專利名稱：離子注入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在半導(dǎo)體襯底、平板顯示器用襯底等襯底(換句話說為加工體或被處理體，下面相同)上照射離子束，進行離子注入的離子注入裝置，更具體地說涉及可很好地對應(yīng)襯底的大型化(換句話說為大面積化，下面相同)的離子注入裝置。另外，被稱為離子摻雜的裝置也包含于這里所說的離子注入裝置。
背景技術(shù)：
在特表2000-505234號公報(第14頁第14行-第15頁第15行，圖1)中記載有可向襯底上照射寬度寬且平行化的離子束的離子注入裝置之一例。該離子注入裝置具有如下結(jié)構(gòu)，從小型的離子源引出向一個方向發(fā)散的扇形離子束，并使該離子束通過兼作束平行化磁鐵的質(zhì)量分離磁鐵在平行于扇面的面內(nèi)彎曲，從而篩選(質(zhì)量分離)所希望的離子種類，同時使其平行化，形成寬度寬且平行化的離子束，使該離子束照射襯底。
在所述離子注入裝置中，質(zhì)量分離磁鐵的質(zhì)量分辨能力在離子束偏轉(zhuǎn)區(qū)域的外周部高，內(nèi)周部低。這是由于為使離子束彎曲并平行化，越靠外周部偏轉(zhuǎn)角越大，質(zhì)量分辨能力越高。但是，由于質(zhì)量分辨能力越高，離子種類的篩選越嚴(yán)格，故得到的離子種類的量越少，從該質(zhì)量分離磁鐵導(dǎo)出的離子束的束電流密度形成通過外周部的位置低，通過內(nèi)周部的位置高這樣的不均勻分布。即，離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性惡化。
在所述特表2000-505234號公報(第14頁第14行-第15頁第15行，圖1)中記載的離子注入裝置中，雖可考慮通過使用設(shè)于質(zhì)量分離磁鐵上游側(cè)的多極離子透鏡利用離子的局部偏轉(zhuǎn)修正所述理由造成的束電流密度分布的不均勻性(例如使離子束向電流密度低的區(qū)域側(cè)彎曲，提高該區(qū)域的電流密度)，但所述理由造成的束電流密度分布的不均勻性很大，利用多極離子透鏡將其修正是有限制的。
另外，當(dāng)要由多極離子透鏡將離子束大幅地偏轉(zhuǎn)，修正所述束電流密度分布的不均勻性時，該偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生離子束的寬度方向的平行性惡化這樣的另一問題。
所述這樣的問題在對應(yīng)襯底的大型化(例如短邊寬度為600mm程度以上的襯底)而使從質(zhì)量分離磁鐵導(dǎo)出的離子束寬度更大時將更嚴(yán)重。
另外，在利用從離子源引出的離子束的發(fā)散增寬離子束寬度的所述現(xiàn)有技術(shù)中，由于離子束的寬度越寬其束電流密度越低，故在對應(yīng)襯底的大型化時，每一張襯底的處理速度就會降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種離子注入裝置，其可抑制離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性降低、平行度惡化及襯底處理速度降低，同時，對應(yīng)襯底的大型化。
本發(fā)明的離子注入裝置，將由離子源產(chǎn)生的比襯底的短邊寬度寬的片狀離子束以保持該寬度關(guān)系的狀態(tài)向襯底輸送，照射到襯底上，其特征在于，包括離子源，其含有希望注入襯底的離子種類并產(chǎn)生具有所述寬度關(guān)系的片狀離子束，用于生成作為該片狀離子束之源的等離子，具有在該片狀離子束寬度方向排列的多個絲極；一個以上的絲極電源，其可相互獨立控制流入該離子源的各絲極的絲極電流；質(zhì)量分離磁鐵，其接收由所述離子源產(chǎn)生的片狀離子束，具有比該離子束的寬度大的間隔的磁極，將該離子束向與其片狀面正交的方向彎曲，篩選并導(dǎo)出所述希望的離子種類；分離縫隙，其接收從該質(zhì)量分離磁鐵導(dǎo)出的片狀離子束，和該質(zhì)量分離磁鐵協(xié)動，篩選所述希望的離子種類，使其通過；襯底驅(qū)動裝置，其具有保持襯底的支承架，在通過所述分離縫隙的片狀離子束的照射區(qū)域內(nèi)沿與該離子束的片狀面交叉的方向往復(fù)驅(qū)動支承架上的襯底。
根據(jù)該離子注入裝置，可將由離子源產(chǎn)生的比襯底的短邊寬度寬的片狀離子束以保持該寬度關(guān)系的狀態(tài)輸送，且通過質(zhì)量分離磁鐵及分離縫隙篩選所希望的離子種類(即進行質(zhì)量分離)，向支承架上的襯底照射，進行離子注入。而且，可通過具有所述寬度的關(guān)系的片狀離子束和由襯底驅(qū)動裝置進行的襯底的所述往復(fù)驅(qū)動的協(xié)動，向襯底的整個面上進行離子注入。
也可以在所述離子源和所述分離縫隙之間設(shè)置將所述片狀離子束寬度方向的電流密度分布均勻化的靜電透鏡或磁透鏡。
也可以在所述質(zhì)量分離磁鐵主磁極的外周側(cè)及內(nèi)周側(cè)設(shè)置使主磁極間的磁場平行化的第一副磁極及第二副磁極。也可以預(yù)先使兩副磁極中至少一個的間隔可變。
也可以在所述質(zhì)量分離磁鐵的磁極(在有副磁極時為主磁極)的入口及出口的至少一側(cè)設(shè)置可動磁極。
也可以在所述分離縫隙的下游側(cè)設(shè)置使所述片狀離子束整體向與其片狀面正交的方向反復(fù)掃描的掃描電極。
也可以在所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)設(shè)置接收所述片狀電子束、測定其寬度方向的束電流密度分布的束輪廓監(jiān)視器。
也可以設(shè)置控制裝置，其根據(jù)所述束輪廓監(jiān)視器測定的測定信息控制所述絲極電源、所述靜電透鏡用的靜電透鏡直流電源、所述磁透鏡用的磁透鏡直流電源、所述副磁極用的副磁極驅(qū)動裝置或所述可動磁極用的可動磁極驅(qū)動裝置，進行將入射到襯底上的片狀離子束的寬度方向的束電流密度分布均勻化的控制。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由于將由離子源產(chǎn)生的比襯底的短邊寬度寬的片狀離子束以保持該寬度的關(guān)系的狀態(tài)向襯底輸送，而且，由于在質(zhì)量分離磁鐵中，使離子束不僅向其寬度方向，還向與片狀面正交的方向彎曲，進行質(zhì)量分離，故可將由離子源產(chǎn)生的片狀離子束在不使其寬度方向的束電流密度的均勻性及平行性惡化的前提下進行質(zhì)量分離，并使其入射到襯底上。即，不會如所述現(xiàn)有的技術(shù)那樣產(chǎn)生彎曲離子束的位置差異造成的質(zhì)量分辨能力的差或與此相伴的束電流密度的均勻性及伴其修正造成的離子束的平行性惡化。而且，相對于襯底的大型化可容易地如下對應(yīng)，從離子源產(chǎn)生并輸送對應(yīng)襯底短邊寬度的寬度的片狀離子束。因此，可抑制離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性降低及平行性惡化，同時對應(yīng)襯底的大型化。
另外，由于離子源具有所述的多個絲極，且可相互獨立控制例如流入該各絲極的絲極電流，故容易產(chǎn)生寬度方向的束電流密度分布的均勻性良好的片狀離子束。
