本發(fā)明涉及一種離子束照射裝置，其用于向目標(biāo)照射從離子源引出的離子束并實施離子注入等處理。
背景技術(shù)：
：這種離子束照射裝置包括離子源，該離子源具有在內(nèi)部生成等離子體的室和從該室引出離子束的引出電極。在這樣的離子束照射裝置中，當(dāng)引出離子束時，如果例如在用于室等的金屬被在室內(nèi)生成的等離子體濺射，則有時所述金屬飛散而被離子化。于是，所述金屬離子(以下稱為不需要的離子)與所需要的離子(以下稱為摻雜離子)一起混入目標(biāo)，從而成為目標(biāo)的特性劣化和制造不良的主要原因。因此，如專利文獻(xiàn)1所示，存在一種離子束照射裝置，該離子束照射裝置具備從由離子源引出的離子束中挑選出摻雜離子并將其導(dǎo)出的質(zhì)量分離磁鐵。如以下的數(shù)學(xué)式所示，當(dāng)離子的引出電壓相等時，所述質(zhì)量分離磁鐵在內(nèi)部產(chǎn)生磁場，使得能夠利用離子的曲率半徑按照離子的質(zhì)量數(shù)和價數(shù)不同的原理，對不需要的離子和摻雜離子進(jìn)行區(qū)分挑選。[數(shù)學(xué)式1]其中，r：曲率半徑，b：磁通密度，m：離子的質(zhì)量數(shù)，q：離子的價數(shù)，v：電壓，e：元電荷。然而，存在有下述這樣的不需要的離子：雖然質(zhì)量數(shù)和價數(shù)與摻雜離子不同，但是曲率半徑有時與摻雜離子接近，這種不需要的離子不能被質(zhì)量分離磁鐵與摻雜離子區(qū)分開，而是會到達(dá)目標(biāo)。這種不需要的離子存在的理由如下所述：有時被等離子體濺射了的金屬向室的外部飛出而被離子化，于是，與在室的內(nèi)部被離子化了的情況相比，引出的電壓變小，所述數(shù)學(xué)式中的mv/q有時與摻雜離子的值接近。將具體例子表示在以下的表中。例如，在摻雜離子為bf2+的情況下，存在w+、w2+、w3+、wf+、wf2+、wf3+等不需要的離子的mv/q成為與bf2+的mv/q接近的值的情況，從而導(dǎo)致存在下述問題：所述不需要的離子不能被質(zhì)量分離磁鐵與摻雜離子區(qū)分開而是到達(dá)目標(biāo)。[表1]離子種類mvqmv/q區(qū)分w+18310.6611950.78×w+1834017320○w2+18321.3221950.78×w2+1834023660○w3+18331.9831950.78×w3+1834032440○wf+2019.6611941.66×wf+2014018040○wf2+20119.3221941.66×wf2+2014024020○wf3+20128.9831941.66×wf3+2014032680○bf2+494011960現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本專利公開公報特開2012-238403號技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明是用于解決所述的問題而做出的發(fā)明，本發(fā)明的主要目的在于：與以往相比使包含在離子束內(nèi)的不需要的離子減少。即，本發(fā)明提供一種離子束照射裝置，其包括：離子源；質(zhì)量分離器，從由所述離子源引出的離子束中挑選并導(dǎo)出確定的質(zhì)量和價數(shù)的摻雜離子；以及能量過濾器，形成所述離子束通過的束通過區(qū)域，并且通過被施加電壓而成為規(guī)定的過濾器電位，利用離子的能量差，區(qū)分通過所述束通過區(qū)域的通過離子和不通過所述束通過區(qū)域的非通過離子，以使所述通過離子中包含所述摻雜離子并且使所述非通過離子中包含在所述質(zhì)量分離器中不能與所述摻雜離子區(qū)分的不需要的離子的至少一部分的方式設(shè)定所述過濾器電位。