JP4843252B2 - Surface treatment apparatus and surface treatment method - Google Patents
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本発明は、真空チャンバ内に設置した被処理基板の表面にイオンをドーピングするための表面処理装置に関し、更に詳しくは、イオンビームを用いたイオンのドーピング処理とプラズマドーピング法によるイオンのドーピング処理とが可能な複合型の表面処理装置及びこれに用いられる表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment apparatus for doping ions on a surface of a substrate to be processed installed in a vacuum chamber, and more specifically, ion doping using an ion beam and ion doping using a plasma doping method. The present invention relates to a composite-type surface treatment apparatus capable of performing the above and a surface treatment method used for the same.
従来より、半導体ウェーハ等の被処理基板表面にドーピング領域を形成するために、イオンビームを用いた不純物イオンのドーピングが行われている(下記特許文献1参照)。特に、近年における基板の大型化、デバイスの微細化により、数十nm程度の浅い接合が要求され、そのために例えばB(ボロン)イオン等の不純物イオンを低エネルギーでドーピングする必要性が高まっている。
Conventionally, impurity ions are doped using an ion beam in order to form a doping region on the surface of a substrate to be processed such as a semiconductor wafer (see
半導体ウェーハへ低エネルギーでイオンをドーピングする方法の一つとして、プラズマドーピング装置がある。プラズマドーピング装置は、プラズマ形成用の真空チャンバと、プラズマを形成するプラズマ源と、半導体ウェーハ等の被処理基板を支持するステージとを備え、真空チャンバ内に形成したプラズマ中のイオンをステージ側へ引き出してドーピングする構成となっている(下記特許文献2参照)。
One method for doping ions into a semiconductor wafer with low energy is a plasma doping apparatus. The plasma doping apparatus includes a vacuum chamber for plasma formation, a plasma source for forming plasma, and a stage for supporting a substrate to be processed such as a semiconductor wafer, and ions in the plasma formed in the vacuum chamber are moved to the stage side. It is configured to be extracted and doped (see
従来、イオンビームを用いるイオン注入装置と、プラズマドーピング装置とは、互いに独立した装置で構成されていて、高エネルギー(例えば2keV以上)でイオンをドーピングする場合にはイオンビームを用いたイオン注入装置が用いられ、低エネルギー(例えば2keV以下)でイオンをドーピングする場合にはプラズマドーピング装置が用いられていた。 Conventionally, an ion implantation apparatus using an ion beam and a plasma doping apparatus are constituted by apparatuses independent from each other, and in the case of doping ions with high energy (for example, 2 keV or more), an ion implantation apparatus using an ion beam. In the case of doping ions with low energy (for example, 2 keV or less), a plasma doping apparatus has been used.
一方、近年では、イオンビームを用いるイオン注入装置とプラズマドーピング装置とを複合化させた表面処理装置が提案されている(下記特許文献3参照)。これにより、一台の装置でイオンビームを用いたイオンのドーピング処理と、プラズマドーピング法によるイオンのドーピング処理とを可能としている。
On the other hand, in recent years, a surface treatment apparatus in which an ion implantation apparatus using an ion beam and a plasma doping apparatus are combined has been proposed (see
上述したように、近年における半導体製造技術の分野においては、基板の大型化、デバイスの微細化により、数十nm程度の浅い接合が要求され、不純物イオンを低エネルギーで基板にドーピングする必要性が高まっている。このため近年では、低エネルギーでのイオンドーピングに有効であるとして、プラズマドーピング法によるイオンのドーピング処理の研究開発が盛んに行われている。 As described above, in the field of semiconductor manufacturing technology in recent years, a shallow junction of about several tens of nanometers is required due to an increase in size of a substrate and miniaturization of a device, and it is necessary to dope a substrate with impurity ions with low energy. It is growing. For this reason, in recent years, research and development of ion doping treatment by plasma doping method has been actively conducted on the assumption that it is effective for ion doping with low energy.
