JP4204662B2

JP4204662B2 - イオン注入装置およびイオン注入方法

Info

Publication number: JP4204662B2
Application number: JP10694798A
Authority: JP
Inventors: 勇蔵桜田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: JPH11288680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入装置およびイオン注入方法に関するものであり、更に詳しくは、大口径のウェーハに対して均一なイオン注入が可能であり、かつウェーハ内の半導体の１チップを注入単位としてイオン注入し得るイオン注入装置および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て静電偏向または電磁偏向によってイオンビームをＸ方向（水平方向）とＹ方向（垂直方向）とにスキャンする方法、イオンビームをスキャンさせると共にウェーハもＸ方向とＹ方向とに機械的にスキャンさせる方法、イオンビームは固定しておきウェーハのみをＸ方向とＹ方向とに機械的にスキャンさせる方法などである。
【０００３】
（従来例１）
図７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は高電圧領域のシールドボックス２０Ｂ内のイオン源２１、イオン分析マグネット２２、加速管２４、および、これに接続されるグランド領域におけるイオンビーム集束用Ｑレンズ２５、イオンビームを静電界によってＹ方向に偏向させるＹ方向偏向器２６、同じくＸ方向に偏向させるＸ方向偏向器２７、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が大口径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】
（従来例２）
上記のイオン注入装置の大型化に対処するものとして、特開平３−７１５４５号公報に係る「イオン注入装置」には、図８のＡに示すように、スキャンされるイオンビームＬがＸ軸駆動モータ３３、Ｙ軸駆動モータ３４によって、Ｘ、Ｙ方向に駆動され、開口遮弊板３６Ａ、３６Ｂおよびこれらを駆動するモータ３７Ａ、３７Ｂによって開口面積可変とされたビームマスク３５を通過して、ティルト可能なプラテン３２に保持されたウェーハＷに入射する方式のスキャン機構３１、および図８のＢに示すように、スキャンされるイオンビームＬが開口遮弊板４６Ａ、４６Ｂおよびこれらを駆動するモータ４７Ａ、４７Ｂによって開口面積可変とされたビームマスク４５を通過し、Ｘ軸駆動モータ４３、Ｙ軸駆動モータ４４によってＸ、Ｙ方向に駆動されるティルト可能なプラテン４２に保持されたウェーハＷに入射する方式のスキャン機構４１が開示されている。そして、これらのスキャン機構３１、４１は何れもイオンビームＬの入射角度を小さくでき、イオン注入装置の小型化が可能であるとしている。
【０００６】
しかし、図８のＡに示されているビームマスク３５とプラテン３２との間の距離、および図８のＢに示されているビームマスク４５とプラテン４２との間の距離は何れもウェーハＷの直径と同程度以上に示されており、イオンビームＬの入射角度が小さいとしても、ビームマスク３５、４５でカットされたイオンビームは、イオンビーム自身が持つ拡がりによってシャープカットされずに隣りのチップ領域まで注入される。また、実際のイオン注入時に生起する問題、例えば、ビームマスク３５、４５の開口面積内におけるイオンビームＬの電流密度分布の不均一、イオン注入中におけるビーム電流の変動などによって生じるイオン注入の不均一については全く触れられていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、イオン注入装置は半導体ウェーハの大口径化に伴って大型化する傾向にあるが、これを小型化せんとしてもイオン注入の均一性が失われ易く、ウェーハの大口径化に充分に対処し得ないのが現状である。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、ウェーハが３００ｍｍφまたはそれ以上の大口径のウェーハに対して均一注入条件でのイオン注入が可能であり、かつウェーハ内における半導体の１チップを注入単位としてイオン注入の条件を制御し得る小型のイオン注入装置およびイオン注入方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は請求項１および請求項８の構成によって解決されるが、その解決手段を実施の形態によって説明すれば、本発明のイオン注入装置は、高電圧部には質量分離器と加速管との間にイオン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の集束レンズ、イオンビームをＸ、Ｙ方向に微小角度だけスキャンさせるスキャナー、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ウェーハ内に形成されるチップの形状より僅かに大きい開口またはチップの形状より小さい開口を有しチップの直上に位置するように固定または移動可能に固定されたマスク、回転機構とティルト機構を備えウェーハを保持するプラテン、プラテンをＸ、Ｙ方向へ高速で移動させる機械的駆動機構が設置され、更に、機械的駆動、回転機構、ティルト機構の作動を制御するためのウェーハ位置検出器が取り付けられている。また、エンドステーション部には、マスクまたはその同等物の開口とイオンビームのスキャン領域との整合性の確認と、その開口内におけるイオンビームの電流密度分布の測定を行なうビーム密度分布モニター、およびイオンビームの電流を測定して非接触ビーム電流計の計測値を校正するためのファラデー・カップが設置されている。
