JP4026789B2

JP4026789B2 - イオン注入方法

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Inventors: 勇蔵桜田
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Publication date: 2007-12-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入方法に関するものであり、更に詳しくは、既にイオン注入され注入量の面内分布が大であるウェーハのドーピング領域へイオンを追加注入して注入量の面内分布を小にするためのイオン注入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ内にドービング領域を形成させるためにイオンビームによって不純物イオンを打ち込むイオン注入は従来から広く行われており、種々の方式が採用されている。例えば固定されたウェーハに対し、静電偏向または電磁偏向によってイオンビームをウェーハ上のＸ方向とＹ方向へスキャンさせる方式、イオンビームを両方向へスキャンさせると共にウェーハも機械的に両方向へスキャンさせる方式、イオンビームは固定しておきウェーハのみを機械的に両方向へスキャンさせる方式などである。
【０００３】
（従来例）
図１０は一般的に使用されているイオン注入装置、すなわち、固定されたウェーハＷにイオンビームをスキャンさせる方式のイオン注入装置の一例の構成を示す図である。このイオン注入装置２０は高電圧部のシールドボックス２０Ｂ内にイオン源２１とイオン分析マグネット２２と加速管２４、および、これに接続されるグランド部にイオンビームの断面形状を制御するＱレンズ２５、イオンビームを静電界によってウェーハＷ上でＹ方向に偏向させるＹ方向偏向器２６、同じくウェーハＷ上でＸ方向に偏向させるＸ方向偏向器２７とウェーハＷを保持するイオン注入室２９とから構成されている。
【０００４】
このような方式のイオン注入装置２０はＹ方向偏向器２６、Ｘ方向偏向器２７が直列に配置されており、また入射角度を小さくするためにビームラインを長くしているので、装置寸法が大になるほか、高度の偏向技術を要するという問題がある。そして、この問題はウェーハＷの径が大になるほど顕著になり、イオン注入装置の設置面積、製造コストが飛躍的に増大する。
【０００５】
これを小型化するためにＹ方向偏向器２６、Ｘ方向偏向器２７に代えて、イオンビームを電磁的に偏向させるスキャナを使用してビームラインを短くしたものは、ウェーハへのイオンビームの入射角度が大きくなることによって、イオン注入量の面内分布が大になり易いなどの問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例のようなイオン注入装置によるイオン注入量の面内における過不足の分布は、そのイオン注入装置の特性によって支配され、イオン注入量の過不足の分布が大のウェーハが得られてもこれを改善することはできないに等しかった。また近年、ウェーハは大径化しており、イオン注入量の過不足の面内分布を小にすることは一層困難になっている。
【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、既にイオン注入されイオン注入量の過不足の面内分布が大であるウェーハについて、イオン注入量の過不足を改善し得るイオン注入方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は請求項１の構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれば、本発明のイオン注入方法は、ドーピング領域へ既にイオン注入されているウェーハについて、前記ウェーハの表面抵抗を測定して表面抵抗の面内分布図を作成する工程と、前記表面抵抗の面内分布図を作成したウェーハを仮想的に網目状の区画に分割し、前記ドーピング領域において前記表面抵抗が高い区画をイオン注入量が不足している特定区画として識別する工程と、前記特定区画毎に追加注入量を設定してイオンを追加注入する工程とからなるイオン注入方法である。
【０００９】
本発明のイオン注入方法は、例えば以下に示すようなイオン注入装置を使用して実施される。そのイオン注入装置の全体は、高電圧ターミナルである高電圧部、ビームライン部、およびエンドステーション部からなる真空系であり、高電圧部のイオン源から引き出したイオンを質量分離器によって選択的に分離して必要なイオンのみを取り出し、加速管で所定のエネルギーに加速した後、ビームライン部でイオンビームをウェーハ上でＸ方向とＹ方向となるように電磁的にスキャンさせ、同時にエンドステーション部でウェーハをＸ方向とＹ方向へ機械的にスキャンさせながら、上記の特定区画へイオンを追加注入する装置である。