而且，由于從離子源產(chǎn)生具有所述寬度關(guān)系的片狀離子束，并將其在保持該寬度關(guān)系的狀態(tài)下輸送到襯底，故不會如所述現(xiàn)有技術(shù)所述產(chǎn)生利用離子束的發(fā)散使寬度加寬而造成的束電流密度降低。即，對襯底的大型化可容易地通過產(chǎn)生并輸送寬度與襯底短邊寬度對應(yīng)的片狀離子束來應(yīng)對，由此，可防止束電流密度降低，因此，可不降低每一張襯底的處理速度而應(yīng)對襯底的大型化。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第二方面，得到如下更高的效果，可通過所述靜電透鏡調(diào)整片狀離子束寬度方向的束電流密度分布，進一步提高其均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第二方面的第三方面，得到如下更高的效果，所述靜電透鏡如上所述可控制束發(fā)射密度，由此，可將離子束寬度方向的束電流密度分布的微觀(細微的)不均勻性平坦化，故可進一步提高片狀離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第四方面，得到如下更高的效果，利用所述磁透鏡可調(diào)整片狀離子束寬度方向的束電流密度分布，可進一步提高其均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第四方面的第五方面，得到如下更高的效果，所述靜電透鏡可如上所述控制束發(fā)射密度，由此，可將離子束寬度方向的束電流密度分布的微觀(細微的)不均勻性平坦化，故可進一步提高片狀離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第六方面，得到如下更高的效果，由于可通過第一副磁極間的磁場及第二副磁極間的磁場將主磁極間的磁場平行化，故在主磁極間將片狀離子束彎曲時，可抑制在沿離子束的片狀面的方向產(chǎn)生洛倫茲力，抑制在離子束的寬度方向產(chǎn)生集束或發(fā)散。其結(jié)果可進一步提高片狀離子束的寬度方向的平行性，從而進一步提高該離子束的寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第六方面的第七方面，得到如下更高的效果，可進行進一步使主磁極間的磁場平行化的調(diào)整。
根據(jù)基于本發(fā)明第七方面的第八方面，得到如下更高的效果，通過使用副磁極驅(qū)動裝置容易進行進一步使主磁極間的磁場平行化的調(diào)整。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第九及基于第六方面的第十方面，得到如下更高的效果，由于可通過調(diào)整所述角度利用邊緣聚焦效果使通過可動電極附近的離子束集束或發(fā)散，故可補償作用于片狀離子束寬度方向的庫侖斥力等造成的離子束的發(fā)散，進一步提高離子束的平行性，從而進一步提高該離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第九方面的第十一方面，得到如下更高的效果，通過使用可動磁極驅(qū)動裝置可容易地調(diào)整可動電極的所述角度。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第十二方面，得到如下更高的效果，可增大通過分離縫隙厚度(這也是襯底反復(fù)驅(qū)動方向的寬度)變得非常小的離子束的厚度。在離子束的厚度非常小時，雖然可能由襯底的反復(fù)驅(qū)動速度或離子束電流值的擺動造成注入量的不均勻性，但可以通過增大離子束的厚度緩和該不均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第十三方面，得到如下更高的效果，由于可使用基于束輪廓監(jiān)視器的測定信息，故可容易地進行提高片狀離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性或平行性的調(diào)整。
根據(jù)基于本發(fā)明第一方面的第十四方面，得到如下更高的效果，通過利用束輪廓監(jiān)視器及控制裝置反饋控制離子源的絲極電流，可通過自動控制提高入射到襯底上的片狀離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第二方面的第十五方面，得到如下更高的效果，通過利用束輪廓監(jiān)視器及控制裝置反饋控制靜電透鏡，可利用自動控制提高入射到襯底上的片狀離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第十四方面的第十六方面，得到如下更高的效果，通過利用束輪廓監(jiān)視器及控制裝置反饋控制磁透鏡，可通過自動控制提高入射到襯底上的片狀離子束寬度方向的束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第八方面的第十七方面，得到如下更高的效果，通過利用束輪廓監(jiān)視器及控制裝置反饋控制質(zhì)量分離磁鐵的副磁極的間隔，可通過自動控制提高入射到襯底上的片狀離子束寬度方向的平行性及束電流密度分布的均勻性。
根據(jù)基于本發(fā)明第十一方面的第十八方面，得到如下更高的效果，通過利用束輪廓監(jiān)視器及控制裝置反饋控制質(zhì)量分離磁鐵的可動磁極的角度，可通過自動控制提高入射到襯底上的片狀離子束寬度方向的平行性及束電流密度分布的均勻性。


圖1是表示本發(fā)明的離子注入裝置一實施例的一部分的橫剖面圖，在線A1-A1的部分與圖2相接；
圖2是表示本發(fā)明的離子注入裝置一實施例的剩余部分的橫剖面圖，在線A1-A1的部分與圖1相接；圖3是表示圖1及圖2所示的離子注入裝置的一部分的縱剖面圖，在線A2-A2的部分與圖4相接；圖4是表示圖1及圖2所示的離子注入裝置的剩余部分的縱剖面圖，在線A2-A2的部分與圖3相接；圖5是將離子束簡化并局部表示的立體圖；圖6是表示離子束和襯底的關(guān)系之一例的正面圖；圖7是表示靜電透鏡及其電源之一例的圖；圖8是將其磁極部分放大而顯示質(zhì)量分離磁鐵的另一例的平面圖，相當(dāng)于圖1及圖2中的磁極部分；圖9是放大顯示質(zhì)量分離磁鐵的再一例的縱剖面圖，大致相當(dāng)于圖8的K-K剖面；圖10是表示靜電透鏡及其電源的另一例的圖；圖11是表示磁透鏡及其電源之一例的圖；圖12是表示圖11中各勵磁線圈和各電源的連接的更具體例的圖；圖13是表示磁透鏡及其電源的另一例的圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明的離子注入裝置的一部分的橫剖面圖，在線A1-A1的部分與圖2相接。圖2是表示本發(fā)明的離子注入裝置的剩余部分的橫剖面圖，在線A1-A1的部分與圖1相接。圖3是表示圖1及圖2所示的離子注入裝置的一部分的縱剖面圖，在線A2-A2的部分與圖4相接。圖4是表示圖1及圖2所示的離子注入裝置的剩余部分的縱剖面圖，在線A2-A2的部分與圖3相接。
該離子注入裝置原則上是將例如圖6所示的矩形襯底82作為被處理體。將該襯底82的短邊82a的寬度稱為短邊寬度WS。但是，在襯底82為正方形或圓形時，只要將其一邊的長度或直徑和所述短邊寬度WS同樣處理即可。由此，正方形或圓形的襯底82也可以作為被處理體進行處理。襯底82例如為半導(dǎo)體襯底、平板顯示器用襯底(例如玻璃襯底)等。
該離子注入裝置具有如下結(jié)構(gòu)，使由離子源2產(chǎn)生的比襯底82的短邊寬度WS寬的寬度WB(參照圖5、圖6)的片狀離子束20以保持該寬度關(guān)系(即WB＞W(wǎng)S的關(guān)系)的狀態(tài)通過靜電透鏡24、質(zhì)量分離磁鐵36、分離縫隙72等，輸送到保持于處理室容器80內(nèi)的支承架84上的襯底82上，照射襯底82，向該襯底82進行離子注入。
從離子源2到處理室容器80的離子束20的經(jīng)路(束線)利用真空容器34包圍。該真空容器34的至少質(zhì)量分離磁鐵36內(nèi)及其前后的部分由非磁性材料構(gòu)成。離子源2、真空容器34及處理室容器80的內(nèi)部在該離子注入裝置運行時通過未圖示的真空排氣裝置排氣成真空。真空容器34及處理室容器80被電接地。
離子源2產(chǎn)生包含所希望注入襯底82的離子種類并具有所述寬度關(guān)系的片狀離子束20?！八Ｍ摹币部梢苑Q為規(guī)定的或特定的(以下相同)。所希望的離子種類可通過離子質(zhì)量和價數(shù)來決定。
