。5根据权利要求3。
6、所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述N个上侧偏转电极具有彼此相同的形状，所述N个下侧偏转电极具有彼此相同的形状。6根据权利要求3所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述N个上侧偏转电极包括射束行进方向的长度不同的多种偏转电极。7根据权利要求3所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述N个下侧偏转电极包括射束行进方向的长度不同的多种偏转电极。8根据权利要求3所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述N个上侧偏转电极或/及N个下侧偏转电极包括与离子束的中心轨道的间隔不同权利要求书CN104183447A2/2页3的上下非对称的多种偏转电极。9根据权利要求2至8中任一项所述的高能量离子注入装。
7、置，其特征在于，所述N对偏转电极由3对构成。10根据权利要求2至9中任一项所述的高能量离子注入装置，其特征在于，还具备上游侧接地电极和下游侧接地电极，配置于所述最终能量过滤器的射束线下游侧，并在离子束的通过区域具有开口；及抑制电极，配置于所述上游侧接地电极与所述下游侧接地电极之间，若将上游侧接地电极的开口的宽度和长度设为W1和H1、抑制电极的开口的宽度和长度设为W2和H2、下游侧接地电极的开口的宽度和长度设为W3和H3，则满足W1W2、W3W2及H1H2、H3H2。11根据权利要求2至10中任一项所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述偏转电极构成为，在比可有效进行对晶片的离子注入的有效注入。
8、区域更靠外侧的端部区域，也能够使已扫描的高能量离子束向与扫描方向正交的方向偏转。12根据权利要求10所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述高能量离子注入装置还具备电流测定装置，其设置于所述偏转电极的下游侧并测定注入时的离子束的电流量，所述偏转电极构成为在比可有效进行对晶片的离子注入的有效注入区域更靠外侧的端部区域，也能够使已扫描的高能量离子束向与扫描方向正交的方向偏转，所述电流测定装置配置于所述偏转电极的所述端部区域的下游，所述抑制电极构成为抑制电子从所述电流测定装置流出。13根据权利要求2至12中任一项所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述偏转电极配置于真空容器的内部，并形成为与射束。
9、线的上方或者下方的空间连通的多个孔均匀地保持电场的排列。14根据权利要求2至13中任一项所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述偏转电极的与射束线相对置的内表面侧由石墨构成。15根据权利要求1所述的高能量离子注入装置，其特征在于，所述最终能量过滤器具有用于使已扫描的离子束向与扫描方向正交的方向偏转的1对偏转电极，所述1对偏转电极彼此沿着射束线隔着间隔而配置，所述偏转电极为向离子束的行进方向及扫描方向扩大的板状部件，且配置成彼此从上下方向夹着射束线的方式隔着预定间隔相对置，所述1对偏转电极的与射束线相对置的内表面由圆弧状的曲面或者具有多段的弯曲状的平面构成，以使偏转角从射束线的上游侧朝向下游侧。
10、逐渐增大。权利要求书CN104183447A1/23页4高能量离子注入装置技术领域0001本申请主张基于2013年5月27日申请的日本专利申请第2013111364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。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。
11、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。0005批次式BATCHTYPE0006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。
12、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。0008一般，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。0009尤其，在制造如CCD等高品质的摄像元件中，越深地注。
13、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38MEV。此时，被允许的注入角度误差为01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说明书CN104183447A2/23页5的问题。另外，两种方式都是通过以一定的速度使晶片平行。
