CN109817503B - 离子注入装置及离子注入装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明根据需要提高离子注入装置的质量分辨率。质量分析装置(22)具备：质量分析磁铁(22a)，对通过引出电极从离子源引出的离子束施加磁场而使其偏转；质谱分析狭缝(22b)，设置于质量分析磁铁(22a)的下游，且使偏转的离子束中所希望的离子种的离子束选择性地通过；及透镜装置(22c)，设置于质量分析磁铁(22a)与质谱分析狭缝(22b)之间，且对朝向质谱分析狭缝(22b)的离子束施加磁场及电场中的至少一种来调整离子束的收敛及发散。质量分析装置(22)在隔着质谱分析狭缝(22b)的上游侧至下游侧为止的规定的调整范围内，利用透镜装置(22c)来改变通过质谱分析狭缝(22b)的离子束的收敛位置，由此调整质量分辨率。

Description

离子注入装置及离子注入装置的控制方法
技术领域
本申请主张基于2017年11月22日申请的日本专利申请第2017-225034号的优先权。该申请的所有内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种离子注入装置及离子注入装置的控制方法。
背景技术
离子注入装置中，为了从自离子源引出的离子仅取出所希望的离子种而使用质量分析装置。例如，为了适当地分离质量数31的1价的磷离子(31P+)与质量数30的1价的氟化硼离子(30(BF)+)，质量分析装置的分辨率需要达到60左右以上的值(例如参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开平3-201356号公报
使用高能量射束的离子注入处理中，有时使用2价以上的多价离子，因此需要适当地分离多价离子的质量分析装置。质量分析装置中根据离子的质荷比M＝m/q(m：质量、q：价数)进行分析。离子的价数q成为2以上时，有时不同价数的不同离子种彼此具有相同的质荷比，因此有时所需要的质量分辨率M/dM成为100以上。另一方面，若为了提高分辨率而简单地缩小质谱分析狭缝的宽度，则有可能无法获得所需的射束电流量。
发明内容
本发明的一方式的示例性的目的之一是提供一种根据需要提高离子注入装置的质量分辨率的技术。
本发明的一方式的离子注入装置，其具备包括离子源、引出电极及质量分析装置的离子束生成单元。质量分析装置具备：质量分析磁铁，对通过引出电极从离子源引出的离子束施加磁场而使其偏转；质谱分析狭缝，设置于质量分析磁铁的下游，且使偏转的离子束中所希望的离子种的离子束选择性地通过；及透镜装置，设置于质量分析磁铁与质谱分析狭缝之间，且对朝向质谱分析狭缝的离子束施加磁场及电场中的至少一种来调整离子束的收敛及发散。质量分析装置在隔着质谱分析狭缝的上游侧至下游侧为止的规定的调整范围内，利用透镜装置来改变通过质谱分析狭缝的离子束的收敛位置，由此调整质量分辨率。
本发明的另一方式为离子注入装置的控制方法。离子注入装置具备包括离子源、引出电极及质量分析装置的离子束生成单元。质量分析装置具备：质量分析磁铁，对通过引出电极从离子源引出的离子束施加磁场而使其偏转；质谱分析狭缝，设置于质量分析磁铁的下游，且使偏转的离子束中所希望的离子种的离子束选择性地通过；及透镜装置，设置于质量分析磁铁与质谱分析狭缝之间，且对朝向质谱分析狭缝的离子束施加磁场及电场中的至少一种来调整离子束的收敛及发散。控制方法具备：计算相对于通过质谱分析狭缝的离子束的质量分辨率的步骤；及所计算的质量分辨率小于目标值时，在隔着质谱分析狭缝的上游侧至下游侧为止的规定的调整范围内，利用透镜装置来改变通过质谱分析狭缝的离子束的收敛位置，由此提高质量分辨率。
另外，在方法、装置、***等之间相互置换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件或表现形式也作为本发明的方式同样有效。
发明效果
根据本发明，能够根据需要提高离子注入装置的质量分辨率。
附图说明
图1是概略地表示本发明的一实施方式的离子注入装置的顶视图。
图2是表示包括高能量多段直线加速单元的概略构成的整体布局的俯视图。
图3是用于说明高能量多段直线加速单元的控制部的功能及构成的框图。
图4是示意地表示基于质量分析装置的质量分析的方式的图。
图5是表示质量分析频谱的测量例的曲线图。
图6是表示质量分析频谱的测量例的曲线图。
图7是表示质量分析频谱的测量例的曲线图。