圖5簡化表示片狀的離子束20的一例，如圖所示，片狀離子束20的垂直于其前進方向的剖面形狀形成沿Y方向(例如垂直方向，下面相同)細長的大致長方形。所謂的大概是由于實際的離子束20的剖面形狀并不是圖示的完全的長方形狀，而是外周邊界部稍顯模糊，不能如線所描繪的那樣明確限定。
在本說明書中，沿該長方形剖面的長軸20a的方向的尺寸稱為寬度WB，沿短軸20b的方向的尺寸稱為厚度TB，片狀離子束的主面(包括寬度WB的面)稱為片狀面20s，離子束20前進方向的中心軸稱為中心軸20c。因此，離子束20的寬度WB方向和長軸20a的方向同義，厚度TB方向和短軸20b的方向同義。另外，在本實施例中，離子束20的寬度WB的方向和Y方向同義。
片狀離子束20是厚度TB與其寬度WB相比足夠小(例如1/10～1/100程度)的離子束，換句話說也可以稱為帶狀離子束。
離子源2在本例中稱為桶型離子源，具有在離子束20的寬度WB方向長且一面開放的長方形箱狀的等離子生成容器4。向該等離子生成容器4內(nèi)導(dǎo)入含有作為所述所希望的離子種類的原料的物質(zhì)的原料氣體。
在等離子生成容器4內(nèi)沿離子束20的寬度WB方向等間隔排列有多個熱陰極用絲極6。絲極6的數(shù)量不限于圖3所示的三個，可以對應(yīng)離子束20的寬度WB而決定。例如，在該寬度WB為800mm程度時，絲極6的數(shù)量可以為6個左右。
設(shè)置可相互獨立控制流入所述各絲極6的絲極電流的絲極電源。作為其一例，在該例中如圖3所示，設(shè)置每個絲極6獨立的絲極電源8。即，以絲極6的數(shù)量設(shè)定電壓可變的絲極電源8。但是，不這樣設(shè)置而將多個電源匯總為一個等，使用一個絲極電源，且可以相互獨立控制流入各絲極6的絲極電流也可以。
如上所述，由于離子源2具有所述這樣的多個絲極6，而且，可相互獨立控制流入該各離子束6的絲極電流，故離子束20的寬度WB方向的等離子10的密度分布的均勻性良好，容易產(chǎn)生寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性良好的片狀離子束20。
即，可在所述各絲極6和等離子生成容器4之間產(chǎn)生電弧放電，將原料氣體電離，在等離子生成容器4內(nèi)均勻性良好地生成離子束20的寬度WB方向長地分布的等離子10。
在等離子生成容器4的開口部附近設(shè)置通過電場的作用從所述等離子10引出所述片狀離子束20且將其加速到所希望的能量的引出電極系12。引出電極系12在該例中具有三個電極14～16。但不限于三個。各電極14～16也可以作為離子引出孔具有離子束20的寬度WB以上長度的縫隙，也可以具有沿離子束20的寬度WB以上排列設(shè)置的多個(多數(shù))小孔。圖3表示具有縫隙的情況，但后者更好。這是由于后者可使離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性更好。
通過所述的結(jié)構(gòu)，從離子源2、更具體地說是從在該離子生成容器4內(nèi)生成的等離子10引出寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性良好的片狀離子束20，其含有希望注入襯底82的離子種類，具有所述寬度的關(guān)系。
在離子源2的下游側(cè)(換句話說為離子束20的前進方向側(cè)，下面相同)設(shè)置質(zhì)量分離磁鐵36，其接收由離子源2產(chǎn)生的片狀離子束20，具有比該離子束20的寬度WB大的間隔L1(即L1＞W(wǎng)B)的磁極(具體地說是主磁極38)，將該離子束20沿與其片狀面20s正交的方向彎曲，引出所述所希望的離子種類(即進行質(zhì)量分離)，導(dǎo)出片狀離子束20。如上所述，由于L1＞W(wǎng)B，故可使離子束20在大致保持其平行性的狀態(tài)下原樣通過質(zhì)量分離磁鐵36。下面詳細敘述該質(zhì)量分離磁鐵36。
在質(zhì)量分離磁鐵36中，對構(gòu)成離子束20的離子對應(yīng)其質(zhì)量給予其固有的軌道半徑，在該質(zhì)量分離磁鐵36的下游側(cè)，在所希望的離子種類沿離子束20的厚度TB方向聚束的位置附近設(shè)置分離縫隙72，其接收從質(zhì)量分離磁鐵36導(dǎo)出的片狀離子束20，與質(zhì)量分離磁鐵36協(xié)動篩選所希望的離子種類并使其通過。如圖4所示，該分離縫隙72的離子束20的寬度WB方向的長度比該寬度WB長。
在該例中如圖2所示，分離縫隙72可以中心70為中心如箭頭C所示活動，由此，可機械地改變該分離縫隙72的開口部(縫隙寬度)。由此，可使質(zhì)量分離的分辨能力變化。例如，縫隙寬度越窄分辨能力越高，但得到的束電流密度越低。在對應(yīng)氫的鍵數(shù)分子量具有寬度范圍的磷化氫離子(PHx+)中，質(zhì)量分辨能力(M/ΔM，M為質(zhì)量，ΔM為其差)為5左右是恰當(dāng)?shù)?，但對向離子源2供給的原料氣體使用了BF3的硼離子(B+)最好為8左右。
在分離縫隙72下游的處理室容器80內(nèi)設(shè)有襯底驅(qū)動裝置86。該襯底驅(qū)動裝置86具有保持襯底82的支承架84，在通過分離縫隙72的片狀離子束20的照射區(qū)域內(nèi)將支承架84上的襯底82以一定的速度在與該離子束20的片狀面20s交叉的方向往復(fù)驅(qū)動，如箭頭D所示(參照圖6)。該支承架84上的襯底82的往復(fù)運動方向在該例中為實質(zhì)上與離子束20的片狀面20s正交的方向(即以90度或約90度交叉的方向，下面相同)。更具體地說，參照圖2，是離子束20的中心軸20c和襯底82表面實質(zhì)上正交的方向。但是，也可以使其在以稍小于90度的角度(例如80度左右)或稍大于90度的角度(例如100度左右)交叉的方向往復(fù)運動。
在該例中，如箭頭D所示，襯底驅(qū)動裝置86本身沿未圖示的軌道往復(fù)運動。由此，可在襯底82的整個面上照射所希望離子種類的離子束20，進行離子注入?？蓪⒃撾x子注入用于在平板顯示器用襯底82的表面形成多個薄膜晶體管(TFT)的工序中。
在處理室容器80內(nèi)，例如也可以在束前進方向前后設(shè)置兩臺所述襯底驅(qū)動裝置86，交替使用兩臺襯底驅(qū)動裝置86交替對分別保持于其支承架84上的襯底82進行離子注入。由此，使生產(chǎn)能力提高。
根據(jù)該離子注入裝置，由于將由離子源2產(chǎn)生的比襯底82的短邊寬度WS寬的寬度WB的片狀離子束20以保持該寬度關(guān)系(即WB＞W(wǎng)S)的狀態(tài)向襯底82輸送，而且，用質(zhì)量分離磁鐵36使離子束20不向其寬度WB方向而向與片狀面20s正交的方向彎曲，進行質(zhì)量分離，故可將由離子源2產(chǎn)生的片狀離子束20在不使其寬度WB方向的束電流密度的均勻性及平行性惡化的狀態(tài)下，進行質(zhì)量分離，入射到襯底82上。即，不會如所述現(xiàn)有技術(shù)那樣產(chǎn)生因使離子束彎曲的位置不同造成的質(zhì)量分辨能力差或與此相伴的束電流密度分布的均勻性惡化及伴隨將其修正造成的離子束的平行性惡化。而且，對襯底82的大型化，可容易地通過從離子源2產(chǎn)生并輸送對應(yīng)襯底82短邊寬度WS的寬度WB的片狀離子束20來應(yīng)對。因此，可抑制離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性降低及平行性惡化，同時應(yīng)對襯底82的大型化。例如，可應(yīng)對短邊寬度WS為800mm、1000mm或更大的襯底82。
另外，由于離子源2具有如上所述的多個絲極6，而且，可相互獨立控制流入該各絲極6的絲極電流，故可改善離子束20的寬度WB方向的等離子10的密度分布的均勻性，容易地產(chǎn)生寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性良好的片狀離子束20。
