JPH08298247A

JPH08298247A - イオン注入方法およびその装置

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Publication number: JPH08298247A
Application number: JP7101924A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Umemura; 馨梅村; Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Masataka Kato; 正高加藤; Yuichi Madokoro; 祐一間所; Katsuhiro Kuroda; 勝広黒田; Yasunari Hayata; 康成早田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 1996-11-12
Anticipated expiration: 2024-11-18
Also published as: JP4365895B2

Abstract

(57)【要約】【目的】【構成】イオン源から放出したイオンを所望のイオン注
入領域と略相似形の開口を有するマスクに通過させてパ
ターンイオンビームを形成し、このイオンビームをレジ
ストが塗布されてないウェハの所望の領域に投射して、
イオンを導入するイオン注入方法。【効果】本発明によるイオン注入方法により、イオン注
入工程前後のレジスト工程が不要となり、半導体装置の
製造工程数が削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン注入方法およびそ
の装置に関し、特に、半導体装置製造プロセスのイオン
注入においてホトレジストを用いないイオン注入方法と
それを実現する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来のイオン注入方法について、
特にＣＭＯＳ・ＬＳＩの製造プロセスにおけるウェル領
域形成としきい電圧制御の各工程を例に説明する。

【０００３】現行のウェル領域形成は、以下のような手
順で行なう。図１９を用いて説明する。（ａ）ｐ型シリ
コン基板５１を全面酸化させ、シリコン酸化膜５２を被
着した後にシリコン窒化膜５３を全面デポジションす
る。次に、ホトレジスト５４を全面に塗布し、ｎ型ウェ
ル領域に対応するパターンを縮小露光装置で感光させ
る。現像を行なった後、ドライエッチングを行なうこと
により、露光部のレジスト５４と直下の窒化膜５３を除
去し、ｎ型ウェル用のパターンが開けられる。このパタ
ーニングした開口領域を用いてリンイオン５５をシリコ
ン基板５１中に注入し、高濃度ｎ型不純物領域５６を形
成する。（ｂ）レジストをアッシング除去後、ウェット
酸化条件下でシリコン基板５１を酸化して、厚膜のシリ
コン酸化膜５８を形成するとともに、ｎ型ウェル領域５
７を形成する。（ｃ）シリコン窒化膜５３を除去し、厚
膜のシリコン酸化膜５８をマスクとしてフッ化ボロンイ
オン５９を注入し、高濃度ｐ型不純物領域６０を形成す
る。（ｄ）窒素雰囲気中でアニールし、ｐ型ウェル領域
６１を形成し、シリコン酸化膜５２，５８を除去する。
このように、従来のウェル形成方法では、レジスト塗
布、露光、現像、除去といった一連のホトレジスト工程
が必要であった。

【０００４】しきい電圧制御のためのチャネルドープに
ついても、上記例と同様にホト工程が必要であった。図
２０を用いて説明する。

【０００５】（ａ）厚膜の酸化膜５８部を持つ酸化膜５
１で被覆されたシリコン基板５１にホトレジスト工程
（レジスト塗布、露光、現像）を施し、ｐ型ウェル領域
６１のレジストのみ除去し、レジスト６２をマスクにフ
ッ化ボロンイオン５９を所定のドーズ量だけ注入する。
これにより、チャネル領域となるシリコン基板表面はｐ
型不純物領域６３が形成され、トランジスタのしきい電
圧が制御される。（ｂ）イオン注入後、レジスト６２を
除去し、再度ホトレジスト工程により、ｎ型ウェル領域
のレジストのみ除去し、レジスト６５をマスクにしてヒ
素イオン６６の注入を行ない、Ｐ型トランジシスタのチ
ャネル領域となるｎ型不純物６７が形成され、ｐ型トラ
ンジスタのしきい電圧が制御できる。残ったレジスト６
５を除去することで、チャネルドープは完了する。この
ように、チャネルドープについては２回のホト工程が必
要であった。

【０００６】上述の如き従来のイオン注入には、図２１
のようなイオン注入装置を用いている。イオン注入装置
７０は概ねドーパントイオンを発生するイオン源７１、
放出イオン７２を質量分離し、ドーパントイオン７６と
不要イオン７７、７７’に選別する質量分離器７３、ド
ーパントイオン７６を通過させるアパチャ７４、イオン
ビーム７６を平行ビーム化させるレンズ７８、ドーパン
トイオンビーム７６を試料上で走査させる偏向器７９、
ウエハ８０を保持するステージ８１などから構成され
る。ウエハ８０の表面にホトレジスト８２が塗布してあ
る。この時、イオンビームをウエハ面に均一に入射させ
るためにウエハ自体も面内に揺動させる方式もある。イ
オン源７１にはドーパントを含むガスをプラズマにして
イオンを引出すマイクロ波イオン源などが用いられる。

【０００７】イオン注入装置の従来例は、文献『イオン
・インプランテイション・テクニックス』（スプリンガー
・シリーズ・イン・エレクトロフィジックス１０、ライセ
ル、グラウイッシュニグ編、１９８２年）の第３頁から
２１頁にかけてハンス・グラウイッシュニグが記載して
いる『イオン・インプランテイション・システム・コンセ
プツ』と題する論文で知ることができる。

【０００８】("Ion Implantation System Concepts"(Ha
ns Glawischnig)("Ion ImplantationTechniques, (Spri
nger Series in Electrophysics 10)" eds.H.Ryssel an
dH.Glawischnig, (1982) p.3-p.21.)（公知例１）

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの高性
能化に伴い、デバイスの加工寸法は縮小化、構造は複雑
化し、それを実現するためのプロセスも複雑化し、その
工程数は増大している。半導体デバイスのメーカにとっ
ては、デバイス製造の原価低減が直接収益に影響するた
め、複雑化しているプロセスを簡略し、製造コストを削
減することが最大の課題となっている。特に、半導体基
板に不純物を導入するイオン注入工程には、イオン注入
の前後に上述のようなホトレジスト工程を必要とする。
しかも、このイオン注入工程が半導体装置完成までの全
工程中に複数回必要であれば、その都度このような付随
する工程を行なわなければならない。これは、図２１に
示すような従来のイオン注入装置で用いられるイオンビ
ームが直径数ｃｍの太いビームであるため、上述のチャ
ネルドーピングやウェル形成、拡散層形成のような所望
の箇所に選択的にイオン注入するイオン注入工程では、
図２２に示したように、シリコン基板８５にホトレジス
ト８６を塗布し、開口８７を設けて、イオンビーム８８
を照射しなければならない。この時、各開口に均一にイ
オンを導入するために、イオンビームと基板を相対的に
揺動させたりする。（図２２ではイオンビームを走査し
ていることを示すために矢印を記した。）このレジスト
を設けるに伴ない、開口を開けるための露光や現像、イ
オン注入後のレジスト除去などの工程が必要となり、上
記の如き付随的な多数の複雑な工程が必要となる。ま
た、それらの工程のために、そのそれぞれの専用装置が
必要で、装置の費用、設置面積の確保、専用担当者の確
保など経済的負担となり、多くの工程を経ることによる
完成品歩留りの低下をもたらしていた。

【００１０】また、従来のイオン注入によって作成され
た半導体装置に注目すると次のような問題点も有してい
る。従来工程によるウェル領域の形成方法においては、
図１９（ｄ）のように、ｐ型ウェル領域６１の表面より
もｎ型ウェル領域５７の表面が低くなってしまう。これ
は、加工寸法の微細化が進むにつれ、図２３に示すトラ
ンジスタゲート電極形成工程で問題となる。すなわち、
ｐ型ウェル領域９０中のｎ型MOSトランジスタのゲート
電極９１とｎ型ウェル領域９２中のｐ型MOSトランジス
タのゲート電極９３のパターニングを同時に行うため、
各ゲート電極上に設けられたパターニング用のレジスト
表面に段差が生じる。この段差が約０.４μｍになるた
め、例えば０.２５μｍ以下の微細加工においては、レ
ジスト感光時の被写界深度が０.３μｍ程度であるの
で、像の鮮明な解像が困難になるという特有の問題を有
していた。

【００１１】もし、レジストを用いずにイオン注入が実
現できれば、上記のレジスト塗布、露光、現像、レジス
ト除去などの工程は必要なくなり、半導体素子製造の工
程が大幅に削減できる。その結果、そのそれぞれの専用
装置が不要となり、装置設置面積の削減、多くの工程を
経ることによる歩留り低下の防止できるとともに、上述
のような半導体装置作成時に生じる問題も解決できるも
のと期待できる。

【００１２】なお、レジストを用いずにイオン注入する
例には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）による方法があ
る。集束イオンビームは、図２４に一例を示すように、
イオン源９４、集束レンズ９５や偏向器９６、試料ステ
ージ９９等から構成されるイオン光学系で、試料９７に
到達するビーム直径を数１０ｎｍ程度にまで集束させた
イオンビーム９８である。集束イオンビーム９８が非常
に細いため、あたかも一筆書きのように、１μｍ以下の
微小領域にでもレジストを用いずにイオン注入すること
ができる。例えば、エム・タムラらによる論文集ヌーク
リア・インスツルメント・アンド・メソッズ・イン・フィジ
クス・リサーチ、第Ｂ7/8巻、(1985年）第858頁から第86
3頁にかけての『フォーカスト・ボロン・イオン・ビーム・
インプランテーション・インテゥ・シリコン』と題する論
文がある。

【００１３】（M.Tamura et al., Nuclear Instrument
and Methods in Physics Research,B7/8 (1985) 858-86
3, "Focused boron ion implantation into silicon")
（公知例２）また、レジストを用いずにイオン注入する別の方法とし
て、特開昭５８−１０６８２２号に『不純物導入方法』
（公知例３）と題して開示されている。この方法は、図
２５のように、所望の開口１００を有する着脱可能なマ
スク１０１を、半導体基板１０２と所望の位置関係にな
るように僅かな空隙を保持して位置合わせをした後、イ
オンビームを照射し、上記マスク１０１の開口１００を
介して上記半導体基板１０２にイオン注入を行なうもの
である。１０３はイオン注入領域である。この方法によ
り、従来行われていたウェハ表面にレジストを塗布し、
露光装置によってイオン注入領域を作成するといったレ
ジスト工程が不要となる。

【００１４】しかしながら、このような他のイオン注入
技術にも次のような問題点を有していた。つまり、レジ
スト工程が不要なイオン注入を実現する公知例２の方法
では、ウェハ全体に渡ってイオン注入を行なおうとする
と、ビーム断面積が小さ過ぎることと、試料への到達イ
オン電流が小さいため、膨大な時間を要して現実的では
ない。また、公知例３の方法では、イオン注入領域とス
テンシルマスクの間に縮小光学系がないため、イオン注
入領域とステンシルマスクに設ける開口とは大きさが同
じにしなければならない。イオン注入領域の微細化に伴
い、ステンシルマスクに開口を設けること自体が困難と
なってくる。さらに、イオン注入領域の位置設定は、ス
テンシルマスクの設置位置によって決定されるため、ス
テンシルマスクの開口と試料の所望領域との位置合わせ
非常に難しくなってくる。このように、上記公知例３も
現実的ではなかった。

【００１５】また、ステンシルマスクを用いたイオンビ
ーム装置の例として、基板表面に塗布したレジストを露
光するイオン投影型縮小露光装置がある。イオン投影型
縮小露光装置の詳細については、論文集『マイクロエレ
クトロニック・エンジニアリング』第17巻、(1992年)第2
29から240頁においてエイ・チャルプカらが『プログレス
・イン・イオン・プロジェクション・リソグラフィ』(A.Cha
lupka et al., "Progress in ion projection lithogra
phy",Microelectronic Engineering, 17 (1992) 229-24
0.)（公知例４）と題する論文に開示されている。この
方法はイオン露光によって、レジスト内での散乱が光や
電子よりも小さく、従来の光や電子ビームによる露光に
比べてシャープな像が露光できるという利点を持つ。し
かしながら、公知例４はウェハに塗布されたレジストへ
の露光装置であるため、依然としてレジスト工程を経な
ければならず、レジスト工程の削減は実現されない。

【００１６】従って、レジスト塗布、パターン露光、現
像、レジスト除去など一連のホトレジスト工程を経るこ
となく効率良く、イオン注入が行なえる方法、また、こ
れを実現するイオン注入装置が強く望まれていた。