従って、イオンビームを用いるイオン注入装置と、プラズマドーピング装置とを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、低エネルギーでのイオンドーピング処理では、プラズマドーピング装置を用いて処理することが主流となると予想される。
ところが、プラズマドーピング装置においては、形成されるプラズマのイオン密度がウェーハ全面において均一でないために、ドーピングされるイオンの純度、ドーズ量等といった面内均一性を確保することが難しいという問題を抱えている。
Therefore, it is expected that in a complex surface treatment apparatus that combines an ion implantation apparatus using an ion beam and a plasma doping apparatus, the mainstream is processing using a plasma doping apparatus in low-energy ion doping processing. The
However, the plasma doping apparatus has a problem that it is difficult to ensure in-plane uniformity such as purity and dose of ions to be doped because the ion density of plasma to be formed is not uniform over the entire wafer surface. Yes.
一方、イオンビームを用いたイオン注入装置においては、イオン源から引き出したイオンを所望のイオンに質量分離しているので、ドーピングされるイオンの純度は高く、優れた面内均一性を得ることができる。 On the other hand, in an ion implantation apparatus using an ion beam, ions extracted from an ion source are mass-separated into desired ions, so that the purity of ions to be doped is high and excellent in-plane uniformity can be obtained. it can.
従って、低エネルギーのイオンドーピング処理をイオンビームを用いて行うことができれば、デバイス設計、製造プロセス等の自由度が向上するとともに、プラズマドーピング法で行った場合のデバイス特性評価と、イオンビームを用いて行った場合のデバイス特性評価との検証を試行的に行う場合にデバイスの試作を一台の装置で行うことができるので、装置間格差の影響を受けることのない、高精度かつ信頼性に優れた検証を行うことができる点で非常に有益である。 Therefore, if low-energy ion doping treatment can be performed using an ion beam, the degree of freedom in device design, manufacturing process, etc. will be improved, and device characteristics evaluation when performed by plasma doping method and ion beam will be used. When trial verification with device characteristics evaluation is performed on a trial basis, the device can be prototyped with a single device, so it is highly accurate and reliable without being affected by the difference between devices. It is very useful in that it can perform excellent verification.
しかしながら、上記特許文献3に記載の複合型の表面処理装置の構成では、イオンビームを用いた低エネルギー(例えば2keV以下)のイオンドーピング処理を高精度かつ効率良く行えないという問題がある。
However, the configuration of the composite surface treatment apparatus described in
即ち、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を行うには、質量分離したイオンをビーム輸送経路上で減速させる必要がある。このとき、減速器を通過した後のイオンビームには目的イオンのみならず、所定の減速度に達していない高エネルギーのイオン、即ち、ビーム輸送経路内の残留ガスとの衝突で発生した中性粒子が含まれているので、この中性粒子を除去して目的イオンのみからなるイオンビームをウェーハへ照射する必要がある。 That is, in order to perform low energy ion doping using an ion beam, it is necessary to decelerate the mass-separated ions on the beam transport path. At this time, the ion beam after passing through the decelerator has not only the target ion but also high-energy ions that have not reached the predetermined deceleration rate, that is, neutral ions generated by collision with residual gas in the beam transport path. Since the particles are contained, it is necessary to remove the neutral particles and irradiate the wafer with an ion beam consisting only of target ions.
また、イオンビームを用いたイオンドーピング処理では、イオンが低エネルギーになるほどビーム電流が減少し平行度が崩れる傾向にある。このため、低エネルギーになるほどイオンのドーピング効率は低下し、処理速度や生産性に影響を与える。上記特許文献3に記載の構成では、このような問題が考慮されていないので、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を効率良く行うことはできない。
Further, in the ion doping process using an ion beam, the beam current decreases and the parallelism tends to be lost as the ion energy becomes lower. For this reason, the lower the energy, the lower the ion doping efficiency, which affects the processing speed and productivity. In the configuration described in
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、イオンビームを用いたイオン注入装置とプラズマドーピング装置とを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を高精度かつ効率良く行うことができる表面処理装置及び表面処理方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in a composite surface treatment apparatus that combines an ion implantation apparatus using an ion beam and a plasma doping apparatus, a low energy ion doping process can be performed with high accuracy using an ion beam. It is an object of the present invention to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method that can be performed efficiently.