【００１０】
上記のようなイオン注入装置によってウェーハ内に形成されるチップにイオン注入を行うには、ウェーハ位置検出器によって位置を検出しつつ、機械的駆動機構、回転機構、ティルト機構とによって、チップをプラテンと共にイオンビームの入射位置へ移動させて所定の入射角度に設定する。一方、イオン源から引き出され加速管によって所定のエネルギーに加速されたイオンビームをビームライン部へ導き、スキャナーによって微小角度だけスキャンさせチップに入射させる。また、マスクの開口がチップの形状より小さい場合には、更にチップをプラテンと共に機械的駆動機構によってＸ方向とＹ方向とにスキャンさせることによりウェーハ内のチップにイオン注入する。その間、非接触ビーム電流計の計測値が変動する場合には、所定のドーズ量が一様に得られるように、プラテンの機械的スキャンの速度、またはイオンビームのスキャンの速度を調整する。そして、イオン注入の開始直後から積算される非接触ビーム電流計の計測値が所定の積算値に達するとビーム遮断器を作動させイオン注入を停止する。
【００１１】
また、イオン注入の前に、イオンビームの入射位置へウェーハに代えてビーム密度分布モニターを挿入し、その直上へ移動されるマスクまたはその同等物の開口とイオンビームのスキャン領域との整合性の確認、およびその開口内におけるイオンビームの電流密度分布の測定を行い、開口とイオンビームのスキャン領域とが一致していない場合にはスキャンの振幅を調整し、電流密度分布が一様でない場合には、イオンビームのスキャン速度を調整する。
【００１２】
また、イオン注入の前に、イオンビームの入射位置にマスクまたはその同等物が存在し、ウェーハまたはビーム密度分布モニターが存在しない状態で、イオンビームの入射位置の下方に設置されたファラデー・カップによって開口を通過するビーム電流を測定し、その電流値を基準として非接触ビーム電流計の計測値の校正を行う。
【００１３】
このようなイオン注入装置およびイオン注入方法を採用することにより、イオン注入装置が小型化されると共に、大口径のウェーハに対して面積的に均一なイオン注入を行うことが可能となり、かつ、ウェーハ内の半導体の１チップを注入単位としてイオンの注入エネルギー、注入量、ないしはイオン種等を制御することが可能になる。
【００１４】
【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装置および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。
【００１５】
図１は実施の形態のイオン注入装置１０を概略的に示す側面図であり、その全体は高電圧部である高電圧ターミナル１０Ａ、ビームライン部１０Ｂ、エンドステーション部１０Ｅからなる真空系である。すなわち、シールドボックスＳ内の高電圧ターミナル１０Ａに周知のイオン源１、質量分離器２が収容され、更にスリット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。高電圧ターミナル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Ｘ方向とＹ方向とに電磁的に微小角度スキャンさせるオクタポール・スキャナー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、非接触ビーム電流計８が設けられている。
【００１６】
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、後述するイオンビーム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・スキャナー６以外の電磁偏向型スキャナーを使用してもよく、勿論、静電偏向型スキャナーを使用してもよい。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が残留ガスと衝突して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度に曲げられている。そして、非接触ビーム電流計８はビームライン部１０Ｂの下端部の外周に設けた磁性コアと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。
【００１７】
エンドステーション部１０ＥのイオンビームＬの入射位置には、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とが位置を交替して挿入されるようになっている。プラテン１３にはウェーハＷ内に形成されるチップの１個の形状より僅かに大きい開口を有するマスク９がチップの直上に位置して回動可能に取り付けられていると共に、保持するウェーハ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、これらを一体的にＸ、Ｙ方向に高速で移動させるＸ方向機械的駆動機構１６とＹ方向機械的駆動機構１７とが連結して取り付けられている。なお、マスク９はウェーハＷに形成させるチップのサイズに応じて交換可能とされている。
【００１８】