【００１７】上記の問題点に鑑み、本発明は半導体装置
の製造工程の削減によって製造コストの低減を目指すも
のであり、特に、本発明の第１の目的は、イオン注入前
後でホトレジストを必要としないイオン注入方法を提供
することであり、第２の目的として第１目的を実現する
イオン注入装置、および、このイオン注入装置を用いた
製造装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、
（１）ドーパントイオンを放出するイオン源から引出し
たイオンビームを、開口パターンを有するステンシルマ
スクに照射し、上記開口パターンを通過したイオンビー
ムをイオン投射光学系によって試料に投射することで、
上記試料内にイオン注入領域を形成する方法により達成
される。また、（２）半導体装置製造プロセスにおける
イオン注入方法において、ドーパントイオンを放出する
イオン源から引出したイオンビームを、開口パターンを
有するステンシルマスクに照射し、上記開口パターンを
通過したパターンイオンビームをイオン投射光学系によ
って半導体基板に投射することで、上記半導体基板内に
ドーパントイオン注入領域を形成する方法によっても達
成できる。また、（３）上記（２）の方法において、第
１のステンシルマスクによって第１イオン種のイオン注
入領域を形成する第１イオン注入工程および、少なくと
も第２のステンシルマスクによって第２イオン種のイオ
ン注入領域を形成する第２イオン注入工程とからなる方
法によるか、または、（４）上記（２）または（３）の
方法が、その前工程に少なくとも上記半導体基板面上に
イオン注入領域を限定するホトレジストマスクのパター
ン形成工程を伴わない方法により達成される。また、
（５）上記（２）から（４）の方法が、ドーパントイオ
ンを放出するイオン源から引出したイオンビームを、開
口パターンを有するステンシルマスクに照射し、上記ス
テンシルマスクを透過したパターンイオンビームをイオ
ン投射光学系によって半導体基板に投射することで、上
記半導体基板内にドーパントイオン注入領域を形成する
イオン注入方法において、さらに、半導体基板表面に形
成した厚膜酸化膜によってイオン注入領域を制限する方
法によるか、特に、（６）上記（１）から（５）のいず
れかで、上記試料または半導体基板がシリコンであり、
かつ、該試料に投射されるイオン種がホウ素、リン、ヒ
素のうちの少なくともいずれかである方法により達成さ
れる。また、（７）上記（１）から（６）のいずれか
で、特に、パターンイオンビームの投射および停止、試
料への投射位置の移動を順次繰り返すことで、上記試料
または半導体基板上に上記イオン注入領域を少なくとも
２箇所以上形成する方法によって、同じイオン注入領域
を同一試料に多数形成できる。また、特に、（８）ドー
パントイオンを放出するイオン源から引出したイオンビ
ームを、開口パターンを有するステンシルマスクに照射
し、上記開口パターンを通過したイオンビームをイオン
投射光学系によって半導体基板に投射することで、レジ
スト工程を経ることなく上記半導体基板内にウェル領域
を形成することができ、特に、（９）第１のステンシル
マスクによって上記半導体基板に第１イオン種によるｐ
型ウェル領域を形成する第１イオン注入工程と、第２の
ステンシルマスクによって上記半導体基板に第２イオン
種によるｎ型ウェル領域を形成する第２イオン注入工程
とからなる方法により達成される。また、（１０）半導
体装置製造プロセスにおけるイオン注入方法で、ドーパ
ントイオンを放出するイオン源から引出したイオンビー
ムを、開口パターンを有するステンシルマスクに照射
し、上記開口パターンを通過したイオンビームをイオン
投射光学系によって半導体基板に投射する方法により、
上記半導体基板内にチャネルドープ領域を形成できる。
特に、（１１）第１イオン種のイオン注入による第１チ
ャネルドープ領域を形成する第１イオン注入工程、およ
び、上記第１チャネルドープ領域のうちの一部に対し
て、ステンシルマスクの開口パターンを通過した第２イ
オン種のイオンビームによるイオン注入を行なって第２
チャネルドープ領域を形成する第２イオン注入工程とか
らなる方法であってもよい。また、（１２）上記半導体
装置製造プロセスにおけるイオン注入方法であって、半
導体基板表面に厚膜酸化膜または多結晶シリコンの少な
くとも何れかによるイオン注入制限領域を形成した後、
ドーパントイオンを放出するイオン源から引出したイオ
ンビームを、開口パターンを有するステンシルマスクに
照射し、上記開口パターンを通過したイオンビームをイ
オン投射光学系によって半導体基板に投射することで、
上記半導体基板内にドーパントイオン注入領域を形成す
ることができる。特に、（１３）上記（７）から（１
２）のいずれかで、上記試料へのイオン注入量が１×１
０¹¹個／ｃｍ²以上、かつ、１×１０¹⁴個／ｃｍ²未満で
あるか、上記試料に投射されるイオンビームのエネルギ
が３０ｋｅＶ以下のうちのいずれかである方法により達
成される。また、（１４）上記（１）から（３）のいず
れかにおいて、上記イオン照射光学系内でイオンビーム
の質量分離を行ない、ドーパントイオンのみで上記ステ
ンシルマスクを照射する方法によるか、（１５）上記試
料または上記半導体基板上のイオン注入領域が、特に、
前記ステンシルマスクの開口パターンとほぼ相似的に縮
小した領域である方法によるか、（１６）上記（１）か
ら（４）のいずれかにおいて、上記試料が化合物半導体
であり、かつ、上記試料に投射されるイオン種がシリコ
ン、ベリリウム、マグネシウム、セレン、酸素、イオウ
のうちの少なくともいずれかである方法によっても達成
される。さらに、（１７）ドーパントイオンを放出する
イオン源から引出したイオンビームを、所望のイオン注
入領域に対応する開口パターンを有するステンシルマス
クに照射し、上記開口パターンを通過したイオンビーム
をイオン投射光学系によって試料に投射することで、上
記試料内にドーパントイオンの注入領域を形成するイオ
ン注入方法において、イオン注入に先立ち、上記ステン
シルマスクの上記開口パターンの近傍に設置した小開口
に限定して上記イオンビームを照射して、上記小開口を
通過したイオンビームによって試料面に設置したマーク
を検出し、試料ステージ位置もしくは上記ドーパントイ
オンビームの投射位置の少なくとも何れかの補正を行な
って、イオン注入領域の位置決めを伴なう方法による
か、または、（１８）イオン注入に先立ち、上記試料表
面を観察できる顕微鏡によって試料面に設置したマーク
を検出し、上記ドーパントイオンビームの投射位置が所
望のイオン注入領域に一致するように試料ステージ位置
もしくは上記ドーパントイオンビームの投射位置の少な
くとも何れかの補正を行なってイオン注入領域の位置決
めを伴なう方法によって達成される。

【００１９】また、上記第２の目的は、（１９）ドーパ
ントイオンを放出するイオン源と、該イオン源から放出
したイオンを質量分離する質量分離器と、開口パターン
を有するステンシルマスクを搭載するマスクステージ
と、上記ステンシルマスクに上記イオン源から放出した
イオンビームを照射するイオン照射光学系と、上記開口
パターンを通過したイオンビームを試料に投射するイオ
ン投射光学系と、試料を保持して微動する試料ステージ
とを少なくとも備えることにより達成される。また、
（２０）ドーパントイオンを放出するイオン源と、該イ
オン源から放出したイオンを質量分離する質量分離器
と、開口パターンを備えたステンシルマスクを保持する
マスクステージと、上記イオン源よりイオンビームを引
き出し上記ステンシルマスクに照射する照射光学系と、
試料を保持して微動する試料ステージと、上記開口パタ
ーンを通過したイオンビームを上記試料に投射する投射
光学系とを少なくとも備えたイオン注入装置において、
特に、上記マスクステージは複数種のステンシルマスク
を保持し、更に、該マスクステージを移動させる駆動手
段と、該駆動手段の制御を行なう信号処理装置とを備え
ることによって達成される。また特に、（２１）上記
（１９）または（２０）において、上記イオン源がプラ
ズマイオン源または液体金属イオン源、電界電離ガスイ
オン源のうちのいずれかであるか、（２２）上記（１
９）から（２１）のいずれかにおいて、特に、上記イオ
ン源においてイオン化すべき材料がボロン、ヒ素、リ
ン、シリコン、ベリリウム、マグネシウム、セレン、酸
素、イオウからなる群のうちの少なくともいずれかを含
むガスまたは合金もしくは化合物であることにより達成
される。

【００２０】また、（２３）上記（２０）において、特
に、上記イオン源は、複数のドーパントイオンを放出す
るイオン源であるか、または、ドーパントイオンを放出
する複数個のイオン源からなり、上記信号処理装置は少
なくとも上記イオン源の放出電流の制御、または、上記
複数のイオン源から特定のイオン源を選択する信号を発
信する装置であることにより達成される。特に、（２
４）上記（１９）または（２０）において、上記イオン
源から試料面に至るイオンビーム光学軸が鉛直方向であ
ることにより達成される。あるいはまた、上記上記イオ
ン照射光学系は、少なくとも上記イオン源から放出した
イオンビームを質量分離する質量分離器と、所望のイオ
ンビームを選択する質量分離アパチャを含むか、また
は、（２５）上記イオン照射光学系は、上記イオン源か
ら放出したイオンビームの拡がりを狭める照射レンズを
含むことによるか、また、（２６）上記イオン投射光学
系は上記ステンシルマスクを通過したイオンビームを試
料に投射させる投射レンズを含み、かつ、上記照射レン
ズ、上記投射レンズのうち、少なくともいずれかが加速
モードのアインツェルンレンズであることによるか、あ
るいはまた、（２７）上記イオン投射光学系はステンシ
ルマスクを通過したイオンビームを試料に投射させる投
射レンズを含み、かつ、上記投射レンズの最終電極と試
料は同電位で、上記投射レンズの最終電極もしくは試料
が０から１０Ｖの出力を有する電源に接続されたことに
よるか、または、（２８）上記ステンシルマスクを照射
されるイオンビームのエネルギと、上記試料に投射され
るイオンビームのエネルギは同一であることによって達
成される。また、（２９）上記（１７）において、特
に、前記ステンシルマスクを通過したパターンイオンビ
ームを集束させる集束レンズのクロスオーバの直前また
は直後にビーム遮断手段または真空遮断手段の少なくと
もいずれかを備えることによるか、（３０）上記（１
０）から（２１）のいずれかにおいて、特に、上記イオ
ン源と上記ステンシルマスクの間に、上記イオン源から
の放出イオンの拡がりを制限するビーム制限アパチャを
備えることよるか、（３１）上記（３０）において、特
に上記ビーム制限アパチャは、該ビーム制限アパチャを
通過したイオンの拡がりの半開角が最大１０°となる孔
径または位置関係にあることにより達成される。また、
（３２）上記（１９）から（３１）のいずれかにおい
て、特に、上記イオン源からの放出イオンの初期エネル
ギが１から２０ｋｅＶであり、試料に投射されるパター
ンイオンビームの加速エネルギが１から４０ｋｅＶであ
ることにより達成される。

【００２１】（３３）上記（１９）から（３２）のいず
れかにおいて、特に、試料へ投射するパターンイオンビ
ームの電流密度が１ｎＡ／ｃｍ²から１０μＡ／ｃｍ²の
範囲内であることにより達成される。

【００２２】（３４）イオン源と、イオンの透過する開
口を備えたステンシルマスクを保持するマスクステージ
と、試料を保持し微動する試料ステージと、上記イオン
源よりイオンビームを引き出し上記マスクに照射する照
射光学系と、上記マスクを透過したイオンビームを上記
試料の任意位置へ照射して、上記マスクの像を上記試料
上に投射する投射光学系と、上記イオンビームを遮断す
る手段とを備えたイオン注入装置において、上記投射光
学系は投射レンズを一段のみ備え、かつ、上記照射光学
系が上記イオンビームを上記投射レンズのほぼ中心に集
束させる照射レンズを備えたことにより達成される。ま
た、（３５）上記照射光学系がイオンビームをマスク上
で走査する走査偏向系を備えるとともに、上記走査偏向
系の偏向中心が上記イオンビームのクロスオーバにある
ことにより達成され、あるいは、（３６）上記（３５）
において、上記照射光学系は、上記走査偏向系が上記イ
オンビームを走査するのと連動して、上記イオンビーム
の集束状態を補正するダイナミック補正手段を備えるこ
とにより達成される。また、（３７）上記（３６）のダ
イナミック補正手段は、非点補正器と、集束補正レンズ
とを備えることにより、また、（３８）上記（３６）ま
たは（３７）のダイナミック補正手段は、２段以上の偏
向補正器を備えたことにより、あるいはまた、（３９）
上記（３４）の投射レンズは、３枚電極の静電レンズで
あることにより、また、（４０）上記（３４）から（３
６）のいずれかのイオンビームは、上記マスクへ照射す
る上記イオンビームの加速電圧が１〜２０ｋＶであり、
上記試料上へ照射する上記イオンビームの加速電圧が１
〜５０kVであることにより達成される。さらに、（４
１）複数個のチャンバおよび、これらと相互間のウエハ
の出し入れを行なうウエハハンドラ、上記複数個のチャ
ンバに連結され上記ウエハハンドラを収納するウエハハ
ンドラハウジングから構成されるマルチチャンバプロセ
ス装置において、上記チャンバのうち少なくとも１個が
上記（１９）から（４０）のいずれかのイオン注入装置
であることにより達成される。また、半導体装置は、
（４２）上記（１）から（１８）のいずれかのイオン注
入方法、または、上記（１９）から（４０）のいずれか
のイオン注入装置、または、上記（４１）のマルチチャ
ンバプロセス装置の少なくともいずれかを用いて製造す
ることにより、また、（４３）半導体装置において、隣
合うｐ型ウェル領域とｎ型ウェル領域が、互いのウェル
領域の基板表面に段差を有しない構造であることにより
達成される。

