JP2019046779A - イオン注入装置およびイオン注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の注入エネルギー領域や複数の注入角度領域を容易に形成可能なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、イオン注入装置は、イオンビームを発生させるイオンソースを備える。さらに、前記装置は、前記イオンビームの被照射体への照射位置を変化させるスキャナを備える。さらに、前記装置は、前記イオンビーム中のイオンを加速する第１電極を備える。さらに、前記装置は、前記イオンソースから発生後の前記イオンビームを制御することで、前記イオンビームのエネルギーおよび照射角度の少なくともいずれかを前記照射位置に応じて変化させる制御部を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、イオン注入装置およびイオン注入方法に関する。

近年、３次元メモリを製造する場合などに、イオンの注入エネルギーの異なる複数の注入エネルギー領域をウェハ内に形成することがある。この場合、ウェハ上にレジストマスクを形成する工程と、ウェハ内にイオンを注入する工程とを交互に繰り返し、イオン注入ごとにイオンソースを調整して注入エネルギーを変化させることが一般的である。しかしながら、イオンソースの調整が原因でイオン注入の生産性が低下することが問題となる。同様の問題は、イオンの注入角度の異なる複数の注入角度領域をウェハ内に形成する場合にも起こり得る。

特開平９−２４５７２２号公報 特表２０１７−５２００２３号公報 特開平８−２２７９９号公報 特開２０１４−４９６２０号公報

複数の注入エネルギー領域や複数の注入角度領域を容易に形成可能なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供する。

一の実施形態によれば、イオン注入装置は、イオンビームを発生させるイオンソースを備える。さらに、前記装置は、前記イオンビームの被照射体への照射位置を変化させるスキャナを備える。さらに、前記装置は、前記イオンビーム中のイオンを加速する第１電極を備える。さらに、前記装置は、前記イオンソースから発生後の前記イオンビームを制御することで、前記イオンビームのエネルギーおよび照射角度の少なくともいずれかを前記照射位置に応じて変化させる制御部を備える。

第１実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。 第１実施形態のイオン注入装置の動作を説明するためのグラフである。 図２の説明を補足するための図である。 第１実施形態のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態の比較例のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。 第２実施形態のイオン注入装置の動作を説明するためのグラフである。 第３実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。 第４実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。 図９の走査電圧引加器の動作を説明するためのグラフである。 図９の走査電圧引加器の動作を説明するための図である。 第４実施形態のイオン注入装置の動作を説明するためのグラフである。 第５施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。 図１３のパラレルレンズの制御を説明するためのグラフである。 図１４の説明を補足するための図である。 第６実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。 図１６のパラレルレンズの制御を説明するためのグラフである。 第６実施形態のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。 第６実施形態の比較例のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。 第７実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

図１のイオン注入装置は、イオンソース１１と、アナライザ１２と、Ｑレンズ１３と、スキャナ１４と、パラレルレンズ（Ｐレンズ）１５と、後段加速電極１６と、エネルギーフィルタ１７と、ファラデーカップ１８と、複数の制御電極１９と、制御部２０とを備えている。後段加速電極１６は第１電極の例であり、制御電極１９の第２電極の例である。

イオンソース１１は、符号Ｂで示すようにイオンビームを発生させる。アナライザ１２は、所定の質量および価数のイオンをＱレンズ１３に出力する。Ｑレンズ１３は、アナライザ１２で広がったイオンビームを絞り込む。スキャナ１４は、イオンビームのウェハ１への照射位置を変化させることで、イオンビームによりウェハ１を走査する。その結果、イオンビームをウェハ１全体に照射することが可能となる。

パラレルレンズ１５は、スキャナ１４を通過したイオンビームを平行化する。後段加速電極１６は、イオンビーム中のイオンを加速して、イオンビームのエネルギーを変化させる。ここで、イオンの加速には、イオンの加速度が正の場合だけでなく、イオンの加速度が負の場合も含む。また、イオンビームのエネルギーとは、イオンビーム中の各イオンのエネルギーを示し、例えばｋｅＶ単位で表される。エネルギーフィルタ１７は、所定のエネルギーを有するイオンをウェハ１に出力する。ファラデーカップ１８は、イオンビーム中のイオンを計数する。

図１では、ウェハ１の左側の面がウェハ１の表面であり、ウェハ１の右側の面がウェハ１の裏面である。ウェハ１の表面に垂直な方向、すなわち、図１の左右方向が、ウェハ１の深さ方向に相当する。一方、ウェハ１の表面に平行な方向が、ウェハ１の面内方向に相当する。ウェハ１は、不図示の処理室内に収容されており、ウェハ１の表面にイオンビームが照射される。ウェハ１は、例えば半導体ウェハであり、被照射体の一例である。