【００１０】
上記のイオン注入装置を詳しく説明すれば、高電圧部には質量分離器と加速管との間にイオンビームを一時的に遮断し得るビーム遮断器が設置され、ビームライン部には少なくともイオンビームをＸ方向とＹ方向へ電磁的にスキャンさせるスキャナ、イオンビームの電流を計測する非接触ビーム電流計が設置され、エンドステーション部には少なくともイオンビームのスキャン範囲を制限するビーム制限スリット、回転機構とティルト機構とを備えウェーハを保持するプラテン、該プラテンをＸ方向に移動させるＸ方向直線移動機構とＹ方向に移動させるＹ方向直線移動機構、ウェーハの位置を検出するウェーハ位置検出器が設置され、別途に、ウェーハの表面抵抗値が入力され作成する表面抵抗の高低の面内分布図から表面抵抗が高い区画をイオン注入量が不足している特定区画として識別し、特定区画毎にイオンの追加注入量を設定し、かつウェーハ位置検出器から入力されるウェーハの位置情報に基づいてＸ方向直線移動機構、Ｙ方向直線移動機構、回転機構、ティルト機構を駆動してウェーハを所定の位置へ移動させ、更にイオンの追加注入時には非接触ビーム電流計から入力される計測値を積算して特定区画へ既に追加されたイオン注入量を算定し、その積算値が設定された追加注入量に対応する値に達するとビーム遮断器によってイオンビームを遮断する制御器が設けられているものである。
【００１１】
そして、ウェーハ内の特定区画へイオンを追加注入するに際しては、制御器の作動下に、Ｘ方向直線移動機構、Ｙ方向直線移動機構、回転機構およびティルト機構によって、プラテンと共に特定区画をビーム制限スリットに近接した後方位置へ移動させて所定の入射角度に設定し、加速管で所定のエネルギーに加速したイオンビームをスキャナによってウェーハ上でＸ方向とＹ方向となる方向に微小角度スキャンさせ、非接触ビーム電流計を通過させて特定区画へ入射させると同時に、特定区画をプラテンと共にＸ方向直線移動機構とＹ方向直線移動機構によってＸ方向とＹ方向へ機械的にスキャンさせてイオンを追加注入し、非接触ビーム電流計による計測値の積算値から算定される注入量が特定区画に設定された追加注入量に達するとビーム遮断器によってイオンビームを遮断する方法である。
【００１２】
このようなイオン注入方法を採用することにより、既にドーピング領域へイオン注入されているウェーハの表面抵抗を測定して表面抵抗の面内分布図を作成し、当該ウェーハを仮想的に網目状の区画に分割して表面抵抗が高い区画をイオン注入量が不足している特定区画として識別し、特定区画毎に追加注入量を設定してイオンを追加注入することにより、表面抵抗の面内分布を改善することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるイオン注入方法について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１４】
図１は実施の形態で使用するイオン注入装置１０を概略的に示す側面図であり、その全体は高電圧ターミナルである高電圧部１０Ａ、ビームライン部１０Ｂ、エンドステーション部１０Ｅからなる真空系の装置である。すなわち、シールドボックスＳ内の高電圧部１０Ａには周知のイオン源１、質量分離器２が収容され、その後方にスリット３ａ、ビーム遮断器３、可変スリット３ｂが配置されている。ビーム遮断器３は電圧を印加されることによりイオンビームＬを跳ね上げ、可変スリット３ｂへ向かうイオンビームＬを一時的に遮断することができる。高電圧部１０Ａには周知の加速管４が取り付けられており、その後段となるビームライン部１０Ｂには、集束レンズ５ａ、イオンビームＬをウェーハＷ上でＸ方向とＹ方向となる方向へ電磁的に微小角度スキャンさせるオクタポール・スキャナ６、コンタミネーション粒子除去マグネット７、および集束レンズ５ｂが設けられている。
【００１５】
集束レンズ５ａ、５ｂは電磁式であるが、静電式としてもよい。イオンビームＬをスキャンさせる場合には集束レンズ５ａを使用し、イオンビームＬをスキャンさせない場合には集束レンズ５ｂを使用する。イオンビームＬのスキャンにはオクタポール・スキャナ６以外の電磁偏向型スキャナを使用してもよく、勿論、静電偏向型スキャナを使用してもよい。コンタミネーション粒子除去マグネット７は質量分離器２以降においてイオンビームＬが残留ガスと衝突して生じた電荷が変化したイオンや中性粒子を除去するものであり、イオンビームＬはコンタミネーション粒子除去マグネット７によって下方へ角度９０度に曲げられる。そして、ビームライン部１０Ｂの下端部には、その外周に設けたコイルによってイオンビームＬの電流を電磁気的に計測する非接触ビーム電流計８が取り付けられている。
【００１６】