以上の課題を解決するに当たり、本発明は、イオン注入ユニットとプラズマドーピングユニットとを備えた表面処理装置において、イオン注入ユニットは、イオンを減速させる減速器と、減速させたイオンをステージ側へ偏向させる偏向器と、イオンをステージへ導くためのバイアス手段とを備えている。 In solving the above problems, the present invention provides a surface treatment apparatus including an ion implantation unit and a plasma doping unit. The ion implantation unit includes a decelerator that decelerates ions and deflects decelerated ions to the stage side. And a bias means for guiding ions to the stage.
この構成により、イオンビームは、減速器による減速工程と、偏向器による偏向工程とを経て、高エネルギーの中性粒子が除去された、目的のイオンでなるイオンビームを被処理基板へ照射することができる。これにより、イオン注入ユニットを用いて低エネルギーの高精度なイオンドーピング処理を実施できる。 With this configuration, the ion beam is irradiated onto the substrate to be processed with target ions from which neutral particles of high energy have been removed through the deceleration process by the speed reducer and the deflection process by the deflector. Can do. Thereby, high-precision ion doping treatment with low energy can be performed using the ion implantation unit.
また、上記バイアス手段として、イオンを被処理基板へ導くためのバイアス電位をステージに印加することにより、イオンビームの発散が抑えられた所望のビーム平行度を維持することが可能となるので、イオン注入ユニットを用いた低エネルギーのイオンドーピング処理を効率良く行うことができる。 In addition, by applying a bias potential for introducing ions to the substrate to be processed as the bias means, it is possible to maintain a desired beam parallelism with suppressed ion beam divergence. A low energy ion doping process using an implantation unit can be performed efficiently.
一方、プラズマドーピングユニットは、上記偏向器とステージとの間に設置されプラズマの形成空間を区画する容器と、プラズマを形成させるプラズマ源とを備えている。被処理基板は、その表面(処理面)がプラズマ形成空間に近接するようにしてステージ上に支持され、プラズマから引き出されたイオンが基板上へドーピングされる。 On the other hand, the plasma doping unit includes a container that is installed between the deflector and the stage and partitions a plasma forming space, and a plasma source that forms plasma. The substrate to be processed is supported on the stage so that its surface (processing surface) is close to the plasma formation space, and ions extracted from the plasma are doped onto the substrate.
本発明では、プラズマドーピング処理と同一のステージ位置でイオン注入ユニットによるイオンドーピング処理を行うことができるように、イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理の際はイオンビームを上記容器の内部を介して被処理基板へ照射するようにしている。これにより、真空チャンバの小型化、装置の設置占有面積の低減が図られる。 In the present invention, in the ion doping process by the ion implantation unit, the ion beam is processed through the inside of the container so that the ion doping process by the ion implantation unit can be performed at the same stage position as the plasma doping process. The substrate is irradiated. Thereby, size reduction of a vacuum chamber and reduction of the installation occupation area of an apparatus are achieved.
このような機能を実現するため、本発明では、上記容器を、プラズマの形成空間の周囲を区画する容器本体と、この容器本体の上部を開閉する天板とで構成し、イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理において、上記天板は、容器本体の上部を開放する位置に待機させる。 In order to realize such a function, in the present invention, the container is composed of a container body that divides the periphery of the plasma formation space, and a top plate that opens and closes the upper part of the container body. In the doping process, the top plate waits at a position where the upper part of the container body is opened.
以上述べたように、本発明によれば、イオン注入ユニットとプラズマドーピングユニットとを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、イオン注入ユニットを用いた低エネルギーのイオンドーピング処理を高純度で、効率良く行うことができるようになる。 As described above, according to the present invention, a low-energy ion doping process using an ion implantation unit can be performed with high purity and efficiency in a composite surface treatment apparatus having both an ion implantation unit and a plasma doping unit. Will be able to do.