複数の制御電極１９は、後段加速電極１６の後段側に設けられており、具体的には、ウェハ１の裏面側に設けられている。これらの制御電極１９は、イオンビーム中のイオンを加速して、イオンビームのエネルギーを変化させる。

図１は、一例として、１８個の制御電極１９を示している。これらの制御電極１９は、３つの円と３本の直線により１８個に分割されており、ウェハ１の表面に平行な方向に互いに隣接している。符号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はそれぞれ、１つ目の円の内側に位置する１つの制御電極１９と、２つ目の円の内側に位置する１つの制御電極１９と、３つ目の円の内側に位置する１つの制御電極１９とを示している。これらの制御電極１９は、全体として円板形状を有しており、ウェハ１に平行に配置されている。なお、制御電極１９の個数は１８個以外でもよい。

制御部２０は、イオン注入装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部２０は、イオンソース１１によるイオンビーム発生、スキャナ１４によるスキャン動作、後段加速電極１６の電圧、制御電極１９の電圧などを制御する。制御部２０の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータなどである。

制御部２０は、イオンソース１１から発生後のイオンビームを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。具体的には、制御部２０は、複数の制御電極１９に印加する電圧を制御電極１９ごとに制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。制御部２０は、これらの制御電極１９の電圧を独立に制御可能である。

例えば、符号Ｄ１で示す制御電極１９に正の電圧が印加される場合、プラスイオンビームはウェハ１の中心領域に照射される際に減速度が大きくなり、イオンビームのエネルギーが減少する。その結果、ウェハ１の中心領域においてイオンが浅く注入される。なお、用いるイオンがマイナスイオンの場合や、制御電極１９に負の電圧が印加される場合は、これと逆の事象が発生する。

図２は、第１実施形態のイオン注入装置の動作を説明するためのグラフである。

図２の横軸は、ウェハ１の表面に平行なＸ座標を示し、図２の縦軸は、イオンビームのエネルギーを示す。図２は、イオンビームの照射位置と、ウェハ１の表面におけるイオンビームのエネルギーとの関係の一例を示している。

図２では、イオンビームのエネルギーがＥ１〜Ｅ３に設定されている。この場合、イオンビームがウェハ１の中心領域に照射される際に、イオンビームのエネルギーが小さくなり、イオンが浅く注入される。一方、イオンビームがウェハ１の周辺領域に照射される際に、イオンビームのエネルギーが大きくなり、イオンが深く注入される。この場合、符号Ｄ１で示す制御電極１９には低い電圧が印加され、符号Ｄ３で示す制御電極１９には高い電圧が印加される。

図３は、図２の説明を補足するための図である。

図３は、ウェハ１の表面の点Ｐ１〜Ｐ３を示している。上記の例では、点Ｐ１〜Ｐ３にそれぞれエネルギーＥ１〜Ｅ３のイオンビームが照射される。その結果、点Ｐ１ではイオンが浅く注入され、点Ｐ３ではイオンが深く注入される。

図４は、第１実施形態のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。

まず、制御部２０は、ウェハ１の面内の各領域の注入加速エネルギーを設定する（ステップＳ１）。次に、制御部２０は、設定した注入加速エネルギーに合わせて、後段加速電極１６に印加する加速電圧と、各制御電圧１９に印加する加速電圧とを設定する（ステップＳ２）。

次に、制御部２０は、イオンソース１１を調整して、イオンビームの状態を所望のスペックに調整する（ステップＳ３）。次に、制御部２０は、個々の被注入領域へのイオン注入を開始するとともに（ステップＳ４）、イオン注入量の測定を開始する（ステップＳ５）。

次に、制御部２０は、個々の被注入領域へのイオン注入量が所定量に到達したら（ステップＳ６）、イオン注入を停止するとともに（ステップＳ７）、イオン注入量の測定を停止する（ステップＳ８）。こうして、ウェハ１へのイオン注入が終了する。

図５は、第１実施形態の比較例のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。本比較例のイオン注入装置は、制御電極１９を備えていない。

まず、制御部２０は、ある被注入領域にイオンビームを照射する前に、この被注入領域の注入加速エネルギーに合わせて、後段加速電極１６に印加する加速電圧を設定する（ステップＳ１１）。

次に、制御部２０は、イオンソース１１を調整して、イオンビームの状態を所望のスペックに調整する（ステップＳ３）。次に、制御部２０は、この被注入領域へのイオン注入を開始するとともに（ステップＳ４）、イオン注入量の測定を開始する（ステップＳ５）。