エンドステーション部１０Ｅ内には、ウェーハＷへのイオンビームのスキャン範囲を制限するためのビーム制限スリット９がスリットサイズの異なるものと交換可能に取り付けられており、ビーム制限スリット９の下方にはイオンビームＬの電流を測定するためのファラデー・カップ１２が配置されている。このファラデー・カップ１２による測定値を基準にして上記の非接触ビーム電流計８の計測値があらかじめ校正される。
【００１７】
ビーム制限スリット９の直下となる位置には、ビーム密度分布モニター１１と、ウェーハＷを保持するプラテン１３とが位置を交換して挿入されるようになっている。ビーム密度分布モニター１１は、微小なファラデー・カップが二次元に配置された測定ヘッドを有するものであるが、それ以外の方法によるものであってもよい。ビーム密度分布モニター１１はイオン注入の前に、イオンビームＬのスキャン範囲とビーム制限スリット９との整合性、およびビーム制限スリット９内におけるビーム電流の密度分布の測定を行うためのものであり、スキャン範囲が不適切な場合にはオクタポール・スキャナ６によるスキャンの振幅が調整され、電流の密度分布が一様でない場合には、集束レンズ５ａの励磁電流が調整される。
【００１８】
プラテン１３にはウェーハＷのツイスト角度を調整する回転機構１４とウェーハＷのティルト角度を調整するティルト機構１５とが取り付けられており、これらを一体として、ウェーハＷをＸ方向に高速で移動させるＸ方向直線移動機構１６とＹ方向に高速で移動させるＹ方向直線移動機構１７とが連結して取り付けられている。また、エンドステーション部１０Ｅの天井部にはウェーハ位置検出器１９が固定されている。ウェーハ位置検出器１９はＣＣＤ撮像カメラであり、ウェーハＷ内のアライメントマークを基準にしてウェーハＷの位置を検出するが、それ以外の検出器であってもよい。ウェーハ位置検出器１９からの位置検出信号は後述の図６に示す制御器５１へ入力され、制御器５１はプラテン１３のＸ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７、および回転機構１４、ティルト機構１５の作動を制御するようになっている。
【００１９】
図２はエンドステーション部１０Ｅ内における機器配置を示す概略図である。非接触ビーム電流計８を通過し下方へ向かうイオンビームＬがビーム制限スリット９を通過してビーム密度分布モニター１１へ入射している場合を示すが、前述したように、ビーム密度分布モニター１１が移動されてビーム制限スリット９の直下に存在しない時に、イオンビームＬが入射する位置にファラデー・カップ１２が設置されており、ビーム電流を測定できるようになっている。また、ウェーハＷを保持するプラテン１３は回転機構１４とティルト機構１５を備えると共に、支持柱１５ｓを介してＸ方向直線移動機構１６に固定され、Ｘ方向直線移動機構１６はＹ方向直線移動機構１７と連結されている。ビーム密度分布モニター１１がビーム制限スリット９の直下から待機位置へ移動された後、ウェーハ位置検出器１９によって位置を検出されつつ、ウェーハＷの特定区画がプラテン１３と共にＸ方向直線移動機構１６とＹ方向直線移動機構１７によってビーム制限スリット９の直下へ移動され、次いで回転機構１４とティルト機構１５によって特定区画が所定の入射角度で位置決めされる。
【００２０】
図３はイオン注入時におけるイオンビームＬに対するプラテン１３の配置を示す概略図である。図３はティルトされずイオンビームＬに直角なウェーハＷを示している。すなわち、イオンビームＬが入射するビーム制限スリット９の直下へプラテン１３が移動され、図示されていないオクタポール・スキャナ６によってＸ方向、Ｙ方向に微小角度でスキャンされているイオンビームＬがビーム制限スリット９を通過してウェーハＷ内の特定区画へ入射している。同時にウェーハの特定区画をプラテン１３と共に機械的にスキャンさせるために、ＸＹテーブル１８上において、Ｙ方向直線移動機構１７はＸ方向直線移動機構１６を紙面に平行に左右の方向へ移動させ、そのＸ方向直線移動機構１６はプラテン１３を紙面に垂直な方向へ移動させる。そして、図２を参照し、非接触ビーム電流計８の計測値は後述の制御器５１内のプリアンプ８Ａを経てＸ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７の駆動電源へ入力されており、イオン注入中における非接触ビーム電流計８の計測値が変動すると、設定の追加注入量が確保されるように、Ｘ方向直線移動機構１６とＹ方向直線移動機構１７の移動速度、すなわち、プラテン１３の機械的スキャン速度が調整されるようになっている。またイオンビームＬによる特定区画へのイオンの追加注入が開始されると、後述の図６も参照して、非接触ビーム電流計８によるイオンビームＬの電流の計測値は入力されている制御器５１において積算され、その積算値があらかじめ設定された追加注入量に対応する値に達すると、制御器５１はビーム遮断器３を作動させて、イオンの追加注入を停止するようになっている。
【００２１】