また、プラズマドーピング法で行った場合のデバイス特性評価と、イオンビームを用いて行った場合のデバイス特性評価との検証を試行的に行う場合にデバイスの試作を一台の装置で行うことができる。これにより、装置間格差の影響を受けることのない、高精度かつ信頼性に優れた検証を行うことができるようになる。 In addition, a device can be prototyped with a single device when trial verification is performed between the device characteristic evaluation performed by the plasma doping method and the device characteristic evaluation performed using an ion beam. . This makes it possible to perform highly accurate and reliable verification without being affected by the difference between devices.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2は、本発明の実施の形態による表面処理装置10の概略構成図である。
FIG.1 and FIG.2 is a schematic block diagram of the
本実施の形態の表面処理装置10は、真空排気手段(図示略)に接続され内部が所定の真空度に維持可能な真空チャンバ1と、この真空チャンバ1の内部に設置され被処理基板として半導体ウェーハ(以下「ウェーハ」という)Wを支持するステージ4と、このステージ4に支持されたウェーハWの表面にイオンをドーピングするためのプラズマドーピングユニット21及びイオン注入ユニット31とをそれぞれ備えている。
A
先ず、プラズマドーピングユニット21とステージ4周辺の構成について説明するとともに、プラズマドーピングユニット21を用いたウェーハWの表面処理方法(イオンドーピング方法)について説明する。
First, the structure around the
プラズマドーピングユニット21は、真空チャンバ1の内部にプラズマ形成空間Pを画成する例えば石英製のベルジャ(容器)11と、プラズマ形成用ガスを導入するためのガス導入管2と、ベルジャ11の外周部に巻回され上記プラズマ形成用ガスをプラズマ化する高周波アンテナ(コイル)3とを備えている。ウェーハWは、ベルジャ11の直下方に位置するようにステージ4に支持されている。
The
ベルジャ11は、プラズマ形成空間Pの周囲を区画する容器本体11Aと、この容器本体11の上部を閉塞する天板11Bとで構成されている。天板11Bは、天板駆動部40の駆動により容器本体11Aの上部を開閉自在とされている。そして天板11Bは、プラズマドーピングユニット21を用いたウェーハWの表面処理工程では容器本体11Aを閉塞する位置にあり(図2)、後述するイオン注入ユニット31を用いたウェーハWの表面処理工程では容器本体11Aの上部を開放する位置に退避される(図1)。
The
本実施の形態においては、ステージ4上のウェーハWに対してマスク部材5が所定の間隙をおいて対向配置されている。このマスク部材5には、ウェーハWに対するイオン導入領域を画定するドーピング用開口5Aが形成されている。
In the present embodiment, the
ステージ4は、ウェーハWをその被処理面をプラズマ形成空間P側(図中上方側)に向けて支持する。ステージ4には、ウェーハWの支持機構として、静電チャック機構が取り付けられているとともに、マスク部材5に対して平行移動可能なように、X方向(図中左右方向)移動機構6及びY方向(図において紙面表裏方向)移動機構7が取り付けられている。8は、ウェーハWをステージ4上で傾斜させるためのティルト機構で、ステージ4に設けられ、必要に応じて調整される。また、ステージ4には回転機構(図示略)が設けられており、ウェーハWをステージ4上で回転方向に移動可能とされている。
The
マスク部材5及びステージ4はバイアス電源9の負極に接続されており、プラズマ形成空間Pに形成されたプラズマ中のイオン(本例ではB+ イオン)をステージ4側へ引き出せるようにしている。プラズマから引き出されたイオンは、マスク部材5のドーピング用開口5Aを介して、ウェーハWの表面にドーピングされる。
The
マスク部材5は、シリコン等の重金属コンタミネーションを発生させない半金属製の例えば円形板状部材で構成されており、その面内には、上述したドーピング用開口5Aと、後述するモニタ用開口5Bがそれぞれ形成されている(図3A,B)。マスク部材5のドーピング用開口5Aの形状、大きさ等は特に限定されないが、プラズマ形成空間Pに形成されるプラズマ面の任意の一部の領域に対応して形成されるのが好ましい。
The
図3A,Bは、マスク部材5とウェーハWとの位置関係を模式的に示す平面図である。
3A and 3B are plan views schematically showing the positional relationship between the
図3Aは、ドーピング用開口5Aが、ウェーハWの直径を超える大きさの長手寸法を有する矩形状に形成された例を示している。この場合、ウェーハWを支持するステージ4は、このドーピング用開口5Aの長手方向に対して例えば直交する方向(X方向)にのみ間欠的又は連続的に移動可能に構成されることにより、ウェーハWの面内全域にわたってイオンドーピングを行うことができる。
FIG. 3A shows an example in which the