按照這種離子束照射裝置，由于以使通過離子中包含摻雜離子并且使非通過離子中包含不需要的離子的一部分的方式設(shè)定過濾器電位，所以例如只要使所述過濾器電位比在構(gòu)成離子源的室的外部離子化了的不需要的離子的每單位價數(shù)的能量大，就能夠從離子束中除去所述的不需要的離子，與以往相比能夠使離子束中的不需要的離子減少。由于與下游相比，在質(zhì)量分離器的上游包含在離子束中的離子成分多，所以如果將能量過濾器配置在質(zhì)量分離器的上游，則離子束與能量過濾器碰撞了的情況下對能量過濾器造成的損傷比較大。因此，為了使離子束與能量過濾器碰撞了情況下的損傷變小，優(yōu)選的是，所述能量過濾器配置在所述質(zhì)量分離器的下游。如果在能量過濾器的前后離子束的能量發(fā)生變化，則難以使離子束以所希望的能量照射目標(biāo)。因此，優(yōu)選的是，所述能量過濾器具有三個以上的電極，所述三個以上的電極形成所述離子束通過的開口，并且沿所述離子束的前進(jìn)方向設(shè)置，所述三個以上的電極中的至少一個所述電極成為所述過濾器電位，其它的所述電極成為比所述過濾器電位低的電位，配置在兩端的所述電極的電位彼此相等。按照這種結(jié)構(gòu)，由于配置在兩端的電極的電位彼此相等，所以作用于通過能量過濾器的離子束中的離子的力的、減速的力和加速的力總體相等。由此，能夠在能量過濾器的前后使離子束的能量相等，從而能夠使離子束以所希望的能量向目標(biāo)照射。優(yōu)選的是，所述能量過濾器還具有形狀控制電極，所述形狀控制電極被施加用于控制離子束形狀的形狀控制電壓。按照這種結(jié)構(gòu)，能夠防止在能量過濾器的前后離子束過度發(fā)散或過度聚集。優(yōu)選的是，所述離子束照射裝置還包括：電流檢測部，檢測通過所述能量過濾器的離子束的束電流或流過所述電極的電流；以及電壓控制部，基于由所述電流檢測部檢測出的電流值，控制所述形狀控制電壓。按照這種結(jié)構(gòu)，能夠邊監(jiān)測束電流或流過電極的電流邊控制形狀控制電極的電位，從而能夠?qū)㈦x子束整形為不與電極碰撞的形狀。在使用多個電極的結(jié)構(gòu)中，為了抑制裝置整體的大型化和制造成本的增加，優(yōu)選的是，多個所述電極中的一個或多個是構(gòu)成所述離子束通過的束線(beamline)的所述能量過濾器，并且兼用作另外的束線構(gòu)成構(gòu)件的電極。為了防止從電極產(chǎn)生的不需要的金屬離子混入目標(biāo)，優(yōu)選的是，所述電極由具有導(dǎo)電性的非金屬材料構(gòu)成。為了能夠選擇是否使用能量過濾器的過濾器功能，優(yōu)選的是，能夠?qū)ο蛩瞿芰窟^濾器施加的電壓進(jìn)行通斷切換。按照如上所述構(gòu)成的本發(fā)明，與以往相比能夠使包含在離子束中的不需要的離子減少。附圖說明圖1是表示本實施方式的離子束照射裝置的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示同一實施方式的離子源的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是用于說明同一實施方式的能量過濾器的示意圖。圖4是說明同一實施方式的過濾器電位的圖。圖5是用于說明其它實施方式的能量過濾器的示意圖。圖6是用于說明其它實施方式的離子束照射裝置的示意圖。圖7是表示其它實施方式的離子束照射裝置的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。附圖標(biāo)記說明100···離子束照射裝置2···離子源3···質(zhì)量分離磁鐵11···能量過濾器111···電極11a···束通過區(qū)域ve···引出電壓vf···過濾器電壓vfil···過濾器電位。具體實施方式下面，參照附圖，對本發(fā)明的離子束照射裝置的一種實施方式進(jìn)行說明。