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の入射位置に挿入され、プラテン１３に回動可能に固定されているマスク９をその直上へ回動させた後、マスク９の開口とイオンビームＬのスキャン領域との整合性の確認、およびマスク９の開口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る。イオンビームＬのスキャン領域が不適切な場合にはオクタポール・スキャナー６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、イオンビームのスキャン速度が調整される。
【００１９】
イオンビームＬの入射位置の下方には、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。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図示しない制御部へ入力され、制御部は後述するプラテン１３のＸ方向、Ｙ方向への機械的駆動機構１６、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。
【００２０】
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を通過して下方へ向かうイオンビームＬがマスク９の開口を通過してビーム密度分布モニター１１に入射している場合を示す。後述の図３も参照して、マスク９はＸＹテーブル１８に取り付けられている。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方向機械的駆動機構１６に固定され、Ｘ方向機械的駆動機構１６はＹ方向機械的駆動機構１７と連結されている。
【００２１】
また、前述したように、ビーム密度分布モニター１１を移動させた時にイオンビーム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。イオン注入に際しては、ビーム密度分布モニター１１と位置を交替してウェーハＷを保持するプラテン１３がイオンビームＬの入射位置へ移動される。すなわち、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がプラテン１３と共にＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７によってイオンビームＬの入射位置へ移動され、回転機構１４、ティルト機構１５によってウェーハＷ内のチップが所定の入射角度に位置決めされる。
【００２２】
図３はイオンビームＬに対するプラテン１３の配置を示す概略図である。なお図３はティルトされていないウェーハＷを示している。イオンビームＬの入射位置へプラテン１３が移動されると共にマスク９がチップの直上へ配置され、図示されていないオクタポール・スキャナー６によってＸ方向、Ｙ方向に微小角度でスキャンされるイオンビームＬがマスク９の開口を通過してウェーハＷ内の所定のチップに入射する。同時に、ＸＹテーブル１８上において、Ｙ方向機械的駆動機構１７はＸ方向機械的駆動機構１６を紙面に平行に左右の方向へ移動させ、そのＸ方向機械的駆動機構１６はプラテン１３を紙面に垂直な方向へ移動させるることによりプラテン１３はＸ方向とＹ方向にスキャンされる。そして、図２を参照し、非接触ビーム電流計８の計測値はプリアンプ８Ａを経てＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構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、所定のドーズ量が一様に得られるように、Ｘ方向機械的駆動機構１６とＹ方向機械的駆動機構１７の速度、すなわち、機械的スキャンの速度が調整されるようになっている。また、イオン注入が開始されると非接触ビーム電流計８による計測値が積算され、その積算値が所定の値に達して所定のドーズ量が得られるとビーム遮断器３が作動されイオン注入が停止されるようになっている。
【００２３】
実施の形態のイオン注入装置１０は以上のように構成されるが、次にイオン注入方法について説明する。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、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真空系へ導入され、搬送ロボットによってプラテン１３の静電チャック等に保持されているものとする。
【００２４】
図１を参照して、高電圧ターミナル１０Ａのイオン源１で生成され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。
【００２５】
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・スキャナー６によってＸ方向とＹ方向との二次元に微小角度スキャンされる。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は質量分離マグネットであり、ビームライン部１０Ｂに残留するガスと衝突して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。
【００２６】