【００２３】

【作用】本発明によれば、図１に概略を示したイオン注
入方法を用いることで、ホトレジストを用いることなく
所望の位置にイオン注入を行なうことができる。

【００２４】所望のイオン注入領域パターンに対応する
開口パターン１有するステンシルマスク２にイオンビー
ム３を照射し、開口パターン２を通過したイオンビーム
４をイオン投射光学系５に導く。イオン投射光学系５
は、集束レンズなどを含み、イオン投射光学系５の光学
作用により、従来のホトレジストが塗布されていない試
料７にイオンビーム径を縮小して投射し、ステンシルマ
スク２の開口パターン１を縮小した形状のイオン注入領
域８を形成することができる。縮小倍率はイオン投射光
学系内に配置するレンズの焦点距離などに依存し、所望
のイオン倍率に合わせてイオン光学系を配置し、動作さ
せれば良い。イオンビームは試料面に到達する時点で所
望のイオン注入形状にパターン化されているため、従来
法によるレジストは用いる必要はなく、また、レジスト
塗布が不要であるため、レジストに係る工程、つまり、
レジスト塗布、露光、現像、アッシングの各工程が削減
でき、直接イオン注入することができる。

【００２５】更に具体的には、イオン注入の機能を果た
すためのイオン注入装置の概略構成例を図２に示し、各
部の作用について説明する。

【００２６】図２に示したイオン注入装置１０は、イオ
ン源１１と、開口パターンを有するステンシルマスク１
２を保持するマスクステージ１３と、上記イオン源１１
から放出するイオンビーム１４を上記ステンシルマスク
１２に照射するイオン照射光学系１５と、上記ステンシ
ルマスク１２を通過したイオンビーム１６を試料１７に
投射して上記ステンシルマスク１２の開口パターンと略
相似形の投射領域を形成するイオン投射光学系１８と、
上記試料１７を保持して移動する試料ステージ１９など
から構成される。１９’は試料１７をステップアンドリ
ピート式に移動できるステージである。イオン照射光学
系１５やイオン投射光学系１８は種々の光学部品から成
り、例えば、所望のドーパントイオンと不要なイオンを
分離する質量分離器、所望のイオンのみを通過させる質
量分離アパチャ、拡がりのあるイオンビームを集束させ
ステンシルマスクに照射する照射レンズ、パターンイオ
ンビームを集束し試料に投射させるための投射レンズ、
ビーム位置を調整するためのアライナ、イオンビームの
試料への到達を遮断させるブランカ、機械的シャッタな
どを含む。質量分離器には、ウィーンフィルタと称する
電極と磁極が直交して設置されたＥ×Ｂ質量分離器を用
いることで、所望のドーパントイオンビームを光学軸上
で通過させることができる。

【００２７】イオン源１１にはドーパントイオンを放出
する液体金属イオン源や電界電離ガスイオン源、微小発
生源を持つプラズマイオン源を用いる。

【００２８】ステンシルマスク１２は、所望のイオン注
入領域に対応する開口を有する。所望のイオン注入領域
を図３における（ａ）とすると、例えば、シリコンを基
板とするステンシルマスクは図（ｂ）に示すような開口
をドライエッチングよって設けた。開口パターンの寸法
はイオン注入領域寸法とイオン光学系の縮小率で決ま
り、例えば、２μｍ平方の矩形領域を縮小率１／５の光
学系で作成するには、ステンシルマスク上に１０μｍ平
方の矩形開口を設ければよい。

【００２９】レンズは静電電極群であり、広がりを持つ
イオンビームの集束性を良好にするために電極構成や配
置、印加電圧は種々改変できる。試料に投射される像の
大きさは、ステンシルマスクに形成されたパターンの数
分の１に縮小されるようなレンズ配置をとる。

【００３０】試料ステージ１９’は試料１７を保持する
とともに、ステップ・アンド・リピート式に移動でき
る。図４のように半導体ウェハ２６におけるある１箇所
のサブフィールド２５に対してパターン２４のイオン注
入が完了すると、一旦、イオンビームをブランキング状
態にして、次のサブフィールドに試料ステージを移動し
てイオンビーム投射を行なう。この繰返しによって、ウ
ェハ２６全面にレジストなしにイオン注入することがで
きる。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）本発明による第１の実施例を図５から図１
１を用いて説明する。

【００３２】図５は、ＤＲＡＭや不揮発性メモリのメモ
リチップ内の各構成ブロックの概略を示している。メモ
リマットMATは複数本の行と複数本の列のアレイ状に配
置されたメモリセルから構成されている。行デコーダXD
ECは外部アドレス信号ADを入力とし、複数本の行の中か
ら少なくとも一本の行を選択する。行デコーダXDECの出
力信号は電圧印加回路XSDECに接続されている。電圧印
加回路XSDECはCMOS回路から構成されたスイッチ群であ
り、メモリマットMAT内の選択された行に対応するメモ
リセルに所望の電圧を印加する。一方、センスアンプSA
CがメモリマットMATの列に接続されている。センスアン
プSACは、メモリセルへのデータの書き込みや読出しを
行うため、MOSトランジスタの差動対から構成されてい
る。この差動対を用いてデータの保持を行うこともでき
る。列デコーダYDECがセンスアンプSACと入出力I／Oの
間に形成されている。列デコーダYDECはMOSトランジス
タから構成され、入出力I／Oから所望のセンスアンプSA
Cにデータを転送することができる。データの書き込み
動作や読み出し動作は、例えばチップ選択信号CS等によ
り代表される、チップCHIP外部からの各種のチップ制御
信号を、CHIP内に設けられた制御回路CTRLで受け、制御
回路CTRLからのチップ内部制御信号が各デコーダに送ら
れることにより実行される。

【００３３】図６は、図５に示されたメモリチップ内の
ウェル領域の形成レイアウトの一例である。図６（ａ）
はｐ型ウェル領域、図６（ｂ）はｎ型ウェル領域のパタ
ーンである。レイアウトパターンは本実施例に限定され
るものではない。ＤＲＡＭや不揮発性メモリはｎ型トラ
ンジスタから構成され、図５中のメモリマットMATはｐ
型拡散層からなるｐ型ウェル領域PW-MAT内に形成され
る。この領域の大きさは、一般にメモリチップ面積の４
０から６０％であり、約４０から６０mm²の面積を占め
ている。すなわち、６mm×６mmや８mm×８mmのように、
メモリセルの加工最小寸法である０.３〜０.５μmに比
べはるかに大きい領域である。なお、図６ではメモリマ
ットMATを構成するｐ型ウェル領域PW-MATは１つの領域
により構成されているが、これを複数個のｐ型ウェル領
域により構成してもよい。

【００３４】図７は電圧印加回路XSDECが２本の行に対
する最も簡単なCMOS回路を用いたインバータから構成さ
れている例を示している。図７（ａ）では、行デコーダ
XDECからの出力信号WI1、WI2を各インバータのゲート入
力信号とし、各ｐ型MOSトランジスタのソース端子は電
源VPPに接続され、ウェル端子は電源VNWに接続されてい
る。同様に、各ｎ型MOSトランジスタのソース端子は電
源VNNに接続され、ウェル端子は電源VPWに接続されてい
る。各インバータの出力はメモリマットMATへの出力端
子W1、W2となっている。図７（ａ）の回路図上では、各
MOSトランジスタが交互に配置されウェル領域NW1、PW
1、NW2、PW2が交互に配置されているが、これを図７
（ｂ）に示すようにｎ型MOSトランジスタ同士またはｐ
型MOSトランジスタ同士をまとめて同じウェル領域NW、P
Wに形成できる。このように、メモリマットMATに電圧を
印加する電圧印加回路XSDECは、CMOS回路すなわちｎ型M
OSトランジスタとｐ型MOSトランジスタから構成されて
いるが、各行に対する各々のトランジスタを同一ウェル
中に形成できる。ここで、面積低減のために、メモリマ
ットMATを構成するｐ型ウェル領域PW-MATと電圧印加回
路XSDEC中のｎ型MOSトランジスタを含むｐ型ウェル領域
PW-XSDECを隣接して、または、同一ウェル領域として形
成することができる。行デコーダXDECについても同様に
各行に対するｎ型MOSトランジスタを一括して含むｐ型
ウェル領域PW-XDECが形成でき、さらに、センスアンプS
AC部のｐ型ウェル領域PW-SACや列デコーダYDECに対する
ｐ型ウェル領域PW-YDEC、I／O回路に対するｐ型ウェル
領域PW-I／O、制御回路CTRLに対するｐ型ウェル領域PW-
CTRLを形成できる。一方、図６（ｂ）に示すようにｎ型
ウェル領域に関しても、電圧印加回路XSDEC中のｎ型ウ
ェル領域NW-XSDEC、行デコーダXDECに対するｎ型ウェル
領域NW-XDEC、センスアンプSAC部のｎ型ウェル領域NW-S
AC、列デコーダYDECに対するｎ型ウェル領域NW-YDEC、I
／O回路に対するｎ型ウェル領域NW-I／O、制御回路CTRL
に対するｎ型ウェル領域NW-CTRLが形成できる。これら
のウェル領域の幅は約３０μｍから２００μｍであり、
また、イオン注入量もｎ型領域ではリンイオン（Ｐ+）
を、ｐ型領域ではボロン（Ｂ+）またはフッ化ボロン(Ｂ
Ｆ₂+)を用いて１×10¹³〜２×10¹⁴／cm²であり、本発明
によるステンシルマスクを用いたイオン注入方法によっ
て十分達成できる面積と不純物量である。

【００３５】図８から図１１を用いて、メモリチップ形
成工程に少なくとも含まれるCMOS回路の形成方法の概略
を示す。ただし、本実施例の図中に含まれるマスクの図
示ではイオン注入領域とマスク開口領域が同一に示した
が、これは上述のとおり、ステンシルマスクを透過した
イオンビームはイオン投射光学系によって縮小されてウ
ェハ上に投射される。ここでは、ステンシルマスクとイ
オン注入領域の関係を強調するために同一寸法で記載し
た。また、ステンシルマスクとウエハの間にはイオン投
射光学系が、またステンシルマスクの上段にはイオン照
射光学系やイオン源が存在するが、図８から図１１では
半導体装置製造プロセスを詳細に説明することが主眼で
あるため、イオン源やイオン照射光学系、イオン投射光
学系の図示は省略してある。

【００３６】まず、図８（ａ）において、シリコン基板
２０１に約３０nmの厚さのシリコン酸化膜２０２を形成
し、シリコン酸化膜２０２の周辺領域の一部に後述のス
テンシルマスクの位置合わせ用のマークとなる凹部２５
０を予め形成する。この凹部２５０は、予め定めている
ウェハの基準位置に、例えば集束イオンビーム照射等に
よって直接形成することができる。また別の方法とし
て、例えばヒ素イオンを１×10¹⁵/cm²以上所望の領域に
注入し、ダメージを受けたシリコン酸化膜ではフッ酸等
によるエッチングが加速されることを用いて、マーク形
成用の開口を設けたステンシルマスクを用いて、ヒ素の
パターンイオンビームによってシリコン酸化膜２０２に
凹部２５０を形成することができる。この場合は、続い
てドライ工程によりシリコン基板２０１を0.1μm以上エ
ッチングし、明確なターゲット領域を形成することが望
ましい。また、マークとして凸部を形成してもよい。