如圖1所示，本實施方式的離子束照射裝置100用于向目標(biāo)w照射離子束ib并進(jìn)行離子注入，其包括：離子源2，引出離子束ib；作為質(zhì)量分離器的質(zhì)量分離磁鐵3，設(shè)置在所述離子源2的下游，從由離子源2引出的離子束ib中挑選并導(dǎo)出用質(zhì)量數(shù)和價數(shù)確定的所希望的摻雜離子；加速管4，設(shè)置在所述質(zhì)量分離磁鐵3的下游，對從質(zhì)量分離磁鐵3導(dǎo)出的離子束ib進(jìn)行加速或減速；作為能量分離器的能量分離磁鐵5，設(shè)置在所述加速管4的下游，從由加速管4導(dǎo)出的離子束ib中挑選并導(dǎo)出特定能量的離子；掃描磁鐵6，設(shè)置在所述能量分離磁鐵5的下游，以磁的方式使從能量分離磁鐵5導(dǎo)出的離子束ib進(jìn)行一維(圖1中沿紙面的方向)掃描；束平行化磁鐵7，設(shè)置在所述掃描磁鐵6的下游，以成為與基準(zhǔn)軸平行的方式使從掃描磁鐵6導(dǎo)出的離子束ib彎曲回來，并且與掃描磁鐵6協(xié)同動作來進(jìn)行離子束ib的平行掃描；以及掃描機(jī)構(gòu)8，設(shè)置在所述束平行化磁鐵7的下游，在從束平行化磁鐵7導(dǎo)出的離子束ib的照射區(qū)域內(nèi)，朝向與掃描磁鐵6的離子束ib的掃描方向?qū)嵸|(zhì)上垂直的方向(圖1中紙面的表背方向)使目標(biāo)w(例如晶片)進(jìn)行機(jī)械式地掃描。本實施方式的離子束照射裝置100向目標(biāo)w照射掃描的點狀束，但是例如也可以沿與目標(biāo)w的機(jī)械掃描方向垂直的方向，照射比目標(biāo)w的尺寸大的尺寸的帶狀束，在這種情況下，不需要掃描磁鐵6。此外，在質(zhì)量分離磁鐵3的離子導(dǎo)出部設(shè)置有質(zhì)量分離狹縫9，該質(zhì)量分離狹縫9使通過質(zhì)量分離磁鐵3挑選出來的離子通過，在能量分離磁鐵5的離子導(dǎo)出部設(shè)置有能量分離狹縫10，該能量分離狹縫10使通過能量分離磁鐵5挑選出來的離子通過。如圖2所示，離子源2包括：作為等離子體生成部的室21，導(dǎo)入離子化氣體并通過例如電弧放電來生成等離子體；以及引出電極22，利用電場的作用從室21引出離子束ib，從直流的引出電源23以使室21成為正側(cè)的方式向室21和引出電極22這兩者之間施加引出電壓ve。具體地說，在此，例如通過將基準(zhǔn)電位設(shè)定為210kv并將引出電壓ve設(shè)為40kv，室21的電位vch(以下稱為室電位vch)成為250kv。另外，基準(zhǔn)電位并不限于210kv，例如也可以適當(dāng)變更為接地電位等。此外，由于每當(dāng)生成等離子體時室21內(nèi)成為高溫，所以將作為高熔點金屬的鎢或鉬用于構(gòu)成離子源2的室21和燈絲f等。質(zhì)量分離磁鐵3和能量分離磁鐵5以使離子束ib中的摻雜離子能夠通過的方式分別設(shè)定磁通密度b。另外，質(zhì)量分離磁鐵3和能量分離磁鐵5的磁通密度b與摻雜離子的質(zhì)量數(shù)m和價數(shù)q的關(guān)系能夠用以下的數(shù)學(xué)式表示。[數(shù)學(xué)式2]其中，r：曲率半徑，b：磁通密度，m：離子的質(zhì)量數(shù)，q：離子的價數(shù)，v：電壓，e：元電荷。如圖1所示，本實施方式的離子束照射裝置100還包括能量過濾器11，該能量過濾器11配置在質(zhì)量分離磁鐵3的下游，利用離子的能量差來挑選離子。如圖3所示，所述能量過濾器11形成離子束ib通過的束通過區(qū)域11a，并且通過從過濾器電源12施加規(guī)定的過濾器電壓vf而成為規(guī)定的過濾器電位vfil，由此將離子區(qū)分為通過所述束通過區(qū)域11a的通過離子和不通過所述束通過區(qū)域11a的非通過離子。