而且，由于從離子源2產(chǎn)生具有所述寬度的關(guān)系的片狀離子束20，并在保持該寬度關(guān)系的狀態(tài)下將離子束20輸送到襯底82上，故不會產(chǎn)生所述現(xiàn)有技術(shù)中利用離子束的發(fā)散增大寬度造成的束電流密度降低、即，針對襯底82的大型化，可容易地通過產(chǎn)生并輸送對應(yīng)襯底82短邊寬度WS的寬度WB的片狀離子束20來應(yīng)對，由此，可防止束電流密度降低，因此，可不降低每一片襯底的處理速度地應(yīng)對襯底82的大型化。
下面進一步說明本實施例的離子注入裝置，最好在離子源2和后述的靜電透鏡24(或磁透鏡100)之間如本實施例那樣預(yù)先設(shè)置具有矩形開口的閘閥22。這樣，由于可在閘閥22的下游側(cè)的真空容器34或處理室容器80等內(nèi)部保持真空的狀態(tài)下進行離子源2的絲極的維護，故可大幅地縮短該維護后的該離子注入裝置的再調(diào)試時間。
最好在質(zhì)量分離磁鐵36的上游側(cè)，即離子源2(設(shè)置閘閥22時閘閥)和質(zhì)量分離磁鐵36之間設(shè)置使離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布均勻化的靜電透鏡24。
參照圖7，該靜電透鏡24具有多個(例如10對)電極對，該電極對為夾著片狀離子束20的片狀面20s相對向的電極26的對(電極對)，其沿片狀面20s且在相對于束前進方向的直角方向(換句話說為寬度WB方向或Y方向，下面相同)多級并列設(shè)置。各電極26的前端附近形成半圓筒狀或半圓柱狀。如圖7所示，相對向構(gòu)成對的兩個電極26之間并聯(lián)電連接。另外，圖7中有可能看到用于該并聯(lián)連接的線橫切離子束20，但這是由于簡化了圖示，實際上所述線不會橫切離子束20。
在所述各級的電極對和基準(zhǔn)電位部(例如接地電位部)之間，作為分別施加相互獨立的直流電壓的靜電透鏡直流電源之一例，在該例中如圖7所示，沒有按各級電極對獨立的電壓可變的靜電透鏡直流電源32。即，設(shè)置電極對的數(shù)量的靜電透鏡直流電源32。但也可以不這樣設(shè)置，而將多個電源合并為一個，可使用一個靜電透鏡直流電源相互獨立控制施加在各電極對上的直流電壓。
施加在各級電極對上的直流電壓比之正電壓最好為負電壓。當(dāng)施加負電壓時，可防止和離子束20一起存在于其周邊的等離子中的電子被引入電極26內(nèi)。當(dāng)引入所述電子時，雖然空間電荷效應(yīng)造成的離子束20的發(fā)散增大，但這一點可以防止。
通過調(diào)整施加在各級電極對上的直流電壓，可在離子束20的寬度WB方向產(chǎn)生電場E(圖7中的電場E表示其一例)，且可對應(yīng)該電場E的強度使構(gòu)成離子束20的離子沿寬度WB方向彎曲。
因此，通過所述靜電透鏡24，可將位于片狀離子束20的任意區(qū)域的離子沿寬度WB方向彎曲，可調(diào)整離子束20的寬度WB方向的束電流密度，進一步提高其均勻性。
另外，所述多級并列的電極對不一定需要等間隔配置在離子束20的寬度方向，為抑制很強地作用在片狀離子束20的寬度WB方向的兩端部附近的離子相互之間強的庫侖斥力造成的束發(fā)散等，也可以將所述電極對配置為在離子束20的寬度WB方向的兩端部附近較密。
如圖1及圖3所示，也可以在構(gòu)成靜電透鏡24的電極26的上游側(cè)和下游側(cè)設(shè)置屏蔽板28、30。兩屏蔽板28、30與真空容器34連接并電接地。當(dāng)設(shè)置該屏蔽板28、30時，可防止電場從電極26漏出到靜電透鏡24的上游側(cè)及下游側(cè)。其結(jié)果是在靜電透鏡24的上游側(cè)附近及下游側(cè)附近，可防止在離子束20上作用不希望的電場。
如圖10所示的例子那樣，也可以設(shè)置靜電透鏡振動電源96代替所述靜電透鏡直流電源32，該靜電透鏡振動電源96向靜電透鏡24的奇、偶電極對間施加振動電壓，使靜電透鏡24的電場強度周期振動，控制片狀離子束20的WB方向的束發(fā)射密度。例如，靜電透鏡振動電源96是交流電源，振動電壓是交流電壓，但不限于一個周期的平均值為零這樣的交流。
當(dāng)設(shè)置所述靜電透鏡振動電源96時，在靜電透鏡24可如上所述控制束發(fā)射密度，由此，可將離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的微觀(細微的)的不均勻性平坦化，因此，可進一步提高片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
也可以和所述靜電透鏡直流電源32一起設(shè)置所述靜電透鏡振動電源96。即，也可以并用兩電源32及96。此時，如圖10中虛線所示，在連接奇序號的電極對相互之間的電路中串聯(lián)插入電容器98，只要能防止奇序號的電極對相互之間并聯(lián)連接即可。在偶序號的電極對相互之間也可以同樣進行。這樣，可在各電極對上重疊施加來自靜電透鏡直流電源32的直流電壓和來自靜電透鏡振動電源96的振動電壓。
如上所述，當(dāng)將兩電源32及96并用時，由于可將下述兩方面并用，即利用靜電透鏡振動電源96將離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的微觀不均勻性平坦化，和利用靜電透鏡直流電源32將更大的不均勻性平坦化，故可更進一步提高離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
另外，進行所述的離子源2的絲極電流控制實現(xiàn)的束電流密度分布的均勻化與利用所述靜電透鏡24實現(xiàn)的均勻化相比，是宏觀的均勻化(即更大的變動的均勻化)，可通過將兩方面一并使用，利用宏觀的均勻化及微觀的均勻化的復(fù)合效果，使束電流密度分布均勻性極好。
也可以設(shè)置例如圖11所示的磁透鏡代替所述靜電透鏡24。該磁透鏡100具有沿片狀面20s且相對于束的前進方向在直角方向多級并設(shè)的多個(例如10對)磁極對及分別使各磁極對勵磁的多個勵磁線圈104，其中，多個磁極對為夾著片狀離子束20的片狀面20s相對向的磁極102的對(磁極對)。
各磁極102的背后通過磁扼106磁性連接。各磁極102前端的離子束20的經(jīng)路被由非磁性材料構(gòu)成的真空容器108包圍。
設(shè)置分別向各磁極對用的勵磁線圈104流入直流電流的多個磁透鏡直流電源110。即，按磁極對的數(shù)量設(shè)置磁透鏡直流電源110。該各電源110至少其輸出電流的大小可變。另外，各電源110最好為兩極性電源，可將輸出電流的方向反轉(zhuǎn)。
圖11簡化表示配線，但如圖12所示，分別纏繞在成對的兩個磁極102上的勵磁線圈104相互串聯(lián)連接，與磁透鏡直流電源110連接，以相互向同一方向產(chǎn)生磁場B。在與后述的磁透鏡振動電源112連接時也同樣。
可調(diào)整流入各級磁極對的勵磁線圈104的直流電流，調(diào)整由各級磁極對產(chǎn)生的磁場B，調(diào)整作用在離子束20的寬度WB方向的洛倫茲力F(圖11中的磁場B及洛倫茲力F表示其一例)，將離子束20中的離子向?qū)挾萕B方向彎曲。
因此，通過所述磁透鏡100，可將位于片狀離子束20任意區(qū)域的離子向?qū)挾萕B方向彎曲，調(diào)整離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布，從而進一步提高其均勻性。
所述多級排列的磁極對未必需要等間隔地配置在離子束20的寬度WB方向，這和靜電透鏡24的電極對的情況相同。
