JP2014170770A - イオン注入量測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体に於けるイオン注入量を、半導体と同種の試料を用いて高い精度で高感度に測定する。
【解決手段】マイクロメカニカル構造体１０は、半導体と同じ元素から構成される可動構造体を有する。イオン注入量測定装置は、イオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体１０の可動構造体の表面形状を測定する走査型白色干渉計２と、走査型白色干渉計２から得られた可動構造体の表面の干渉パターンのデータを可動構造体の曲率データに変換し、曲率データからイオン注入前後の可動構造体の曲率変化を算出し、イオン注入前後の可動構造体の曲率変化と可動構造体に注入されたイオンの量との既知の関係に基づいて、算出した可動構造体の曲率変化から、可動構造体に注入されたイオンの量を導出する計算機３と備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表層にイオン注入が為された半導体に於けるイオン注入量を、この半導体と同種の試料を用いて、表面分析によらずに比較的簡易な構成によって、高い精度で高感度に測定するイオン注入量測定装置及び測定方法に関するものである。

半導体デバイスの製造過程に於いて、デバイス表層部の導電の型（ｐ型／ｎ型）や抵抗率等の特性を所望の特性にする為に、半導体表層へのイオン注入が行われる。一般に、イオン注入は、半導体に対する不純物となる元素をイオン化し、生成された不純物イオンを加速器により電気的に加速して、半導体表面に打ち込む事により行われる。イオン注入により、半導体表層に於いて化学的変化や構造的変化（以下、ダメージと記載）が生じる。

通常、半導体表層に於けるイオン注入量の増加に応じて半導体のダメージが大きくなる。そして、イオン注入が為された半導体（以下、イオン注入物と記載）に於いて、其の表層部に於けるイオン注入量、即ち、ダメージの程度が半導体特性に大きく影響する。其の為、イオン注入物に於けるイオン注入量を測定する事は、半導体デバイスの品質管理上、非常に重要である。

従来、イオン注入物に対し、表面分析によらず、非接触でイオン注入量を測定する手法として、特許文献１に示される測定手法（以下、サーマルウエーブ法と記載）がある。サーマルウエーブ法は、イオン注入物の表面に検出用のレーザー光（以下、検出光と記載）を照射し、其の測定部に他の励起用のレーザー光（以下、励起光と記載）を照射する事によって生じる、前記検出光の変化を測定する手法である。

イオン注入物は、其のバンドギャップ以上のエネルギーを有する励起光が照射されると、其の照射部に於いて、フリーキャリアとして振る舞う光励起キャリアが発生し、其の光励起キャリアの発生、及び、再結合による消滅に応じて光反射率が変化する。又、半導体に於ける前記光励起キャリアの発生、及び、消滅の状況に応じて発生する光反射率の変化は、半導体表層に於ける前記ダメージの程度と相関があり、其のダメージの程度はイオン注入量と相関がある。前記サーマルウエーブ法は、半導体表層の光反射率の変化を光学的に測定する事により、間接的にイオン注入量を測定する手法である。

特開昭６１−２２３５４３号公報

しかしながら、フリーキャリアとして振る舞う前記光励起キャリアは、其の運動が前記検出光の振動周波数に対して追従し難い為、励起光照射による半導体表面の光反射率の変化（前記検出光の反射光の変化）は極めて小さい。其の為、前記サーマルウエーブ法に於いて十分な測定感度を得ることが困難である、という問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、其の目的とする所は、表層にイオン注入が為された半導体に於けるイオン注入量を、この半導体と同種の試料を用いて、表面分析によらずに比較的簡易な構成によって、高い精度で高感度に測定出来るイオン注入量測定装置及び測定方法を提供する事にある。