【００３７】続いて図８（ａ）に示すように、ｎ型ウェ
ル領域形成用のステンシルマスク２０３を介して、リン
イオン２０４を例えば６０KeVで約５×10¹²/cm2のドー
ズ量でシリコン基板２０１中に注入する。高濃度なｎ型
不純物領域２０５が形成される。本イオン注入では、先
に形成した凹部２５０に微弱なイオンビーム照射を行
い、その２次電子を観測するなどの方法により、ステン
シルマスクパターンのシリコンウェハ上での0.1μm以下
の正確な位置合わせが可能になる。さらに図８（ｂ）で
は、ｐ型ウェル形成用のステンシルマスク２０７を用い
て、ボロンイオンないしはフッ化ボロンイオン２０８を
シリコン基板中に注入する。これにより、高濃度なｐ型
不純物領域２０９が形成される。フッ化ボロンイオン２
０８を注入する場合は、例えば６０KeVで約５×10¹²/cm
²のドーズ量とし、ボロンイオンの場合には、約１５KeV
とする。

【００３８】本ウエハを例えば1100℃の窒素雰囲気中で
約20時間アニールすることにより、図８（ｃ）のように
各不純物拡散層がシリコン基板２０１中に引き伸ばさ
れ、各々の表面不純物濃度が５×10¹⁶〜２×10¹⁷/cm²程
度のｎ型ウェル領域２１０、ｐ型ウェル領域２１１が形
成される。

【００３９】以上の工程により、CMOS回路形成用の両ウ
ェル構造を得ることができる。これは、図１９に示す従
来のウェル形成工程に比べて、ホトレジスト形成及びそ
の処理時間が不要なことや拡散時間が短い。さらに、本
実施例では、図１９（ｄ）のようなｐ／ｎ型ウェル領域
間で段差が生じないため、後のゲート形成工程のような
微細加工プロセスにおいても被写界深度による加工の制
約を受けることがない。

【００４０】図８以降のCMOS回路の形成工程について説
明する。図９（ａ）に示すように、マーク２５０領域を
除くシリコン酸化膜２０２上にシリコン窒化膜２１５を
約200 nmの厚さで形成する。なお、このシリコン窒化膜
の厚さは本膜厚に限るものではない。続いて、従来のホ
トレジスト工程を用いて、感光、現像、ベーク処理、レ
ジストエッチング、シリコン窒化膜２１５エッチング、
レジスト処理工程を経て、シリコン窒化膜２１５をトラ
ンジスタの活性領域となるようにパターニングする（図
９（ｂ））。さらに、ウェット酸化条件の下、1000℃〜
1100℃の温度条件の下で、シリコン基板表面を酸化し、
300〜500nmの膜厚を有するシリコン酸化膜２１６を形成
する（図９（ｃ））。シリコン酸化膜２１６は少なくと
もｐ型ウェル領域２１１とｎ型ウェル領域２１０の境界
表面を覆うように形成され、各ウェル領域中のトランジ
スタを互いに電気的に分離する。

【００４１】次に、図１０（ａ）のように、シリコン基
板２０１表面の薄膜シリコン酸化膜２０２領域にフッ化
ボロンイオン２１７を、例えば２×10¹²/cm²のドーズ量
をイオン注入する（ｎ型MOSトランジスタ用チャネルイ
オン注入）。ｎ型MOSトランジスタのチャネル領域とな
るシリコン基板表面にｐ型不純物領域２１８が形成さ
れ、ｐ型ウェル領域２１１中のｎ型MOSトランジスタの
しきい値電圧が0.3〜0.5Vに制御される。さらに、図１
０（ｂ）に示すように、ステンシルマスク２２０を介し
て、本発明のイオン注入法により、ヒ素イオン２２１を
ｎ型ウェル領域２１０のシリコン酸化膜２０２中にの
み、例えば５０KeVのエネルギー、３×10¹²/cm²のドー
ズ量で注入する（ｐ型MOSトランジスタ用チャネルイオ
ン注入）。ｐ型MOSトランジスタのチャネル領域となる
シリコン基板表面に弱いｎ型不純物領域２２２が形成さ
れる。図１０（ａ）のボロンイオン濃度と図１０（ｂ）
のヒ素イオン濃度を調整することにより、ｐ型MOSトラ
ンジスタのしきい値電圧が制御できる。本実施例では、
イオン注入用のステンシルマスク数を抑えるため、ヒ素
イオン注入に用いたステンシルマスク２２０をｎ型ウェ
ル領域形成に用いたステンシルマスク２０３と同一パタ
ーンとすることもできる。また、本実施例では、図１０
（ａ）のフッ化ボロンイオン注入時には、全面イオン注
入の方式を用いたが、ここで、例えば図８（ｂ）のｐ型
ウェル領域形成用のステンシルマスク２０７を用いて、
フッ化ボロンイオンのイオン注入を本発明の方法により
行うこともできる。

【００４２】さらに、図１１（ａ）に示すように、多結
晶シリコン層２３１を所望のゲート電極形状に加工し、
例えば、図１０（ｂ）のステンシルマスク２２０と同様
のパターンを備えたステンシルマスク２３２を用いて、
フッ化ボロンイオン２３３のイオン注入を本発明の方法
により、例えばエネルギー３０ｋeＶ、ドーズ量２×10
¹⁵/cm²で行い、ｐ型不純物領域２３４が形成できる。続
いて、図１１（ｂ）に示すように、ステンシルマスク２
３５を用いて、ヒ素イオン２３６を本発明のイオン注入
法により、例えばエネルギー30KeV、ドーズ量２×10¹⁵/
cm²で行い、ｎ型不純物領域２３７が形成できる。上記
の各不純物領域は、各々のMOSトランジスタのソース・
ドレイン領域として働く。

【００４３】ここで、ゲート電極となる多結晶シリコン
層２３１は、シリコン酸化膜２１６の膜厚の概略半分の
凹凸形状（0.2μm以下）を持つに過ぎず、0.25μmの微
細なゲート長のパターンも従来の光学露光装置の被写界
深度制約を受けることなく形成できるという効果があ
る。

【００４４】以上、各ウェル領域に形成されるMOS型ト
ランジスタのしきい値電圧制御用のチャネルイオン注入
や拡散層形成工程においても、本発明のイオン注入法を
用いることができ、マスク枚数の低減を図るとともに、
各々の工程において従来のチャネルイオン注入に必要と
されたレジスト塗布工程、感光工程、現像工程、ベーク
工程、イオン注入工程、レジスト除去工程を、ステンシ
ルマスクによるイオン注入工程の１工程に削減でき、微
細加工CMOS回路形成工程の工程数削減に大きく寄与でき
る。

【００４５】（実施例２）〈実施例２の第１形態〉本発明に係るイオン注入装置の
実施例の詳細を図面をもとに説明する。図１２におい
て、３０１は本発明によるイオン注入装置、３０２はイ
オン源であり、本実施例ではイオン源３０２はシリコン
に対するドーパントであるホウ素イオンを放出する液体
金属イオン源を用いた。このイオン源３０２でのイオン
化材料は白金／ホウ素合金である。３０３は質量分離器
であり、放出したイオン３０４を所望のドーパントイオ
ン３０５（本実施例ではホウ素１価イオン）と不要イオ
ン３０６（本実施例ではホウ素１価イオン以外のイオ
ン）に選別するものである。３０７はドーパントイオン
３０５のみを通過させ、不要イオン３０６を下流へ送ら
ないための質量分離アパチャである。この質量分離アパ
チャ３０７がステンシルマスク３０９の上流側に設置さ
れているため、不要イオン３０６がマスクを照射するこ
とがなく、ステンシルマスク３０９の損傷が軽減され寿
命が延びる。集束レンズ３０８のクロスオーバが質量分
離アパチャ３０７にあるため、ドーパントイオン３０５
と不要イオン３０６は容易に分離できる。３１０は質量
分離アパチャ３０７を通過して広がりを持つイオンをマ
スク３０９にほぼ垂直入射するように軌道を曲げる照射
レンズである。図では略式に楕円で示したが、実際は複
数枚の電極から構成されている。本例の場合、イオン照
射光学系３１１は、質量分離器３０３、質量分離アパチ
ャ３０７、集束レンズ３０８、照射レンズ３１０より構
成されている。

【００４６】導電性のマスクホルダ３１２に保持された
ステンシルマスク３０９は所望のイオン注入領域に対応
する開口パターンを有するマスクで、シリコンが主成分
である。開口パターンはドライエッチングによって作成
した。ステンシルマスク３０９を通過して得られるドー
パントイオンによるパターン化したイオンビーム３１３
は集束レンズ３１４によって集束され、アパチャ３１５
を通過して、投影レンズ３１６によって試料３１７にほ
ぼ垂直に投射される。本例の場合、イオン投射光学系３
１９は、集束レンズ３１４、アパチャ３１５、投射レン
ズ３１６によって構成されている。試料３１７は試料ス
テージ３１８上に保持されたシリコンウェハであり、表
面には従来のイオン注入で用いるレジストは塗布されて
いない。試料ステージ３１８はレーザ干渉計（図示せ
ず）を用いてＸＹ方向に正確に移動でき、１領域分のイ
オン注入が完了すると、イオンビームをブランキング状
態（ブランカは図示せず）にするか、試料３１７とイオ
ン源３０２の間のいずれかの箇所に設けたシャッタ（図
１２における３２０、３２０’）によって遮って、次の
領域にステップ・アンド・リピート方式によって位置決
め、再びイオン注入が行える。上記の操作の繰返しで試
料３１７全体にイオン注入を施すことができる。これら
のイオン光学系部品は真空容器３２１内にある。

【００４７】本実施例では、上記のイオン光学系によっ
て、イオン源３０２からのイオンは、ビーム制限アパチ
ャ（図示せず）によってビーム半開角が５°に制限さ
れ、ステンシルマスク３０９上で直径４０mmのビームに
なる。ステンシルマスク３０９には、２４×２４mmの領
域内にイオン注入すべき領域に対応する開口パターンが
設けられている。このパターンは投影レンズ３１６によ
り、試料３１７面で１０×１０mmの領域に縮小され（倍
率：約０.４２）イオン注入される。この時の到達する
ドーパントイオン電流は０.１μＡであった。

【００４８】このような構成のイオン注入装置３０１は
下記の特徴を持つ。図１２が従来のイオン注入装置（図
２３）と全く異なる点は、イオン注入される領域がステ
ンシルマスクによって形成されたパターンイオンビーム
によるか、ホトレジストで開口パターンを設けているか
にある。つまり、従来、図２２に示したように従来型イ
オン注入法では、レジスト８６をウエハ８５に密着して
塗布し、リソグラフィ技術を駆使して所望のイオン注入
領域に開口８７、８７’を設け、大口径のドーパントイ
オンビーム８８を照射してイオン注入を行なっている。
また、イオン注入後はこのレジストを除去しなければな
らない。このように所望領域にイオン注入を行なうに
は、従来方法ではレジスト工程が不可欠であった。

【００４９】一方、図１２に示す本発明によるイオン注
入装置によると、試料（ウェハ）はイオン照射時には、
イオン注入領域形状にパターン化されているイオンビー
ムが投射されるため、従来法によるレジストマスクは用
いる必要はなく、直接イオン注入することができる。こ
のパターンイオンビームを得るためには、ステンシルマ
スクに所望のイオン注入領域と略相似形の開口パターン
を設け、ステンシルマスクの開口パターンと所望のイオ
ン注入領域の大きさの比率はステンシルマスクとウェハ
間に設置するイオン光学系の焦点距離に依存し、所望の
イオン倍率に合わせてイオン光学系を設置し、動作させ
れば良い。このようにホトレジスト塗布が不要であるた
め、ホトレジストに係る工程、つまり、塗布、露光、現
像、アッシングの各工程が削減できる。

【００５０】このようなイオン注入方法における試料は
上述のシリコンウェハに限らず、ガリウムヒ素のような
化合物半導体でも良いし、半導体装置製造プロセスで扱
えないガラスやプラスチック等の材料でも良い。例え
ば、プラスチックに金イオンをパターンイオン注入する
ことで微小な導領域を作ることが可能で、また、透明ガ
ラスにラインアンドスペース状にパターンイオン注入し
て微小グレーティングなど微小パターンを作成できる。
さらには、イオン注入領域限定のために、従来のリソグ
ラフィ装置であるステッパや電子線リソグラフィ装置を
使わないため、対象とする材料は半導体ウエハのような
平板である必要はなく、曲面や立体物であっても適用で
きることが従来の半導体プロセスにおけるイオン注入法
とは大きく異なる。

【００５１】公知例４のイオン投影型縮小露光装置は、
本発明によるイオン注入装置と以下の点で異なる。イオ
ン投影型縮小露光装置で用いるイオン種は軽元素ガス種
である水素、ヘリウムである。また、イオンビーム照射
は表面にレジストを被覆した試料に対して行なわれ、レ
ジストへのイオン露光を行なう装置である。従って、従
来のようにレジスト工程は必ず伴なう。さらに、放出イ
オンの実質的質量分離を行なうアパチャがステンシルマ
スクの下流側にあるため、放出イオンの殆ど全てがステ
ンシルマスクを照射する構造である。