如圖1所示，本實施方式的能量過濾器11配置在質(zhì)量分離磁鐵3和加速管4之間，并且具有一個電極111，該電極111形成圖3所示的所述束通過區(qū)域11a。所述電極111由鎢或鉬等金屬構(gòu)成，在此是環(huán)狀電極，該環(huán)狀電極的圓形的開口形成為所述束通過區(qū)域11a。但是，在由金屬構(gòu)成的電極111被離子束ib濺射了的情況下，由于從電極111生成的不需要的金屬離子有可能混入目標(biāo)w，所以優(yōu)選的是，電極111是碳或硅等具有導(dǎo)電性的非金屬。在此，離子束ib所包含的離子的電荷為正，如圖4所示，能量過濾器11通過從過濾器電源12以能量過濾器11成為正側(cè)的方式施加過濾器電壓vf而成為過濾器電位vfil，從而形成針對正電荷的離子的電位障壁。其結(jié)果，具有能夠越過所述電位障壁的能量的離子成為通過離子，與所述通過離子相比能量小、不能越過電位障壁而被推回上游(離子源2一側(cè))的離子成為非通過離子。此外，以如下方式設(shè)定所述過濾器電位vfil：使所述通過離子中包含摻雜離子并且使所述非通過離子中包含在質(zhì)量分離磁鐵3中不能與摻雜離子區(qū)分的不需要的離子的至少一部分。更具體地說，以能夠?qū)⒃谑?1的外部離子化了的不需要的離子的至少一部分從摻雜離子中區(qū)分出來的方式設(shè)定所述過濾器電位vfil，所述在室21的外部離子化了的不需要的離子是在質(zhì)量分離磁鐵3中不能與摻雜離子區(qū)分的不需要的離子中的、特別是在構(gòu)成離子源2的室21和引出電極22之間(圖2中的區(qū)域x)因與從例如室21引出的其它離子的碰撞而離子化了的不需要的離子。另外，為了使離子束ib能夠通過能量過濾器11，所述過濾器電位vfil被設(shè)定為小于成為向室21施加引出電壓ve的室電位vch。由于以比在室21內(nèi)離子化了的離子小的電壓亦即比引出電壓ve小的電壓引出在所述區(qū)域x中離子化了的不需要的離子，所以在區(qū)域x中離子化了的不需要的離子的能量比在室21內(nèi)離子化了的摻雜離子的能量小。因此，本實施方式的過濾器電位vfil被設(shè)定為如下的值：比將摻雜離子的能量除以其價數(shù)得到的每單位價數(shù)的能量小，并且比將在室21的外部離子化了的不需要的離子的能量除以其價數(shù)得到的每單位價數(shù)的能量大。在本實施方式中，使向能量過濾器11施加的過濾器電壓vf的基準(zhǔn)電位與、向室21和引出電極22之間施加的引出電壓ve的基準(zhǔn)電位相同，因此，將所述過濾器電壓vf設(shè)定為比所述引出電壓ve小的值(例如30kv)。另外，過濾器電壓vf的基準(zhǔn)電位和引出電壓ve的基準(zhǔn)電位并不是必須彼此相同，也可以適當(dāng)?shù)馗淖兏骰鶞?zhǔn)電位。按照以所述方式構(gòu)成的本實施方式的離子束照射裝置100，由于以使作為在質(zhì)量分離磁鐵3中不能與摻雜離子區(qū)分的不需要的離子的、在構(gòu)成離子源2的室21的外部離子化了的不需要的離子的至少一部分包含在非通過離子中的方式設(shè)定過濾器電位vfil，所以能夠從離子束ib中除去這種不需要的離子，與以往相比，能夠減少離子束ib中的不需要的離子，從而能夠減少目標(biāo)w的金屬污染。此外，由于將能量過濾器11配置在質(zhì)量分離磁鐵3的下游，所以與配置在上游的情況相比，能夠防止能量過濾器11被離子束ib濺射。此外，如果構(gòu)成能量過濾器11的電極111由非金屬材料形成，則能夠防止起因于電極111的濺射的目標(biāo)w的金屬污染。另外，本發(fā)明并不限于所述實施方式。例如，在所述實施方式中，能量過濾器11具有一個電極111，但是也可以具有多個電極111。具體地說，如圖5所示，作為這種能量過濾器11可以例舉的是具有三個電極111，所述三個電極111形成有離子束ib通過的開口，并且沿離子束ib的前進(jìn)方向設(shè)置。