次に、制御部２０は、この被注入領域へのイオン注入量が所定量に到達したら（ステップＳ６）、イオン注入を停止するとともに（ステップＳ７）、イオン注入量の測定を停止する（ステップＳ８）。こうして、この被注入領域へのイオン注入が終了する。

次に、制御部２０は、次の被注入領域にイオンビームを照射する前に、注入加速エネルギーの変更が必要か否かを判断する（ステップＳ１２）。注入加速エネルギーの変更が必要な場合には、ステップＳ１１を実行した後、ステップＳ３〜Ｓ８を再度実行する。注入加速エネルギーの変更が不要な場合には、ステップＳ１１をスキップして、ステップＳ３〜Ｓ８を再度実行する。

このように、本比較例では、被注入領域を変更するごとに、イオンソース１１を調整する必要がある。そのため、イオンソース１１の調整が原因で、イオン注入の生産性が低下してしまう。

一方、本実施形態では、被注入領域を変更するごとに、イオンソース１１を調整する必要はなくなる。よって、本実施形態によれば、イオンソース１１の調整時間によるイオン注入装置の稼働ロスを削減することが可能となり、複数の注入エネルギー領域を短時間で形成することが可能となる。また、本実施形態では、イオン注入に問題が生じたら、制御電極１９の電圧の調整により容易に対応できる。よって、本実施形態によれば、半導体デバイスの特性ばらつきを抑制することや、半導体デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。

以上のように、制御部２０は、イオンソース１１から発生後のイオンビームを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。具体的には、制御部２０は、複数の制御電極１９に印加する電圧を制御電極１９ごとに制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。よって、本実施形態によれば、複数の注入エネルギー領域を容易に形成することが可能となる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

図６のイオン注入装置は、第２電極の例として、複数の制御電極１９の代わりに単一の制御電極２１を備えている。

制御電極２１は、後段加速電極１６の後段側に設けられており、具体的には、ウェハ１の裏面側に設けられている。制御電極２１は、イオンビーム中のイオンを加速して、イオンビームのエネルギーを変化させる。制御電極２１は、円板形状を有しており、ウェハ１に平行に配置されている。

本実施形態の制御部２０は、第１実施形態と同様に、イオンソース１１から発生後のイオンビームを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。ただし、本実施形態の制御部２０は、制御電極２１に印加する電圧と、スキャナ１４によるイオンビームの走査速度とを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。これにより、イオンの注入エネルギーの異なる複数の注入エネルギー領域をウェハ１内に形成することができる。

図７は、第２実施形態のイオン注入装置の動作を説明するためのグラフである。

図７(ａ)の横軸は、ウェハ１の表面に平行なＸ座標を示し、図７(ａ)の縦軸は、イオンビームの走査速度を示す。本実施形態では、ウェハ１をイオンビームにより２回走査する。曲線Ｓａは、１回目の走査時の走査速度を示し、曲線Ｓｂは、２回目の走査時の走査速度を示している。１回目の走査時にはウェハ１の中心領域が高速で走査され、２回目の走査時にはウェハ１の中心領域が低速で走査される。

図７(ｂ)の横軸は、ウェハ１の表面に平行なＸ座標を示し、図７(ｂ)の縦軸は、イオンビームのドーズ量を示す。曲線Ｄａは、１回目の走査時のイオンビームのドーズ量を示し、曲線Ｄｂは、２回目の走査時のイオンビームのドーズ量を示している。

１回目の走査時には、ウェハ１の中心領域が高速で走査される。そのため、ウェハ１の中心領域に入射するイオンビームは、後段加速電極１６や制御電極２１により短時間加速される。その結果、ウェハ１の中心領域のイオンビームのドーズ量は、曲線Ｄａで示すように低くなる。

一方、２回目の走査時には、ウェハ１の中心領域が低速で走査される。そのため、ウェハ１の中心領域に入射するイオンビームは、後段加速電極１６や制御電極２１により長時間加速される。その結果、ウェハ１の中心領域のイオンビームのドーズ量は、曲線Ｄｂで示すように高くなる。

曲線Ｄａは、ウェハ１の中心領域が破線で示され、ウェハ１の周辺領域が実線で示されている。一方、曲線Ｄｂは、ウェハ１の中心領域が実線で示され、ウェハ１の周辺領域が破線で示されている。これは、ウェハ１の中心領域では２回目の走査によるイオン注入が支配的であり、ウェハ１の周辺領域では１回目の走査によるイオン注入が支配的であることを示している。この例によれば、ウェハ１の中心領域と周辺領域とに高エネルギーの注入エネルギー領域を形成し、中心領域と周辺領域との間の領域に低エネルギーの注入エネルギー領域を形成することができる。