14、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。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，近年来需求不断增加。0013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。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。
15、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34MEV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10600KEV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使扫描轨道平行化，因此相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AEFANGULARENERGYFILTER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。
16、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200011944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2003288857号公报发明内容0021本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的之一在于提供一种能够高精度地离子注入被扫描了的高能量的离子束的高能量离子注入装置。0022为了解决上述课题，本发明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。该装置具备射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高频多段直线加速单元，对离子束进行加速而生成高能量离子束；偏转。
17、单元，包括将高能量离子束朝向晶片进行方向转换，并且以动量进行离子的过滤的磁场式能量分析装置；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高能量用射束扫描器和高能量用电场式射束平行化器。并且，高能量离子注入装置构成为，对从偏转单元出来的高能量离子束通过射束扫描器及电场式射束平行化器进行射束扫描并将其平行化，从而注入到晶片中。并且，在高能量离子注入装置中，除了作为动量过滤器的磁场式质量分析装置，及作为能量分析装置、速度过滤器的高频多段直线加速单元之外还有通过电场使高能量扫描束向上下方向偏转的电场式最终能量过。
18、滤器被插入于电场式射束平行化器与晶片之间。0023发明效果说明书CN104183447A3/23页60024根据本发明的一方式，能够精度良好地对已扫描的高能量的离子束进行离子注入。附图说明0025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。0026图2A是表示离子束生成单元的概略结构的俯视图，图2B是表示离子束生成单元的概略结构的侧视图。0027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。0028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。0029图5A、图5B是表示E。
19、FM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。0030图6A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6B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。0031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。0032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。0033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。0034图10是表示角能量过滤器的偏转电极的另一。
20、方式的示意图。0035图11A是示意地表示作为横向会聚透镜的四极透镜的俯视图，图11B是示意地表示四极透镜的主视图。0036图12A、图12B是表示电磁铁的结构的一例的立体图。0037图13是示意地表示电磁铁所具备的开闭装置的图。0038图14A是从正面观察与注入器法拉第杯INJECTORFARADYCUP结构大致相同的旋转变压器法拉第杯RESOLVERFARADYCUP的示意图，图14B是用于说明旋转变压器法拉第杯的动作的示意图。0039图15是从正面观察横长法拉第杯的示意图。0040图16A是表示从本实施方式的一形态的最终能量过滤器到基板处理供给单元为止的概略结构的俯视图，图16B是表示从。
