[发明专利]高能量离子注入装置、射束平行化器及射束平行化方法

说明书

技术领域

本申请主张基于2014年2月10日申请的日本专利申请第2014-023531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。

本发明涉及一种高能量离子注入装置。

背景技术

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(射束线的下游)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(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