本実施形態では、１回目の走査の影響の大きさと、２回目の走査の影響の大きさを、制御電極２１または後段加速電極１６に印加する電圧により調整可能である。例えば、１回目の走査時に制御電極２１の電圧を高く設定し、２回目の走査時に制御電極２１の電圧を低く設定すれば、１回目の走査の影響が、２回目の走査の影響に比べて増加する。

以上のように、制御部２０は、イオンソース１１から発生後のイオンビームを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。具体的には、制御部２０は、制御電極２１に印加する電圧と、スキャナ１４によるイオンビームの走査速度とを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。よって、本実施形態によれば、複数の注入エネルギー領域を容易に形成することが可能となる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

図８のイオン注入装置は、第２電極の例として、複数の制御電極１９の代わりに複数の制御電極２２を備えている。

複数の制御電極２２は、後段加速電極１６の後段側に設けられており、具体的には、後段加速電極１６とエネルギーフィルタ１７との間に設けられている。これらの制御電極２２は、イオンビーム中のイオンを加速して、イオンビームのエネルギーを変化させる。また、本実施形態のパラレルレンズ１５は、後段加速電極１６と制御電極２２との間に配置されており、後段加速電極１６を通過したイオンビームを平行化する。

図８は、一例として、符号Ｆ１〜Ｆ５で示す制御電極２２を示している。これらの制御電極２２は、ウェハ１の表面に平行な方向に互いにずらして配置されている。各制御電極２２は、この方向に可動なように構成されており、かつ、この方向の幅が可変なように構成されている。これにより、図２に示すＥ１〜Ｅ３の分布をＸ方向に移動したり、各分布のＸ方向の幅を変更することができる。各制御電極２２の平面形状の例は、円形、環形、正方形、長方形などである。また、各制御電極２２の平面形状は、上述のＤ１のように円形を分割した形状や、上述のＤ２やＤ３のように環形を分割した形状でもよい。

例えば、符号Ｆ１で示す制御電極２２に高い電圧が印加される場合は、イオンビームはこの制御電極２２の位置で最終エネルギーとなる。一方、符号Ｆ４、Ｆ５で示す制御電極２２に高い電圧が印加される場合は、符号Ｆ１で示す制御電極２２よりも下流側で最終エネルギーとなる。この場合、ウェハ中心領域に相当する符号Ｆ１の電極を通過するイオンビームは、より上流側で最終エネルギーまで加速されるため、中性化の影響が少なくなり、低いエネルギーの成分が少なくなる。一方、ウェハ外周領域に相当する符号Ｆ４、Ｆ５の電極を通過するイオンビームは、最終エネルギーまで加速される前に中性化して低いエネルギーとなる成分が多く存在するため、ウェハ外周領域に注入されるイオンのエネルギーは中心領域と比較して低くなる。

よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、複数の注入エネルギー領域を形成することが可能となる。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

本実施形態の制御部２０は、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。具体的には、制御部２０は、後段加速電極１６によるイオンの加速と、スキャナ１４による照射位置の変化とを同期させることで、イオンビームのエネルギーを照射位置に応じて変化させる。これにより、イオンの注入エネルギーの異なる複数の注入エネルギー領域をウェハ１内に形成することができる。制御部２０はさらに、エネルギーフィルタ１７の動作も、後段加速電圧１６およびスキャナ１４の動作と同期させる。

図９はさらに、スキャナ１４を構成する走査電圧引加器１４ａ、１４ｂを示しており、以下その詳細を説明する。

図１０は、図９の走査電圧引加器１４ａ、１４ｂの動作を説明するためのグラフである。

図１０は、走査電圧引加器１４ａから出力される電圧と、走査電圧引加器１４ｂから出力される電圧とを示している。これらの電圧は、１／数１００秒〜１／数１０００秒の間の所定の周期、例えば、１／１０００秒周期で変化する。走査電圧引加器１４ａからの電圧が正になると、イオンビームが走査電圧引加器１４ａ側から斥力を受け、走査電圧引加器１４ａからの電圧が負になると、イオンビームが走査電圧引加器１４ａ側から引力を受ける。同様に、走査電圧引加器１４ｂからの電圧が正になると、イオンビームが走査電圧引加器１４ｂ側から斥力を受け、走査電圧引加器１４ｂからの電圧が負になると、イオンビームが走査電圧引加器１４ｂ側から引力を受ける。その結果、イオンビームの照射位置は、１／１０００秒周期で変化することになる。