図４は四探針測定器によるウェーハＷの表面抵抗の面内分布を示すマップである。図４において（＋）が記入されている領域は表面抵抗値が高く、（−）が記入されている領域は表面抵抗値が低いことを示している。すなわち（＋）領域は当初のイオン注入量が少ないことを意味している。なお図４中の太線は（＋）領域と（−）領域との境界、すなわち、表面抵抗が高い領域と低い領域との境界である。そして細線は（＋）領域内、および（−）領域内における等高線である。なお図４はウェーハＷの全面がドーピング領域となっている場合である。図５は図４のウェーハＷをＸ方向とＹ方向の網目状の区画に仮想的に分割して得られる多数の区画を示す。ウェーハＷは上縁部の区画（１、６）、（１、７）、（１、８）、（１、９）から下縁部の区画（１４、７）、（１４、８）、（１４、９）までの１２４個の区画に分割され、それぞれの区画について既に注入されているイオンの注入量が表面抵抗値の低下として測定されている。そして（＋）領域内の区画、例えば区画（１４、７）、（１４、８）、（１４、９）は当初のイオン注入量が不足している区画である。
【００２２】
図６は、図１に示したイオン注入装置１０を使用して表面抵抗が高い特定区画へイオンを追加注入する場合の制御器５１による制御回路を示す図である。制御器５１へウェーハＷの表面抵抗の信号が入力されて図４に示す表面抵抗の面内分布のマップが形成され、図４のマップは制御器５１によって図５に示すように仮想的に網目状の区画に分割され、制御器５１は表面抵抗が高い区画をイオン注入量が不足している特定区画として識別し、各特定区画毎にイオンの追加注入量を設定する。またウェーハ位置検出器１９からウェーハＷの位置信号が入力され、イオンの追加注入時には非接触ビーム電流計８によるイオンビームＬの電流の計測値が入力されて積算される。なお、分割された区画以外の箇所は実用の対象とされない。
【００２３】
他方、制御器５１からの出力信号の一つは、図２を参照して、プラテン１３のＸ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７、回転機構１４、ティルト機構１５それぞれの駆動源に入力され、他の出力信号は、図６に示すように、ビーム遮断器３への印加電圧のオン・オフ電源に入力される。そして、制御器５１に接続されたディスプレイ５３には、ウェーハＷの全体について特定区画毎にイオンの追加注入についての情報がイオンビームＬの入射位置と共に表示され、また、イオンを追加注入した後の改善された表面抵抗の面内分布を示すマップが算出され表示される。
【００２４】
以上のようなイオン注入装置１０を使用して、ウェーハＷの特定区画へイオンを追加注入する実施の形態のイオン注入方法を、図１、図６によって説明する。注入するイオン種はボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、その他の中から目的に応じて選択される。なお、イオンを追加注入するウェーハＷは図示を省略したロードロック室を経由してエンドステーション部１０Ｅ内へ導入され、搬送ロボットによってプラテン１３の静電チャックに保持されているものとする。また、制御器５１にはイオンを追加注入するウェーハＷについて図４のマップに示す表面抵抗の面内分布の信号が入力され、図５に示す仮想的に分割された区画のうち、（＋）領域内の各特定区画毎に追加注入量が制御器５１によって既に設定されているものとする。
【００２５】
高電圧部１０Ａのイオン源１から引き出されたイオンは質量分離器２によって注入に使用するイオンのみが選択される。選択されたイオンはスリット３ａ、電圧が印加されていないビーム遮断器３、可変スリット３ｂを通過して加速管４へ導かれ、加速管４によって所定のエネルギーまで加速される。
【００２６】
加速されたイオンビームＬはビームライン部１０Ｂへ入り、集束レンズ５ａによって絞られ、オクタポール・スキャナ６によってウェーハＷ上でＸ方向とＹ方向の二次元に微小角度だけスキャンされる。スキャンされたイオンビームＬはコンタミネーション粒子除去マグネット７によって下方へ角度９０度に曲げられる。このコンタミネーション粒子除去マグネット７によって、イオンビームＬが残留ガスと衝突して生じる電荷が変化したイオンや中性粒子が除去される。コンタミネーション粒子が除去されたイオンビームＬは、この場合には作動されない集束レンズ５ｂを通過し、非接触ビーム電流計８でビーム電流が計測されて、エンドステーション部１０Ｅへ入射する。
【００２７】
イオンの追加注入を開始する前に、エンドステーション部１０Ｅでは、先ず、ビーム制限スリット９の直下にビーム密度分布モニター１１が挿入され、ビーム制限スリット９を通過したイオンビームＬはビーム密度分布モニター１１に入射する。ここにおいてイオンビームＬのスキャン範囲がビーム制限スリット９をカバーしていることの確認と、ビーム制限スリット９内のビーム電流の密度分布の測定とが行われる。そして、スキャン範囲が不適切な場合には、オクタポール・スキャナ６の振幅が調整され、ビーム電流の密度分布が一様でない場合には、集束レンズ５ａの励磁電流が調整される。その後、ビーム密度分布モニター１１はビーム制限スリット９の直下から待機位置へ移動される。