图8是示意地表示进一步提高杂质的去除率的方法的图。
图9是表示离子注入装置的控制方法的一例的流程图。
图中：10-离子源，11-引出电极，12-离子束生成单元，14：高能量多段直线加速单元，14a-高频谐振器，22-质量分析装置，22a-质量分析磁铁，22b-质谱分析狭缝，22c-质量分析透镜装置，64a-收敛发散透镜。
具体实施方式
以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，在图示的说明中对相同的要件标注相同的符号并适当省略重复说明。并且，以下所述构成为示例，对本发明的范围不做任何限定。
图1是概略地表示本发明的一实施方式的离子注入装置100的顶视图。离子注入装置100为所谓的高能量离子注入装置。高能量离子注入装置为具有高频直线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，使离子源10中产生的离子加速，并将如此获得的离子束B沿射束线传输至被处理物(例如基板或晶圆40)，从而向被处理物注入离子。
高能量离子注入装置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，将离子束进行加速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、轨道调整、能量分散的控制；射束传输线单元18，将偏转的高能量离子束传输至晶圆40；及基板处理供给单元20，将传输的高能量离子束注入到半导体晶圆。
离子束生成单元12具有离子源10、引出电极11及质量分析装置22。离子束生成单元12中，在从离子源10通过引出电极11引出射束的同时被加速，被引出加速的射束通过质量分析装置22被加以质量分析。质量分析装置22具有质量分析磁铁22a、质谱分析狭缝22b及质量分析透镜装置22c。质量分析透镜装置22c通过改变离子束的收敛位置来调整质量分析装置22的质量分辨率。质谱分析狭缝22b有时配置于质量分析磁铁22a的正后方，但实施例中配置于后一个构成即高能量多段直线加速单元14的入口部内。通过质量分析装置22进行质量分析之后，仅筛选出用于注入的离子种，被选出的离子种的离子束被导入到下一个高能量多段直线加速单元14。
图2是表示包括高能量多段直线加速单元14的概略构成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直线加速装置即一个以上隔着高频谐振器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)电场的作用将离子进行加速。
高能量多段直线加速单元14具备第1直线加速器15a，该第1直线加速器15a具备高能量离子注入用的基本的多段高频谐振器14a。高能量多段直线加速单元14还可以附加地具备第2直线加速器15b，该第2直线加速器15b具备超高能量离子注入用的附加的多段高频谐振器14a。通过高能量多段直线加速单元14而进一步加速的离子束通过射束偏转单元16而改变方向。
使用了高频(RF)加速的离子注入装置中，作为高频的参数必须考虑电压的振幅V[kV]、频率f[Hz]。此外，进行多段高频加速时，作为参数加入彼此的高频的相位φ[deg]。而且，需要用于在加速的途中或加速之后通过收敛/发散效果来控制离子束向上下左右方向的扩展的磁场透镜(例如，四极电磁铁)和电场透镜(例如，电场四极电极)。这些透镜装置的运转参数的最佳值根据通过成为对象的透镜装置的时点的离子的能量而改变，而且加速电场的强度也影响离子束的收敛/发散，因此在确定高频的参数之后确定这些的值。
图3是表示将多个高频谐振器前端的加速电场(加速间隙)排列成直线状的高能量多段直线加速单元及收敛发散透镜的控制部120的构成的框图。
高能量多段直线加速单元14中包括一个以上高频谐振器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，需要操作人员用于输入必要的条件的输入装置52、根据所输入的条件来进行各种参数的数值计算而且用于控制各构成要件的控制运算装置54、用于调整高频的电压振幅的振幅控制装置56、用于调整高频的相位的相位控制装置58、用于控制高频的频率的频率控制装置60、高频电源62、用于收敛发散透镜64的收敛发散透镜电源66、用于显示运转参数的显示装置68及用于存储所确定的参数的存储装置70。并且，控制运算装置54中内置有用于预先进行各种参数的数值计算的数值计算码(程序)。