また、図2Bは、ドーピング用開口5Aが、ウェーハW上のデバイス単位(例えば1チップ単位)の大きさを有する矩形状に形成された例を示している。この場合、ウェーハWを支持するステージ4は、X方向及びY方向に間欠的又は連続的に移動可能に構成されることにより、ウェーハWの面内全域にわたってイオンドーピングを行うことができる。
FIG. 2B shows an example in which the
一方、マスク部材5のモニタ用開口5Bは、ドーピング用開口5Aに隣接して単数又は複数箇所(図3A,Bの例では各々2箇所)に形成されている。モニタ用開口5Bの形成位置、形成個数は特に限定されず、本実施の形態ではドーピング用開口5Aを囲むように一対形成されている。これらモニタ用開口5B,5Bの形状、大きさは特に限定されず、また、互いに同一の形状、大きさである場合に限られない。なお、図3Bの例では、モニタ用開口5BをX方向だけでなくY方向にも一対(計4箇所)設けてもよい。
On the other hand, the
図4は、ウェーハWを支持するステージ4周辺の拡大図である。ステージ4上のウェーハWとマスク部材5との間には、マスク部材5のドーピング用開口5Aを通過するイオンの量を検出するメインファラデーカップ12Aと、モニタ用開口5B,5Bを通過するイオンの量を検出するサイドファラデーカップ12B,12Bとが配置されている。なお、サイドファラデーカップ12B,12Bは、本発明の「検出手段」に対応する。
FIG. 4 is an enlarged view around the
ここで、マスク部材5及びサイドファラデーカップ12B,12Bは、真空チャンバ1等の静止系に連絡する支持フレーム(図示略)を介して、図示するウェーハWとの対向位置に配置されている。なお、上記支持フレームには、ステージ4に設けられるティルト機構8や回転機構と同様な駆動機構が設けられており、ウェーハWの傾斜駆動と同期して、マスク部材5及びサイドファラデーカップ12B,12Bを傾斜駆動可能としている。
Here, the
一方、メインファラデーカップ12Aは、マスク部材5のドーピング用開口5Aの直下位置と、ドーピング用開口5Aを開放する退避位置との間を進退自在に、例えば上記支持フレームに取り付けられている。このように、メインファラデーカップ12Aをマスク部材5とウェーハWとの間で挿脱自在な構成としている。そして、量産時、ウェーハWにドーピングされるイオンのドーズ量をサイドファラデーカップ12B,12Bを使用してモニタリングし、ウェーハW面内の均一性確保、コンタミネーション低減、ドーズ量の精度向上を図っている。
On the other hand, the
そのため、量産前に、メインファラデーカップ12Aをマスク部材5の直下位置に配置させ、ドーピング用開口5Aを通過するイオンの量を当該メインファラデーカップ12Aで検出するとともに、モニタ用開口5B,5Bを通過するイオンの量をサイドファラデーカップ12B,12Bでそれぞれ検出するようにして、メインファラデーカップ12Aとサイドファラデーカップ12B,12Bとの間で量産条件におけるイオンの量の面積比を予め算出しておく。
Therefore, before mass production, the
そして量産時は、当該メインファラデーカップ12Aを退避位置へ退かせ、ドーピング用開口5Aを介してイオンをウェーハW上へ導入する間に、サイドファラデーカップ12B,12Bで検出されるイオンの量に基づいて、予め算出しておいた面積比を参照して、ドーピング用開口5Aを通過するイオンの量、即ちウェーハWへドーピングされるイオンのドーズ量を監視できるようになる。ドーズ量の調整は、プラズマの形成条件を変えることで実現できる。
During mass production, the
以上のように構成されるプラズマドーピングユニット21を用いたプラズマドーピング工程においては、プラズマ形成空間Pに形成させたプラズマから、ステージ4側へバイアス電源9の電源電圧に応じた加速電圧でイオンが引き出され、マスク部材5のドーピング用開口5Aを介してウェーハWへ当該イオンがドーピングされる。
In the plasma doping process using the
従って、形成されたプラズマが面内において均一でなくても、マスク部材5のドーピング用開口5AによってウェーハWが臨むプラズマ領域を制限しているので、ステージ4をX方向移動機構6、Y方向移動機構7で水平移動させることで、ウェーハWの全面に均一に、低コンタミネーションでイオンをドーピングすることができる。また、サイドファラデーカップ12B,12Bを用いたイオン照射量の検出機構により、ウェーハWに対するイオンのドーズ量の精度向上が可能となる。さらに、低エネルギーでイオン注入を行えるので、ウェーハW表面への不純物領域(拡散領域)の浅接合化にも容易に対応できる。
Therefore, even if the formed plasma is not uniform in the plane, the plasma region where the wafer W faces is limited by the
次に、イオン注入ユニット31の構成について図1を参照して説明する。
Next, the configuration of the
イオン注入ユニット31は、イオン源33と、このイオン源33からイオンを引き出す引出し電極34と、引出し電極34によって引き出され所定のエネルギーにまで加速されたイオンを収束しビーム化するレンズ部35とを有している。このレンズ部35の後段には、所望イオンを選別する質量分離器36と、質量分離したイオンを所定のエネルギーにまで減速させる減速器37と、この減速させたイオンをステージ4側に向けて偏向する偏向器38とがそれぞれ接続されている。そして、これらイオン源33から偏向器38までの間のビーム輸送経路内に、イオン注入ユニット31におけるビームラインが形成されている。