【００２８】
ビーム密度分布モニター１１をビーム制限スリット９の直下から待機位置へ移動させることにより、イオンビームＬは下方のファラデー・カップ１２に到達し、ビーム電流が測定される。そして、ビームライン部１０Ｂの非接触ビーム電流計８による計測値がファラデー・カップ１２による電流値と一致するように校正される。このようにしてイオンビームＬ関連の調整が完了すると、イオンを追加注入するウェーハＷをビーム制限スリット９の直下へ移動させるために、一旦、イオンビームＬが遮断される。
【００２９】
すなわち、高電圧部１０Ａのビーム遮断器３のオン・オフ電源に電圧を印加することによって、イオンビームＬは跳ね上げられて可変スリット３ｂを通過することができず、ビームライン部１０Ｂからエンドステーション部１０Ｅへの入射が遮断される。そして、ウェーハ位置検出器１９から制御器５１へ入力されるウェーハＷの位置信号に基づいて、ウェーハＷを静電チャック等によって保持するプラテン１３がＸ方向直線移動機構１６とＹ方向直線移動機構１７によって待機位置からビーム制限スリット９の方へ移動され、表面抵抗が高い特定区画、例えば区画（１４、７）がビーム制限スリット９の直下に至ると、回転機構１４によって必要な回転を与えられ、ティルト機構１５によって所定の入射角度に位置決めされる。
【００３０】
続いて、制御器５１はビーム遮断器３への印加電圧のオン・オフ電源をオフとしてイオンビームＬを区画（１４、７）に入射させ、Ｘ方向直線移動機構１６とＹ方向直線移動機構１７を駆動して区画（１４、７）をＸ方向とＹ方向へスキャンさせながらイオンの追加注入が開始される。同時に制御器５１においてイオンビームＬの電流の非接触ビーム電流計８による計測値が積算され始める。イオンを追加注入する間に非接触ビーム電流計８の計測値が変動すると、図２を参照し、その計測値は制御器５１内のプリアンプ８Ａを経てプラテン１３のＸ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７の駆動源へ入力され、例えば計測値が低い方へドリフトすると設定された追加注入量が確保されるようにプラテン１３の機械的スキャンの速度が低下される。そして、非接触ビーム電流計８による計測値の積算値が区画（１４、７）についてあらかじめ設定された追加注入量に対応する積算値に達すると、制御器５１はビーム遮断器３への印加電圧のオン・オフ電源をオンとしてイオンビームＬを遮断することにより、区画（１４、７）へのイオンの追加注入が完了する。
【００３１】
引き続いて、制御器５１はウェーハ位置検出器１９からのウェーハＷの位置信号に基づいてＸ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７を駆動して、隣接の特定区画である区画（１４、８）をビーム制限スリット９の直下に位置させ、必要な場合には回転機構１４、ティルト機構１５を駆動して所定の入射角度に位置決めさせる。そして、区画（１４、７）の場合と同様に、区画（１４、８）へイオンの追加注入が行われ、非接触ビーム電流計８の計測値の積算値があらかじめ区画（１４、８）について設定された追加注入量に対応する積算値に達すると、ビーム遮断器３が作動されてイオンビームＬが遮断される。このような手順が繰り返されて、ドーピング領域内において表面抵抗の高い特定区画、すなわち当初のイオン注入量が不足している特定区画に、それぞれ設定された追加注入量のイオンが追加注入されて特定区画が解消される。
【００３２】
以上はイオン注入装置１０を使用する本実施の形態のイオン注入方法において、オクタポール・スキャナ６によるイオンビームＬのウェーハＷ上のＸ方向とＹ方向への微小角度のスキャンと、Ｘ方向直線移動機構１６とＹ方向直線移動機構１７によるプラテン１３の機械的スキャンとを組み合わせ、入射角度が可及的に一定になるようにして、ウェーハＷの表面抵抗が高い特定区画へイオンを追加注入する場合を説明したが、オクタポール・スキャナ６によるイオンビームＬのスキャンをウェーハＷのＸ方向のみとし、プラテン１３をＹ方向のみに移動させるか、それとは逆に、オクタポール・スキャナ６によるイオンビームＬのスキャンをウェーハＷのＹ方向のみとし、プラテン１３をＸ方向のみに移動させてイオンを追加注入することも可能である。また、オクタポール・スキャナ６によるイオンビームＬのスキャンは停止し、プラテン１３のＸ方向とＹ方向との機械的スキャンのみによってイオンを追加注入することもできる。この場合においては、集束レンズ５ａは作動されずコンタミネーション粒子除去マグネット７を通過した後のイオンビームＬは集束レンズ５ｂで集束される。
【００３３】