高频直线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来模拟离子束的加速及收敛/发散，并以获得最佳的传输效率的方式计算高频参数(电压振幅、频率、相位)。与此同时，还计算出用于有效地传输离子束的收敛发散透镜64的参数(Q线圈电流、或Q电极电压)。计算出的各种参数显示于显示装置68。对于超出高能量多段直线加速单元14的能力的加速条件，在显示装置68显示意为无解的标识。
电压振幅参数从控制运算装置54被送至振幅控制装置56，振幅控制装置56调整高频电源62的振幅。相位参数被送至相位控制装置58，相位控制装置58调整高频电源62的相位。频率参数被送至频率控制装置60。频率控制装置60控制高频电源62的输出频率，并且控制配置于高能量多段直线加速单元14的高频谐振器14a的谐振频率。控制运算装置54还通过计算的收敛发散透镜参数来控制收敛发散透镜电源66。
必要数量的用于有效地传输离子束的收敛发散透镜64配置于高频直线加速器的内部或其前后。即，在多段高频谐振器14a的前端的加速间隙的前后交替设置有发散透镜或收敛透镜。并且，在第2直线加速器15b的终端配置有横向收敛透镜及纵向收敛透镜，由此调整通过高能量多段直线加速单元14的高能量加速离子束的收敛及发散，以向后段的射束偏转单元16入射最佳的二维光束轮廓的离子束。
如图1及图2所示，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收敛四极透镜26、能量分析狭缝28及提供转向(轨道校正)的偏转电磁铁30。另外，能量分析电磁铁24有时还被称为能量过滤电磁铁(EFM)。高能量离子束通过射束偏转单元16来转换方向，而朝向晶圆40的方向。
射束传输线单元18传输从射束偏转单元16射出的离子束B，其具有由收敛/发散透镜群构成的射束整形器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的长度配合离子束生成单元12及高能量多段直线加速单元14的长度而设计，通过射束偏转单元16而连接，整体形成U字形布局。
在射束传输线单元18的下游侧的终端设置有基板处理供给单元20。处理室21的内部收纳有测量离子束B的射束电流、注入位置、注入角度、收敛发散角、上下左右方向的离子分布等的射束监测器、防止离子束B引起的晶圆40的带电的带电防止装置、搬入搬出晶圆40并将其设置于合适的位置/角度的晶圆输送机构、在注入离子的过程中保持晶圆40的ESC(Electro Static Chuck)及在注入过程中以与射束电流的变动相应的速度使晶圆40向与射束扫描方向成直角的方向移动的晶圆扫描机构。
如此，离子注入装置100的射束线构成为具有对置的2条长直线部的水平的U字形的折返型射束线。上游的长直线部由将在离子源10生成的离子束B进行加速的多个单元构成。下游的长直线部由调整相对于上游的长直线部转换方向的离子束B而注入于晶圆40的多个单元构成。2条长直线部以大致相同的长度构成。在2条长直线部之间设置有用于维护作业的足够面积的作业空间R1。
如此将各单元配置成U字形的高能量离子注入装置100可以抑制设置面积并且可确保良好的作业性。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构成，而能够配合射束线基准位置进行装卸、组装。
并且，高能量多段直线加速单元14与射束传输线单元18折返配置，因此能够抑制高能量离子注入装置100的总长。以往装置中它们配置成大致直线状。并且，构成射束偏转单元16的多个电磁铁的曲率半径以将装置宽度设为最小的方式得到优化。通过这些，将装置的设置面积设为最小化，并且在夹在高能量多段直线加速单元14与射束传输线单元18之间的作业空间R1，能够进行高能量多段直线加速单元14和射束传输线单元18对各装置的作业。并且，维护间隔比较短的离子源10与需要进行基板的供给/取出的基板处理供给单元20相邻配置，因此作业人员的移动量较少。
图4是示意地表示通过质量分析装置22进行离子束B的质量分析的图。入射于质量分析磁铁22a的离子束B因质量分析磁铁22a的磁场而偏转，根据离子的质荷比M＝m/q(m为质量、q为电荷)的值而以不同的路径偏转。此时，以具有所希望的质荷比M的离子种的射束B1通过质谱分析狭缝22b的方式选择质量分析磁铁22a的磁场强度。其结果，与所希望的质荷比M不同的值(例如，M-dM、M+dM)的离子种的射束B2、B3被质谱分析狭缝22b遮盖，能够仅使所希望的质荷比M的离子种通过质量分析装置22的下游侧。