如圖13所示的例子那樣，也可以設(shè)置多個磁透鏡振動電源112代替所述磁透鏡直流電源110，該磁透鏡振動電源112分別向磁透鏡100的各勵磁線圈104流入振動電流，使磁透鏡100的磁場強度周期振動，控制片狀離子束20的WB方向的束發(fā)射密度。例如，各磁透鏡振動電源112為交流電源，振動電流為交流電流，但不限于一個周期的平均值為零這樣的交流。
在設(shè)置所述這樣的磁透鏡振動電源112時，如上所述，在磁透鏡100可控制束發(fā)射密度，由此，可將離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的微觀(細微的)的不均勻性平坦化，因此，可進一步提高片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
也可以和所述透磁場鏡直流電源110一起設(shè)置所述磁透鏡振動電源112。此時，只要將各磁透鏡直流電源110和各磁透鏡振動電源112相互串聯(lián)連接，在來自前者的直流電壓上重疊來自后者的振動電壓即可。
如上所述，當(dāng)并用兩電源110及112時，由于可將下述兩方面并用，即利用磁透鏡振動電源112將離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的微觀不均勻性平坦化，和利用磁透鏡直流電源110將更大的不均勻性平坦化，故可更進一步提高離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
所述這樣的電場透鏡24或磁透鏡100只要設(shè)置在離子源2和分離縫隙72之間即可。即，也可以將其設(shè)置在質(zhì)量分離磁鐵36的下游側(cè)代替設(shè)置在質(zhì)量分離磁鐵36的上游側(cè)。更具體地說，也可以設(shè)置在質(zhì)量分離磁鐵36和分離縫隙72之間。尤其是，即使通過靜電透鏡24或磁透鏡100向離子束20施加電場或磁場，向離子束20提供偏轉(zhuǎn)力，要使離子束偏轉(zhuǎn)規(guī)定的距離，也需要某種程度的距離，為使該距離在離子束20入射到襯底82之前增大，最好將靜電透鏡24或磁透鏡100設(shè)置在質(zhì)量分離磁鐵36的上游側(cè)。
如上所述，由于質(zhì)量分離磁鐵36的磁極的間隔L1比離子束20的寬度WB大，故為了不將磁極的寬度(離子束20的厚度TB方向的寬度，下面相同)巨大化地使該磁極間的磁場平行性(離子束20的厚度TB方向的平行性，下面相同)良好，最好如本實施例，在質(zhì)量分離磁鐵36設(shè)置主磁極38、第一副磁極40及第二副磁極42。
即，參照圖8及圖9，該實施例的質(zhì)量分離磁鐵36包括一對主磁極38，其以比所述片狀離子束20的寬度WB大的間隔L1對向設(shè)置，使離子束20通過其中間；一對第一副磁極40，其設(shè)于主磁極38的外周側(cè)，以比主磁極38的間隔小的間隔L2(即L2＜L1)對向設(shè)置，使主磁極38間的磁場平行化；一對第二副磁極42，其設(shè)于主磁極38的內(nèi)周側(cè)，使主磁極38之間的磁場平行化。圖9中，主磁極38為可動磁極56的陰極。
成對的上下各磁極38、40、42間通過磁扼44一并磁連接。另外，主磁極38、第一副磁極40及第二副磁極42通過勵磁線圈46一并勵磁。
圖9中用磁力線48、50及52分別示意性地表示主磁極38間的磁場、第一副磁極40間的磁場及第二副磁極42間的磁場的例子。如上所述，通過使L2＜L1、L3＜L1，使夾著主磁極38間的磁場的第一副磁極40間的磁場及第二副磁極42間的磁場變得比主磁極38間的磁場強，故可利用兩側(cè)的磁力線50、52控制因主磁極38間的磁力線48膨脹使磁場的平行性降低的情況，使主磁極38間的磁力線48平行化。
如上所述，由于可將主磁極38間的磁場平行化，故在主磁極38間彎曲片狀離子束20時，可抑制在沿離子束20的片狀面20s的方向產(chǎn)生洛倫茲力，抑制在離子束20的寬度WB方向產(chǎn)生聚束或發(fā)散。其結(jié)果可進一步提高片狀離子束20的寬度WB方向的平行性，進而進一步提高該離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性?？刹皇怪鞔艠O38的寬度巨大化地將其實現(xiàn)。其結(jié)果可防止質(zhì)量分離磁鐵36的尺寸及重量巨大化。
第一副磁極40的間隔L2及第二副磁極42的間隔L3也可以固定為預(yù)先利用電腦模擬等最優(yōu)化的大小，但如圖9中箭頭H所示，第一副磁極40及第二副磁極42中的至少一方最好設(shè)為上下方向可動式，使其間隔L2、L3可變。這樣，可進行進一步使主磁極38間的磁場平行化的調(diào)整。更理想的是將第一副磁極40及第二副磁極42兩方設(shè)為可動式，使兩方的間隔L2及L3可變，這樣，可進一步精密且容易地進行所述調(diào)整。此時，成對的上下副磁極40或42移動距離既可以相互相同，也可以不同。
雖可以通過手動操作使間隔可變的副磁極40、42移動，但最好如該實施例那樣，設(shè)置使它們?nèi)缂^H所示分別上下移動、分別使其間隔L2、L3改變的副磁極驅(qū)動裝置62。在該例中，設(shè)置了分別驅(qū)動四個副磁極40、42的四個副磁極驅(qū)動裝置62。通過使用該副磁極驅(qū)動裝置62，可容易地進行進一步將主磁極38間的磁場平行化的調(diào)整。另外，也可以利用后述的控制裝置94進行自動控制。
在質(zhì)量分離磁鐵36上，參照圖8及圖9，也可以在主磁極38的入口部及出口部的至少一側(cè)設(shè)置形成半圓柱狀、且由與離子束20的前進方向(即所述中心軸20a)垂直的線60和可動磁極56的平的磁極端面58所成的角度α、β可變的可動磁極56。在該實施例中，在入口部及出口部兩者分別設(shè)有可動磁極56。兩可動磁極56如箭頭G所示，可以以軸59為中心左右旋轉(zhuǎn)，由此，所述角度α、β可變。如圖8所示，入口部的所述角度α及出口部的所述角度β在質(zhì)量分離磁鐵36的內(nèi)周側(cè)進入內(nèi)側(cè)時取負(-)，相反則取正(+)。上下的可動磁極56的角度α或β既可以相互相同，也可以不同。
由于可通過調(diào)整所述可動電極56的角度α、β使通過可動磁極56附近的離子束20以邊緣聚焦效應(yīng)聚束或發(fā)散，故可補償(抵銷)作用在片狀離子束20的寬度WB方向的庫侖斥力等造成的離子束20的發(fā)散，進一步提高離子束20的平行性，進而可進一步提高該離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
邊緣聚焦效應(yīng)本身是公知的，例如記載于物理學(xué)詞典編輯委員會編《物理學(xué)詞典》、初版、株式會社培風(fēng)館、昭和59年9月30日、p.182中。
提高所述離子束20平行性及束電流密度分布均勻性的效果可通過在主磁極38入口部及出口部的至少一側(cè)設(shè)置可動磁極56實現(xiàn)，但當(dāng)如該實施例所述，在入口部及出口部兩側(cè)設(shè)置可動磁極56時，與在單側(cè)設(shè)置的情況相比，可進一步提高調(diào)整的自由度，提高上述效果。
在未設(shè)置第一副磁極40及第二副磁極42時也可以設(shè)置所述可動電極56。此時，只要在相當(dāng)于主磁極38的磁極上設(shè)置所述可動電極56即可。其它如上所述。
也可以通過手動操作使所述可動磁極56旋轉(zhuǎn)，但最好如本實施例所示，設(shè)置如箭頭G所示使可動電極56左右旋轉(zhuǎn)來改變所述角度α、β的可動磁極驅(qū)動裝置66。在該例中設(shè)置了分別使主磁極38入口部的上部及下部的可動磁極56和出口部的上部及下部的可動磁極56四個可動磁極56旋轉(zhuǎn)的四個可動磁極驅(qū)動裝置66。通過使用該可動磁極驅(qū)動裝置66可容易地進行可動磁極56的所述角度α、β的調(diào)整。另外，也可以由后述的控制裝置94進行自動控制。