図２も参照してエンドステーション部１０Ｅでは、イオン注入の前に、先ず、イオンビームＬの入射位置へビーム密度分布モニター１１が挿入され、マスク９がプラテン１３からビーム密度分布モニター１１の直上へ回動される。マスク９の開口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。この状態においてマスク９の開口とイオンビームＬのスキャン領域との整合性の確認と、マスク９の開口内におけるビーム電流の密度分布の測定とが行われる。そしてマスク９の開口とイオンビームＬのスキャン領域が一致していない場合には、オクタポール・スキャナー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イオンビームのスキャン速度が調整される。マスク９の開口はチップ形状より小であってもよい。その後、ビーム密度分布モニター１１はマスク９の開口の直下から待機位置へ移動される。
【００２７】
ビーム密度分布モニター１１をマスク９の開口の直下から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、マスク９の開口を通過する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の計測値がファラデー・カップ１２の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の調整が完了すると、ウェーハＷをイオンビームＬの入射位置へ移動させるために、一旦、イオンビームＬが遮断される。
【００２８】
すなわち、高電圧ターミナル１０Ａのビーム遮断器３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、プラテン１３に保持されたウェーハＷがウェーハ位置検出器１９によって位置を検出されつつ、Ｘ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７によってイオンビームＬの入射位置の方へ移動されると共にマスク９はウェーハＷ内のチップ上へ配置され、当該チップは回転機構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。
【００２９】
次いで、ビーム遮断器３に印加されている電圧がゼロとされて、イオン注入が開始される。この時マスクの開口がチップの形状より小さい場合にはウェーハＷ内のチップをプラテン１３と共にＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７によって高速で機械的にスキャンさせる。そして、イオン注入の間に非接触ビーム電流計８の計測値が変動すると、その計測値はプリアンプ８Ａを経てプテラン１３のＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７の駆動電源へ入力され、例えば計測値が低い方へドリフトすると注入量が一定になるようにプテラン１３の機械的スキャン速度が低下される。そのほかイオンビームＬのスキャン速度を調整するようにしてもよい。一方、イオン注入の開始と同時に非接触ビーム電流計８の計測値が積算され、その積算値が所定の値に達すると、ビーム遮断器３に電圧が印加されてイオンビームＬが遮断され、所定のチップに所定のエネルギーのイオンが所定のドーズ量で均一に注入される。
【００３０】
引き続いて、同一ウェーハＷ内の他のチップにイオン注入する場合には、上述したと同様にして、ウェーハ位置検出器１９とＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７、回転機構１４、ティルト機構１５とによって、ウェーハＷ内の他のチップがイオン注入に備えてマスク９と共にイオンビームＬの入射位置に位置決めされ、続いてビーム遮断器３への印加電圧がゼロとされてイオン注入が行われる。この場合の注入エネルギー、ドーズ量は先行してイオン注入したチップへの注入エネルギー、ドーズ量とは無関係に任意に設定される。この様にして、ウェーハＷ内の半導体の１チップを注入単位とし、注入エネルギー、注入量、ないしはイオン種を変化させてのイオン注入が行われる。
【００３１】
以上は本実施の形態のイオン注入装置１０において、オクタポール・スキャナー６によるＸ方向、Ｙ方向へのイオンビームＬの微小角度のスキャンと、Ｘ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構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にイオン注入する場合を説明したが、オクタポール・スキャナー６によるイオンビームＬのスキャンを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・スキャナー６によるイオンビームＬのスキャンを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注入することも可能である。また、オクタポール・スキャナー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方向への二次元の機械的スキャンのみによってイオン注入を行うこともできる。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が集束レンズ５ｂで集束される。また前述したようにマスク９の開口はチップの寸法よりも小さい面積の開口を用いてもよい。
【００３２】
本実施の形態のイオン注入装置１０は上述したように、オクタポール・スキャナー６によってイオンビームＬをＸ、Ｙ方向に微小角度スキャンさせると共に、エンドステーション１０Ｅへ入射されるイオンビームＬに対し、マスク９を伴うウェーハＷ内のチップをプラテン１３と共にＸ方向機械的駆動機構１６とＹ方向機械的駆動機構１７とで機械的にスキャンさせるようにしているので、大口径のウェーハＷに対してもイオンビームＬの入射角度を小にして均一性の高いイオン注入が可能であることから、イオン注入装置１０を小型化することができ、設置面積を抑え、設置するクリーンルームの建設費を低減させることができる。