本実施の形態で使用するイオン注入装置１０は上述したように、オクタポール・スキャナ６によってイオンビームＬをウェーハＷ上でＸ方向とＹ方向に微小角度だけスキャンさせると共に、ビーム制限スリット９を通過して入射されるイオンビームＬに対し、ウェーハＷを保持するプラテン１３をＸ方向直線移動機構１６とＹ方向直線移動機構１７とで機械的にスキャンさせるようにしているので、大径のウェーハＷに対してもイオンビームＬの入射角度を小にしてイオンを追加注入することができ、精度の高い追加注入が可能である。
【００３４】
本実施の形態のイオン注入方法は以上のように構成され作用するが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３５】
例えば本実施の形態においては、既にイオン注入されているドーピング領域におけるイオン注入量の過不足をウェーハＷの表面抵抗の面内分布として捉らえ、エンドステーション部１０Ｅ外に設けた表面抵抗測定器を制御器５１に信号線で接続してウェーハＷの表面抵抗値を制御器５１へ入力するようにしたが、エンドステーション部１０Ｅ内に表面抵抗測定器を組込んで制御器５１へ入力するようにしてもよい。追加注入量が極めて少ない場合はスキャンを停止し、イオンビームＬの断面積がチップの大きさと同程度で、かつ均一密度となるようにビーム密度分布モニター１１を見ながら集束レンズ５ａ、５ｂを調整した後に、ビーム遮断器３を短時間動作させる。この場合、追加注入に要する時間はミリ秒の単位になると思われる。
【００３６】
また本実施の形態においては、イオンの追加注入量を非接触ビーム電流計８による計測値の時間的な積算値に基づいて制御したが、必要な追加注入量が大である程、Ｘ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７の機械的スキャンの速度を遅くして、追加注入量を注入時間で制御するようにしてもよい。
【００３７】
また本実施の形態においては、区画（１４、７）への追加注入が完了すると隣接する区画（１４、８）へ追加注入したように、区画毎に追加注入を行ったが、当初のイオン注入量が不足している区画、例えば区画（１４、７）、（１４、８）、（１４、９）を一つの区画と見做して同時に追加注入するようにプラテン１３を移動させてもよい。
【００３８】
また本実施の形態においては、コンタミネーション粒子除去マグネット７によるイオンビームＬの曲げ角度を下向きの９０度としたが、これを下向き４５度としてもよく曲げ角度は特に限定されない。また、イオンビームＬを下方へ曲げるのではなく、図７に示すように側方へ水平に曲げるようにしてもよい。すなわち、図７はイオンビームＬを側方へ水平に曲げたイオン注入装置１０’を上方から見た概略的な平面図であり、側面図である図１と対応する図である。各構成要素には図１と同一の符号、または（’）を付した同一の符号を付しており、それらの説明は省略する。
【００３９】
図８は図７の側方へ水平に曲げられたイオンビームＬに対するプラテン１３’およびＸ方向直線移動機構１６’、Ｙ方向直線移動機構１７’の配置を示す概略図であり、図３に対応する図である。すなわち、イオンビームＬが入射するビーム制限スリット９’の直ぐ側方においてウェーハＷを保持したプラテン１３’を機械的にスキャンさせるためにＸＹテーブル１８’を挿通して設けられたＹ方向直線移動機構１７’はＸ方向直線移動機構１６’を紙面に平行な方向に移動させ、そのＸ方向直線移動機構１６’は回転機構１４’、ティルト機構１５’を備えたプラテン１３’を紙面に垂直な方向へ移動させることにより、イオンビームＬに対してウェーハＷが機械的にＸ方向とＹ方向にスキャンされる。
【００４０】
また本実施の形態においては、サイズ違いとの交換が可能なビーム制限スリット９を示したが、スリットの開口面積を可変としたビーム制限スリットとしてもよい。また図９に示すように、サイズ違いの複数個のビーム制限スリットを同一円周上に分配したロータリー・スリット９Ｒを採用してもよい。すなわち、図９のＡはロータリー・スリット９Ｒの平面図であり、図９のＢは図９のＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。駆動ギヤ９Ａに噛み合う従動ギヤ９Ｂ内の同一円周上にサイズの異なる８個のビーム制限スリット９₁ 、９₂ 、９₃ 、９₄ 、９₅ 、９₆ 、９₇ 、９₈ が形成されており、従動ギヤ９Ｂを回転軸Ｏの回りに回動させて、ウェーハＷの特定区画のサイズに応じたビーム制限スリットを選んで使用することができる。
【００４１】