质量分析装置22包括质量分析透镜装置22c。质量分析透镜装置22c调整从质量分析磁铁22a射出的射束B1、B2、B3的收敛及发散。质量分析透镜装置22c以向与质量分析磁铁22a的磁场施加方向(纵向)A1正交的方向(横向)A2收敛或发散射束的方式配置。质量分析透镜装置22c例如以图4所示的射束轨道从虚线变成实线的方式使射束发散，由此能够提高质量分析装置22的质量分辨率M/dM。
质量分析透镜装置22c通过调整对射束的收敛/发散力，在规定的调整范围(范围C)内改变通过质谱分析狭缝22b的离子束B1的收敛位置。质量分析透镜装置22c以向沿射束轨道的方向改变射束收敛位置的方式构成，例如在包括设置质谱分析狭缝22b的中心位置fc、相比中心位置fc更靠上游侧的上游端位置fa、相比中心位置fc更靠下游侧的下游端位置fb的调整范围C内调整射束收敛位置。例如，若比射束收敛位置成为中心位置fc的状态加强射束的发散力(或减弱收敛力)，则射束收敛位置向下游侧(靠近下游端位置fb的位置)偏离。另一方面，若比射束收敛位置成为中心位置fc的状态减弱射束的发散力(或加强收敛力)，则射束收敛位置向上游侧(靠近上游端位置fa的位置)偏离。
质谱分析狭缝22b可以以开口宽度可变的方式构成。质谱分析狭缝22b例如由能够向开口宽度方向移动的两片遮盖体构成，也可以以通过改变两片遮盖体之间隔而能够调整开口宽度的方式构成。另外，也可以构成为设置开口宽度不同的多个质谱分析狭缝22b，并切换成多个质谱分析狭缝22b中的任一个，由此使开口宽度成为可变。改变质谱分析狭缝22b的开口宽度，由此能够调整质量分析装置22的质量分辨率。
在质谱分析狭缝22b的下游设置有用于测量射束电流的法拉第杯22d。质量分析装置22在改变质量分析磁铁22a的磁场强度的同时，用法拉第杯22d测量射束电流，由此获取质量分析频谱。质量分析装置22根据所获取的频谱的波形来计算质量分辨率。
图5是表示质量分析频谱的测量例的曲线图。图5表示包括质量数75的2价的砷离子75As2+(质荷比37.5)及质量数186的5价的钨离子186W5+(质荷比37.2)的离子束的测量例。该例中，离子注入处理的目标离子为砷离子(75As2+)，应去除的离子为钨离子(186W5+)。质量分析频谱的测量结果以曲线图中的曲线G表示，其中包括表示砷离子(75As2+)的射束强度分布的G1及表示钨离子(186W5+)的射束强度分布的G2。实际的质量分析频谱中，钨离子的强度分布G2与砷离子的强度分布G1相比小两位数至三位数以上，图5中以便于说明的目的，使钨离子的强度分布G2比实际更大。
质量分析装置22的质量分辨率M/dM例如能够使用质量分析频谱中的峰值波形的峰值位置的质荷比M及峰值强度成为峰值的一半的半幅值(half width)dM来计算。图5所示的例中，半幅值dM≈0.6，峰值位置M≈37.5，因此质量分辨率M/dM≈62.5。另外，砷离子(75As2+)与钨离子(186W5+)的质荷比的差为0.3，因此为了适当地去除钨离子，需要M/dM＝37.5/0.3＝125以上的质量分辨率。因此，图5所示的状态下，可以说质量分辨率不满足目标值。
质量分析装置22具有多个动作模式。第1模式为将射束电流量视为优先的低分辨率模式，第2模式为将质量分辨率视为优先的高分辨率模式。质量分析装置22通过调整质量分析透镜装置22c的收敛/发散力、质谱分析狭缝22b的狭缝宽度、质量分析磁铁22a的磁场强度来切换动作模式。质量分析装置22的动作模式例如根据离子注入处理的注入条件而选择。
第1模式下，例如以射束收敛位置与设置质谱分析狭缝22b的中心位置fc一致的方式使质量分析透镜装置22c动作。并且，作为质谱分析狭缝22b的狭缝宽度，选择相对大的狭缝宽度(第1狭缝宽度)。第1模式下的质量分析装置22的质量分辨率M/dM的值小于100，例如小于75或小于50。
第1模式下，以通过质谱分析狭缝22b的离子束的电流量最大化的方式调整质量分析磁铁22a的磁场强度。具体而言，在所希望的质荷比M的附近，以用法拉第杯22d测量的射束电流量成为最大的方式调整质量分析磁铁22a的磁场强度。