【００３３】
また、半導体ウェーハの製造に際しては、イオン種、注入エネルギー、ドーズ量等の注入条件の最適化が図られているが、従来のようにそれぞれの注入条件について１枚の大口径のウェーハＷを当てるとすると無駄になる部分を生じて製造原価が増大するに対し、本実施の形態のイオン注入装置１０は、１枚のウェーハＷの中で１チップを注入単位として注入条件を変えることができ、単価の高い大口径のウェーハＷを使用する場合に大幅なコスト削減を可能とする。
【００３４】
また、ウェーハが大口径化する一方、半導体デバイスの構造は微細化、複雑化しており、それに伴ってコンタミネーション粒子の除去やイオンビームＬのスキャン用の機器が電気的、電磁気的に複雑化しており、機器重量や使用電力の増大をもたらしているが、本実施の形態のイオン注入装置１０は、イオンビームＬの入射角度を小さく維持することができ、かつビーム電流を常時計測して注入条件の均一化を図っているので、機器が小型化されるのみならず電気的、電磁気的な負担が軽減されることにより機器重量や使用電力の増大が抑制され、イオン注入装置の製造コスト、運転経費が大幅に削減される。
【００３５】
本発明の実施の形態のイオン注入装置および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。
【００３６】
例えば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４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４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に対応する図である。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。
【００３７】
図５は図４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方向機械的駆動機構１６’、Ｙ方向機械的駆動機構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、入射するイオンビームＬに対して、マスク９’を伴いウェーハ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、Ｙ方向機械的駆動機構１７’はＸ方向機械的機構１６’を紙面に平行に上下方向に移動させ、そのＸ方向機械的駆動機構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、ウェーハＷが機械的にＸ、Ｙ方向にスキャンされる。
【００３８】
また本実施の形態においては、チップの寸法違いに応じて交換可能とされたマスク９を採用したが、図６に示すように、チップの寸法に応じた複数個の開口とビームをスキャンしない場合にビームスポット寸法を整形するために用いるチップ寸法よりも小さい複数個の開口を同一円周上に分配して形成させたロータリー・マスク９Ｒを採用してもよい。すなわち、図６のＡはロータリー・マスク９Ｒの平面図であり、図６のＢは図６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内の同一円周上に開口面積の異なる開口９₁ 、９₂ 、９₃ 、９₄ 、９₅ 、９₆ 、９₇ 、９₈ がチップの寸法違いとビームスポット寸法の整形に応じて形成されており、駆動ギヤ９Ａによって従動ギヤ９Ｂを回転軸Ｏの回りに回動させることにより、プラテン１３上のウェーハＷに形成させるチップの形状によって最も適切な開口を選んで使用することができる。
【００３９】
また本実施の形態においては、マスク９をＸ、Ｙテーブル１８に固定したがその場合には、プラテン１３にティルト角度を与える場合に、マスク９にも同様なティルト角度を与える機構が付加される。
【００４０】
また本実施の形態においては、ビーム密度分布モニター１１を使用する場合にはマスク９をＸＹテーブル１８から回動させたが、ビーム密度分布モニター１１にマスク９と同等なマスクを設けてもよい。
【００４１】
また本実施の形態においては、イオン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、所定のドーズ量を得るために、Ｘ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７によるプラテン１３の機械的スキャンの速度にフィードバックさせたが、オクタポール・スキャナー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、ドーズ量が一様に得られるようにしてもよい。
【００４２】
また本実施の形態においては、電磁偏向型スキャナーとしてのオクタポール・スキャナー６を使用したが、前述したようにＸ、Ｙ静電偏向型スキャナーを採用してもよい。
【００４３】
また本実施の形態においては特に示さなかったが、イオン注入中にウェーハ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マスク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マスク９に直流の負電位を与えてもよい。
【００４４】