本発明のイオン注入量測定装置は、イオン注入量を測定したい半導体と同一条件のイオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体に設けられた可動構造体の表面形状を測定する走査型白色干渉計と、前記走査型白色干渉計から得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータを前記可動構造体の曲率データに変換する曲率算出手段と、前記曲率算出手段で得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出する曲率変化算出手段と、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化と前記可動構造体に注入されたイオンの量との既知の関係に基づいて、前記曲率変化算出手段で算出された曲率変化から、前記可動構造体に注入されたイオンの量を導出するイオン注入量導出手段とを備え、表層にイオン注入が為された前記半導体におけるイオン注入量を、前記半導体と同じ元素から構成される前記可動構造体を有するマイクロメカニカル構造体を用いて推定することを特徴とするものである。

また、本発明のイオン注入量測定装置の１構成例は、さらに、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化と前記可動構造体に注入されたイオンの量との関係を予め求める関係導出手段を備え、前記走査型白色干渉計は、前記関係を予め求める際に任意のイオン注入条件によるイオン注入と、前記可動構造体の曲率を初期値に戻す加熱処理とが行われる前記可動構造体の表面形状をイオン注入前後で測定し、前記曲率算出手段は、前記関係を予め求める際に前記走査型白色干渉計から得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータから前記可動構造体の曲率データをイオン注入前後で算出し、前記曲率変化算出手段は、前記関係を予め求める際に前記曲率算出手段で得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出し、前記関係導出手段は、前記関係を予め求める際に前記曲率変化算出手段で算出された曲率変化と外部の分析装置で測定されたイオンの量の測定データとから前記関係を求めることを特徴とするものである。
また、本発明のイオン注入量測定装置の１構成例において、前記関係導出手段は、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化について自然対数をとった値を縦軸とし、外部の分析装置で測定されたイオンの量について自然対数をとった値を横軸とする特性図上において直線の前記関係を求めることを特徴とするものである。
また、本発明のイオン注入量測定装置の１構成例において、前記マイクロメカニカル構造体は、前記可動構造体と、前記可動構造体の周囲に配置された枠部と、前記可動構造体と前記枠部とを連結する連結部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のイオン注入量測定方法は、イオン注入量を測定したい半導体と同一条件のイオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体に設けられた可動構造体の表面形状を測定する第１の表面形状測定ステップと、前記第１の表面形状測定ステップで得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータを前記可動構造体の曲率データに変換する第１の曲率算出ステップと、前記第１の曲率算出ステップで得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出する第１の曲率変化算出ステップと、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化と前記可動構造体に注入されたイオンの量との既知の関係に基づいて、前記第１の曲率変化算出ステップで算出した曲率変化から、前記可動構造体に注入されたイオンの量を導出するイオン注入量導出ステップとを含み、表層にイオン注入が為された前記半導体におけるイオン注入量を、前記半導体と同じ元素から構成される前記可動構造体を有するマイクロメカニカル構造体を用いて推定することを特徴とするものである。

また、本発明のイオン注入量測定方法の１構成例は、さらに、前記関係を予め求める際に任意のイオン注入条件によるイオン注入と、前記可動構造体の曲率を初期値に戻す加熱処理とが行われる前記可動構造体の表面形状をイオン注入前後で測定する第２の表面形状測定ステップと、前記関係を予め求める際に前記第２の表面形状測定ステップで得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータから前記可動構造体の曲率データをイオン注入前後で算出する第２の曲率算出ステップと、前記関係を予め求める際に前記第２の曲率算出ステップで得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出する第２の曲率変化算出ステップと、前記第２の曲率変化算出ステップで算出された曲率変化と外部の分析装置で測定されたイオンの量の測定データとから前記関係を求める関係導出ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、イオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体に設けられた可動構造体の表面形状を測定し、可動構造体の表面の干渉パターンのデータを可動構造体の曲率データに変換して、この曲率データからイオン注入前後の可動構造体の曲率変化を算出し、イオン注入前後の可動構造体の曲率変化と可動構造体に注入されたイオンの量との既知の関係に基づいて、曲率変化算出手段で算出した曲率変化から、可動構造体に注入されたイオンの量を導出することにより、表層にイオンが注入されたシリコンウエハ等の半導体に於けるイオン注入量を、この半導体と同じ元素から構成される可動構造体を有するマイクロメカニカル構造体を用いて、表面分析によらずに比較的簡易な構成によって、高い精度で高感度に測定することが出来る。