第2模式下，以射束收敛位置相比第1模式位于下游侧的方式使质量分析透镜装置22c动作。即，与第1模式相比，以通过质谱分析狭缝22b的射束B1发散的方式使质量分析透镜装置22c动作。由此，第2模式下，相比第1模式，质量分辨率M/dM更大。第2模式下的质量分析装置22的质量分辨率M/dM为100以上，例如125以上。
第2模式下，利用法拉第杯22d获取质量分析频谱，并判定质量分辨率是否满足目标值。质量分辨率小于目标值时，以射束收敛位置进一步向下游侧移动的方式改变质量分析透镜装置22c的收敛/发散力或缩小质谱分析狭缝22b的狭缝宽度来调整质量分辨率。
图6表示质量分析频谱的测量例，表示第2模式下提高质量分辨率的情况。图6中与图5所示的情况相比提高了质量分析装置22的质量分辨率，因此砷离子(75As2+)的射束强度分布G1及钨离子(186W5+)的射束强度分布G2的分布宽度变窄。并且，用法拉第杯22d测量的质量分析频谱G的峰值波形的半幅值dM也变窄。图6所示的例中，半幅值dM≈0.3，峰值位置M≈37.5，因此质量分辨率M/dM≈125。因此，可以认为图6为质量分辨率目标值大致达成的状态。
图6的例中，与质谱分析狭缝22b的开口宽度对应的范围dM中包括钨离子(186W5+)的射束强度分布G2的一部分(斜线区域R)。要求高分辨率的第2模式下，优选能够进一步去除斜线区域R中包含的不必要的离子种。另一方面，若以射束收敛位置进一步向下游侧移动的方式改变质量分析透镜装置22c的收敛/发散力或进一步缩小质谱分析狭缝22b的狭缝宽度等而进一步提高质量分辨率，则有时难以确保必要的射束电流量。
图7表示质量分析频谱的测量例，表示比图6所示的情况提高了质量分析装置22的质量分辨率的状态。图7所示的例中，半幅值dM≈0.15，峰值位置M≈37.5，因此质量分辨率M/dM≈250。其结果，在半幅值dM的范围不包括钨离子的射束强度分布G2，能够适当地分离砷离子(75As2+)与钨离子(186W5+)。然而，将半幅值dM设定得极小，因此获得的射束电流量也小。
因此，第2模式下，为了更适当地去除不必要的离子种，因此可以以目标质荷比的离子通过偏离质谱分析狭缝22b的中心的位置的方式调整质量分析磁铁22a的磁场强度。例如，相对于具有目标第1质荷比M1的第1离子欲去除具有第2质荷比M2的第2离子时，可以以使质量分析磁铁22a的中心磁场强度偏离与第1质荷比M1对应的值、并且远离与第2质荷比M2对应的值的方式进行调整。
图8是示意地表示进一步提高杂质的去除率的方法的图。图8中，在图6的获得质量分析频谱的状态下向增大质量分析磁铁22a的中心磁场强度的方向偏离，砷离子(75As2+)的射束强度分布G1的峰值成为偏离与质谱分析狭缝22b的开口范围对应的质荷比的宽度S的中心的位置。即，以从应去除的钨离子(186W5+)的射束强度分布G2分离与质谱分析狭缝22b的开口范围对应的质荷比的宽度S的方式设定质量分析磁铁22a的中心磁场强度。由此，缩小与质谱分析狭缝22b的开口范围对应的质荷比的宽度S中所含的钨离子(186W5+)的量(斜线区域R)，且能够更适当地去除不必要的离子种。
另外，与用于去除杂质的中心磁场强度的偏离量对应的质荷比的差δ优选设为小于与质谱分析狭缝22b的开口范围对应的质荷比的宽度S的1/3，例如优选设为与开口范围对应的质荷比的宽度S的1％～20％左右。若举出具体例，则可以利用目标第1离子(例如75As2+)所具有的第1质荷比M1及应去除的第2离子(例如186W5+)所具有的第2质荷比M2来使与质量分析磁铁22a的中心磁场强度对应的质荷比Mc成为与{(k+1)M1-M2}/k(k＞3)对应的值。
第1模式及第2模式中的任意模式下，为了质量分析装置22的优化而调整质量分析磁铁22a的中心磁场强度。此时，优选在质量分析磁铁22a的磁场强度变化前后，以质量分辨率实质上不变的方式使射束收敛位置维持恒定。然而，若在质量分析透镜装置22c的动作参数保持恒定的状态下改变质量分析磁铁22a的中心磁场强度，则通过质谱分析狭缝22b的离子的质荷比会发生变化，因此相对于变化后的质荷比的离子的收敛/发散力发生变化，导致射束收敛位置的变动(即质量分辨率的变化)。因此，改变质量分析磁铁22a的磁场强度时，需要以相对于变化前后的离子的收敛/发散力变得相等的方式调整质量分析透镜装置22c的动作参数。
质量分析透镜装置22c例如由磁场式的四极透镜构成。用磁场式的透镜装置来收敛或发散射束时，其收敛或发散的程度依赖于射束的磁刚度。例如，欲获得规定大小的收敛/发散力时，射束的磁刚度越大，则需要越大的磁场强度。通过质谱分析狭缝22b的射束B1的磁刚度与质量分析磁铁22a的磁场强度成比例，因此以与质量分析磁铁22a的磁场强度成比例的方式改变质量分析透镜装置22c的磁场强度，由此能够使射束收敛位置保持恒定。