図１１は、図９の走査電圧引加器１４ａ、１４ｂの動作を説明するための図である。

図１１(ａ)は、スキャナ１４に入射するイオンビーム（スポットビーム）の断面形状を示す。イオンビームの位置は、スキャナ１４を通過する際に、図１１(ａ)に示す矢印のように変化する。すなわち、イオンビームの位置は、所定方向に沿って１／１０００秒周期で振動する。所定方向とは、走査電圧引加器１４ａから走査電圧引加器１４ｂへと向かう方向であり、後述するＸ方向と平行である。

図１１(ｂ)は、イオンビームが１／１０００秒の間に通過する断面領域を示したものである。符号Ｋ１の位置を通過するイオンビームは、ウェハ１の中心領域に照射され、符号Ｋ２、Ｋ３の位置を通過するイオンビームは、ウェハ１の周辺領域に照射される。

制御部２０は、イオンビームの位置に同期して、後段加速電極１６に印加する電圧や、エネルギーフィルタ１７に印加する電圧を変化させる。例えば、イオンビームが符号Ｋ１の位置を通過するときには、後段加速電極１６やエネルギーフィルタ１７に高電圧を印加する。その結果、ウェハ１の中心領域にイオンが深く注入される。一方、イオンビームが符号Ｋ２、Ｋ３の位置を通過するときには、後段加速電極１６やエネルギーフィルタ１７に低電圧を印加する。その結果、ウェハ１の周辺領域にイオンが浅く注入される。

図１２は、第４実施形態のイオン注入装置の動作を説明するためのグラフである。

図１２(ａ)と図１２(ｂ)において、横軸は、ウェハ１の表面に平行なＸ座標を示し、縦軸は、イオンビームのエネルギーを示している。ただし、図１２(ａ)は、Ｙ座標がＹ１の直線上でのエネルギー分布を示し、図１２(ｂ)は、Ｙ座標がＹ１と異なるＹ２の直線上でのエネルギー分布を示している。Ｙ座標は、ウェハ１の表面に平行で、Ｘ座標と垂直な座標軸である。本実施形態によれば、このような制御により、イオンビームの２次元的なエネルギー分布を設定することができる。

以上のように、制御部２０は、イオンソース１１から発生後のイオンビームを制御することで、イオンビームのエネルギーをその照射位置に応じて変化させる。具体的には、制御部２０は、後段加速電極１６によるイオンの加速と、スキャナ１４による照射位置の変化とを同期させることで、イオンビームのエネルギーを照射位置に応じて変化させる。よって、本実施形態によれば、複数の注入エネルギー領域を容易に形成することが可能となる。

なお、本実施形態のスキャナ１４は、イオンビームの位置を電場により変化させているが、代わりに磁場により変化させてもよい。

（第５実施形態）
図１３は、第５施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

本実施形態の制御部２０は、イオンビームの照射角度をその照射位置に応じて変化させる。具体的には、制御部２０は、パラレルレンズ１５への電圧の印加と、スキャナ１４による照射位置の変化とを同期させることで、イオンビームの照射角度を照射位置に応じて変化させる。これにより、イオンの注入角度の異なる複数の注入角度領域をウェハ１内に形成することができる。

図１３は、パラレルレンズ１５に入射するイオンビームの例として、ビームＢ１〜Ｂ３を示している。図１３中の符号Ｓは、ウェハ１の表面に平行な面を表す。ビームＢ１は、照射角度が面Ｓに垂直になるようにウェハ１に入射している。一方、ビームＢ２は、符号Ｂ２ａ（またはＢ２ｂ）で示すように、照射角度が面Ｓに対して傾斜するようにウェハ１に入射している。同様に、ビームＢ３は、符号Ｂ３ａ（またはＢ３ｂ）で示すように、照射角度が面Ｓに対して傾斜するようにウェハ１に入射している。このように、本実施形態では、イオンビームの照射角度が照射位置に応じて変化している。

図１４は、図１３のパラレルレンズ１５の制御を説明するためのグラフである。

図１４(ａ)は、スキャナ１４に印加される電圧（スキャナ電圧）を示しており、具体的には、走査電圧印加器１４ａから出力される電圧を示している（図１０を参照）。走査電圧印加器１４ａから出力される電圧と、走査電圧印加器１４ｂから出力される電圧との関係は、図１０と同様である。符号Ｔは、スキャナ電圧の周期を示す。符号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３はそれぞれ、図１３のビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３がスキャナ１４を通過する際のスキャナ電圧を示す。