21、本实施方式的一形态的最终能量过滤器到基板处理供给单元为止的概略结构的侧视图。0041图17是用于说明下游侧接地电极的开口、AEF抑制电极的开口及上游侧接地电极的开口之间的大小关系的示意图。0042图18A是表示从本实施方式的另一变形例所涉及的最终能量过滤器到基板处理供给单元为止的概略结构的俯视图，图18B是表示从本实施方式的另一变形例所涉及的最终能量过滤器到基板处理供给单元为止的概略结构的侧视图。0043图19是表示从本实施方式的另一变形例所涉及的最终能量过滤器到基板处理供说明书CN104183447A4/23页7给单元为止的概略结构的侧视图。0044图20A、图20B是表示本实施方式的另一变。
22、形例所涉及的偏转电极的一例的示意图。0045图21是表示本实施方式的另一变形例所涉及的最终能量过滤器的一例的示意图。0046图22A是表示从本实施方式的另一变形例所涉及的最终能量过滤器到基板处理供给单元为止的概略结构的俯视图，图22B是表示从本实施方式的另一变形例所涉及的一方式的最终能量过滤器到基板处理供给单元为止的概略结构的侧视图。0047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，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，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。
23、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，46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，66会聚发散透镜电源，68显示装置，70存储装置，74抑制电极，80A、80B法拉第杯，82扫描器壳体，84平行化透镜，84电场平行化透镜，86A测定装置，87上磁轭，87A偏转电极，100高能量离子注入装置，102AEF腔室，104AEF电极，108接地电极，110抑制电极，110AEF抑制电极，114挡料板，116工艺腔室，118能量限制狭缝，112剂量杯。
24、，138最终能量过滤器，139A上侧偏转电极，139B下侧偏转电极，142第1电源，143第2电源，144上游侧接地电极，145下游侧接地电极，146角能量过滤器，147开口部，148最终能量过滤器，161A、162A偏转电极，162A1弯曲面，165最终能量过滤器，166A偏转电极，169石墨，200晶片。具体实施方式0048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。0049平行化磁铁0050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。0051若向带有光致抗蚀层的晶片注入高能量离子，则产生。
25、大量的漏气，该漏气的分子与束离子相互作用，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。0052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。0053而且，通过1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。0054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说明书C。
26、N104183447A5/23页8注入的要求。0055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。0056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AEFANGULARENERGYFILTER，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。
27、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。0057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。0058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。
28、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。0059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相同地可考虑将离子源、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，而装置的总长长至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。