また、本発明では、任意のイオン注入条件によるイオン注入と、可動構造体の曲率を初期値に戻す加熱処理とが行われる可動構造体の表面形状をイオン注入前後で測定し、可動構造体の表面の干渉パターンのデータから可動構造体の曲率データをイオン注入前後で算出して、この曲率データからイオン注入前後の可動構造体の曲率変化を算出することにより、この曲率変化と外部の分析装置で測定されたイオンの量の測定データとから、イオン注入前後の可動構造体の曲率変化と可動構造体に注入されたイオンの量との関係を求めることが出来る。

図１は、本発明の実施の形態に係るイオン注入量測定装置の概略構成図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程平面図である。 図２Ｄは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図２Ｅは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図２Ｆは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図２Ｇは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図２Ｈは、本発明の実施の形態に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法について説明する工程断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る計算機の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るイオン注入量測定方法を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態に係るイオン注入前後の曲率変化と注入されたアルゴンの量との関係について説明する図である。 図６は、加熱時間と可動構造体の曲率との関係を示す特性図である。

［発明の原理］
前述した様に、半導体表層に於けるイオン注入により、半導体表層に於いて構造的変化が生じ、其の構造的変化の程度は、イオン注入量と高い相関がある。即ち、半導体に於いて、前記構造的変化が大きい程、前記半導体表層に於けるイオン注入量は多くなる。そこで、本発明に於いては、イオン注入により変化する半導体表層に於ける構造的変化（曲率変化）を、検査対象と同種の試料を用いて光学的に測定する事により、半導体表層に於けるイオン注入量を間接的に導出する。半導体表層に於ける構造的変化の測定は、非破壊、且つ、非接触で、又、簡易に、且つ、極短時間で行う事が出来る。

［実施の形態］
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係るイオン注入量測定装置の概略構成図である。図２Ａ〜図２Ｈは、本発明の実施の形態に係るイオン注入量測定装置で用いるマイクロメカニカル構造体の製造方法の一例について説明する工程図である。なお、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈはマイクロメカニカル構造体の断面図、図２Ｃはマイクロメカニカル構造体を上から見た平面図である。

先ず、図１に示す概略構成図を参照しつつ、本実施の形態に係るイオン注入装置について説明する。イオン注入量測定装置は、検査対象と同種の試料として、表層にイオン注入が為されたマイクロメカニカル構造体１０を用いて、検査対象の「半導体であるイオン注入物」に於けるイオン注入量を測定する装置である。本実施の形態では、検査対象の半導体として単結晶シリコンを例に挙げて説明する。

本実施の形態のイオン注入量測定装置は、マイクロメカニカル構造体１０を載置する試料ステージ１と、イオン注入量を測定したい半導体と同一条件のイオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体１０の可動構造体の表面形状を測定する走査型白色干渉計２と、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体に注入されたイオンの量を導出する計算機３と、試料ステージ１を制御するステージ制御装置４とを備えている。

走査型白色干渉計２は、白色ＬＥＤからなる光源２０と、光源２０からの白色光を後述する干渉計対物レンズ２２への光と後述するＣＣＤカメラ２３への光に２分割するビームスプリッタ２１と、マイクロメカニカル構造体１０へ白色光を照射すると共にマイクロメカニカル構造体１０からの反射光を受光する干渉計対物レンズ２２と、ビームスプリッタ２１からの光を受光する２次元のＣＣＤセンサを備えたＣＣＤカメラ２３とから構成される。

次に、マイクロメカニカル構造体１０の構造、および其の製造方法について以下に説明する。先ず、図２Ａに示す様に、例えば、単結晶シリコンから成る基体部１０１と、埋め込み絶縁層１０２と、単結晶シリコンから成る表面シリコン層（ＳＯＩ層）１０３とを備えるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意する。例えば、基体部１０１の膜厚は４００μｍ、埋め込み絶縁層１０２の膜厚は１．０μｍ、ＳＯＩ層１０３の膜厚は４．７μｍである。