能量過濾器11也可以具有四個以上的電極111。在這樣的結(jié)構(gòu)中，為了使通過離子中包含摻雜離子并且使非通過離子中包含在質(zhì)量分離磁鐵3中不能與摻雜離子區(qū)分的不需要的離子的至少一部分，只要使多個電極111中的至少一個成為過濾器電位vfil并使其它電極111成為比過濾器電位vfil小的電位即可。在此，例如，如圖5所示，向三個電極111中的中央的電極111施加過濾器電壓vf(例如30kv)而使中央的電極111成為正的過濾器電位vfil(240kv)，并且使兩端的電極111的電位成為比過濾器電位vfil小且彼此相等的電位(例如基準(zhǔn)電位210kv)。在這種情況下，沿離子束的前進(jìn)方向和與其相反的方向順序出現(xiàn)的電壓差都成為+30kv、－30kv。按照這種結(jié)構(gòu)，在包含在離子束ib中的離子的電荷為正的情況下，所述離子利用從電場接受的庫侖力fc，在中央的電極111附近邊朝向電極111的內(nèi)側(cè)邊前進(jìn)，在兩端的電極111附近邊朝向電極111的外側(cè)邊前進(jìn)。此外，所述離子從上游的電極111到中央的電極111減速，從中央的電極111到下游的電極111加速。由此，與兩端的電極111附近相比，在中央的電極111附近，離子的速度變慢，在中央的電極111附近接受朝向內(nèi)側(cè)的力的時間變長，因此其結(jié)果，由于所謂的單透鏡的束聚集原理，離子束ib聚集。另外，如圖5所示，向各電極111施加的電壓的大小關(guān)系可以是內(nèi)側(cè)的電極111的電位比外側(cè)的電極111的電位高，相反，也可以是內(nèi)側(cè)的電極111的電位比外側(cè)的電極111的電位低。即，可以使外側(cè)的電極111成為過濾器電位vfil、使內(nèi)側(cè)的電極111成為比過濾器電位vfil低的電位。此外，成為過濾器電位vfil的電極111并不限于一個，可以使多個電極111成為過濾器電位vfil。此外，比過濾器電位vfil低的電位并不限于基準(zhǔn)電位(束線的電位)，例如也可以是接地電位。按照所述的結(jié)構(gòu)，與以往相比能夠使離子束ib的不需要的離子減少，并且能夠利用單透鏡的束聚集原理。此外，由于配置在兩端的電極111的電位彼此相等，所以能夠在能量過濾器11的前后使離子束ib的能量相等，從而能夠以所希望的能量向目標(biāo)w照射離子束ib。如圖5所示，使用三個電極111并使中央的電極111成為過濾器電位vfil、使兩端的電極111成為接地電位或與接地電位不同的其它基準(zhǔn)電位，在該結(jié)構(gòu)中，例如在為了盡可能多地分離不需要的離子而使過濾器電位vfil接近室電位vch的情況下，存在離子束ib過度聚集的可能性。因此，為了能夠控制離子束的形狀，優(yōu)選的是，如圖6所示，能量過濾器11還具備形狀控制電極112，該形狀控制電極112區(qū)別于成為過濾器電位vfil的電極111、成為接地電位或束線的電位的電極(未圖示)，被施加用于控制離子束形狀的形狀控制電壓vc。具體地說，以使形狀控制電極112成為正側(cè)的方式從形狀控制電源13對所述形狀控制電極112施加可變的形狀控制電壓vc。在該情況下，優(yōu)選的是，如圖7所示，離子束照射裝置100還包括用于控制離子束形狀的控制裝置30。所述控制裝置30例如進(jìn)行離子束照射裝置100整體的控制，從物理方面而言是具備cpu、存儲器、輸入輸出接口等的通用或?qū)Ｓ玫挠嬎銠C(jī)，通過按照存儲在所述存儲器中的規(guī)定的程序進(jìn)行動作，發(fā)揮作為電流檢測部31和電壓控制部32的功能。所述電流檢測部31檢測通過能量過濾器11的離子束ib的束電流，例如使未圖示的束電流測量裝置進(jìn)出束線來監(jiān)測通過能量過濾器11的離子束ib的束電流。