図１４(ｂ)と図１４(ｃ)はそれぞれ、パラレルレンズ１５に印加される電圧（Ｐレンズ電圧）の第１の例と第２の例を示している。いずれの例においても、スキャナ電圧の変化の１周期が、Ｐレンズ電圧の変化の２周期に一致しており、両者の変化が同期している。これにより、パラレルレンズ１５への電圧の印加と、スキャナ１４による照射位置の変化とを同期させることができる。

図１５は、図１４の説明を補足するための図である。

図１４(ｂ)の第１の例の場合、ビームＢ２、Ｂ３の軌道はそれぞれ、図１３の符号Ｂ２ａ、Ｂ３ａのように変化する。その結果、イオンビームは、図１５(ａ)のようにウェハ１に入射する。この場合、イオンビームは、ウェハ１の中心領域に低角度に入射し、ウェハ１の周辺領域に内向きに傾斜して高角度に入射する。

図１４(ｃ)の第２の例の場合、ビームＢ２、Ｂ３の軌道はそれぞれ、図１３の符号Ｂ２ｂ、Ｂ３ｂのように変化する。その結果、イオンビームは、図１５(ｂ)のようにウェハ１に入射する。この場合、イオンビームは、ウェハ１の中心領域に低角度に入射し、ウェハ１の周辺領域に外向きに傾斜して高角度に入射する。

これらの例は例えば、イオンビームをウェハ１に傾斜して入射させたい場合に使用される。例えば、ウェハ１上のトランジスタの下にＨａｌｏを注入する場合には、第１の例と第２の例の両方を使用することで、トランジスタの下にＨａｌｏを注入しやすくすることが可能となる。また、３次元メモリのメモリセルにイオンを注入する場合には、第１の例または第２の例を使用することで、アスペクト比の大きいメモリセル内に好適にイオンを注入することが可能となる。

なお、第１および第２の例では、ウェハ１に対するイオンビームの入射角度は、ウェハ１の中心で最小（０度）となり、ウェハ１の外端（べベル）で最大となる。ここで、イオンビームの入射角度とは、面Ｓの法線に対するイオンビームの進行方向の角度である。本実施形態のウェハ１の外端における入射角度は、３０度以下、例えば、１〜１０度程度である。

なお、イオンビームは、図１５(ａ)や図１５(ｂ)のようにウェハ１の中心に対称となるようにウェハ１に入射してもよいし、図１５(ｃ)のようにウェハ１の中心に非対称となるようにウェハ１に入射してもよい。

以上のように、制御部２０は、イオンソース１１から発生後のイオンビームを制御することで、イオンビームの照射角度をその照射位置に応じて変化させる。よって、本実施形態によれば、複数の注入角度領域を容易に形成することが可能となる。

（第６実施形態）
図１６は、第６実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

図１６のイオン注入装置は、図１３に示す構成要素に加え、ウェハ１を保持し、ウェハ１のティルト角度θを変化させることが可能なプラテン２４を備えている。プラテン２４は、保持部の一例である。

ティルト角度θは、スキャナ１４、パラレルレンズ１５、後段加速電極１６、エネルギーフィルタ１７等に対するウェハ１の傾斜角度に相当する。符号Ａ１、Ａ２はそれぞれ、ティルト角度が０、θの場合のプラテン２４の中心軸を示す。本実施形態のイオン注入装置は、プラテン２４を中心軸を中心に回転させることで、ウェハ１のツイスト角度φを変化させることもできる。

ティルト角度θおよびツイスト角度φは、本実施形態では制御部２０がプラテン２４を制御することで変化させるが、イオン注入装置の利用者が手動で変化させるようにしてもよい。

図１７は、図１６のパラレルレンズ１５の制御を説明するためのグラフである。

図１７(ａ)は、スキャナ１４に印加される電圧（スキャナ電圧）を示しており、具体的には、走査電圧印加器１４ａから出力される電圧を示している。図１７(ａ)の詳細は、図１４(ａ)と同様である。符号Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ３ａ、Ｖ３ｂはそれぞれ、図１６のビームＢ２ａ、ビームＢ２ｂ、Ｂ３ａ、Ｂ３ｂに対応するスキャナ電圧を示す。符号Ｖ１、Ｖ１’はいずれも、図１６のビームＢ１に対応するスキャナ電圧を示す。

図１７(ｂ)は、パラレルレンズ１５に印加される電圧（Ｐレンズ電圧）の例を示している。この例のＰレンズ電圧は、図１４(ｂ)や図１４(ｃ)と似た変化を示すが、時刻ｔにＰレンズ電圧の位相が瞬間的に１８０度変化している。この例のＰレンズ電圧は、このような瞬間的な位相変化を時間Ｔごとに繰り返す。これにより、ビームＢ２の軌道をＢ２ａとＢ２ｂとに交互に変化させることや、ビームＢ３の軌道をＢ３ａとＢ３ｂとに交互に変化させることが可能となる。