此のＳＯＩ層１０３の膜厚は、一般的なイオン注入深さである１０ｎｍ乃至１μｍ程度より厚いことが必須である事は言う迄も無い。一方、ＳＯＩ層１０３の膜厚が薄い程、後述する可動構造体１３１の曲率変化が大きくなり、本実施の形態のイオン注入量測定装置の検出感度が向上する。従って、ＳＯＩ層１０３の膜厚としては、１．５μｍ〜５．０μｍ程度が好適である。尚、イオン注入深さは、注入されるイオンの種類、イオン注入時のイオン加速エネルギー、イオン注入角度、及び、前記試料を構成する半導体の種類が主な要因となって定まる物理量であり、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）等により求める事が出来る。

次に、ＳＯＩ層１０３を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、図２Ｂに示す様に、可動構造体１３１、枠部１３２、及び、可動構造体１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３４を形成する。此のパターニングに依り、図２Ｃに例示する様に枠部１３２に隙間１３３を開けて可動構造体１３１が形成され、又、可動構造体１３１が一対の連結部１３４によって枠部１３２に連結・支持された構造を形成することが出来る。

なお、図２Ｂは、図２ＣのＡ−Ａ’線断面図である。これ等の構造体のパターニングでは、フォトリソグラフィ技術に依って形成したレジストパターンをマスクとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いてＳＯＩ層１０３のエッチング加工を行えば良い。又、此のエッチング加工では、埋め込み絶縁膜１０２をエッチングストップ層として用いる事が出来る。

次に、図２Ｄに示す様に、ＳＯＩ層１０３の表面に、有機樹脂から成る保護層１０５を形成する。保護層１０５は、例えば、レジストを塗布し、このレジストを加熱処理する事で形成出来る。加熱処理は、窒素雰囲気下、温度２５０℃で３０分間のハードベーク条件で行えば良い。

次に、図２Ｅに示す様に、基体部１０１に、埋め込み絶縁層１０２が露出する開口部１０１ａを形成する。開口部１０１ａは、前述した可動構造体１３１及び連結部１３４の領域に対応して形成される。開口部１０１ａも、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成する事が出来る。基体部１０１の一部を除去する此のエッチングは、ドライエッチングに依り行い、又、埋め込み絶縁層１０２をエッチングストップ層として用いれば良い。

次に、開口部１０１ａに露出している埋め込み絶縁層１０２をエッチング除去して、図２Ｆに示す様に、開口部１０１ａに続く開口部１０２ａを形成する。此の開口部１０２ａの形成に依り、図２Ｆに示す様に、ＳＯＩ基板の裏側面よりＳＯＩ層１０３の裏面に到達する開口部が形成された事になる。埋め込み絶縁層１０２のエッチングは、例えば、フッ化水素酸緩衝液（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングに依り行えば良い。他には、大気中に於けるフッ化水素ガスの暴露を用いたドライエッチングに依り行っても良い事を確認している。

次に、ダイシングを行い、マイクロメカニカル構造体をチップ化する。ダイシングには、ダイシングソーを用いる公知のブレードダイシングを用いれば良い。

次に、ＳＯＩ層１０３の表面の保護に用いていた保護層１０５を、例えば、酸素プラズマやＵＶ（Ultraviolet）／オゾン等の活性酸素暴露を行う事で灰化させて除去した後に、此の除去処理によって酸化したＳＯＩ層１０３の表面を、アルゴンプラズマ等の不活性ガス種によるプラズマ暴露を行う事で除去する事により、図２Ｇに示す様に、可動構造体１３１及び連結部１３４が可動状態になるように枠部１３２から解放する。

此の後、可動構造体１３１及び連結部１３４を解放したチップ全体を加熱処理（アニール）する事で、図２Ｈに示す様に、可動構造体１３１を湾曲させないように曲率を１ｍ^-1未満に抑制することが出来る。此の加熱処理は、例えば、窒素雰囲気下で、温度５００℃で２時間の条件で行えば良い。以上のようにしてマイクロメカニカル構造体１０が完成する。