质量分析透镜装置22c可以由电场式的四极透镜构成。用电场式的透镜装置来收敛或发散射束时，其收敛或发散的程度与射束中所含的离子的能量E和电荷q的比E/q成比例。另一方面，质量分析磁铁22a的偏转量与(2mE)1/2/q成比例。因此，改变质量分析磁铁22a的磁场强度时，以与(2mE)1/2/q成比例的方式改变质量分析磁铁22a的磁场强度，并以与E/q成比例的方式改变质量分析透镜装置22c的电场强度，由此能够使射束收敛位置恒定。
利用质量分析透镜装置22c来改变射束收敛位置时，优选适当地调整设置于质量分析装置22的下游的高能量多段直线加速单元14的动作参数。具体而言，优选根据通过质谱分析狭缝22b的射束的收敛位置来将设置于高能量多段直线加速单元14的入口的收敛透镜(例如，图1的收敛发散透镜64a)的透镜参数改变为适当的值。根据从质量分析装置22射出的射束的收敛位置来适当地设定高能量多段直线加速单元14的收敛透镜的参数，由此能够更有效地将离子束进行加速。
图9是表示离子注入装置100的控制方法的一例的流程图。选择将射束电流量视为优先的第1模式时(S10的是)、作为质谱分析狭缝22b设定相对宽的狭缝宽度即第1狭缝宽度，以从质量分析磁铁22a射出的射束的收敛位置成为第1射束收敛位置的方式设定质量分析透镜装置22c的动作参数(S12)。接着，以用法拉第杯22d测定的射束电流量最大化的方式调整质量分析磁铁22a的中心磁场强度(S14)。若射束电流量满足目标值(S16的是)，则进行将被调整的离子束照射到晶圆的离子注入处理(S18)。若射束电流量不满足目标值(S16的否)，则输出射束电流量不足的信息的警报(S20)。
另一方面，选择将质量分辨率视为优先的第2模式时(S10的否)，作为质谱分析狭缝22b设定相对窄的狭缝宽度即第2狭缝宽度，以射束收敛位置成为比第1射束收敛位置更靠下游侧的第2射束收敛位置的方式设定质量分析透镜装置22c的动作参数(S22)。接着，利用法拉第杯22d来测量质量分析频谱，并计算质量分辨率M/dM(S24)。若质量分辨率满足目标值(S26的是)且射束电流量满足目标值(S16的是)，则进行将被调整的离子束照射到晶圆的离子注入处理(S18)。若射束电流量不满足目标值(S16的否)，则输出射束电流量不足的信息的警报(S20)。
质量分辨率不满足目标值时(S26的否)，若射束收敛位置及/或狭缝宽度存在调整的余地(S28的是)，则进行使射束收敛位置进一步靠下游侧或缩窄狭缝宽度的调整(S32)，并再次计算质量分辨率(S24)。另一方面，若狭缝宽度及射束收敛位置存在调整的余地(S28的否)，则移动质量分析磁铁22a的中心磁场强度，使得应去除的离子的去除率变高(S30)。若在移动中心磁场强度的状态下，射束电流量满足目标值(S16的是)，则进行将被调整的离子束照射到晶圆的离子注入处理(S18)。若射束电流量满足目标值(S16的否)，则输出射束电流量不足的信息的警报(S20)。
另外，在S14和S30的处理中改变质量分析磁铁22a的磁场强度时，优选在质量分析磁铁22a的磁场强度变化的前后，以通过质谱分析狭缝22b的离子束的收敛位置的变化减少的方式调整质量分析透镜装置22c的收敛/发散力。
依本实施方式，以从质量分析磁铁22a射出的射束的收敛位置相对地位于下游侧的方式利用质量分析透镜装置22c来发散射束，由此能够进一步提高质量分辨率。并且，通过移动(变动)质量分析磁铁22a的中心磁场强度，即使在具有接近目标离子的质荷比的杂质包含于射束中的情况下，也能够更有效地去除杂质。即使在包含价数不同的多种的离子、由此目标第1离子与应去除的第2离子的质荷比的差成为较小的值(例如0.5以下)的情况下，也能够有效地去除杂质。因此，依本实施方式，能够提供更高纯度的离子束来提高离子注入处理的品质。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，且存在各种变形例，这种变形例也属于本发明的范围，这当然可获得本领域技术人员的理解。
上述实施方式中，示出了质量分析装置22具有多个动作模式的情况，在变形例中质量分析装置22可以仅在第2模式下动作。