また本実施の形態においては、ビーム制限スリット９をビーム密度分布モニター１１およびプラテン１３と独立した交換可能なものとしたが、プラテン１３、またはプラテン１３のＸ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７が設置されているＸＹテーブル１８にビーム制限スリット９を固定してもよく、そのことによって、ビーム制限スリット９とプラテン１３上のウェーハＷとの間隔を常に一定に保つことができる。このようにビーム制限スリット９をＸＹテーブル１８に固定する場合には、ビーム密度分布モニター１１によるイオンビームＬの調整には、ビーム密度分布モニター１１にも同様なビーム制限スリットを固定するか、または、待機位置にあるプラテン１３のＸＹテーブル１８上のビーム制限スリット９を測定位置にあるビーム密度分布モニター１１の直上方へ回動させることを必要とする。
【００４２】
また本実施の形態においては、イオンの追加注入中において非接触ビーム電流計８の計測値が変動する場合、設定された追加注入量を確保するために、Ｘ方向直線移動機構１６、Ｙ方向直線移動機構１７によるプラテン１３の機械的スキャンの速度へフィードバックさせたが、オクタポール・スキャナ６によるイオンビームＬの電磁気的スキャンの速度にフィードバックさせて、設定された追加注入量を確保するようにしてもよい。
【００４３】
また本実施の形態においては、電磁偏向型スキャナであるオクタポール・スキャナ６を使用したが、前述したＸ方向偏向型スキャナと静電型Ｙ方向偏向器を採用してもよい。
【００４４】
また本実施の形態においては特に示さなかったが、イオンの追加注入時にウェーハＷに発生する正電荷のチャージアップを防止するために、低エネルギーの電子をウェーハＷに供給するエレクトロフラッドガンをビーム制限スリット９の近傍に設置してもよく、また発生する二次電子のサプレッションのためにビーム制限スリット９に直流の負電位を与えてもよい。
【００４５】
また本実施の形態においてはイオンの追加注入時に非接触ビーム電流計８の計測値が変動する場合、例えば計測値が低下する場合には、プラテン１３の機械的スキャンの速度を低下させるようにしたが、オクタポール・スキャナ６によるイオンビームＬのスキャン速度を遅くするようにしてもよい。
【００４６】
また本実施の形態においては、イオン源が１個である場合を示したが、イオン種の異なるイオン源を２個とすることも可能である。例えば図１に示したイオン注入装置１０のオクタポール・スキャナ６より後方のビームライン部１０Ｂに側方から例えばボロン（Ｂ）のイオン源を一体化させ、それに伴い必要なエネルギー減速電極、偏向器等を付加するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のイオン注入方法は上記のような形態で実施され、以下に述べるような効果を奏する。
【００４８】
ウェーハ内に仮想的に分割された区画の中で表面抵抗が高い任意の区画を特定してイオンを追加注入することができるので、既にドーピング領域へイオン注入され、生じている注入量の過不足によって表面抵抗の面内分布を生じているウェーハに対して、表面抵抗が高い特定区画にイオンを追加注入して表面抵抗が高い区画を解消することにより、表面抵抗の面内分布を改善することができる。この場合の当初のイオン注入は本発明で使用するイオン注入装置でなされたものであってもよく、他のイオン注入装置でなされたものであってもよい。
【００４９】
従って、イオン注入量に過不足を生じ易い旧来のイオン注入装置を使用してイオン注入を行い表面抵抗の面内分布を生じているウェーハに対して、本発明のイオン注入方法を適用して表面抵抗が高い区画にイオンを追加注入することにより、旧来のイオン注入装置を活用することができる。また、イオン注入に長時間を要する場合や注入量の絶対値を一定にする場合には、最終注入量の例えば９５％の注入を通常のイオン注入装置で行ない、残りの５％の注入に本発明のイオン注入方法を適用することにより、新旧を含む複数のイオン注入装置の配備を合理化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態で使用するイオン注入装置の概略的な側面図である。
【図２】エンドステーション部の機器配置を示す概略図である。
【図３】イオンビームに対するビーム制限スリットとプラテンの配置を示す概略図である。
【図４】ウェーハの表面抵抗の面内分布のマップを示す平面図である。
【図５】図４のウェーハを仮想的に網目状の区画に分割して形成される１２４個の区画を示す平面図である。
【図６】実施の形態で使用するイオン注入装置の制御回路を示す図である。
【図７】イオンビームを側方へ曲げたイオン注入装置の平面図である。
【図８】図４の場合のイオンビームに対するビーム制限スリットとプラテンの配置を示す概略図である。
【図９】ロータリー・スリットを示し、Ａは平面図、ＢはＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。
【図１０】従来例のイオン注入装置の概略的な側面図である。
【符号の説明】
１イオン源
２質量分離器
３ビーム遮断器
４加速管
５集束レンズ
６オクタポール・スキャナ
７コンタミネーション粒子除去マグネット
８非接触ビーム電流計