The
引出し電極34の引出し電圧は、ビームラインを通過するイオンのエネルギーが、例えば10keVから30keVまでの範囲となるように設定することが好ましい。イオンビームLのエネルギーを10keVより小さくするとイオンビームは発散され易くなり、ビーム電流のロスを招くからである。
The extraction voltage of the
レンズ部35は、イオンビームがエンドステーション(真空チャンバ1)内のウェーハWへ均一に入射するように調整される。また、質量分離器36は、質量分離マグネットであり、ウェーハWへのドーピングに必要なイオンを選択的に分離する。
The
減速器37は、リング状の電極を抵抗を介して複数枚同心的に直列させた減速管で形成することができる。このとき、最終段の電極をグランド電位に設定すれば、減速器37を通過するイオンのエネルギーをグランドレベルにまで減速させることが可能となる。この場合、1価のイオンのエネルギーは1keVとなる。
The
減速器37によって減速されるイオンのエネルギーは、例えば10keVから数百eVまでの範囲とすることができる。イオンのエネルギーを10keVより大とすると、イオンの注入深さが大となって、ウェーハWに浅い接合を形成することが困難となる。
The energy of ions decelerated by the
偏向器38は、静電偏向型の偏向器で構成することができ、例えば1keVより高いエネルギーを有する粒子を除去する。本実施の形態において偏向器38は、真空チャンバ1の内部に配置されているが、偏向器38の内部が真空チャンバ1の内部と連通する構成であれば、偏向器38を真空チャンバ1の外部に配置してもよい。
The
ビームライン上において、イオンが残留ガスと衝突して中性化したものは減速器37で減速されずに20keVのエネルギーを有しているが、偏向器38は、1keVのエネルギーを有するイオンのみがマスク部材5を介してステージ4上のウェーハWへ到達するように、印加電圧が調整される。このとき、中性粒子は偏向されず直進するので、ベルジャ11の内壁あるいはマスク部材5の上面に衝突し、ウェーハWに到達することはない。
On the beam line, neutralized ions colliding with the residual gas have energy of 20 keV without being decelerated by the
偏向器38で偏向されたイオンビームは、ベルジャ11の内部を介して、ステージ4上のウェーハW表面へ照射される。上述したように、このイオンビームを用いたイオンドーピング処理の際、ベルジャ11の天板11Bは、天板駆動部40の駆動により図示しない待機位置へ退避しており、これにより容器本体11Aの上部が開放されている(図1)。
The ion beam deflected by the
一方、ウェーハWを支持するステージ4と、ウェーハWの直上方に位置するマスク部材5には、それぞれバイアス電源9が接続されている。従って、偏向器38から出射したイオン(例えばB+ イオン)は、バイアス電源9の電源電圧に応じた引出し電圧でウェーハWに引き寄せられ、マスク部材5のドーピング用開口5Aで区画された領域へドーピングされる。これにより、偏向器38から出射したイオンビームの発散を抑えてウェーハWに照射することができるようになり、低エネルギーのイオンドーピングを効率良く行うことが可能となる。
On the other hand, a
本例においてバイアス電源9並びにこれに接続されるステージ4及びマスク部材5は、本発明の「バイアス手段」を構成する。バイアス電源9は、直流電源に限らず、パルス電源でもよい。
In this example, the
また、このイオン注入ユニット31を用いたイオンドーピング処理においては、上述したプラズマドーピングユニット21を用いたイオンドーピング処理と同様に、X,Y方向移動機構6,7によってステージ4をマスク部材5に対して平行移動させることによってウェーハWの面内全領域にわたってイオンビームが照射されるようになっている。これにより、面内均一性を確保することができる。
Further, in the ion doping process using the
このイオンドーピング処理の均一性を高めるため、本実施の形態では更に、偏向器38にスキャン機構を設け、マスク部材5のドーピング用開口5A内でイオンビームを微小角度範囲でスキャンさせるようにしている。上記スキャン機構としては、例えば図5に示すように、偏向器38の一対の電極に印加される直流電圧に互いに逆位相の三角波を重畳することで実現できる。
In this embodiment, in order to improve the uniformity of the ion doping process, the
本実施の形態によれば、イオン注入ユニット31とプラズマドーピングユニット21とを兼ね備えた複合型の表面処理装置10において、イオン注入ユニット31を用いた低エネルギーのイオンドーピング処理を高純度で、効率良く行うことができる。また、低エネルギーのイオンドーピング処理を、プラズマドーピングユニット21とイオン注入ユニット31の何れでも実施することができるようになる。
According to the present embodiment, in the composite
また、イオン注入ユニット31によるイオンドーピング処理の際はイオンビームをベルジャ11の内部を介してウェーハWへ照射するようにしているので、プラズマドーピング処理と同一のステージ位置でイオンドーピング処理を行うことができるようになり、これにより真空チャンバ1の小型化、装置の設置占有面積の低減を図ることができる。