另外，由于質(zhì)量分離磁鐵36的所述間隔可變的副磁極40、42及可動磁極56用的軸59的真空密封結(jié)構(gòu)，具體地說是它們和磁扼44之間的真空密封結(jié)構(gòu)在該例中采用了公知的結(jié)構(gòu)(例如使用了真空密封用的密封件的結(jié)構(gòu))，故圖9中省略其圖示。
如圖2及圖4所示的例，也可以在分離縫隙72的下游側(cè)設(shè)置一對掃描電極74，該一對掃描電極74夾著片狀離子束20的片狀面20s的整體對向配置，沿與該片狀面20s正交的方向往復(fù)掃描片狀離子束20整體。掃描電極74在該例中為一對平行平板電極，但不限于此，例如也可以為朝向下游側(cè)稍加寬的電極。
從掃描電源76向所述一對掃描電極74間施加振動電壓，該振動電壓例如為交流電壓，但不限于一個周期的平均值為零這樣的交流。
通過所述掃描電極74及掃描電源76可沿與片狀面20s正交的方向掃描離子束20整體。其結(jié)果是可通過分離縫隙72增大厚度TB(這也可以是襯底的往復(fù)驅(qū)動方向D的寬度)非常小的離子束20的厚度TB。在離子束20的厚度TB非常小時，襯底82的往復(fù)驅(qū)動速度或離子束20的電流值的不穩(wěn)定可能造成注入量的不均勻性，但可通過增大離子束20的厚度TB緩和該不均勻性。
如圖2及圖4所示的例子那樣，也可以在所述支承架84上的襯底82的下游側(cè)附近設(shè)置束輪廓監(jiān)視器90，其接收所述片狀離子束20，測定其寬度WB方向整體的束電流密度分布。該束輪廓監(jiān)視器90最好靠近支承架84上的襯底82設(shè)置。這樣，可更準(zhǔn)確地測定襯底82位置的離子束20的束電流密度分布。自該束輪廓監(jiān)視器90輸出表示所述束電流密度分布的測定信息DP。
如該例所示，當(dāng)束輪廓監(jiān)視器90設(shè)置在襯底82的下游側(cè)時，由于該監(jiān)視器90不防礙離子束20向襯底82照射，故不必使該束輪廓監(jiān)視器90退避。也可以最初將束輪廓監(jiān)視器90設(shè)置在襯底82的上游側(cè)附近，并使其在離子束20向襯底82照射時退避。
在該例中，該束輪廓監(jiān)視器90在片狀離子束20的寬度WB方向具有在比該寬度WB寬的區(qū)域并列設(shè)置的多個(例如29個)法拉第罩92。因此，在該例中，所述測定信息DP由n6個(n6和法拉第罩92個數(shù)相同)測定信息構(gòu)成。各法拉第罩92的橫向?qū)挾缺壤缛肷涞绞喞O(jiān)視器90的離子束20的厚度TB稍大。但是，也可以設(shè)置使一個法拉第罩沿離子束20的寬度WB方向移動的結(jié)構(gòu)的束輪廓監(jiān)視器代替這樣的束輪廓監(jiān)視器90。無論哪一種情況都可以測定離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布。
當(dāng)預(yù)先設(shè)置了所述束輪廓監(jiān)視器90時，由于可使用由監(jiān)視器90測定的測定信息DP，故可容易地進行提高片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性或平行性的調(diào)整。
根據(jù)所述束輪廓監(jiān)視器90測定的測定信息DP提高離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布或平行性的方法有如下兩種方法，(1)操作者基于測定信息DP進行對象設(shè)備的調(diào)整的調(diào)整方法，(2)預(yù)先設(shè)置控制裝置94(參照圖2)，向其取入測定信息DP，使用該控制裝置94自動控制對象設(shè)備的方法。所述對象設(shè)備例如為所述的絲極電源8、靜電透鏡直流電源32、磁透鏡直流電源110、副磁極40、42、可動電極56。在設(shè)置了副磁極驅(qū)動裝置62、可動磁極驅(qū)動裝置66時，這些也包含于對象設(shè)備中。在進行自動控制時，不是直接控制副磁極40、42、可動磁極56，而是控制它們使用的控制裝置62、66。
操作者進行的調(diào)整方法簡單地說如下所述。即，預(yù)先向所述各對象設(shè)備提供初期值，從離子源2引出離子束20，由束輪廓監(jiān)視器90接收該離子束，測定所述束電流密度分布，在其結(jié)果偏離目標(biāo)值時，使所述對象設(shè)備內(nèi)的一個的狀態(tài)以規(guī)定值向規(guī)定方向改變，在該狀態(tài)下再次測定束電流密度分布，如其測定結(jié)果接近目標(biāo)值，則繼續(xù)所述這樣變化的調(diào)整，如自目標(biāo)值離開，則沿和所述相反的方向以規(guī)定值改變，只要反復(fù)進行每個這樣的步驟的調(diào)整，直至由束輪廓監(jiān)視器90測定的束電流密度分布達到目標(biāo)值或某種程度接近目標(biāo)值即可。在由一個對象設(shè)備的調(diào)整不充分時，只要改變對象設(shè)備，進行和所述相同的調(diào)整即可。
在本實施例中，所述控制裝置94可進行如下(a)～(e)所示的控制，但不一定必須進行全部(a)～(e)的控制，控制裝置94也可以進行其中的至少一個控制。另外，也可以由多個控制裝置分擔(dān)(a)～(e)的控制來代替使用一個控制裝置94的情況。例如，也可以設(shè)置分別進行(a)～(e)的控制的多個控制裝置。
(a)控制裝置94基于束輪廓監(jiān)視器90測定的測定信息DP控制所述絲極電源8，在存在束電流密度比其它區(qū)域低的低電流密度區(qū)域時，使流入對應(yīng)該低電流密度區(qū)域的所述絲極6的絲極電流增大，在相反的情況時反之(即減小絲極電流)，進行將入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布均勻化的控制。
進一步顯示具體例，由于束輪廓監(jiān)視器90的各法拉第罩92和離子源2的各絲極6的位置的對應(yīng)關(guān)系予先決定，故控制裝置94可決定所述低電流密度區(qū)域?qū)?yīng)哪個絲極6。而且，在所述低電流密度區(qū)域?qū)?yīng)例如自Y方向的上部起第m個(m為任意個，下面相同)絲極6時，如上所述，控制裝置94增減流入該第m個絲極6的絲極電流，反復(fù)進行該操作，直至得到規(guī)定的束電流密度分布。
為進行所述這樣的控制，控制裝置94輸出n1個(n1和絲極6的數(shù)量相同)控制信號S1，將該信號分別給予各絲極電源8，分別控制各絲極電源8。
如上所述，利用束輪廓監(jiān)視器90及控制裝置94反饋控制離子源2的絲極電流，可通過自動控制提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
(b)控制裝置94基于束輪廓監(jiān)視器90測定的測定信息DP控制所述靜電透鏡直流電源32，在存在束電流密度比其它區(qū)域低的低電流密度區(qū)域時，降低施加在對應(yīng)所述低電流密度區(qū)域的所述電極對上的電壓，以使電場E(參照圖7)從相鄰的區(qū)域朝向?qū)?yīng)該低密度區(qū)域的所述靜電透鏡24中的區(qū)域，在相反的情況下則反之(即升高電壓，減小所述電場E或使朝向相反)，進行將入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布均勻化的控制。
進一步顯示具體例，由于束輪廓監(jiān)視器90的各法拉第罩92和靜電透鏡24的各電極對的位置對應(yīng)關(guān)系予先決定，故控制裝置94可決定所述低電流密度區(qū)域?qū)?yīng)哪個電極對。而且，在所述低電流密度區(qū)域例如對應(yīng)自Y方向的上部起第m個電極對時，如上所述，控制裝置94增減施加在該第m個電極對的電壓，反復(fù)進行該操作，直至得到規(guī)定的束電流密度分布。