上述实施方式中，将射束电流量视为优先的第1模式下的第1射束收敛位置与质谱分析狭缝22b的位置一致，并示出了将质量分辨率视为优先的第2模式下第2射束收敛位置相比质谱分析狭缝22b更靠下游侧的情况。变形例中，第1射束收敛位置比质谱分析狭缝22b更靠下游侧设定，第2射束收敛位置可以比第1射束收敛位置进一步靠下游侧设定。此外，第1射束收敛位置可以比质谱分析狭缝22b更靠上游侧设定。该情况下，第2射束收敛位置可以设定为与质谱分析狭缝22b的位置一致，也可以比质谱分析狭缝22b更靠上游侧或下游侧设定。
上述实施方式中，示出通过综合调整质量分析透镜装置22c的收敛/发散力、质谱分析狭缝22b的狭缝宽度、质量分析磁铁22a的磁场强度来实现高分辨率的情况。变形例中，可以仅调整它们中的一部分来实现高分辨率。例如，不改变质谱分析狭缝22b的狭缝宽度而仅利用质量分析透镜装置22c进行的射束收敛位置的变化来调整质量分辨率。
上述实施方式中，例示出具有直线加速部的高能量离子注入装置进行了说明，但本实施方式的质量分辨率的调整方法也能够应用于不具有直线加速部的离子注入装置。

Claims (19)

1.一种离子注入装置，其具备包括离子源、引出电极及质量分析装置的离子束生成单元，该离子注入装置的特征在于，
所述质量分析装置具备：
质量分析磁铁，对通过所述引出电极从所述离子源引出的离子束施加磁场而使其偏转；
质谱分析狭缝，设置于所述质量分析磁铁的下游，且使偏转的所述离子束中所希望的离子种类的离子束选择性地通过；及
透镜装置，设置于所述质量分析磁铁与所述质谱分析狭缝之间，且对朝向所述质谱分析狭缝的离子束施加磁场及电场中的至少一种来调整所述离子束的收敛及发散，
所述质量分析装置在隔着所述质谱分析狭缝的上游侧至下游侧为止的规定的调整范围内，利用所述透镜装置来改变通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置，由此调整质量分辨率。
2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置以通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置位于比所述质谱分析狭缝靠下游侧的方式利用所述透镜装置来发散所述离子束，相比通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置与所述质谱分析狭缝的位置一致的情况，更加提高质量分辨率。
3.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置在改变所述质量分析磁铁的磁场强度时调整所述透镜装置的收敛/发散力，以减小因所述质量分析磁铁的磁场强度的变化引起的通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置的变化。
4.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述透镜装置为磁场式的四极透镜，
所述质量分析装置在改变所述质量分析磁铁的磁场强度时，以与所述质量分析磁铁的磁场强度成比例的方式改变所述透镜装置的磁场强度。
5.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述透镜装置为电场式的四极透镜，
所述质量分析装置在改变所述质量分析磁铁的磁场强度时，利用目标离子束的能量E、质量m、电荷q，以使所述质量分析磁铁的磁场强度与(2mE)1/2/q成比例的方式改变，并以使所述透镜装置的电场强度与E/q成比例的方式改变。
6.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置能够以将离子的质量m与电荷q的比即质荷比M＝m/q作为基准的质量分辨率M/dM成为100以上的方式进行调整，其中，dM为峰值强度成为峰值的一半的半幅值。
7.根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置能够以目标离子为质量数75的2价的砷离子75As2+，去除的离子为质量数186的5价的钨离子186W5+，质量分辨率M/dM成为125以上的方式进行调整。
8.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置以目标质荷比的离子束通过所述质谱分析狭缝的中心的方式调整所述质量分析磁铁的磁场强度。