In addition, since the ion beam is irradiated onto the wafer W through the inside of the
そして、以上のように構成される本実施の形態の表面処理装置10においては、量産を開始する前に、試行的にウェーハWへイオンをドーピングして特性の評価を行う場合に用いることができる。この場合、プラズマドーピングユニット21を用いたイオンドーピング処理で作製したデバイスの特性評価と、イオン注入ユニット31を用いたイオンドーピング処理で作製したデバイスの特性評価の検証を、当該装置一台で行うことができる。これにより、装置間格差の影響を受けることのない、高精度かつ信頼性に優れた検証を行うことができるようになる。
And in the
一方、本実施の形態の表面処理装置10において、プラズマドーピングユニット21とイオン注入ユニット31とを併用して、一枚のウェーハWを処理することも可能である。
On the other hand, in the
すなわち、イオン注入ユニット31を用いたイオンドーピング処理は、ドーピングイオンを質量分離しているのでピュア(高純度)である。ところが、低エネルギーであるためビーム電流は小さく、プラズマドーピング法に比べて処理時間がかかる。
そこで、ウェーハWの表面処理を行うに当たり、先ずプラズマドーピングユニット21を用いたイオンドーピング処理を行い(例えば全体の80〜90%)、その後、高純度のイオンドーピング処理をイオン注入ユニット31を用いて行うようにすれば、ドーピング精度を維持しながら処理時間の短縮を図ることができる。
That is, the ion doping process using the
Therefore, in performing the surface treatment of the wafer W, first, ion doping processing using the
また、イオン注入ユニット31によるイオンの注入エネルギーをプラズマドーピングユニット21のそれよりも大きくするようにすれば、表面処理装置10全体として注入エネルギーに幅をもたせることができ、高エネルギーから低エネルギーまでのエネルギーの連続性も得ることができる。
Further, if the ion implantation energy of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、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。 The embodiment of the present invention has been described above. Of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば以上の実施の形態では、プラズマドーピングユニット21のプラズマ源として、RFアンテナ3を用いた誘導結合方式(ICP)を用いたが、これに限らず、電子サイクロトロン共鳴(ECR)や平行平板、磁気中性線放電(NLD)等の他の方式のプラズマ源が適用可能である。
For example, in the above embodiment, an inductive coupling method (ICP) using the
また、ベルジャ11の形状、大きさは任意に設定でき、例えば、マスク部材5のドーピング用開口5Aの形状、大きさに合わせたプラズマが形成できるように構成してもよい。更に、ベルジャ11の内面に、注入するイオンと同種材料の膜をコーティングしておくと、ドーピング時のコンタミネーションの抑制を図ることができる。
In addition, the shape and size of the
1 真空チャンバ
3 アンテナ(プラズマ源)
4 ステージ
5 マスク部材
5A ドーピング用開口
5B モニタ用開口
6,7 X,Y方向移動機構
9 バイアス電源
10 表面処理装置
11 ベルジャ(容器)
11A 容器本体
11B 天板
12A,B ファラデーカップ
21 プラズマドーピングユニット
31 イオン注入ユニット
33 イオン源
34 引出し電極
35 レンズ部
36 質量分離器
37 減速器
38 偏向器
40 天板駆動部
W ウェーハ(被処理基板)
1
4
Claims (9)
前記イオン注入ユニットは、イオンを減速させる減速器と、減速させたイオンを前記ステージ側へ偏向させる偏向器とを有し、
前記プラズマドーピングユニットは、前記偏向器と前記ステージとの間に設置され前記プラズマの形成空間を区画する容器と、前記プラズマを形成させるプラズマ源と、イオンを前記ステージへ導くためのバイアス手段とを有することを特徴とする表面処理装置。 Formed in the vicinity of the substrate to be processed, a stage installed in the vacuum chamber to support the substrate to be processed, an ion implantation unit for irradiating an ion beam onto the surface of the substrate to be processed and doping ions the pull the ions in the plasma to a surface treatment apparatus and a plasma doping unit for doping the surface of the substrate,