本実施形態によれば、ティルト角度θを０度以外に設定し、かつスキャナ電圧およびＰレンズ電圧をこの例のように制御することで、イオンビームを、ウェハ１の中心領域に高角度に入射させ、ウェハ１の周辺領域に低角度に入射させることができる。また、Ｐレンズ電圧の位相を時間Ｔごと瞬間的に１８０度変化させることで、ウェハ１の各領域でイオンビームの入射方向を、内向きから外向き、または外向きから内向きに変化させることができる。このような制御は例えば、ウェハ１上のトランジスタの下にＨａｌｏを注入する場合に適用される。

図１８は、第６実施形態のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。

まず、制御部２０は、ウェハ１の面内の各領域のイオンビーム角度を設定すると共に、ウェハ１（プラテン２４）のティルト角度θおよびツイスト角度φを設定する（ステップＳ２１）。次に、制御部２０は、設定したイオンビーム角度に合わせて、パラレルレンズ１５に印加する電圧を設定する（ステップＳ２２）。

次に、制御部２０は、イオンソース１１を調整して、イオンビームの状態を所望のスペックに調整する（ステップＳ３）。次に、制御部２０は、個々の被注入領域へのイオン注入を開始するとともに（ステップＳ４）、イオン注入量の測定を開始する（ステップＳ５）。

次に、制御部２０は、個々の被注入領域へのイオン注入量が所定量に到達したら（ステップＳ６）、イオン注入を停止するとともに（ステップＳ７）、イオン注入量の測定を停止する（ステップＳ８）。こうして、ウェハ１へのイオン注入が終了する。

図１９は、第６実施形態の比較例のイオン注入装置の動作を示すフローチャートである。

まず、制御部２０は、ある被注入領域にイオンビームを照射する前に、この被注入領域へのイオン注入のために、ウェハ１（プラテン２４）のティルト角度θおよびツイスト角度φを設定する（ステップＳ３１）。

次に、制御部２０は、イオンソース１１を調整して、イオンビームの状態を所望のスペックに調整する（ステップＳ３）。次に、制御部２０は、この被注入領域へのイオン注入を開始するとともに（ステップＳ４）、イオン注入量の測定を開始する（ステップＳ５）。

次に、制御部２０は、この被注入領域へのイオン注入量が所定量に到達したら（ステップＳ６）、イオン注入を停止するとともに（ステップＳ７）、イオン注入量の測定を停止する（ステップＳ８）。こうして、この被注入領域へのイオン注入が終了する。

次に、制御部２０は、次の被注入領域にイオンビームを照射する前に、ツイスト角度φの変更が必要か否かを判断する（ステップＳ３２）。ツイスト角度φの変更が必要な場合には、ステップＳ３１を実行した後、ステップＳ３〜Ｓ８を再度実行する。ツイスト角度φの変更が不要な場合には、ステップＳ３１をスキップして、ステップＳ３〜Ｓ８を再度実行する。

このように、本比較例では、被注入領域を変更するごとに、プラテン２４を調整する必要がある。そのため、プラテン２４の調整が原因で、イオン注入の生産性が低下してしまう。

一方、本実施形態では、被注入領域を変更するごとに、プラテン２４を調整する必要はなくなる。よって、本実施形態によれば、プラテン２４の調整時間によるイオン注入装置の稼働ロスを削減することが可能となり、複数の注入角度領域を短時間で形成することが可能となる。また、本実施形態では、イオン注入に問題が生じたら、制御電極１９の電圧の調整により容易に対応できる。よって、本実施形態によれば、半導体デバイスの特性ばらつきを抑制することや、半導体デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。

以上のように、本実施形態では、イオンビームの照射角度を、パラレルレンズ１５とプラテン２４により変化させることができる。よって、本実施形態によれば、複数の注入角度領域を形成する自由度を向上させることが可能となる。

（第７実施形態）
図２０は、第７実施形態のイオン注入装置の構成を示す模式図である。

図２０のイオン注入装置は、図９のイオン注入装置の機能と、図１３のイオン注入装置の機能の両方を有するように構成されている。具体的には、制御部２０は、後段加速電極１６によるイオンの加速と、パラレルレンズ１５への電圧の印加と、スキャナ１４による照射位置の変化とを同期させることができる。

