技術(shù)領(lǐng)域

本申請主張基于2013年5月29日申請的日本專利申請第2013-113474號的優(yōu)先權(quán)。該申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。

本發(fā)明涉及一種高能量離子注入裝置。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體元件制造工序中，標(biāo)準(zhǔn)地實(shí)施如下重要的工序，該工序用于通過在真空下向半導(dǎo)體晶片打入離子來將雜質(zhì)添加到半導(dǎo)體晶片的結(jié)晶中，從而使導(dǎo)電性發(fā)生變化，并使半導(dǎo)體晶片半導(dǎo)體元件化。該工序中所使用的裝置被稱為離子注入裝置，該離子注入裝置將通常用于半導(dǎo)體元件化的雜質(zhì)原子作為離子進(jìn)行加速，并打入到半導(dǎo)體晶片中。

隨著半導(dǎo)體元件的高集成化/高性能化，一直使用能夠用于更深地打入到半導(dǎo)體晶片中的高能量的離子注入的裝置。這種裝置特別地被稱為高能量離子注入裝置。作為其中一例，有以串列式靜電加速器構(gòu)成離子束的加速系統(tǒng)的方法(參考專利文獻(xiàn)1)。

(批次式(batch-type))

并且，長期以來還使用具備進(jìn)行高頻加速的高頻線形加速器的批次處理式高能量離子注入裝置(參考專利文獻(xiàn)2)。

批次處理式離子注入為如下的方法，即將十幾片硅晶片載于直徑為1m左右的鋁盤的外周側(cè)，一邊使圓盤以每分鐘1000次的旋轉(zhuǎn)程度高速旋轉(zhuǎn)，一邊均勻地注入離子。為了不使晶片因離心力而飛出，圓盤的載有晶片的部分相對于旋轉(zhuǎn)面(與旋轉(zhuǎn)軸正交的面)賦予5°左右的角度。由于該角度和晶片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，批次處理式離子注入方法存在在晶片的中心部和端部注入角度(離子射入到晶片的角度)前后相差1°(注入角度偏差)的問題。

一般，在晶片的芯片上存在想進(jìn)行離子注入的區(qū)域和無法進(jìn)行離子注入的區(qū)域，無法進(jìn)行離子注入的區(qū)域能夠由被稱為光致抗蝕層的有機(jī)物覆蓋。離子在注入時不能穿透光致抗蝕層，因此在高能量離子注入時所涂布的光致抗蝕層變得非常厚。雖然需要注入的區(qū)域通過光刻法去掉光致抗蝕層，但若集成度高且注入?yún)^(qū)域微小，則會出現(xiàn)離子被垂直打入由聳立的光致抗蝕層的壁部包圍的深孔的底部的情況。向這種高縱橫比的結(jié)構(gòu)注入離子時需要較高的注入角度精度。

尤其，在制造如CCD等高品質(zhì)的攝像元件中，越深地注入離子，分辨率就越提高，且靈敏度變高，因此也逐漸開始進(jìn)行超高能量的離子注入(3～8MeV)。此時，被允許的注入角度誤差為0.1°左右，無法使用具有較大注入角度偏差的批次式裝置。

(單晶片式高能量離子注入裝置)

因此，近年來單晶片式高能量離子注入裝置被投入使用(專利文獻(xiàn)3)。批次方式固定射束并移動晶片(圓盤上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動)，由此在水平方向進(jìn)行均勻的注入，而單晶片式裝置中移動射束(沿水平方向進(jìn)行射束掃描)固定晶片。該方式中通過使掃描束平行化，不僅能夠在晶片面內(nèi)使注入劑量均勻，還能夠使注入角度均勻，可以解決注入角度偏差的問題。另外，兩種方式都是通過以一定的速度使晶片平行移動來實(shí)現(xiàn)鉛垂方向的劑量均勻性，但通過該運(yùn)動不會產(chǎn)生角度誤差。

除此以外，由于單晶片式離子注入裝置在進(jìn)行少數(shù)幾片的處理時沒有多余的硅晶片的消耗等，因此適合多品種少量生產(chǎn)，近年來需求不斷增加。

但在高品質(zhì)攝像元件的生產(chǎn)中，不僅要求角度精度，而且還有諸如沒有金屬污染、注入損傷(退火之后的殘余結(jié)晶缺陷)較小、注入深度精度(能量精度)良好等很多嚴(yán)格的要求，單晶片式離子注入裝置中也留許多待改善之處。

在以往的單晶片式高能量離子注入裝置中，作為高能量加速方式使用串列式靜電加速裝置，或高頻加速方式的重離子線性加速器(線形加速器)。

在這種加速系統(tǒng)的下游設(shè)置有能量過濾磁鐵、射束掃描器及通過磁場進(jìn)行掃描軌道的平行化的平行(平行化)磁鐵。并且，通過平行磁鐵成為不論射束在哪個掃描位置，向晶片的射入角(注入角)均相同。離子的能量至3～4MeV左右。

并且，在與高能量離子注入裝置相比更低能量的區(qū)域(10～600keV)中使用的(單晶片式)中電流離子注入裝置的一部分中，使用通過電場(電極)將掃描軌道平行化的電場平行透鏡(專利文獻(xiàn)4)。電場平行透鏡能夠保持軌道的對稱性并且將掃描軌道平行化，因此比平行磁鐵更能提高角度精度。并且，在該裝置中，在晶片的附近安裝有被稱為AEF(Angular Energy Filter)的電場式偏轉(zhuǎn)電極。通過AEF能夠去除在射束傳輸過程中價數(shù)發(fā)生變化的離子和在射束線產(chǎn)生的粒子，因此能夠提供純度較高的射束。

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3374335號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2000-11944號公報

專利文獻(xiàn)3：美國專利第8035080號公報