也可以使施加在所述第m個電極對兩側(cè)(即，第m-1個及m+1個)電極對的電壓也和施加在第m個電極對上的電壓以規(guī)定的關(guān)系增減。
為進行所述這樣的控制，控制裝置94輸出n2個(n2和電極對數(shù)量相同)控制信號S2，將該信號分別給予各靜電透鏡直流電源82，分別控制各靜電透鏡直流電源32。
如上所述，可利用束輪廓監(jiān)視器90及控制裝置94反饋控制靜電透鏡24，通過自動控制提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
(c)控制裝置94基于束輪廓監(jiān)視器90測定的測定信息DP控制所述磁透鏡直流電源110，在存在束電流密度比其它區(qū)域低的低電流密度區(qū)域時，調(diào)整流入對應(yīng)所述低電流密度區(qū)域的區(qū)域附近的所述磁極對的勵磁線圈104的電流，以增大從其相鄰的區(qū)域朝向?qū)?yīng)該低密度區(qū)域的所述磁透鏡100中的區(qū)域的洛倫茲力F(參照圖11)，在相反的情況下則反之(即減小洛倫茲力F或反轉(zhuǎn)朝向)，將入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布均勻化。
進一步顯示具體例，由于束輪廓監(jiān)視器90的各法拉第罩92和磁透鏡100的各磁極對的位置對應(yīng)關(guān)系予先決定，故控制裝置94可確定所述低電流密度區(qū)域?qū)?yīng)哪個磁極對。而且，在所述低電流密度區(qū)域例如對應(yīng)自Y方向的上部起第m個磁極對時，如上所述，控制裝置94增大流入第m-1個磁極對的勵磁線圈104的電流(圖11所示的磁場B的方向時)，增大朝向所述低電流密度區(qū)域的洛倫茲力F。此時，也可以同時使第m+1個磁透鏡直流電源110的極性反轉(zhuǎn)，使第m+1個磁極對產(chǎn)生的磁場B的方向反轉(zhuǎn)，增大從第m+1個磁極對朝向所述低電流密度區(qū)域的洛倫茲力F。低電流密度區(qū)域位于磁極對間時也和所述相同。
流入所述第m-1及m+1個磁極對兩側(cè)(即第m-2個及第m+2個)磁極對的電流也可以按和流入第m-1個及第m+1個磁極對的電流規(guī)定的關(guān)系如上所述進行控制。
為進行所述這樣的控制，控制裝置94輸出n3個(n3和磁極對數(shù)量相同)控制信號S3，將該信號分別給予各磁極透鏡直流電源110，分別控制各磁極透鏡直流電源110。
如上所述，可利用束輪廓監(jiān)視器90及控制裝置94反饋控制磁透鏡110，通過自動控制提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的束電流密度分布的均勻性。
(d)控制裝置94基于束輪廓監(jiān)視器90測定的測定信息DP控制所述副磁極驅(qū)動裝置62，在束電流密度分布與規(guī)定的目標(biāo)值相比發(fā)散時，向使從所述質(zhì)量分離磁鐵36導(dǎo)出的離子束20在平行于其片狀面20s的面內(nèi)聚束的方向改變所述間隔L2、L3可變的副磁極40、42的間隔L2、L3，在相反的情況下則反之(即向使離子束20發(fā)散的方向改變間隔L2、L3)，進行提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的平行性的控制。
進一步顯示具體例，控制裝置94在束電流密度分布的發(fā)散超過目標(biāo)值時，使外周側(cè)的第一副磁極40的間隔L2增寬，內(nèi)周側(cè)的第二副磁極42的間隔L3縮小。在聚束超過目標(biāo)值時，和上述相反。
為進行所述這樣的控制，控制裝置94輸出n4個(n4和副磁極驅(qū)動裝置62的數(shù)量相同)控制信號S4，將該信號分別給予各副磁極驅(qū)動裝置62，分別控制各副磁極驅(qū)動裝置62。
如上所述，可利用束輪廓監(jiān)視器90及控制裝置94反饋控制質(zhì)量分離磁鐵36的副磁極40、42的間隔L2、L3，通過自動控制提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的平行性，進而提高束電流密度分布的均勻性。
(e)控制裝置94基于束輪廓監(jiān)視器90測定的測定信息DP控制所述可動磁極驅(qū)動裝置66，在束電流密度分布與規(guī)定的目標(biāo)值相比發(fā)散時，向使從所述質(zhì)量分離磁鐵36導(dǎo)出的離子束20在平行于其片狀面20s的面內(nèi)聚束的方向使所述可動磁極56旋轉(zhuǎn)，在相反的情況下則反之(即向使離子束20發(fā)散的方向旋轉(zhuǎn))，進行提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的平行性的控制。
進一步顯示具體例，控制裝置94在束電流密度分布的發(fā)散超過目標(biāo)值時，使所述角度α、β更朝向正方向，在聚束超過目標(biāo)值時，使所述角度α、β更朝向負方向改變。
為進行所述這樣的控制，控制裝置94輸出n5個(n5和可動磁極驅(qū)動裝置66的數(shù)量相同)控制信號S5，將該信號分別給予各可動磁極驅(qū)動裝置66，分別控制各可動磁極驅(qū)動裝置66。
如上所述，可利用束輪廓監(jiān)視器90及控制裝置94反饋控制質(zhì)量分離磁鐵36的可動磁極56的角度α、β，通過自動控制提高入射到襯底82的片狀離子束20的寬度WB方向的平行性，進而提高束電流密度分布的均勻性。
權(quán)利要求
1.一種離子注入裝置，將由離子源產(chǎn)生的比襯底的短邊寬度寬的片狀離子束以保持該寬度關(guān)系的狀態(tài)向襯底輸送，照射到襯底上，其特征在于，包括離子源，其產(chǎn)生具有所希望注入襯底的離子種類并具有所述寬度關(guān)系的片狀離子束，其用于生成形成該片狀離子束之源的等離子，具有在該片狀離子束寬度方向排列的多個絲極；一個以上的絲極電源，其可相互獨立控制流入該離子源的各絲極的絲極電流；質(zhì)量分離磁鐵，其接收由所述離子源產(chǎn)生的片狀離子束，具有比該離子束的寬度大的間隔的磁極，將該離子束向與其片狀面正交的方向彎曲，篩選導(dǎo)出所述所希望的離子種類；分離縫隙，其接收從該質(zhì)量分離磁鐵導(dǎo)出的片狀離子束，和該質(zhì)量分離磁鐵協(xié)動，篩選所述所希望的離子種類并使其通過；襯底驅(qū)動裝置，其具有保持襯底的支承架，在通過所述分離縫隙的片狀離子束的照射區(qū)域內(nèi)沿與該離子束的片狀面交叉的方向往復(fù)驅(qū)動支承架上的襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括靜電透鏡，其設(shè)于所述離子源和所述質(zhì)量分離磁鐵之間或所述質(zhì)量分離磁鐵和所述分離縫隙之間，具有多個電極對，該電極對夾著所述片狀離子束的片狀面對向配置，沿該片狀面且相對于束的前進方向沿直角方向并排設(shè)置，將位于片狀離子束的任意區(qū)域的離子沿該離子束的片狀面且向與束的前進方向正交的方向彎曲，將該片狀離子束的寬度方向的束電流密度分布均勻化；至少一個靜電透鏡直流電源，其向該電場透鏡的各電極對和基準(zhǔn)電位部之間分別施加相互獨立的直流電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括靜電透鏡振動電源，其代替所述靜電透鏡直流電源，或和所述靜電透鏡直流電源一起向所述靜電透鏡的奇序號和偶序號電極對間施加振動電壓，使所述靜電透鏡的電場強度周期振動，控制沿所述片狀離子束的片狀面且垂直于束前進方向的方向的束發(fā)射密度。