次に、イオン注入量測定装置を用いたイオン注入量測定方法について説明する。図３は計算機３の構成を示すブロック図、図４はイオン注入量測定方法を説明するフローチャートである。計算機３は、走査型白色干渉計２を制御する走査型白色干渉計制御部３０と、走査型白色干渉計２から得られた可動構造体１３１の表面の干渉パターンのデータを可動構造体１３１の曲率データに変換する曲率算出部３１と、曲率算出部３１で得られた曲率データからイオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化を算出する曲率変化算出部３２と、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化と可動構造体１３１に注入されたイオンの量との関係を求める関係導出部３３と、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化と可動構造体１３１に注入されたイオンの量との関係に基づいて、曲率変化算出部３２で算出された曲率変化から、可動構造体１３１に注入されたイオンの量を導出するイオン注入量導出部３４とを備えている。

先ず、本実施の形態のイオン注入量測定装置を用いて、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の反り（曲率ρ_initial）の初期値を測定する（図４ステップＳ１）。図１に示す様に、走査型白色干渉計２の光源２０から放射された白色光は、ビームスプリッタ２１及び干渉計対物レンズ２２を通って試料ステージ１上のマイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１に照射される。ビームスプリッタ２１は、光源２０からの白色光を干渉計対物レンズ２２への光とＣＣＤカメラ２３への光に２分割する。マイクロメカニカル構造体１０からの反射光は、干渉計対物レンズ２２を通ってビームスプリッタ２１に入射する。

計算機３の走査型白色干渉計制御部３０が干渉計対物レンズ２２をＺ方向に走査すると、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１にピントが合っている箇所にのみ干渉縞が生じる。この干渉縞強度のピーク位置を、ＣＣＤカメラ２３の各ピクセル位置について検出することで、可動構造体表面の干渉パターンの強度データが得られる。計算機３の曲率算出部３１は、走査型白色干渉計２で得られた干渉パターンの強度データを曲率データに変換する。この干渉パターンの強度データを曲率データに変換する技術としては、Ｚｙｇｏ社の非接触表面形状測定器（ＮｅｗＶｉｅｗ^TMシリーズ）で用いられている技術がある。こうして、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の曲率の初期値ρ_initialを測定することができる。

次に、検査対象の「表層にイオン注入が為された半導体」に於けるイオン注入量を求める為に、上記マイクロメカニカル構造体１０に対して検査対象と同一のイオン注入条件でイオン注入を行う（図４ステップＳ２）。此処では、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置（住友精密工業社製，ＭＵＣ−２１）を用いて、ＲＦパワーを８００Ｗ、ｂｉａｓを２０Ｗに固定して、時間をパラメータとするイオン注入条件に於いて、マイクロメカニカル構造体１０にアルゴンイオン注入を行った。

マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１は、連結部１３４によって枠部１３２に連結・支持されており、固定されている周囲の枠部１３２に対して動くことができるようになっている。このため、可動構造体１３１は、周囲の枠部１３２と比較して構造的変化が生じ易くなっており、ステップＳ２の処理でアルゴンイオン注入が行われると、反りが生じる。

計算機３の曲率算出部３１は、ステップＳ２でイオン注入を行ったマイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の曲率ρ_inplantedを、上記と同様に測定する（図４ステップＳ３）。

此処で、発明者は、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρ＝ρ_inplanted−ρ_initialと、注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）［Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²］（単位面積当たりの注入されたイオン（原子）数）との関係は、図５に示す様に、傾き１の比例関係にある事を見出した。注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）は、全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）によって求めることができる。図５によれば、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化量から、可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量を見積もる事が出来ることが分かる。

なお、図５の縦軸は、イオン注入前後における可動構造体１３１の曲率の変動量Δρ［ｍ^-1］について自然対数をとった値であり、図５の横軸は、可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）［Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²］について自然対数をとった値である。