本実施形態の同期制御は、例えば以下のような場合に適用される。

上述のように、制御部２０は、パラレルレンズ１５への電圧の印加と、スキャナ１４による照射位置の変化とを同期させることで、イオンビームの照射角度を照射位置に応じて変化させる。これにより、イオンの注入角度の異なる複数の注入角度領域をウェハ１内に形成することができる。

この場合、パラレルレンズ１５に印加する電圧を照射位置に応じて変化させると、パラレルレンズ１５の作用によりイオンビームのエネルギーも照射位置に応じて変化することが問題となる場合がある。そこで、このようなエネルギー変化を打ち消すために、制御部２０は、パラレルレンズ１５への電圧の印加と、スキャナ１４による照射位置の変化とに同期して、後段加速電極１６によりイオンを加速する。これにより、上記の問題を解決することができる。

また、本実施形態の同期制御は、後段加速電極１６によるエネルギー制御を積極的に利用するために行ってもよい。すなわち、制御部は、この同期制御により、イオンビームのエネルギーと照射角度の両方を照射位置に応じて変化させてもよい。これにより、イオンの注入エネルギーの異なる複数の注入エネルギー領域と、イオンの注入角度の異なる複数の注入角度領域とをウェハ１内に形成することが可能となる。

以上のように、制御部２０は、イオンソース１１から発生後のイオンビームのエネルギーと照射角度とを制御する。よって、本実施形態によれば、より好適なイオン注入やより複雑なイオン注入を実現することが可能となる。

なお、本実施形態の同期制御は、第６実施形態のプラテン２４の制御と組み合わせて適用してもよい。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：ウェハ、１１：イオンソース、１２：アナライザ、
１３：Ｑレンズ、１４：スキャナ、１４ａ、１４ｂ：走査電圧引加器、
１５：パラレルレンズ、１６：後段加速電極、１７：エネルギーフィルタ、
１８：ファラデーカップ、１９：制御電極、２０：制御部、
２１：制御電極、２２：制御電極、２３：後段加速電極、２４：プラテン

Claims (11)

1. イオンビームを発生させるイオンソースと、
   前記イオンビームの被照射体への照射位置を変化させるスキャナと、
   前記イオンビーム中のイオンを加速する第１電極と、
   前記イオンソースから発生後の前記イオンビームを制御することで、前記イオンビームのエネルギーおよび照射角度の少なくともいずれかを前記照射位置に応じて変化させる制御部と、
   を備えるイオン注入装置。
2. 前記第１電極の後段側に設けられ、前記イオンビーム中のイオンを加速する複数の第２電極をさらに備え、
   前記制御部は、前記複数の第２電極に印加する電圧を前記第２電極ごとに制御することで、前記イオンビームのエネルギーを前記照射位置に応じて変化させる、請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記複数の第２電極は、前記被照射体の表面に平行な方向に互いに隣接して配置されている、請求項２に記載のイオン注入装置。
4. 前記複数の第２電極は、前記被照射体の表面に平行な方向に互いにずらして配置されている、請求項２に記載のイオン注入装置。
5. 前記第１電極の後段側に設けられ、前記イオンビーム中のイオンを加速する第２電極をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２電極に印加する電圧と、前記スキャナによる前記イオンビームの走査速度とを制御することで、前記イオンビームのエネルギーを前記照射位置に応じて変化させる、請求項１に記載のイオン注入装置。
6. 前記第２電極は、前記被照射体の裏面側に設けられている、請求項２から５のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
7. 前記第２電極は、前記第１電極と前記被照射体との間に設けられている、請求項２から５のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
8. 前記制御部は、前記第１電極による前記イオンの加速と、前記スキャナによる前記照射位置の変化とを同期させることで、前記イオンビームのエネルギーを前記照射位置に応じて変化させる、請求項１に記載のイオン注入装置。
9. 前記制御部は、前記イオンビームを平行化するレンズへの電圧の印加と、前記スキャナによる前記照射位置の変化とを同期させることで、前記イオンビームの照射角度を前記照射位置に応じて変化させる、請求項１から８のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
10. 前記被照射体を保持する保持部であって、前記被照射体のティルト角度を変化させることが可能な保持部をさらに備える、請求項９に記載のイオン注入装置。
11. イオンビームをイオンソースから発生させ、
    前記イオンビームの被照射体への照射位置をスキャナにより変化させ、
    前記イオンビーム中のイオンを第１電極により加速し、
    前記イオンソースから発生後の前記イオンビームを制御部により制御することで、前記イオンビームのエネルギーおよび照射角度の少なくともいずれかを前記照射位置に応じて変化させる、
    ことを含むイオン注入方法。

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