29、要用于各设备的装配对准调整、装置运转后的维护与修缮及调整的作业空间。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生产线的配置实情相结合的要求。0060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、准备及设置作业和维护作业，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。0061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，并设为具有。
30、相对置的长直线部的水平U字状的折回型射束线。根据从离子源起对离子进行加速的单元的长度，使包括射束扫描器、射束平行化器、能量过滤器等的射束传输单元的长度构成为与所述长度大致相同的长度，从而实现这种布局。并且，为了进行维护作业，在2条长直线部之间设置有充分广的空间。0062本发明的一方式是以这种射束线的布局为前提而完成的，其目的在于提供一种通说明书CN104183447A6/23页9过电场将已扫描的高能量的离子束左右对称地平行化，因此即使在漏气较多的环境下，也能够精度良好地进行离子注入。0063并且，本发明的另一方式是以这种射束线的布局为前提而完成的，其目的在于提供一种能够在不影响已扫描的射束的离。
31、子密度的均匀性而严密地过滤高能量的离子束，并将与以往相比不仅能量纯度较高而且粒子和金属污染也较少的非常纯的离子束注入到晶片中的高能量离子注入装置。0064在此，本发明的一方式的高能量离子注入装置为对在离子源产生的离子束进行加速，沿着射束线将离子束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，该装置具备射束生成单元，具有离子源和质量分析装置；高频多段直线加速单元，对离子束进行加速而生成高能量离子束；偏转单元，包括使高能量离子束朝向晶片进行方向转换并且以动量进行离子的过滤的磁场式能量分析装置；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。
32、注入到半导体晶片中。射束传输线单元具有高能量用射束扫描器和高能量用电场式射束平行化器，并构成为通过射束扫描器及电场式射束平行化器对从偏转单元出来的高能量离子束进行射束扫描并将其平行化。0065在该结构中，高频多段直线加速单元为速度过滤器，磁场式质量分析装置和能量分析装置为动量过滤器。除此之外，若将通过电场使高能量扫描束向上下方向偏转的电场式最终能量过滤器插入于电场式射束平行化器与晶片之间，则能够维持扫描束的离子密度的均匀性，并且提高异质离子的去除性能。以下，对该高能量离子束的过滤进行详细说明。0066在构成高能量多段直线加速单元的高频线形加速器线性加速器的加速间隙中产生最大电位差90KV的高频。
33、电场，关于该电场的方向，约每37NS切换成对离子进行加速的方向和减速的方向。为了将离子束加速到高能量，原则上，在离子进入到加速间隙时在所有2436处的加速间隙，电场必须朝向加速方向。加速间隙和加速间隙之间成为漂移管和前述的会聚透镜等电场被屏蔽的空间漂移空间，在某一加速间隙被加速的离子在下一个加速间隙的电场朝向加速方向之前必须通过该漂移空间。过快或过慢都会在下一个加速间隙被减速，因此无法到达高能量。即，对离子的速度有严格的限制。很好地跟上加速相位的离子的速度会越来越快，因此在所有的加速间隙都跟上加速相位成为非常严格的条件。达到预定能量的离子束为通过了基于高频线形加速器的针对质量、能量及电荷决定速。
34、度的要素的严格挑选的结果。这表示高频线形加速器也是优秀的速度过滤器。0067通过射束偏转单元16时的各偏转电磁铁的离子受到离心力和洛伦兹力的作用，它们相互配合而画出圆弧状的轨迹。该力的配合用以下的公式来表示。0068MV2/RQVB0069其中，M为离子的质量、V为速度、R为轨迹的曲率半径，只有该R与偏转电磁铁的磁极中心半径一致的离子才能通过偏转电磁铁及下游的狭缝。Q为离子的电荷，B为偏转电磁铁的磁场磁通量密度。该公式替换成如下0070MVQBR10071表示离子的价数相同时，能够通过施加有一定的磁场B的偏转电磁铁的仅为具有特定动量MV的离子。0072如此，线性加速器为速度过滤器，偏转电磁铁为。
35、动量过滤器，并且，通过在射束传说明书CN104183447A7/23页10输线单元的末端设置基于电场的能量过滤器，从而建成非常严格的系统。通过基于电场的偏转电极时的离子仍受到离心力和库伦力的作用，该些力相互配合。0073MV2/RQE0074其中,E为电场，对以间隔G摆放的2片偏转电极施加V和V时，为E2V/G。只有轨道的曲率半径R与偏转电极的中心半径一致的离子才能通过该偏转电极及下游的狭缝。该公式替换成如下0075MV2/2QER/2QVR/G20076表示离子的价数相同时，能够通过施加有一定电压的一定的曲率半径的偏转电极的仅为具有特定运动能量MV2/2的离子。0077如此，在从离子源到晶片。
36、为止的所述结构的射束线设置有相对于高能量射束的3种4层的过滤器，能够将纯度较高的射束供给到晶片。0078并且，将最终能量过滤器作为电场方式，通过向与扫描平面正交的方向偏转，从而在扫描方向上不会在轨道上产生路径差由扫描位置得到的射束轨道的长度之差，因此能够不影响所注入的离子密度的均匀性而进行能量过滤。0079最终能量过滤器具有用于将已扫描的离子束向与扫描方向正交的方向偏转的N对N为1以上的整数偏转电极。N对偏转电极中的各对偏转电极沿着射束线隔着间隔而配置，偏转电极为向离子束行进方向及扫描方向扩大的板状部件，且配置成以每对偏转电极从上下方向夹着射束线的方式隔着预定间隔相对置。N对偏转电极构成为偏转。