計算機３の曲率変化算出部３２は、ステップＳ１で測定した可動構造体１３１の曲率の初期値ρ_initialとステップＳ３で測定した可動構造体１３１の曲率ρ_inplantedとから、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρ＝ρ_inplanted−ρ_initialを計算し（図４ステップＳ４）、図示しない外部の全反射蛍光Ｘ線分析装置がステップＳ２のイオン注入中に測定したアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）の測定データを取得して（図４ステップＳ５）、このイオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρと可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）とを記憶する。

次に、ステップＳ２でイオン注入を行ったマイクロメカニカル構造体全体を加熱（アニール）する事で、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の曲率を初期値ρ_initialに戻す（図４ステップＳ６）。図６は、加熱時間と可動構造体１３１の曲率ρとの関係を示す特性図である。加熱処理の温度は５００℃とした。加熱時間２時間において、曲率ρの変化が飽和している。従って、ここでの加熱処理は、例えば、窒素雰囲気下で、温度５００℃（Ｔ＝７７３Ｋ）で２時間の条件で行えば良い。

そして、ステップＳ２に戻り、注入するアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）を変えながら、ステップＳ２〜Ｓ６の処理をｎ回繰り返す（ｎは２以上の整数）。このようなｎ回の繰り返しにより、任意のイオン注入条件について、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρと可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）との測定データの組がｎ組得られ、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρについて自然対数をとった値を縦軸とし、可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）について自然対数をとった値を横軸とする図５のような特性図上において、ｎ個の計測点５０が得られたことになる。

計算機３の関係導出部３３は、ステップＳ２〜Ｓ６の処理をｎ回実施した後（図４ステップＳ７においてＹＥＳ）、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρと可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）との関係を求める（図４ステップＳ８）。具体的には、関係導出部３３は、上記ｎ組の測定データから、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρと可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）との関係式を導出すればよい。

このステップＳ８の処理は、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρについて自然対数をとった値を縦軸とし、可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）について自然対数をとった値を横軸とする図５のような関係図上において、複数の計測点５０を通る直線５１を求めることに相当する。

次に、可動構造体１３１の曲率を初期値ρ_initialに戻したマイクロメカニカル構造体１０に対して、検査対象と同一のイオン注入条件でイオン注入を行う（図４ステップＳ９）。此処では、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置（住友精密工業社製，ＭＵＣ−２１）を用いて、ＲＦパワーを８００Ｗ、ｂｉａｓを２０Ｗに固定して、時間をパラメータとするイオン注入条件に於いて、マイクロメカニカル構造体１０にアルゴンイオン注入を行う。

計算機３の曲率算出部３１は、ステップＳ９でイオン注入を行ったマイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の曲率ρ_inplantedを、上記と同様に測定する（図４ステップＳ１０）。

計算機３の曲率変化算出部３２は、ステップＳ１で測定した可動構造体１３１の曲率の初期値ρ_initialとステップＳ１０で測定した可動構造体１３１の曲率ρ_inplantedとから、イオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρ＝ρ_inplanted−ρ_initialを計算する（図４ステップＳ１１）。

そして、計算機３のイオン注入量導出部３４は、ステップＳ８で得られた関係に基づいて、ステップＳ１１で計算されたイオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρから、可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）の値を導出する（図４ステップＳ１２）。具体的には、イオン注入量導出部３４は、ステップＳ８で得られた関係式に、ステップＳ１１で計算された曲率変化Δρを代入して、可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）の値を計算すればよい。

以上のようにして、本実施の形態では、表層にイオン注入が為された半導体に於けるイオン注入量を、この半導体と同種の試料を用いて、表面分析によらずに比較的簡易な構成によって、高い精度で高感度に測定することが出来る。

なお、本実施の形態では、ステップＳ１２でイオンの量を求めた後、ステップＳ６と同じ加熱処理（アニール）を行う事により、再び、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の曲率を初期値ρ_initialに戻す事が出来るので、一度、マイクロメカニカル構造体１０を作製しさえすれば、イオン注入量測定を何度も繰り返し行うことが出来るという特徴を有する。