【００５２】本発明のイオン注入装置によればイオン注
入完了までに必要な装置は、本発明によるイオン注入装
置だけで済み、最低限の作業スペースを含めた床面積
は、従来のイオン注入に係わる装置であるレジスト塗布
機、光リソグラフィ装置（ステッパー）、現像機、中電
流イオン注入装置、アッシャの総面積、および、最低限
の作業スペースを含めた総床面積に対して約１／３に削
減できる。

【００５３】〈実施例２の第２形態〉本実施例は別のイ
オン光学系の例であり、概略構成を図１３に示す。本実
施例では複数のイオン源３０２、３０２’がイオン源ス
テージ３３０に設置されており、イオン源コントローラ
３３１により、必要に応じてイオン源を交換し、放出す
るイオン種を切り替えることができる。また、ステンシ
ルマスクは複数枚、マスクステージ３１２’に搭載され
ており、必要に応じてステンシルマスクをマスクコント
ローラ３３２によって交換することができる。搭載する
ステンシルマスクの開口パターンは異種同種に制限はな
い。これら、イオン源コントローラ３３１やマスクコン
トローラ３３２、更には試料ステージ３１８は信号処理
装置３３３からの信号によって制御される。

【００５４】〈実施例２の第３形態〉本実施例は別のイ
オン光学系の例であり、概略構成を図１４に示す。本実
施例は、実施例１に比べレンズを１組減らし、３組のア
インツェルンレンズ３１０’、３１４’、３１６’によ
って構成したイオン注入装置の例である。ステンシルマ
スク、マスクステージ、試料ステージなどは図１２と同
じである。

【００５５】図１４において、イオン源３０２はシリコ
ンに対するドーパントであるホウ素イオンを放出するプ
ラズマイオン源である。このイオン源から放出されるホ
ウ素１価イオンの放射角電流密度（単位立体角当たりの
電流密度）は、全放出イオン電流１０μＡ時、５μＡ／
ｓｒであり、放出イオンの拡がりは１０°（半開角）で
ある。投射レンズ３１０’によって平行にされたイオン
ビームはステンシルマスク３０９へほぼ垂直入射する。
この時の照射領域は、放出イオン電流の角度分布を考慮
してビーム制限アパチャ３３５によって開き角の半分の
５°の領域に制限してステンシルマスク３０９を通過さ
せた。ステンシルマスク３０９の開口パターン（１辺２
０ｍｍの矩形）の試料３１７’上に形成されるパターン
の縮小率は０．５である。この時、レジストの塗布され
ていない試料（ウェハ）３１７’上には、電流密度０．
１μＡ／ｃｍ²で、１辺１０ｍｍの矩形パターンイオン
ビーム３３７が到達する。イオン注入量（ドーズ）を１
×１０¹²（個／ｃｍ²）に設定すると、イオン注入時間
は約１．６秒で終わる。照射されるイオンの持つエネル
ギーは１０ｋｅＶで、浅い領域へのイオン注入である。
直径８インチのウエハ上にこのパターンイオンビーム３
３７でイオン注入を続けると、１枚のウエハは約４６０
ショットで完了し、１時間に約１７枚の生産速度（スル
ープット）を発揮した。このスループットは従来プロセ
スにおいて、レジスト塗布、ステッパによる露光、現
像、従来式イオン注入、アッシングによるレジスト除
去、水洗までの一連工程に対して約８枚／時であるの
で、２倍以上のスループット向上が達成された。

【００５６】本装置において、質量分離器３０３をイオ
ン源３０２の直後に設置し、集束レンズ３１４’のクロ
スオーバ地点に質量分離絞り３１５’を設置し、イオン
源３０２から放出される不要イオン３０６’を除去し
た。この質量分離絞り３１５’位置には、更に、ゲート
バルブを３３８を設置し、試料室３３９と、集束レンズ
３１４’やステンシルマスク３０９が設置されたイオン
光学系室３４０との真空分離ができるようにした。これ
により、試料３１７’の交換時にイオン源３０２やイオ
ン光学系を大気に曝すことなく高真空が維持できるとい
う効果を有する。

【００５７】（実施例３）本実施例３では、本発明によ
るイオン注入装置のうち、特に、試料に投射したステン
シルマスクの像歪みを口径比の５次まで実質的に消去で
きる手段を備えたイオン注入装置を説明する。

【００５８】従来例としては、ステンシルマスクのパタ
ーンをレジストに露光する装置としてイオン投射リソグ
ラフィ装置が特開平２−６５１１７号（公知例５）があ
る。

【００５９】さて、上記公知例５や本発明の装置等、ス
テンシルマスを用いるイオン投射装置においては、イオ
ン投射加工のスループットを向上させるために、できる
だけ大きなステンシルマスクを使えることが要求され
る。これは複数の小さなステンシルマスクを交換する作
業が増えるとスループットが低下するためである。ま
た、このような装置においては、試料上でのステンシル
マスクの像の歪みをできるだけ小さくすることが求めら
れる。ところが、これらは相反する要求で、ステンシル
マスクを投射するためのレンズ（軸対称の電磁レンズま
たは静電レンズ）は除去できない大きな幾何収差を持
ち、ステンシルマスクを大きくするとそのレンズの軸外
部分を使用するので投射したステンシルマスクの像は周
辺部に行くほど大きく歪む（像位置がずれる）からであ
る。一方、上記レンズの大きさは現状では直径数１０ｃ
ｍくらいが技術的に、また、装置として一般的寸法とし
て限度である。従って、限られたレンズの大きさに対
し、できるだけ大きなステンシルマスクを用いて、歪が
できるだけ小さい像を形成する光学系が求められる。

【００６０】レンズの口径（またはレンズの厚み）に対
するステンシルマスクの大きさ（またはステンシルマス
クを透過したビームがレンズを通る部分の大きさ）の比
を口径比Ｂ（Ｂは１より十分小さい）とすると、投射し
た像の歪み（像の端で生じる像ずれの大きさ）は、Ｂの
ｎ乗（ｎは正の奇数）に比例する量で表される。単純な
１段レンズでは３次（ｎ=３）の歪みが最低次数の歪み
である。図１６にＢとＢのｎ乗との関係をグラフに示
す。この図から判ることは、もし何らかの方法で実質的
に低次の歪みを消去することができれば、一定の像歪み
の許容値のもとで、より大きなステンシルマスクが使え
ることである。

【００６１】上記公知例５では２段の投射レンズを用
い、試料上に投射されるステンシルマスクの像の３次歪
みを実質的に消去する工夫、つまり、試料の高さを収束
面に対して少し上にずらす方法を使っている。この方法
によって、単純な１段の投射レンズを使うシステムに比
べ、より大きなステンシルマスクを使うことができる。
しかしながら、上記従来の技術では試料に投射したステ
ンシルマスクの像にはまだ５次の歪みが残っているた
め、あまり大きなステンシルマスクを使うことはできな
い。

【００６２】上記課題を解決するために、本実施例３で
は以下の改良を行なっている。（１）照射光学系に照射
レンズを設け、この照射レンズでステンシルマスクにイ
オンビームを照射するとともにステンシルマスクの前方
に上記イオンビームの収束点を作るように動作させる。
（２）投射光学系には投射レンズを１段のみ設け、照射
レンズの収束点がこの投射レンズのほぼ中心になるよう
に配置する。（３）照射光学系内にステンシルマスク上
でイオンビームを走査する走査偏向器を設ける。（４）
上記走査と連動して、上記照射レンズの収束点の位置ず
れを補正する手段を設ける。

【００６３】上記（１）および（２）の手段によって、
投射レンズの軸外を使用しないので試料上での像歪みは
僅かしか残らない。正確には、投射レンズは照射光学系
の３次幾何収差で生じる上記収束点の広がりによって間
接的に僅かな像歪みを生じる。ここでは、照射光学系
（照射レンズや走査偏向器）の大きさがステンシルマス
クの大きさを間接的に制限し、上記像歪みは口径比（照
射光学系の口径対ステンシルマスクの大きさ）の９（＝
３×３）次が最低次となる。すなわち、口径比の９次未
満の像歪みは実質的に消去される。また、投射レンズを
上記収束点の広がりに対して十分大きくすれば、像歪み
の絶対値も小さくなる。さらに、上記（３）および
（４）の手段によって、照射光学系の幾何収差が補正し
僅かに残った試料上の像歪みが更に小さくなる。正確に
はイオンビームの走査と連動して照射光学系の最低次の
３次幾何収差を、軸外の部分ごとに部分的に補正するこ
とにより（５次幾何収差は残る）、投射レンズが間接的
に発生する像歪みは上記口径比の１５（＝５×３）次が
最低次となる。すなわち、口径比の１５次未満の像歪み
は実質的に消去される。

【００６４】〈実施例３の第１形態〉以下、本発明によ
るイオン注入装置の具体的な実施例の詳細を図とともに
説明する。図１５は本発明によるイオン注入装置を示す
構成図であり、図１６はステンシルマスク対レンズ口径
比と像歪みとの関係を示す模式図である。本装置は、イ
オン源４０１（ホウ素イオンを放出する液体金属イオン
源）より引き出されたイオンビーム４０２は、照射光学
系４０３によりステンシルマスク４０４に照射される
（加速電圧は１０ｋＶ）。ステンシルマスク４０４には
パターンを持つ貫通孔が設けられ、ステンシルマスク４
０４はマスクステージ４０５に保持されている。ステン
シルマスクを透過したイオンビーム４０２は投射光学系
４０６により試料４０７に投射される（加速電圧は１０
ｋＶ）。投射光学系４０６はステンシルマスク４０４の
像を試料４０７上に縮小して投射する（縮小率は１／
８）。試料４０７は試料ステージ４０８に移動可能に保
持されている。

【００６５】照射光学系４０３は照射レンズ４１０（３
枚電極の静電レンズ）と、レンズ４１１（２枚電極の静
電レンズ）と制限アパチャ４１２とを含む。レンズ４１
１はイオンビーム４０２を必要十分な強度で引き出すも
ので、不要な分は制限アパチャ４１２で制限している。
イオンビーム４０２の電流は約２００ｎＡである。照射
レンズ４１０はイオン源の像を約１倍で結像するように
イオンビーム４０２を集束しながら、ステンシルマスク
４０４に照射している。照射レンズ４１０の中心とイオ
ン源４０１の距離は約７００ｍｍである。照射レンズ４
１０は加速モードのアインツエルレンズをなしており、
その両端の電極は接地され、中心電極は約−２６ｋＶに
保たれている。照射レンズ４１０の厚みは５００ｍｍ、
直径は６００ｍｍである。ここで、一度に投射可能なス
テンシルマスク４０４のパターンの大きさは２５ｍｍ角
である。

【００６６】投射光学系４０６は投射レンズ４２０（３
枚電極の静電レンズ）と、ブランキング偏向器４２１
（２極の静電偏向器）と、ブランキングアパチャ４２２
とを含んでいる。イオンビーム４０２はブランキング偏
向器４２１によってブランキングアパチャ４２２上で偏
向されることにより試料４０７から遮断される。投射レ
ンズ４２０はステンシルマスク４０４の像を試料４０７
上に１／８倍で結像するようにイオンビーム４０２を収
束する。投射レンズ４２０の中心とステンシルマスク４
０４との距離は約６００ｍｍである。投射レンズ４２０
は加速モードのアインツエルレンズであり、その両端の
電極は接地され、中心電極は約−３９ｋＶに保たれてい
る。ただし、倍率補正のために投射レンズ４２０の最終
段の電極と試料４０７は同電位に保たれ、接地電位より
数Ｖ変えられるようにしてある。投射レンズ４２０の厚
みは１００ｍｍ、直径は１５０ｍｍである。

【００６７】本実施例の特徴は、投射光学系４０６に１
段のみの投射レンズ４２０を設けるとともに、照射光学
系４０３に照射レンズ４１０を設けて、ステンシルマス
ク４０４を透過したイオンビーム４０２を投射レンズ４
２０のほぼ中心に集束させることにある。これにより、
試料４０７上に投射されたステンシルマスク４０４の像
には口径比の９次未満の歪みが実質的に消去される。像
歪みの許容値を一定とすると、図１６からわかるよう
に、従来の５次の像歪みがある場合と比べて倍程度の大
きさのステンシルマスクが使えることになる。実際に試
料４０７上に投射した２５ｍｍ角のステンシルマスク４
０４の像は、その端で像歪み（ズレ）が約０.５μｍ、
像ぼけが０.３μｍと非常に小さいものであった。