37、角从射束线的上游侧朝向下游侧逐渐增大。通过如此构成电极，能够对上述的高能量射束进行通过电场的过滤。0080根据本发明的一方式，高能量的离子束被严密地过滤，因此与以往相比不仅能量纯度较高，而且已离子化的异物粒子和异种金属离子金属污染也较少的非常纯的高能量离子束被供给到晶片。并且，与通过1台平行化电磁铁进行过滤不同，能够不影响已扫描的射束的离子密度的均匀性而进行过滤。由此，能够进行掺杂剂的纯度、注入深度的精度及晶片面内分布的均匀性较高的高精度的高能量离子注入。0081在此，本实施方式的一形态的高能量离子注入装置为对在离子源产生的离子进行加速，沿着射束线作为离子束传输到晶片并注入到晶片中的离子注入装。
38、置。该装置为将已平行化的离子束高精度地照射到机械扫描移动中的晶片并注入到晶片中的装置，其具备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；偏转单元，将高能量离子束的轨道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。0082从对离子束进行高加速的高频交流方式的高能量多段直线加速单元出来的高能量离子束具有一定范围的能量分布。因此，为了对后段的高能量的离子束进行射束扫描及射束平行化后将其照射到机械扫描移动中的晶片，需要事先实施高精度的能量分析、中心轨道补正及射束会聚发散的调整。0083射束偏转单元具备至少2个高精度偏转电磁铁，至少1个能量宽度限制狭缝和能量分。
39、析狭缝，及至少1个横向会聚设备。多个偏转电磁铁构成为，精密地补正高能量离子束的能量分析和离子注入角度，及抑制能量分散。高精度偏转电磁铁中进行能量分析的电磁铁上安装有核磁共振探头和霍尔探头，而其他电磁铁上仅安装有霍尔探头。核磁共振探头说明书CN104183447A108/23页11用于霍尔探头的校正，霍尔探头用于磁场恒定的反馈控制。0084射束传输线单元能够对高能量的离子束进行射束扫描及射束平行化，将扫描束高精度地照射到机械扫描移动中的晶片并注入离子。0085以下，参考附图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。另外，附图说明中对相同要件添加相同符号，并适当省略重复说明。。
40、并且，以下叙述的结构只是示例，并非对本发明的范围进行任何限定。0086高能量离子注入装置0087首先，对本实施方式所涉及的高能量离子注入装置的结构进行简单说明。另外，本说明书的内容不仅能够适用于作为带电粒子的种类之一的离子束，还能够适用于涉及所有带电粒子束的装置。0088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100的概略布局和射束线的图。0089本实施方式所涉及的高能量离子注入装置100是具有高频线形加速方式的离子加速器和高能量离子传输用射束线的离子注入装置，且对在离子源10产生的离子进行加速，沿着射束线作为离子束传输到晶片基板200并注入到晶片200中。0090如图1所示，高能。
41、量离子注入装置100具备离子束生成单元12，生成离子并进行质量分析；高能量多段直线加速单元14，对离子束进行加速而使其成为高能量离子束；射束偏转单元16，进行高能量离子束的能量分析、中心轨道补正及能量分散的控制；射束传输线单元18，将已分析的高能量离子束传输到晶片；及基板处理供给单元20，将传输到的高能量离子束均匀地注入到半导体晶片中。0091离子束生成单元12具有离子源10、提取电极40及质量分析装置22。离子束生成单元12中，射束从离子源10通过提取电极提取的同时被加速，已提取加速的射束通过质量分析装置22进行质量分析。质量分析装置22具有质量分析磁铁22A及质量分析狭缝22B。质量分析狭。
42、缝22B有时会配置在紧接质量分析磁铁22A的正后方，但实施例中配置在其下一个构成即高能量多段直线加速单元14的入口部内。0092通过质量分析装置22进行质量分析的结果，仅挑选出注入所需的离子种类，挑选出的离子种类的离子束被导入到之后的高能量多段直线加速单元14。通过高能量多段直线加速单元14，进一步被加速的离子束的方向通过射束偏转单元16而发生变化。0093射束偏转单元16具有能量分析电磁铁24、抑制能量分散的横向会聚的四极透镜26、能量宽度限制狭缝27参照后述的图5、能量分析狭缝28及具有转向功能的偏转电磁铁30。另外，能量分析电磁铁24有时被称为能量过滤电磁铁EFM。高能量离子束通过偏转单。
43、元进行方向转换，并朝向基板晶片的方向。0094射束传输线单元18用于传输自射束偏转单元16离开的离子束，其具有由会聚/发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及最终能量过滤器38包括最终能量分离狭缝。射束传输线单元18的长度根据离子束生成单元12和高能量多段直线加速单元14的长度而设计，在射束偏转单元16处连结而形成整体为U字状的布局。0095在射束传输线单元18的下游侧的末端设置有基板处理供给单元20，在注入处理室内容纳有射束监测器，测量离子束的束电流、位置、注入角度、会聚发散角、上下左右方说明书CN104183447A119/23页12向的离子分布等；抗静电装置，防。