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・スキャナー６より後方のビームライン部１０Ｂに側方からボロン（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。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のイオン注入装置および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。
【００４６】
微小角度スキャンされるイオンビームに対してウェーハを保持するプラテンを高速で二次元に機械的スキャンさせる方式を採用しているので、ウェーハが大口径であっても均一な注入条件でのイオン注入が可能である。その結果、イオン注入装置の小型化ができ、それに伴って電気的、電磁気的な機器の複雑化が回避され機器重量、使用電力の増大が抑制される。また、それに応じてイオン注入装置の設置面積を小さくすることができ、必要なクリーンルームの建設費を抑制し得る。
【００４７】
更には、大口径のウェーハに作成される半導体の１チップを注入単位として注入エネルギー、ドーズ量、注入イオン種等の条件を任意に選択してイオン注入し得るので、大口径のウェーハ１枚に対して１条件でイオン注入する場合に比較して半導体デバイスの製造コストの大幅な削減を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のイオン注入装置の全体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拡大概略図である。
【図３】イオンビームに対するとプラテンの配置を示す概略図である。
【図４】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５】図４の場合のイオンビームに対するとプラテンの配置を示す概略図である。
【図６】ロータリー・マスクを示し、Ａは平面図であり、ＢはＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。
【図７】従来例１のイオン注入装置の概略的な側面図である。
【図８】従来例２のイオン注入装置のスキャン機構を示す断面図であり、Ａはマスクが二次元にスキャンされる機構、Ｂはプラテンがスキャンされる機構である。
【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・スキャナー
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マスク
１０イオン注入装置
１０Ａ高電圧ターミナル
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方向機械的駆動機構
１７Ｙ方向機械的駆動機構
１８ＸＹテーブル
１９ウェーハ位置検出器

Claims

イオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンを質量分離する質量分離器と、前記イオンを加速させる加速管と、前記質量分離器と前記加速管との間に配置されイオンビームを遮断可能なビーム遮断器とを有する高電圧部と、
ウェーハを保持するプラテンと、前記ウェーハに注入される前記イオンが通過する開口を有するマスクと、前記マスクが固定されるステージと、前記プラテンを前記ウェーハの面内で回転させる回転機構と、前記プラテンを傾けるティルト機構と、前記ステージ上で前記プラテンを前記ステージの面内２方向に移動させる機械的駆動機構と、前記ウェーハの位置を検出するウェーハ位置検出器とを有するエンドステーション部と、
前記イオンビームを集束する集束レンズと、前記イオンビームを前記２方向へスキャンさせることが可能なスキャナーと、前記イオンビームの電流を計測する非接触ビーム電流計とを有し、前記高電圧部と前記エンドステーション部との間に設けられたビームライン部と、
前記回転機構、前記ティルト機構及び前記機械的駆動機構を制御するとともに、前記非接触ビーム電流計の計測値に基づいて、前記機械的駆動機構による前記プラテンの前記２方向へのスキャン速度または前記スキャナーによる前記イオンビームの前記２方向へのスキャン速度を調整することで、前記ウェーハに対しチップ領域を注入単位とする前記イオンのドーズ量を制御する制御部と
を具備するイオン注入装置。
請求項１に記載のイオン注入装置であって、
前記ビーム遮断器は、前記非接触ビーム電流計による計測値の積算値が所定の値に達したとき、前記イオンビームを遮断する
イオン注入装置。
請求項１又は請求項２に記載のイオン注入装置であって、
前記エンドステーション部は、前記スキャナーによる前記イオンビームのスキャン振幅またはスキャン速度を調整するための、前記イオンビームの入射位置へ移動可能なビーム密度分布モニターをさらに有する
イオン注入装置。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のイオン注入装置であって、
前記エンドステーション部は、前記非接触ビーム電流計の計測値を校正するための、前記イオンビームの電流値を測定可能なファラデー・カップをさらに有する
イオン注入装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のイオン注入装置であって、
前記マスクは、前記チップのサイズ違いに対応する複数の開口が同一円周上に形成された円板を有するロータリー・マスクであり、前記チップのサイズに応じて前記複数の開口から対応するサイズの開口が選択される
イオン注入装置。