【００６８】ここで、投射レンズ４２０と照射レンズ４
１０との強度調整の一つの方法を示す。格子状にマーク
パターンを配置したステンシルマスク４０４を用意し、
まず、投射レンズ４２０の強度をいくつか変えて、レジ
ストを塗った試料４０７を露光、現像して中心のマーク
パターンの像ぼけを計測する。このぼけが最小になるよ
うに投射レンズ４２０の強度を設定する。次に、照射レ
ンズ４１０の強度を幾つか変えて、レジストを塗った試
料４０７を露光、現像してマークパターン全体の像分布
を計測する。このマークパターンの像分布が中心近傍で
樽型と糸巻き型の中間になるように照射レンズ強度を設
定する。

【００６９】本実施例によれば、投射されたステンシル
マスクの像の歪みが微小になるのでイオン注入の寸法精
度が向上する効果がある。また、イオン注入の寸法精度
を従来のままにすると、ステンシルマスクを倍程度の大
きさにできるのでイオン注入のスループットを約４倍に
できる効果がある。なお、本実施例では投射レンズ４２
０に３枚電極の静電レンズを使っているが、３枚電極は
試料４０７へのイオンビーム４０２の加速電圧が５０ｋ
Ｖ位までの低い場合に十分なレンズ作用を得るために有
効なものである。２枚電極の静電レンズでも４枚以上の
電極の静電レンズでも同様な作用は行なえるが、３枚以
上の電極を持つ静電レンズでは各電極の電位配分を少し
変えることによって、レンズ主面をずらしレンズ倍率を
補正できる利点がある。

【００７０】〈実施例３の第２形態〉実施例３の第２形
態の概略構成図を図１７に示す。イオン源４４１（リン
イオン放出用液体金属イオン源）より引き出されたイオ
ンビーム４４２は照射光学系４０３’により、ステンシ
ルマスク４０４に照射される（加速電圧は１０ｋＶ）。
ステンシルマスク４０４を透過したイオンビーム４４２
は投射光学系４０６’により試料４０７に照射される
（加速電圧は２０ｋＶ）。投射光学系４０６’はステン
シルマスク４０４の像を試料４０７上に縮小して投射す
る（縮小率は１／８）。ステンシルマスク４０４やマス
クステージ４０５、照射レンズ４１０、試料ステージ４
０８は図１５と同じである。

【００７１】照射光学系４０３’は照射レンズ４１０
（３枚電極の静電レンズ）と、レンズ４１１’（３枚電
極の静電レンズ）と、制限アパチャ４１２’と、Ｅ×Ｂ
質量分離器４１４と、アライメント偏向器４１５と、ブ
ランキング偏向器４２１’（２極の静電偏向器）と、ブ
ランキングアパチャ４２２’と、走査偏向系４３０とを
含んでいる。レンズ４１１’（３枚電極静電レンズ）は
イオンビーム４４２を必要十分な強度で引き出し、クロ
スオーバ４１３を形成する。イオンビーム４４２の不要
な分は制限アパチャ４２２’で制限されている。イオン
ビーム４４２はブランキング偏向器４２１’によってブ
ランキングアパチャ４２２’上で偏向されることにより
試料４０７から遮断される。またイオンビーム４４２の
うち不要なイオン種成分はＥ×Ｂ質量分離器４１４によ
り質量分離アパチャを兼ねたブランキングアパチャ４２
２’上で偏向されることにより試料４０７から遮断され
る。なお、Ｅ×Ｂ質量分離器４１４はイオンビーム４４
２のクロスオーバ４１３をその中心に配置しており色収
差の発生を抑えている。アライメント偏向器４１５はイ
オンビーム４４２を偏向して、イオンビーム４４２の軸
が照射レンズ４１０と投射レンズ４２０の中心軸に通る
ようにする。なお、質量分離器４１４と、ブランキング
偏向器４２１’、ブランキングアパチャ４２２’とを照
射光学系４０３’内に設けたのはイオンビーム４４２の
照射によるステンシルマスク４０４の劣化を抑えるため
であって、これらを投射光学系４０６’内に設けても作
用は変わらない。

【００７２】投射光学系４０６’は、投射レンズ４２０
（３枚電極の静電レンズ）と、位置補正偏向器４２３
（８極の静電偏向器）と、制限アパチャ４２４と、回転
補正器４２５（電磁コイル）を含んでいる。位置補正偏
向器４２３はステンシルマスク４０４を透過したイオン
ビーム４４２を試料４０７上で偏向することで試料４０
７上でのステンシルマスク４０４の像位置を補正する。
制限アパチャ４２４は装置内で散乱したイオンビームな
どを除去する。回転補正器４２５はレンズ強度の無視で
きる電磁レンズで、ステンシルマスク４０４を透過した
イオンビーム４４２を回転させて試料４０７上でのステ
ンシルマスク４０４の像回転を補正する。投射レンズ４
２０は上記第１形態と同じであるが、イオンビーム４４
２を１０ｋＶから２０ｋＶに加速するために両端の電極
に印加する電圧を非対称にした。

【００７３】本実施例の第１の特徴は、投射光学系４０
６’に投射レンズ４２０（３枚電極の静電レンズ）を１
段のみ設けるとともに、照射光学系４０３’に照射レン
ズ４１０（３枚電極の静電レンズ）を設けて、イオンビ
ーム４４２を投射レンズ４２０のほぼ中心に集束させる
ことにある。これによって、試料上での像歪みがレンズ
口径比の９次未満は消去される。第２の特徴は、イオン
ビーム４４２のクロスオーバ４１３に偏向中心を持つ走
査偏向系４３０によりイオンビーム４０２をステンシル
マスク４０４上で走査することである。これにより、イ
オンビーム４４２の強度分布に左右されずにステンシル
マスク４０４上でのイオン照射分布を一様にすることが
可能となる。走査偏向系４３０は非点補正器を兼ねた主
走査偏向器４３１（８極の静電偏向器）と副走査偏向器
４３２（８極の静電偏向器）からなり、その合成偏向中
心がクロスオーバ４１３になるように偏向の強度比を設
定してある。Ｅ×Ｂ質量分離器４１４がない場合には走
査偏向器を一段にして、その中心をクロスオーバ４１３
においてもよい。本実施例の第３の特徴は、イオンビー
ム２の走査偏向系４３０によるステンシルマスク４上で
の走査と連動して照射光学系４０３’によるイオンビー
ム４４２の収束状態を補正（ダイナミック補正）するこ
とにある。照射レンズ４１０の軸外にイオンビーム４４
２を通すと、そこでは３次幾何収差のために軸外方向に
少しレンズ作用が強く働くので、イオンビーム２の収束
点が投射レンズ４２０に対して少し手前外側にずれる。
そこで、非点補正器４３１の強度を上げるとともに、照
射レンズ４１０の強度を少し下げることによって、上記
収束点のずれを補正する。なお、照射レンズ４１０の強
度を調整する代わりにレンズ４１１’の強度を変えても
同様の作用ができる。これにより、試料４０７上に投射
されたステンシルマスク４０４の像に口径比の１５次未
満の歪みが実質的に消去できる。像歪みの許容値を一定
とすると図１６から判るように、従来の５次の像歪みが
ある場合と比べて３倍程度の大きさのステンシルマスク
が使えることになる。さらには、上記走査に合わせて走
査偏向系４３０の偏向強度比を変えて上記集束点の横方
向のずれも補正すると、試料４０７上でのステンシルマ
スク４０４の像ぼけがさらに改善される。実際に全ての
ダイナミック補正を行なった状態で、試料４０７上に投
射した４０ｍｍ角のステンシルマスク４の像は、その端
で像歪み（ずれ）が約０.４μｍ、像ぼけが０.５μｍと
非常に小さいものであった。

【００７４】ここで、投射レンズ４２０と照射レンズ４
１０との強度調整の一つの方法を示す。基本的な方式は
第１形態で説明したものと同じであるが、次に示す点を
それぞれ変更する。すなわち、（１）試料として検出マ
ークを一つ備えたものを用意する。（２）イオンビーム
をステンシルマスク上の特定のマークのみを照射するよ
うに走査偏向系を調整する（この間、走査はしない）。
（３）試料４０７上の検出マークを上記ステンシルマス
ク４０４上の特定のマークに対応する位置になるように
試料ステージ４０８を移動する。（４）イオンビーム４
４２を位置補正偏向器でライン状に走査し、図示されて
いない２次電子検出器でイオン照射によってマークから
発生する信号を捕える。（５）上記信号をマークの露光
像の代わりとして、そのぼけや位置ずれを判断する。上
記のようにすれば、第１形態のようにレジストの露光、
現像の作業を伴わずに実時間で投射レンズ４２０と照射
レンズ４１０との強度調整ができる。

【００７５】本実施例によれば、投射されたステンシル
マスクの像の歪みが微小になるので、イオン注入精度が
向上させる効果がある。また、イオン注入精度を従来の
ままにすると、ステンシルマスクを３倍程度の大きさに
できるのでイオン注入のスループットを約９倍にできる
という効果がある。なお、本第２形態では、走査偏向系
を照射レンズの前段に配置したが、これを逆転すること
もできる。この場合、走査偏向系の口径を大きくする必
要があるが、上記実施例と同様の効果がある。この場合
の走査偏向系４３０の偏向中心となるイオンビーム４０
２のクロオーバは投射レンズ４２０の中心である。ま
た、照射光学系４０３’内にクロスオーバ４１３を作ら
なくても試料像の歪みの改善には同様の効果がある。こ
の場合の走査偏向系４３０の偏向中心となるイオンビー
ム４０２のクロスオーバーはイオン源４４１の仮想物点
である。

【００７６】上述した本発明による２つの形態のイオン
注入装置によって、試料上に投射されるステンシルマス
クの像歪みを微小にできるので、試料に高精度でイオン
注入ができる効果があるとともに、大きなステンシルマ
スクを使えるのでイオン注入のスループットを向上させ
ることができる。

【００７７】また、上記実施例３では２形態のイオン注
入装置の例を示したが、ここで示したイオン光学系の基
本思想は投影型イオン縮小露光装置や、投影型イオン光
学系と反応ガス供給系を兼ね備えて微細パターンエッチ
ングや微細パターンデポジションを行なう微細パターン
加工装置など投影型イオンビーム装置、更には投影型電
子ビーム投射装置にも同様に適用できる。電子投射装置
の場合には静電レンズや静電偏向器を、電磁レンズや電
磁偏向器に置き換えることが可能である。

【００７８】（実施例４）図８、図９で示したように、
予め設けたマークを基準にパターンイオンビームの投射
位置を定めた。本実施例は、その具体的実施方法を示
す。

【００７９】例えば図１７においてステンシルマスク４
０４には、イオン注入領域に対応する開口パターンの近
傍に小開口を設置し、試料４０７にはマークを形成して
おく。マークは図８、９のような凹部でもよいし、凸型
のものでもよい。この形成方法は問わない。次に、イオ
ンビームをステンシルマスク上の上記小開口のみを照射
するように走査偏向系を調整する。この時、イオンビー
ムはステンシルマスク上で走査させない。試料４０７上
のマークをステンシルマスク４０４上の小開口に対応す
る位置になるように試料ステージ４０８を移動する。イ
オンビーム４４２を位置補正偏向器でライン状に走査
し、図示されていない２次電子検出器でイオン照射によ
ってマークから発生する信号を捕える。事前に求めた小
開口を通過して試料に投射させる位置と開口パターンを
通過して試料に投射される位置の関係と、上の操作よっ
て得たマーク位置を基に、所望のイオン注入領域に開口
パターンを通過したイオンビームが投射する位置に試料
ステージ位置を補正する。このような操作によって所望
の位置にイオン注入することができる。

【００８０】また、別の例として、図１２から図１５、
図１７に示されているイオン光学系に走査型電子顕微鏡
を設置する例である。イオンビームの投射領域の近傍の
試料表面状態を走査型電子顕微鏡による２次電子像によ
って観察することができる。電子ビーム軸とイオンビー
ム軸のズレを事前に計測しておき、電子ビームによって
試料上のマークを検出して、その時のマーク座標からイ
オン注入すべき領域の座標を計算し、事前に計測した電
子ビーム軸とイオンビーム軸のズレを考慮して、イオン
ビーム軸に所望のイオン注入領域の中心が来るように試
料ステージを補正した後、所望のパターンのイオン注入
を行なってもよい。

【００８１】（実施例５）本実施例は、複数個の処理室
を持ち、その内の少なくとも１個のチャンバが実施例２
または実施例３で示したイオン注入装置であるマルチチ
ャンバプロセス装置の上面図である。このマルチチャン
バプロセス装置は、プロセスチャンバ５００、５０１、
５０２、５０３とロードロックチャンバ５０４Ａ、５０
４Ｂが、ウェハハンドラ５０５、５０５’を備えてウェ
ハ５０６、５０６’を夫々のチャンバに搬送する搬送チ
ャンバ５０７にゲートバルブ５０８Ａ、５０８Ｂ、５０
８Ｃ、５０８Ｄ、５０８Ｅ、５０８Ｆを介して結合され
た装置で、基本的にはウェハを大気に触れさせることな
く連続して複数のプロセスが処理できる。チャンバの
数、各チャンバに設置する装置はこの例に限定されるこ
とはない。