44、止由离子束产生的基板的静电；晶片输送机构，搬入和搬出晶片基板200并设置到适当的位置/角度；ESCELECTROSTATICCHUCK，在离子注入时保持晶片；及晶片扫描机构，在注入时以与射束电流的变动相应的速度使晶片向射束扫描方向和直角方向移动。0096如此将各单元配置成U字状的高能量离子注入装置100减少了设置面积且能够确保良好的作业性。并且，高能量离子注入装置100中，通过将各单元和各装置设为模块结构，从而能够根据射束线基准位置而进行装卸、组装。0097接着，对构成高能量离子注入装置100的各单元、各装置进一步进行详细说明。0098离子束生成单元0099图2A是表示离子束生成单元的概略结构。
45、的俯视图，图2B是表示离子束生成单元的概略结构的侧视图。0100如图2A、图2B所示，在配置于射束线最上游的离子源10的出口侧设置有用于从在离子腔室电弧室内生成的等离子体提取离子束的提取电极40。在提取电极40的下游侧附近，设置有抑制从提取电极40提取的离子束中所含的电子朝向提取电极40逆流的提取抑制电极42。0101离子源10与离子源高压电源44连接。在提取电极40与端子48之间连接有提取电源50。在提取电极40的下游侧配置有用于从射入的离子束中分离出预定的离子并将已分离的离子束取出的质量分析装置22。0102如后述的图5所示，在高能量多段直线加速单元14的直线加速部壳体内的最前部配置有用于。
46、测量离子束的总束电流值的法拉第杯80A注入器INJECTOR。0103图14A是从正面观察与注入器法拉第杯80A的结构大致相同的旋转变压器法拉第杯80B的示意图，图14B是用于说明旋转变压器法拉第杯80B的动作的示意图。0104注入器法拉第杯80A构成为能够通过驱动机构在射束线上从上下方向进出，并且，构成为在水平方向长的长方形的斗状形状，且将开口部朝向射束线的上游侧，在调整离子源和质量分析电磁铁时，除了测量离子束的总束电流的目的以外，还用于根据需要在射束线上完全截断到达射束线下游的离子束。另外，如前述，在注入器法拉第杯80A正前方的高能量多段直线加速单元14的入口部内配置有质量分析狭缝22B，。
47、且构成为单一的质量分析狭缝、或者根据质量的大小选择宽度不同的多个狭缝的方式、或者能够将质量狭缝宽度变更为无等级或多级的方式。0105高能量多段直线加速单元0106图3是表示包含高能量多段直线加速单元14的概略结构的整体布局的俯视图。高能量多段直线加速单元14具备进行离子束的加速的多个线形加速装置即夹着1个以上的高频谐振器14A的加速间隙。高能量多段直线加速单元14能够通过高频RF电场的作用而对离子进行加速。图3中，高能量多段直线加速单元14由具备高能量离子注入用的基本的多段高频谐振器14A的第1线形加速器15A，及进一步具备超高能量离子注入用的追加的多段高频谐振器14A的第2线形加速器15B构。
48、成。0107另一方面，在使用高频RF加速的离子注入装置中，作为高频参数必须考虑电压的振幅VKV、频率FHZ。而且，当进行多段的高频加速时，将彼此的高频相位DEG作为参数加进去。此外，需要用于通过会聚/发散效果来控制离子束在加速中途和加速后向说明书CN104183447A1210/23页13上下左右扩散的磁场透镜例如四极电磁铁或电场透镜例如静电四极电极，它们的运转参数的最佳值根据离子通过该处的时刻的离子能量而发生改变，而且加速电场的强度会影响到会聚和发散，因此，在决定高频参数之后再决定它们的值。0108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。
49、控制系统的结构的框图。0109高能量多段直线加速单元14中包括1个以上的高频谐振器14A。作为高能量多段直线加速单元14的控制所需的构成要件需要输入装置52，其用于操作员输入所需的条件；控制运算装置54，其用于由所输入的条件数值计算各种参数，并进一步对各构成要件进行控制；振幅控制装置56，其用于调整高频电压振幅；相位控制装置58，其用于调整高频相位；频率控制装置60，其用于控制高频频率；高频电源62；会聚发散透镜电源66，其用于会聚发散透镜64；显示装置68，其用于显示运转参数；及存储装置70，其用于存储已被决定的参数。并且，控制运算装置54中内置有用于预先对各种参数进行数值计算的数值计算码程序。0110在高频线形加速器的控制运算装置54中，通过内置的数值计算码，以所输入的条件为基础对离子束的加速及会聚和发散进行模拟来算出高频参数电压振幅、频率、相位以获得最佳的传输效率。并且，同时还算出用于有效地传输离子束的会聚发散透镜64的参数Q线圈电流、或者Q电极电压。在显示装置68中显示计算出的各种参数。对于超过高能量多段直线加速单元14的能力的加速条件，表示无解的显示内容显示于显示装置68。0111电压振幅参数由控制运算装置54送至振幅控制装置56，振幅控制装置56对高频电源62的振幅进行调整。相位参数送至相位控制装置58，相位控制装置58对高频电源62。