又、本実施の形態では、可動構造体１３１に注入されたイオンの検出感度として、図５に示す様に、全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）から求められるイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）の検出限界と同程度の検出感度を得ることが出来る。全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）から求められるイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）の検出限界は〜３×１０¹⁰［Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²］（自然対数をとった値で表現すると、〜２４［ｌｎ（Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²）］）である。

なお、本実施の形態では、ステップＳ１〜Ｓ８の処理とステップＳ９〜Ｓ１２の処理で同一のマイクロメカニカル構造体１０を用いているが、これに限るものではなく、例えばステップＳ１〜Ｓ８の処理で用いたマイクロメカニカル構造体１０と同一構造の別個のマイクロメカニカル構造体（例えばステップＳ１〜Ｓ８の処理で用いたマイクロメカニカル構造体１０と同時に作製した別のチップのマイクロメカニカル構造体）に対してステップＳ９〜Ｓ１２の処理を適用してもよい。

また、本実施の形態では、ステップＳ１〜Ｓ８の処理とステップＳ９〜Ｓ１２の処理とを連続して行っているが、これに限るものではなく、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を行ってイオン注入前後の可動構造体１３１の曲率変化Δρと可動構造体１３１に注入されたアルゴンイオンの量Ｃｏｎｃ（Ａｒ）との関係を予め求めた後に、ステップＳ９〜Ｓ１２の処理を別途行うようにしてもよい。

また、本実施の形態では、マイクロメカニカル構造体１０に注入するイオンの例としてアルゴンイオンを例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、他のイオンについても本発明を適用できることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、マイクロメカニカル構造体１０の可動構造体１３１の形状を平面視長方形としているが、これに限るものではない。可動構造体１３１の形状を平面視円形にした場合は、可動構造体１３１の中心から端部までの距離が可動構造体１３１の全周において等しくなるので、イオン注入のためのプラズマ照射を可動構造体１３１に対して均一に行えるため、イオン注入量の測定精度を向上させることが出来る。

一方、可動構造体１３１の形状を平面視正方形にした場合は、可動構造体１３１の端部に曲面がないので、可動構造体１３１を作成する際のマスクをＥＢ（Electron Beam）描画装置で描画する際に、ビームのスキャンを簡略化することができ、マスク製造のコストを低減することが出来る。また、可動構造体１３１の形状を平面視長方形にした場合は、可動構造体１３１が長辺と短辺を有するので、イオン注入による構造変化により生じる長辺方向の力と短辺方向の力が異なるため、可動構造体１３１の形状を平面視正方形にする場合と比較して、可動構造体１３１の曲率変化を大きくすることができる。

なお、本実施の形態で説明した計算機３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、表層にイオン注入が為された半導体に於けるイオン注入量を、この半導体と同種の試料を用いて、表面分析によらずに比較的簡易な構成によって、高い精度で高感度に測定する技術に適用することが出来る。

１…試料ステージ、２…走査型白色干渉計、３…計算機、４…ステージ制御装置、１０…マイクロメカニカル構造体、２０…光源、２１…ビームスプリッタ、２２…干渉計対物レンズ、２３…ＣＣＤカメラ、３０…走査型白色干渉計制御部、３１…曲率算出部、３２…曲率変化算出部、３３…関係導出部、３４…イオン注入量導出部、１０１…基体部、１０１ａ…開口部、１０２…埋め込み絶縁層、１０２ａ…開口部、１０３…表面シリコン層、１０５…保護層、１３１…可動構造体、１３２…枠部、１３３…隙間、１３４…連結部。

Claims (8)