【００８２】図１５におけるチャンバ５００、５０１、
５０２、５０３は本発明によるイオン注入装置であり、
特に、チャンバ５００、５０２はボロンイオンを注入す
るためのイオン源とステンシルマスクを有するイオン注
入装置であり、５０１、５０３はそれぞれリンイオン、
ヒ素イオンを注入するためのイオン注入装置である。ロ
ードロックチャンバ５０４Ａに投入したウェハ５０９
は、ゲートバルブ５０８Ｆ開放後、ウェハハンドラ５０
５によって搬送チャンバ５０７に導入される。ゲートバ
ルブ５０８Ｅ閉鎖後、ゲートバルブ５０８Ａを開放し、
ウェハ５０９（５０６）を本発明によるイオン注入装置
のサンプルステージ（図示せず）に設置する。その後、
ゲートバルブ５０８Ａを閉鎖し、所定の真空度まで真空
引きするが、各チャンバとも超高真空状態であるため、
イオン注入装置におけるステージの排気は短時間で済
む。この状態で、ボロンパターンイオンビームによるイ
オン注入を開始する。所定のイオン注入条件でウェハ全
体に渡ってイオン注入することでこの工程は完了する。
必要な場合、ウェハ５０６をチャンバ５００からチャン
バ５０１に移動させ、次のイオン注入を開始する。この
間のゲートバルブの開閉は上記と同様である。また、チ
ャンバ５０２には、チャンバ５００と別のパターンを有
するステンシルマスクを設置して、別工程のイオン注入
を並行して行なってもよい。このような工程により、少
なくとも１種類のイオン注入を確実に、短時間に、更
に、大気に曝すことなく実行できる。このように、本発
明によるイオン注入装置はレジストを必要としないた
め、レジスト塗布、洗浄というウエットな工程がなくな
り完全ドライ化され、他のドライプロセス用半導体製造
装置、分析装置と連結させることができる。これによ
り、半導体装置の製造が効率的となるとともに、歩留り
が向上した。

【００８３】以上の本実施例で示したイオン注入方法お
よびイオン注入装置による効果をまとめると以下のよう
になる。

【００８４】（１）半導体プロセスにおいて、レジスト
レスでイオン注入できるため、レジスト塗布、露光、現
像、従来のイオン注入、アッシング工程が削減される。
それに伴って、これら装置に係る担当者の人件費、装置
の運転費用、メンテナンス費が削減され、更に、これら
装置と本発明によるレジストレスイオン注入装置の置換
により、半導体製造装置の占有床面積が削減される。こ
れらを総合的に評価して、本発明によるレジストレスイ
オン注入方法を用いることで、半導体装置の製造コスト
を削減することができた。

【００８５】（２）本発明によるイオン注入方法は、レ
ジストが不要であるため、レジスト塗布というウエット
工程がなくなり、イオン注入前後の工程が完全ドライ化
できる。これにより、多数の製造装置を連結したマルチ
チャンバプロセス装置に取り付けることができる。

【００８６】（３）上記（１）に記載の如くイオン注入
前後の工程が削減されるため、各工程間のウェハの搬送
作業が削減される。これに伴い搬送時に生じる異物の付
着などの危険性が低減され、デバイス製造の歩留が向上
する。

【００８７】

【発明の効果】本発明によるイオン注入方法およびその
装置によって、従来、イオン注入工程の前後に行われて
いたレジスト塗布、露光、現像、従来のイオン注入さら
にアッシングによるレジスト除去などレジスト工程が削
減され、半導体装置製造に関わる時間的、経済的削減が
実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイオン注入方法の概念を説明する
ための概略図である。

【図２】本発明によるイオン注入装置の概略を説明する
ための図である。

【図３】本発明によるイオン注入装置の概略を説明する
ための図で、特に(ａ)は所望のイオン注入領域のパター
ン、(ｂ)は(ａ)のパターンに対応するステンシルマスク
例を示す図である。

【図４】本発明によるイオン注入方法の概念を説明する
ための図である。

【図５】メモリチップ内の概略構成を説明するためのブ
ロック図である。

【図６】メモリチップ内のウエル領域の形成レイアウト
の一例であり、特に（ａ）はｐ型ウェル領域のパター
ン、(b)はｎ型ウェル領域のパターンを示すための図で
ある。

【図７】電圧印加回路とウェル領域の関係の一例を説明
するため図で、特に（ａ）はｎ型とｐ型の小ウェル領域
が混在する場合で、（ｂ）はｎ型ＭＯＳトランジスタ同
士、ｐ型ＭＯＳトランジスタ同士をまとめて同じウェル
領域に形成した例を説明するための図である。