所述電壓控制部32基于由所述電流檢測部31檢測出的電流值，控制從形狀控制電源13向所述形狀控制電極112施加的形狀控制電壓vc。具體地說，所述電壓控制部32取得由所述電流檢測部31監(jiān)測的電流值，并且以使該電流值成為最大的方式控制所述形狀控制電壓vc。按照該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)﹄x子束的形狀進(jìn)行整形，以使離子束ib通過能量過濾器11期間不與電極111碰撞。另外，電流檢測部31可以將來自與構(gòu)成能量過濾器11的電極111電連接的電流計的輸出值檢測為流過所述電極111的電流值。在這種情況下，例如可以舉出如下的結(jié)構(gòu)：電壓控制部32取得所述電流檢測部31的電流值，并且以使所述電流值成為最小的方式控制所述形狀控制電壓vc。另外，當(dāng)在能量過濾器11的下游設(shè)置有對離子束ib的形狀進(jìn)行整形的束形狀整形構(gòu)件(例如加速管4等)的情況下，所述控制裝置30可以通過總體控制向所述束形狀整形構(gòu)件施加的電壓和所述形狀控制電壓vc，對離子束ib的形狀進(jìn)行整形。此外，優(yōu)選的是，離子束照射裝置100通過使例如圖6所示的過濾器電源12和形狀控制電源13接通或斷開，能夠?qū)ο蚰芰窟^濾器11施加的過濾器電壓vf和形狀控制電壓vc進(jìn)行通斷切換。按照這種結(jié)構(gòu)，用戶能夠自由地選擇是否使用能量過濾器11的過濾器功能。另外，作為不需要過濾器功能的情況，可以例舉如下的情況：向例如像由磁性材料構(gòu)成的mram(磁阻存儲器)這樣的、不需要的離子的注入難以成為問題的目標(biāo)w進(jìn)行離子注入等。此外，在所述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)使過濾器電源12和形狀控制電源13斷開時，為了防止各電極111、112成為浮動電位，優(yōu)選的是，如圖6所示，例如當(dāng)利用開關(guān)sw等使過濾器電源12和形狀控制電源13斷開時，能夠使各電極111、112成為基準(zhǔn)電位。此外，在能量過濾器11具有多個電極111的情況下，所述多個電極111的一部分雖然是構(gòu)成離子束ib通過的束線的能量過濾器11，但是可以兼用作另外的束線構(gòu)成構(gòu)件的電極。具體地說，例如，如所述實施方式所示，在能量過濾器11配置在質(zhì)量分離磁鐵3和加速管4之間的情況下，在多個電極111中位于離子束前進(jìn)方向的最下游的電極111可以兼用作加速管4的最上游的電極(法蘭盤)。按照這種結(jié)構(gòu)，能夠得到使用多個電極111構(gòu)成能量過濾器11的所述作用效果，并且能夠抑制裝置整體的大型化和制造成本的增加。對于構(gòu)成能量過濾器11的電極111而言，在所述實施方式中構(gòu)成能量過濾器11的電極111是環(huán)狀電極，但是例如也可以是形成束通過區(qū)域11a的矩形電極、或由沿束通過區(qū)域11a周圍間隔設(shè)置的例如多個電極要素構(gòu)成的電極。此外，對于能量過濾器11的配置而言，在所述實施方式中是能量過濾器11配置在質(zhì)量分離磁鐵3和加速管4之間，但是也可以設(shè)置在質(zhì)量分離磁鐵3的上游、加速管4的下游或能量分離磁鐵5的下游、或者是在多個部位設(shè)置能量過濾器11。此外，離子束照射裝置100例如也可以在從離子源2到目標(biāo)w為止的束線上不具備加速管。另外，本發(fā)明并不限于所述實施方式，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形。可以相互組合本發(fā)明的各個實施方式(實施例)中所記載的技術(shù)特征形成新的技術(shù)方案。當(dāng)前第1頁12