The ion implantation unit includes a decelerator that decelerates ions and a deflector that deflects decelerated ions to the stage side ,
The plasma doping unit includes a container installed between the deflector and the stage to partition the plasma formation space, a plasma source for forming the plasma, and bias means for guiding ions to the stage. A surface treatment apparatus comprising:
前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理が、イオンを減速させる工程と、減速させたイオンを前記ステージ上の被処理基板へ向けて偏向させる工程とを有し、
当該イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理では、イオンを前記被処理基板へ導くためのバイアス電位を前記ステージに印加しながら前記プラズマの形成空間を介してイオンビームを前記被処理基板へ照射することを特徴とする表面処理方法。 A vacuum chamber, a stage installed in the vacuum chamber and supporting a substrate to be processed, an ion implantation unit for doping ions by irradiating the surface of the substrate to be processed, and an ion implantation unit are formed inside the vacuum chamber . Used in a surface treatment apparatus comprising a plasma doping unit for doping the surface of the substrate to be treated with ions in plasma;
The ion doping process by the ion implantation unit includes a step of decelerating ions and a step of deflecting the decelerated ions toward the substrate to be processed on the stage,
In the ion doping process by the ion implantation unit, the substrate to be processed is irradiated with an ion beam through the plasma formation space while a bias potential for guiding ions to the substrate to be processed is applied to the stage. Surface treatment method.
前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理では、前記容器の内部を介してイオンビームを前記被処理基板へ照射する請求項6に記載の表面処理方法。 Inside the vacuum chamber, a container that partitions the plasma formation space is installed as a part of the plasma doping unit,
The surface treatment method according to claim 6, wherein in the ion doping treatment by the ion implantation unit, the substrate to be treated is irradiated with an ion beam through the inside of the container.
前記天板は、前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理では、前記容器本体の上部を開放する請求項7に記載の表面処理方法。 The container is composed of a container body that divides the periphery of the plasma formation space, and a top plate that opens and closes the upper part of the container body.
The surface treatment method according to claim 7, wherein the top plate opens an upper portion of the container main body in an ion doping treatment by the ion implantation unit.
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