1. イオン注入量を測定したい半導体と同一条件のイオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体に設けられた可動構造体の表面形状を測定する走査型白色干渉計と、
   前記走査型白色干渉計から得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータを前記可動構造体の曲率データに変換する曲率算出手段と、
   前記曲率算出手段で得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出する曲率変化算出手段と、
   イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化と前記可動構造体に注入されたイオンの量との既知の関係に基づいて、前記曲率変化算出手段で算出された曲率変化から、前記可動構造体に注入されたイオンの量を導出するイオン注入量導出手段とを備え、
   表層にイオン注入が為された前記半導体におけるイオン注入量を、前記半導体と同じ元素から構成される前記可動構造体を有するマイクロメカニカル構造体を用いて推定することを特徴とするイオン注入量測定装置。
2. 請求項１記載のイオン注入量測定装置において、
   さらに、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化と前記可動構造体に注入されたイオンの量との関係を予め求める関係導出手段を備え、
   前記走査型白色干渉計は、前記関係を予め求める際に任意のイオン注入条件によるイオン注入と、前記可動構造体の曲率を初期値に戻す加熱処理とが行われる前記可動構造体の表面形状をイオン注入前後で測定し、
   前記曲率算出手段は、前記関係を予め求める際に前記走査型白色干渉計から得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータから前記可動構造体の曲率データをイオン注入前後で算出し、
   前記曲率変化算出手段は、前記関係を予め求める際に前記曲率算出手段で得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出し、
   前記関係導出手段は、前記関係を予め求める際に前記曲率変化算出手段で算出された曲率変化と外部の分析装置で測定されたイオンの量の測定データとから前記関係を求めることを特徴とするイオン注入量測定装置。
3. 請求項２記載のイオン注入量測定装置において、
   前記関係導出手段は、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化について自然対数をとった値を縦軸とし、外部の分析装置で測定されたイオンの量について自然対数をとった値を横軸とする特性図上において直線の前記関係を求めることを特徴とするイオン注入量測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン注入量測定装置において、
   前記マイクロメカニカル構造体は、前記可動構造体と、前記可動構造体の周囲に配置された枠部と、前記可動構造体と前記枠部とを連結する連結部とを備えることを特徴とするイオン注入量測定装置。
5. イオン注入量を測定したい半導体と同一条件のイオン注入が行われたマイクロメカニカル構造体に設けられた可動構造体の表面形状を測定する第１の表面形状測定ステップと、
   前記第１の表面形状測定ステップで得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータを前記可動構造体の曲率データに変換する第１の曲率算出ステップと、
   前記第１の曲率算出ステップで得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出する第１の曲率変化算出ステップと、
   イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化と前記可動構造体に注入されたイオンの量との既知の関係に基づいて、前記第１の曲率変化算出ステップで算出した曲率変化から、前記可動構造体に注入されたイオンの量を導出するイオン注入量導出ステップとを含み、
   表層にイオン注入が為された前記半導体におけるイオン注入量を、前記半導体と同じ元素から構成される前記可動構造体を有するマイクロメカニカル構造体を用いて推定することを特徴とするイオン注入量測定方法。
6. 請求項５記載のイオン注入量測定方法において、
   さらに、前記関係を予め求める際に任意のイオン注入条件によるイオン注入と、前記可動構造体の曲率を初期値に戻す加熱処理とが行われる前記可動構造体の表面形状をイオン注入前後で測定する第２の表面形状測定ステップと、
   前記関係を予め求める際に前記第２の表面形状測定ステップで得られた前記可動構造体の表面の干渉パターンのデータから前記可動構造体の曲率データをイオン注入前後で算出する第２の曲率算出ステップと、
   前記関係を予め求める際に前記第２の曲率算出ステップで得られた曲率データからイオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化を算出する第２の曲率変化算出ステップと、
   前記第２の曲率変化算出ステップで算出された曲率変化と外部の分析装置で測定されたイオンの量の測定データとから前記関係を求める関係導出ステップとを含むことを特徴とするイオン注入量測定方法。
7. 請求項６記載のイオン注入量測定方法において、
   前記関係導出ステップは、イオン注入前後の前記可動構造体の曲率変化について自然対数をとった値を縦軸とし、外部の分析装置で測定されたイオンの量について自然対数をとった値を横軸とする特性図上において直線の前記関係を求めることを特徴とするイオン注入量測定方法。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載のイオン注入量測定方法において、
   前記マイクロメカニカル構造体は、前記可動構造体と、前記可動構造体の周囲に配置された枠部と、前記可動構造体と前記枠部とを連結する連結部とを備えることを特徴とするイオン注入量測定方法。

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