【図８】本発明によるイオン注入方法を用いた半導体装
置の形成方法の概略を示す図で、特に、ウェル領域の形
成手順を説明するための断面図である。

【図９】本発明によるイオン注入方法を用いた半導体装
置の形成方法の概略を示す図で、特に、ウェル領域に厚
膜の酸化膜を形成する手順を説明するための断面図であ
る。

【図１０】本発明によるイオン注入方法を用いた半導体
装置の形成方法の概略を示す図で、特に、チャネルドー
プ層を形成するための手順を説明するための断面図であ
る。

【図１１】本発明によるイオン注入方法を用いた半導体
装置の形成方法の概略を示す図で、特に、拡散層を形成
する方法を示す断面図である。

【図１２】本発明によるイオン注入装置の一実施例の概
略構成を示す図である。

【図１３】本発明によるイオン注入装置の別の実施例の
概略構成を示す図である。

【図１４】本発明によるイオン注入装置の更に別の実施
例の概略構成を示す図である。

【図１５】本発明による別のイオン注入装置の構成を示
す図である。

【図１６】ステンシルマスク対レンズ口径比と像歪みの
関係を示す図である。

【図１７】本発明による更に別のイオン注入装置の構成
を示す図である。

【図１８】本発明によるイオン注入装置の別の実施例
で、特にマルチチャンバプロセス装置に適用した例を説
明するための概略構成図である。

【図１９】ホトレジスト工程を経る従来のイオン注入方
法を用いた半導体装置の形成方法の概略を示す図で、特
に、ウェル領域の形成手順を説明する図である。

【図２０】ホトレジスト工程を経る従来のイオン注入方
法を用いた半導体装置の形成方法の概略を示す図で、特
に、チャネルドープ領域の形成手順を説明する図であ
る。

【図２１】従来用いられているイオン注入装置の概略構
成図である。

【図２２】ホトレジストを用いる従来のイオン注入方法
を説明するための図である。

【図２３】従来のイオン注入方法を用いて形成される半
導体装置の断面形状である。

【図２４】細束ビームでイオン注入を行なう集束イオン
ビーム装置の概略構成図である。

【図２５】試料に近接してステンシルマスクを設置した
イオン注入法の従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…開口パターン、２、１２…ステンシルマスク、３…
イオンビーム、４…パターンイオンビーム、５、１８…
イオン投射光学系、７…試料、８…イオン注入領域、１
０…イオン注入装置、１１…イオン源、１５…イオン照
射光学系。４０…イオンビーム、４１…レジスト、４２
…ウェハ、４３…イオン注入すべき領域（開口）、４４
…イオン注入領域。５０…イオンビーム、５１…レジス
トマスク、５２…試料、５３…開口パターン、６５…レ
ジスト、１０２…質量分離器、１０５…質量分離絞り、
１０８…パターンイオンビーム、１０９…不要イオン、
１１０…ゲートバルブ。２０１…シリコン基板、２０
２、２１６…シリコン酸化膜、２０３、２０７、２２
０、２３２、２３５…ステンシルマスク、２０４…リン
イオン、２０５、２２２、２３４…ｎ型イオン注入領
域、２０８、２１７、２３３…フッ化ボロンイオン、２
０９、１１８、２３４…ｐ型イオン注入領域、２１０、
２４５…ｎ型ウェル領域、２１１…ｐ型ウェル領域、２
１５、２４１…シリコン窒化膜、２２１、２３６…ヒ素
イオン、２３１…多結晶シリコン層。３０２…イオン
源、３１１…イオン照射光学系、３１９…イオン投射光
学系、３１３…パターンイオンビーム、４０１、４４１
…イオン源、４０３、４０３’…照射光学系、４０４…
ステンシルマスク、４０５…マスクステージ、４０６、
４０６’…投射光学系、４０７…試料、４０８…試料ス
テージ、４１０…照射レンズ、４２０…投射レンズ、４
２２、４２２’…アパチャ。ＭＡＴ…メモリマット、Ｘ
ＤＥＣ…行デコーダ、ＡＤ…外部アドレス信号、ＸＳＤ
ＥＣ…電圧印加回路、ＳＡＣ…センスアンプ、ＹＤＥＣ
…列デコーダ、Ｉ/Ｏ…入出力、ＣＳ…チップ選択信
号、ＣＨＩＰ…チップ、ＣＴＲＬ…制御回路、ＰＷ-
ＭＡＴ、ＰＷ-ＸＳＤＥＣ、ＰＷ-ＸＤＥＣ、ＰＷ-ＳＡ
Ｃ、ＰＷ-ＹＤＥＣ、ＰＷ-Ｉ/Ｏ、ＰＷ-ＣＴＲＬ…ｐ型
ウェル領域のパターンＮＷ-ＸＳＤＥＣ、ＮＷ-ＸＤＥＣ、ＮＷ-ＳＡＣ、ＮＷ-
ＹＤＥＣ、ＮＷ-Ｉ/Ｏ、ＮＷ-ＣＴＲＬ…ｎ型ウェル領
域のパターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者間所祐一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者黒田勝広東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者早田康成東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドーパントイオンを放出するイオン源から
引出したイオンビームを、開口パターンを有するステン
シルマスクに照射し、上記開口パターンを通過したパタ
ーンイオンビームをイオン投射光学系によって試料に投
射することで、上記試料にイオン注入領域を形成するこ
とを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】半導体装置製造プロセスにおけるイオン注
入方法であって、ドーパントイオンを放出するイオン源
から引出したイオンビームをイオン照射光学系によって
開口パターンを有するステンシルマスクに照射し、上記
開口パターンを通過したイオンビームをイオン投射光学
系によって半導体基板に投射することで、上記半導体基
板内にドーパントイオンの注入領域を形成することを特
徴とするイオン注入方法。
【請求項３】ドーパントイオンを放出するイオン源から
引出したイオンビームを、イオン照射光学系によって開
口パターンを有するステンシルマスクに照射し、上記開
口パターンを通過したイオンビームをイオン投射光学系
によって半導体基板に投射することで、上記半導体基板
内にドーパントイオンの注入領域を形成する半導体装置
製造プロセスにおけるイオン注入方法において、第１の
ステンシルマスクによって第１イオン種のイオン注入領
域を形成する第１イオン注入工程および、少なくとも第
２のステンシルマスクによって第２イオン種のイオン注
入領域を形成する第２イオン注入工程とからなることを
特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】請求項２または３記載のイオン注入方法
が、特に、その前工程に上記半導体基板面上にイオン注
入領域を限定するホトレジストマスクのパターン形成工
程を伴わないことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項５】半導体装置製造プロセスにおけるイオン注
入方法であって、ドーパントイオンを放出するイオン源
から引出したイオンビームを開口パターンを有するステ
ンシルマスクに照射し、上記開口パターンを通過したイ
オンビームをイオン投射光学系によって半導体基板に投
射することで、半導体基板表面に形成した厚膜酸化膜に
よって注入領域が制限された半導体基板内にドーパント
イオンの注入領域を形成することを特徴とするイオン注
入方法。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載のイオン
注入方法において、特に、上記試料または半導体基板が
シリコンであり、かつ、上記試料に投射されるイオン種
がホウ素、リン、ヒ素のうちの少なくともいずれかを含
むことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載のイオン
注入方法において、特に、上記開口パターンを通過した
イオンビームの投射および停止、試料の移動を順次繰り
返すことで、上記試料または半導体基板に同形のイオン
注入領域を少なくとも２箇所以上形成することを特徴と
するイオン注入方法。
【請求項８】半導体装置製造プロセスにおけるイオン注
入方法であって、ドーパントイオンを放出するイオン源
から引出したイオンビームを、開口パターンを有するス
テンシルマスクに照射し、上記開口パターンを通過した
イオンビームをイオン投射光学系によって半導体基板に
投射することで、レジスト工程を経ることなく上記半導
体基板にウェル領域を形成することを特徴とするイオン
注入方法。
【請求項９】請求項８記載のイオン注入方法において、
特に、第１のステンシルマスクによって上記半導体基板
に第１イオン種によるウェル領域を形成する第１イオン
注入工程と、第２のステンシルマスクによって上記半導
体基板に第２イオン種によるウェル領域を形成する第２
イオン注入工程とからなることを特徴とするイオン注入
方法。
【請求項１０】半導体装置製造プロセスにおけるイオン
注入方法であって、ドーパントイオンを放出するイオン
源から引出したイオンビームを、開口パターンを有する
ステンシルマスクに照射し、上記開口パターンを通過し
たイオンビームをイオン投射光学系によって半導体基板
に投射することで、上記半導体基板にチャネルドープ領
域を形成することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１１】請求項１０記載のイオン注入方法におい
て、特に、第１イオン種のイオン注入による第１チャネ
ルドープ領域を形成する第１イオン注入工程、および、
ステンシルマスクの開口パターンを通過した第２イオン
種のイオンビームによるイオン注入を上記第１チャネル
ドープ領域のうちの一部に対して行なって第２チャネル
ドープ領域を形成する第２イオン注入工程とからなるこ
とを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１２】半導体装置製造プロセスにおけるイオン
注入方法であって、ドーパントイオンを放出するイオン
源から引出したイオンビームを、開口パターンを有する
ステンシルマスクに照射し、上記開口パターンを通過し
たイオンビームをイオン投射光学系によって半導体基板
に投射することで、上記半導体基板にドーパントイオン
注入領域を形成するイオン注入方法において、特に、イ
オン注入前に、半導体基板表面に形成した厚膜酸化膜ま
たは多結晶シリコンのうちの少なくとも何れかによって
イオン注入制限領域を形成する工程を施すことを特徴と
するイオン注入方法。
【請求項１３】請求項７から１１のいずれかに記載のイ
オン注入方法が、特に、上記試料へのイオン注入量が１
×１０¹¹個／ｃｍ²以上、かつ、１×１０¹⁴個／ｃｍ²未
満であるか、上記試料に投射されるイオンビームのエネ
ルギが３０ｋｅＶ以下のうちのいずれかであることを特
徴とするイオン注入方法。
【請求項１４】請求項１から３のいずれかに記載のイオ
ン注入方法において、上記イオン照射光学系内でイオン
ビームの質量分離を行ない、ドーパントイオンのみで上
記ステンシルマスクを照射することを特徴とするイオン
注入方法。
【請求項１５】請求項１から３のいずれかに記載のイオ
ン注入方法において、上記試料または上記半導体基板上
のイオン注入領域が、特に、前記ステンシルマスクの開
口パターンとほぼ相似的に縮小した領域であることを特
徴とするイオン注入方法。
【請求項１６】請求項１から４のいずれかに記載のイオ
ン注入方法において、特に、上記試料が化合物半導体で
あり、かつ、上記試料に投射されるイオン種がシリコ
ン、ベリリウム、マグネシウム、セレン、酸素、イオウ
のうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とするイ
オン注入方法。
【請求項１７】ドーパントイオンを放出するイオン源か
ら引出したイオンビームを、所望のイオン注入領域に対
応する開口パターンを有するステンシルマスクに照射
し、上記開口パターンを通過したイオンビームをイオン
投射光学系によって試料に投射することで、上記試料内
にドーパントイオンの注入領域を形成するイオン注入方
法において、イオン注入に先立ち、上記ステンシルマスクの上記開口
パターンの近傍に設置した小開口に限定して上記イオン
ビームを照射して、上記小開口を通過したイオンビーム
によって試料面に設置したマークを検出し、試料ステー
ジ位置もしくは上記ドーパントイオンビームの投射位置
の少なくとも何れかの補正を行なって、イオン注入領域
の位置決めを行なうことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１８】ドーパントイオンを放出するイオン源か
ら引出したイオンビームを、所望のイオン注入領域に対
応する開口パターンを有するステンシルマスクに照射
し、上記開口パターンを通過したイオンビームをイオン
投射光学系によって試料に投射することで、上記試料内
にドーパントイオンの注入領域を形成するイオン注入方
法において、イオン注入に先立ち、顕微鏡によって試料面に設置した
マークを検出し、上記ドーパントイオンビームの投射位
置が所望のイオン注入領域に一致するように試料ステー
ジ位置もしくは上記ドーパントイオンビームの投射位置
の少なくとも何れかの補正を行なってイオン注入領域の
位置決めを行なうことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１９】ドーパントイオンを放出するイオン源
と、該イオン源から放出したイオンを質量分離する質量
分離器と、開口パターンを有するステンシルマスクを搭
載するマスクステージと、上記ステンシルマスクに上記
イオン源から放出したイオンビームを照射するイオン照
射光学系と、上記開口パターンを通過したイオンビーム
を試料に投射するイオン投射光学系と、試料を保持して
微動する試料ステージとを少なくとも備えたことを特徴
とするイオン注入装置。
【請求項２０】ドーパントイオンを放出するイオン源
と、該イオン源から放出したイオンを質量分離する質量
分離器と、開口パターンを備えたステンシルマスクを保
持するマスクステージと、上記イオン源よりイオンビー
ムを引き出し上記ステンシルマスクに照射する照射光学
系と、試料を保持して微動する試料ステージと、上記開
口パターンを通過したイオンビームを上記試料に投射す
る投射光学系とを少なくとも備えたイオン注入装置にお
いて、特に、上記マスクステージは複数のステンシルマスクを保持
し、更に、上記マスクステージを移動させる駆動手段
と、上記駆動手段の制御を行なう信号処理装置とを備え
たことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２１】請求項１９または２０記載のイオン注入
装置において、上記イオン源がプラズマイオン源または
液体金属イオン源、電界電離ガスイオン源のうちのいず
れかであることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２２】請求項１９から２１のいずれかに記載の
イオン注入装置において、特に、上記イオン源において
イオン化すべき材料がボロン、ヒ素、リン、シリコン、
ベリリウム、マグネシウム、セレン、酸素、イオウから
なる群のうちの少なくともいずれかを含むガスまたは合
金もしくは化合物であることを特徴とするイオン注入装
置。
【請求項２３】請求項２０記載のイオン注入装置におい
て、特に、上記イオン源は、複数のドーパントイオンを
放出するイオン源であるか、または、ドーパントイオン
を放出する複数個のイオン源からなり、上記信号処理装
置は少なくとも上記イオン源の放出電流の制御、また
は、上記複数のイオン源から特定のイオン源を選択する
信号を発信することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２４】請求項１９または２０に記載のイオン注
入装置において、上記イオン源から試料面に至るイオン
ビーム光学軸が鉛直方向であることを特徴とするイオン
注入装置。
【請求項２５】請求項１９または２０記載のイオン注入
装置において、特に、上記イオン照射光学系は、少なく
とも上記イオン源から放出したイオンビームを質量分離
する質量分離器と、所望のイオンビームを選択する質量
分離アパチャを含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２６】請求項１９または２０記載のイオン注入
装置において、特に、上記イオン照射光学系は、少なく
ともイオン源から放出したイオンビームを上記ステンシ
ルマスクにほぼ垂直に照射させるための照射レンズを含
み、また、上記イオン投射光学系は少なくとも上記ステ
ンシルマスクを通過したイオンビームを試料に投射させ
る投射レンズを含み、かつ、上記照射レンズ、上記投射
レンズのうち、少なくともいずれかが加速モードのアイ
ンツェルンレンズであることを特徴とするイオン注入装
置。
【請求項２７】請求項１９または２０記載のイオン注入
装置において、上記イオン投射光学系はステンシルマス
クを通過したイオンビームを試料に投射させる投射レン
ズを含み、かつ、上記投射レンズの最終電極と試料は同
電位で、上記投射レンズの最終電極もしくは試料が０か
ら１０Ｖの出力を有する電源に接続されたことを特徴と
するイオン注入装置。
【請求項２８】請求項１９または２０記載のイオン注入
装置において、上記ステンシルマスクを照射されるイオ
ンビームのエネルギと、上記試料に投射されるイオンビ
ームのエネルギは同一であることを特徴とするイオン注
入装置。
【請求項２９】請求項１７記載のイオン注入装置におい
て、特に、前記ステンシルマスクを通過したパターンイ
オンビームを集束させる集束レンズのクロスオーバの直
前または直後にビーム遮断手段または真空遮断手段の少
なくともいずれかを備えたことを特徴とするイオン注入
装置。
【請求項３０】請求項１０から２１のいずれかに記載の
イオン注入装置において、特に、上記イオン源と上記ス
テンシルマスクの間に、上記イオン源からの放出イオン
の拡がりを制限するビーム制限アパチャを備えたことを
特徴とするイオン注入装置。
【請求項３１】請求項３０記載のイオン注入装置におい
て、特に上記ビーム制限アパチャは、該ビーム制限アパ
チャを通過したイオンの拡がりの半開角が最大１０°と
なる孔径または位置関係にあることを特徴とするイオン
注入装置。
【請求項３２】請求項１９から３１のいずれかに記載の
イオン注入装置において、特に、上記イオン源からの放
出イオンの初期エネルギが１から２０ｋｅＶであり、試
料に投射されるパターンイオンビームの加速エネルギが
１から４０ｋｅＶであることを特徴とするイオン注入装
置。
【請求項３３】請求項１９から３２のいずれかに記載の
イオン注入装置において、特に、試料へ投射するパター
ンイオンビームの電流密度が１ｎＡ／ｃｍ²から１０μ
Ａ／ｃｍ²の範囲内であることを特徴とするイオン注入
装置。
【請求項３４】イオン源と、イオンの透過する開口を備
えたステンシルマスクを保持するマスクステージと、試
料を保持し微動する試料ステージと、上記イオン源より
イオンビームを引き出し上記マスクに照射する照射光学
系と、上記マスクを透過したイオンビームを上記試料の
任意位置へ照射して、上記マスクの像を上記試料上に投
射する投射光学系と、上記イオンビームを遮断する手段
とを備えたイオン注入装置において、上記投射光学系は
投射レンズを一段のみ備え、かつ、上記照射光学系が上
記イオンビームを上記投射レンズのほぼ中心に集束させ
る照射レンズを備えたことを特徴とするイオン注入装
置。
【請求項３５】請求項３４記載のイオン注入装置におい
て、上記照射光学系は、上記イオンビームをマスク上で
走査する走査偏向系を備えるとともに、上記走査偏向系
の偏向中心が上記イオンビームのクロスオーバにあるこ
とを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３６】請求項３５記載のイオン注入装置におい
て、上記照射光学系は、上記走査偏向系が上記イオンビ
ームを走査するのと連動して、上記イオンビームの集束
状態を補正するダイナミック補正手段を備えたことを特
徴とするイオン注入装置。
【請求項３７】請求項３６記載のイオン注入装置におい
て、上記ダイナミック補正手段は、非点補正器と、集束
補正レンズとを備えたことを特徴とするイオン注入装
置。
【請求項３８】請求項３６または３７記載のイオン注入
装置において、上記ダイナミック補正手段は、２段以上
の偏向補正器を備えたことを特徴とするイオン注入装
置。
【請求項３９】請求項３４記載のイオン注入装置におい
て、上記投射レンズは、３枚電極の静電レンズであるこ
とを特徴とするイオン注入装置。
【請求項４０】請求項３４から３６のいずれかに記載の
イオン注入装置において、上記イオンビームは、イオン
ビームであり、上記マスクへ照射する上記イオンビーム
の加速電圧が１〜２０ｋＶであり、上記試料上へ照射す
る上記イオンビームの加速電圧が１〜５０kVであること
を特徴とするイオン注入装置。
【請求項４１】複数個のチャンバおよび、これらと相互
間のウエハの出し入れを行なうウェハハンドラ、上記複
数個のチャンバに連結され上記ウェハハンドラを収納す
るウェハハンドラハウジングから構成されるマルチチャ
ンバプロセス装置において、上記チャンバのうち少なく
とも１個が請求項１９から４０のいずれかに記載のイオ
ン注入装置であることを特徴とするマルチチャンバプロ
セス装置。
【請求項４２】請求項１から１８のいずれかに記載のイ
オン注入方法、または、請求項１９から４０のいずれか
に記載のイオン注入装置、または、請求項４１記載のマ
ルチチャンバプロセス装置の少なくともいずれかを用い
て製造されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４３】半導体装置において、隣合うｐ型ウェル
領域とｎ型ウェル領域が、互いのウェル領域の基板表面
に段差を有しない構造であることを特徴とする半導体装
置。