9.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置以目标质荷比的离子束通过偏离所述质谱分析狭缝的中心的位置的方式调整所述质量分析磁铁的磁场强度。
10.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
质量分析装置具有将通过所述质谱分析狭缝的离子束的射束电流量视为优先的第1模式及将相对于通过所述质谱分析狭缝的离子束的质量分辨率视为优先的第2模式，
在所述第2模式下，以相比所述第1模式使通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置靠下游侧的方式调整所述透镜装置的收敛/发散力。
11.根据权利要求10所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质谱分析狭缝构成为开口宽度可变，
在所述第2模式下，相比所述第1模式，所述质谱分析狭缝的开口宽度小。
12.根据权利要求11所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质量分析装置具有开口宽度不同的多个质谱分析狭缝，通过切换为所述多个质谱分析狭缝中的任一个来调整开口宽度。
13.根据权利要求11所述的离子注入装置，其特征在于，
所述质谱分析狭缝由能够沿开口宽度方向移动的两片遮盖体构成，通过改变所述两片遮盖体的间隔来调整开口宽度。
14.根据权利要求1或2所述的离子注入装置，其特征在于，
所述离子注入装置还具备设置于所述离子束生成单元的下游的多段直线加速单元，
所述多段直线加速单元包括：多段高频谐振器，构成为使从所述质量分析装置射出的离子束加速；及多段收敛透镜，配置于各段的高频谐振器的前后，且构成为调整加速的离子束的射束分布，根据通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置而设定不同的收敛透镜参数。
15.一种离子注入装置的控制方法，所述离子注入装置具备包括离子源、引出电极及质量分析装置的离子束生成单元，该离子注入装置的控制方法的特征在于，
所述质量分析装置具备：
质量分析磁铁，对通过所述引出电极从所述离子源引出的离子束施加磁场而使其偏转；
质谱分析狭缝，设置于所述质量分析磁铁的下游，且使偏转的所述离子束中所希望的离子种类的离子束选择性地通过；及
透镜装置，设置于所述质量分析磁铁与所述质谱分析狭缝之间，且对朝向所述质谱分析狭缝的离子束施加磁场及电场中的至少一种来调整所述离子束的收敛及发散，
所述控制方法具备：
计算相对于通过所述质谱分析狭缝的离子束的质量分辨率的步骤；及
计算出的所述质量分辨率小于目标值时，在隔着所述质谱分析狭缝的上游侧至下游侧为止的规定的调整范围内，利用所述透镜装置来改变通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置，由此提高质量分辨率的步骤。
16.根据权利要求15所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，
计算出的所述质量分辨率小于目标值时，以通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置位于相比所述质谱分析狭缝靠下游侧的方式利用所述透镜装置来发散所述离子束，提高通过所述质谱分析狭缝的离子束的质量分辨率。
17.根据权利要求15或16所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，还具备计算出的所述质量分辨率小于目标值时，缩小所述质谱分析狭缝的开口宽度的步骤。
18.根据权利要求15或16所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，还具备计算出的所述质量分辨率小于目标值时，以目标质荷比的离子束通过偏离所述质谱分析狭缝的中心的位置的方式调整所述质量分析磁铁的磁场强度的步骤。
19.根据权利要求15或16所述的离子注入装置的控制方法，其特征在于，还具备调整所述质量分析磁铁的磁场强度时调整所述透镜装置的收敛/发散力，以减小因所述质量分析磁铁的磁场强度的变化引起的通过所述质谱分析狭缝的离子束的收敛位置的变化的步骤。
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