９ビーム制限スリット
１０イオン注入装置
１０Ａ高電圧部
１０Ｂビームライン部
１０Ｅエンドステーション部
１１ビーム密度分布モニター
１２ファラデー・カップ
１３プラテン
１４回転機構
１５ティルト機構
１６Ｘ方向直線移動機構
１７Ｙ方向直線移動機構
１８ＸＹテーブル
１９ウェーハ位置検出器
５１制御器

Claims

ドーピング領域へ既にイオン注入されているウェーハについて、前記ウェーハの表面抵抗を測定して表面抵抗の面内分布図を作成する工程と、前記表面抵抗の面内分布図を作成したウェーハを仮想的に網目状の区画に分割し、前記ドーピング領域において前記表面抵抗が高い区画をイオン注入量が不足している特定区画として識別する工程と、前記特定区画毎に追加注入量を設定してイオンを追加注入する工程とからなることを特徴とするイオン注入方法。
イオン注入装置の高電圧部でイオン源から引き出したイオンを質量分離器にかけて必要なイオンのみを選択的に分離し、加速管で所定のエネルギーに加速した後、ビームライン部でイオンビームを前記ウェーハ上でＸ方向とＹ方向になるようにスキャンさせ、同時にエンドステーション部で前記ウェーハを前記Ｘ方向と前記Ｙ方向へ機械的にスキャンさせて、前記特定区画へイオンを追加注入するイオン注入方法であって、
前記高電圧部には前記質量分離器と前記加速管との間に前記イオンビームを一時的に遮断し得るビーム遮断器が設置され、前記ビームライン部には少なくとも前記イオンビームを前記Ｘ方向と前記Ｙ方向へ電磁的にスキャンさせるスキャナ、前記イオンビームの電流値を計測する非接触ビーム電流計が設置され、前記エンドステーション部には少なくとも前記イオンビームのスキャン範囲を制限するビーム制限スリット、回転機構とティルト機構とを備え前記ウェーハを保持するプラテン、該プラテンを前記Ｘ方向へ移動させるＸ方向直線移動機構と前記Ｙ方向へ移動させるＹ方向直線移動機構、前記ウェーハの位置を検出するウェーハ位置検出器が設置され、別途に、前記ウェーハの表面抵抗値が入力されて前記特定区画毎に前記追加注入量を設定し、かつ前記ウェーハ位置検出器から入力されるウェーハの位置情報に基づいて前記Ｘ方向直線移動機構、前記Ｙ方向直線移動機構、前記回転機構、前記ティルト機構を駆動して前記ウェーハを所定の位置へ移動させ、更にイオンの追加注入時には前記非接触ビーム電流計から入力される計測値の積算値に基づいて前記特定区画へ既に追加された注入量を算定し、前記積算値が前記追加注入量に対応する値に達すると前記ビーム遮断器によって前記イオンビームを遮断する制御器が設けられているイオン注入装置を使用し、
前記制御器の作動下に、前記ウェーハ位置検出器からの前記ウェーハの位置情報に基づいて前記Ｘ方向直線移動機構、前記Ｙ方向直線移動機構、前記回転機構および前記ティルト機構を駆動して、前記特定区画を前記プラテンと共に前記ビーム制限スリットに近接した後方位置へ移動させて所定の入射角度に設定し、前記加速管で所定のエネルギーに加速した前記イオンビームを前記スキャナによって微小角度スキャンさせ、前記非接触ビーム電流計を通過させて前記特定区画へ入射させると同時に、前記特定区画を前記プラテンと共に前記Ｘ方向直線移動機構と前記Ｙ方向直線移動機構によって前記Ｘ方向と前記Ｙ方向へ移動し機械的にスキャンさせて前記特定区画へイオンを追加注入し、前記非接触ビーム電流計による計測値の積算値が前記追加注入量に対応する値に達すると前記ビーム遮断器によって前記イオンビームを遮断する請求項１に記載のイオン注入方法。
前記非接触ビーム電流計による計測値が変動する場合には、設定された前記追加注入量が確保されるように、前記Ｘ方向直線移動機構と前記Ｙ方向直線移動機構による前記プラテンの機械的スキャンの速度、または前記スキャナによる前記イオンビームの電磁的スキャンの速度を制御する請求項２に記載のイオン注入方法。
イオン注入の前に、前記エンドステーション部において、前記ウェーハに換えて前記エンドステーション部に設けられたビーム密度分布モニターを位置させ、前記イオンビームのスキャン範囲と前記ビーム制限スリットとの整合性の確認、および前記ビーム制限スリット内における前記イオンビームの電流密度分布の測定を行い、前記スキャン範囲が前記ビーム制限スリットと一致していない場合には前記スキャナの振幅を調整し、前記電流密度分布が一様でない場合には前記ビームライン部に設けられた集束レンズを調整する請求項２または請求項３に記載のイオン注入方法。
イオン注入の前に、前記エンドステーション部において、前記ビーム制限スリットの直下に前記ウェーハおよび前記ビーム密度分布モニターが存在しない状態において、前記ビーム制限スリットの下方に設置されたファラデー・カップによって前記イオンビームの電流値を測定し、該電流値を基準として校正された前記非接触ビーム電流計による電流値をイオンの追加注入時に使用する請求項２から請求項４までの何れかに記載のイオン注入方法。