4.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括磁透鏡，其設(shè)于所述離子源和所述質(zhì)量分離磁鐵之間或所述質(zhì)量分離磁鐵和所述分離縫隙之間，具有多個磁極對及多個勵磁線圈，該多個磁極對夾著所述片狀離子束的片狀面對向配置，沿該片狀面且相對于束的前進方向沿直角方向并排設(shè)置，所述勵磁線圈分別使各磁極對勵磁，所述磁透鏡將位于片狀離子束的任意區(qū)域的離子沿該離子束的片狀面且向相對于束的前進方向正交的方向彎曲，將該片狀離子束的寬度方向的束電流密度分布均勻化；多個磁透鏡直流電源，其向該磁透鏡的各勵磁線圈分別流入直流電流。
5.如權(quán)利要求4所述的離子注入裝置，其特征在于，還具有多個磁透鏡振動電源，其代替所述磁透鏡直流電源，或和所述磁透鏡直流電源一起向所述磁透鏡的各勵磁線圈分別流入振動電流，使所述磁透鏡的磁場強度周期振動，控制沿所述片狀離子束的片狀面且垂直于束前進方向的方向的束發(fā)射密度。
6.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，所述質(zhì)量分離磁鐵包括一對主磁極，其以比所述片狀離子束的寬度大的間隔對向設(shè)置，使所述片狀的離子束通過其間；一對第一副磁極，其設(shè)于該主磁極的外周側(cè)，以比主磁極小的間隔對向設(shè)置，將主磁極間的磁場平行化；一對第二副磁極，其設(shè)于所述主磁極的內(nèi)周側(cè)，以比主磁極小的間隔對向設(shè)置，將主磁極間的磁場平行化；勵磁線圈， 其使所述主磁極、第一副磁極及第二副磁極勵磁。
7.如權(quán)利要求6所述的離子注入裝置，其特征在于，所述第一副磁極及第二副磁極中至少一者的間隔可變。
8.如權(quán)利要求7所述的離子注入裝置，其特征在于，具有使所述間隔可變的副磁極移動從而改變其間隔的副磁極驅(qū)動裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，所述質(zhì)量分離磁鐵在所述磁極的入口及出口的至少一者具有形成半圓柱狀且由與所述離子束的前進方向垂直的線和磁極端面構(gòu)成的角度可變的可動磁極。
10.如權(quán)利要求6所述的離子注入裝置，其特征在于，所述質(zhì)量分離磁鐵在所述磁極的入口及出口的至少一者具有形成半圓柱狀且由與所述離子束的前進方向垂直的線和磁極端面構(gòu)成的角度可變的可動磁極。
11.如權(quán)利要求9所述的離子注入裝置，其特征在于，具有使所述可動磁極旋轉(zhuǎn)從而改變所述角度的可動磁極驅(qū)動裝置。
12.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括一對掃描電極，其位于所述分離縫隙的下游側(cè)，夾著所述片狀離子束的整個片狀面對向配置，在與片狀面正交的方向往復(fù)掃描所述片狀離子束整體；掃描電源，其向該一對掃描電極間施加振動電壓。
13.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，還具有束輪廓監(jiān)視器，其設(shè)于所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)，接收所述片狀離子束，測定其寬度方向的束電流密度分布。
14.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括束輪廓監(jiān)視器，其設(shè)于所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)，接收所述片狀離子束，測定其寬度方向的束電流密度分布；控制裝置，其基于該束輪廓監(jiān)視器測定的測定信息控制所述絲極電源，在存在束電流密度比其它區(qū)域低的低電流密度區(qū)域時，使流入對應(yīng)該低電流密度區(qū)域的所述絲極的絲極電流增大，在相反的情況下反之，進行將入射到襯底上的片狀離子束的寬度方向的束電流密度分布均勻化的控制。
15.如權(quán)利要求2所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括束輪廓監(jiān)視器，其設(shè)于所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)，接收所述片狀離子束，測定其寬度方向的束電流密度分布；控制裝置，其基于該束輪廓監(jiān)視器測定的測定信息控制所述靜電透鏡直流電源，在存在束電流密度比其它區(qū)域低的低電流密度區(qū)域時，使施加在對應(yīng)所述低電流密度區(qū)域的所述電極對上的電壓降低，以使電場從相鄰的區(qū)域朝向?qū)?yīng)該低密度區(qū)域的所述靜電透鏡中的區(qū)域，在相反的情況下反之，進行將入射到襯底上的片狀離子束的寬度方向的束電流密度分布均勻化的控制。
16.如權(quán)利要求4所述的離子注入裝置，其特征在于，包括束輪廓監(jiān)視器，其設(shè)于所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)，接收所述片狀離子束，測定其寬度方向的束電流密度分布；控制裝置，其基于該束輪廓監(jiān)視器測定的測定信息控制所述磁透鏡直流電源，在存在束電流密度比其它區(qū)域低的低電流密度區(qū)域時，調(diào)整流入對應(yīng)所述低電流密度區(qū)域的區(qū)域附近的所述磁極對的勵磁線圈的電流，以增大從相鄰區(qū)域朝向?qū)?yīng)該低密度區(qū)域的所述磁透鏡中的區(qū)域的洛倫茲力，在相反的情況下反之，進行將入射到襯底上的片狀離子束的寬度方向的束電流密度分布均勻化的控制。
17.如權(quán)利要求8所述的離子注入裝置，其特征在于，包括束輪廓監(jiān)視器，其設(shè)于所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)，接收所述片狀離子束，測定其寬度方向的束電流密度分布；控制裝置，其基于該束輪廓監(jiān)視器測定的測定信息控制所述副磁極驅(qū)動裝置，在束電流密度與規(guī)定的目標(biāo)值相比發(fā)散時，向使從所述質(zhì)量分離磁鐵導(dǎo)出的離子束在平行于其片狀面的面內(nèi)聚束的方向改變所述間隔可變的副磁極的間隔，在相反的情況下反之，進行提高入射到襯底上的片狀離子束的寬度方向的平行性的控制。
18.如權(quán)利要求11所述的離子注入裝置，其特征在于，還包括束輪廓監(jiān)視器，其設(shè)于所述支承架上的襯底的上游側(cè)或下游側(cè)，接收所述片狀離子束，測定其寬度方向的束電流密度分布；控制裝置，其基于該束輪廓監(jiān)視器測定的測定信息控制所述可動磁極驅(qū)動裝置，在束電流密度與規(guī)定的目標(biāo)值相比發(fā)散時，向使從所述質(zhì)量分離磁鐵導(dǎo)出的離子束在平行于其片狀面的面內(nèi)聚束的方向使所述可動磁極旋轉(zhuǎn)，在相反的情況下反之，進行提高入射到襯底上的片狀離子束的寬度方向的平行性的控制。
全文摘要
一種離子注入裝置，其包括離子源，其產(chǎn)生具有所希望的離子種類且比襯底(82)的短邊寬度寬的片狀離子束(20)；質(zhì)量分離磁鐵(36)，其使離子束(20)向與其片狀面(20s)正交的方向彎曲，篩選導(dǎo)出所希望的離子種類；分離縫隙(72)，其和質(zhì)量分離磁鐵(36)協(xié)動，篩選所希望的離子種類并使其通過；襯底驅(qū)動裝置(86)，其在通過分離縫隙(72)的離子束(20)的照射區(qū)域內(nèi)在實質(zhì)上與離子束(20)的片狀面(20s)正交的方向反復(fù)驅(qū)動襯底(82)。
文檔編號H01L21/265GK1700402SQ20051007268
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者前野修一, 內(nèi)藤勝男, 安東靖典, 希爾頓·F·格拉維什 申請人:日新意旺機械股份公司