JPH11288681A

JPH11288681A - イオン注入装置およびイオン注入方法

Info

Publication number: JPH11288681A
Application number: JP10106949A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Sakurada; 勇蔵桜田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-19
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: JP4026789B2

Abstract

(57)【要約】【課題】既にイオン注入され均一性が十分でないウェ
ーハについて、その補正を行い得るイオン注入装置およ
びイオン注入方法を提供すること。【解決手段】高電圧ターミナル１０Ａの質量分離器２
の後段にイオンビームＬの遮断器３、加速管４に続くビ
ームライン部１０ＢにイオンビームＬを微小角度スキャ
ンさせるオクタポール・スキャナー６、非接触ビーム電
流計８を配置し、エンドステーション部１０Ｅにはビー
ム制限スリット９とウェーハ位置検出器１９を設ける。
ウェーハ位置検出器１９とウェーハＷを保持するプラテ
ン１３のＸ、Ｙ方向への機械的駆動機構１６、１７によ
ってウェーハＷの注入量不足領域をビーム制限スリット
９の直下へ移動しＸ、Ｙ方向へスキャンさせてイオンを
補正注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、
既にイオン注入され注入量の均一性が十分でないウェー
ハに対して、その補正を行い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）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
高電圧領域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領域に、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】これを小型化するためにＹ方向偏向器２
６、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ーを使用し、ビームラインを短く
したものはウェーハへの入射角度が大きくなることによ
って、イオン注入量が不均一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ウェーハへのイオン注入の均一性
は、そのイオン注入装置の特性によって支配され、イオ
ン注入が不均一なウェーハが得られてもこれを補正する
ことはできなかった。また、近年、ウェーハは大口径化
しており、イオンの注入の均一性を確保することは一層
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
イオン注入され均一性が十分でないウェーハについて、
その補正を行ない得る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。

【０００８】

【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９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を設置し、加速
管に続く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を設置し、エンドステーシ
ョン部にはウェーハへのイオンビームの入射領域を制限
するためのビーム制限スリット、回転機構とティルト機
構を具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、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
器とが設置されている。また、ビーム電流を測定する非
接触ビーム電流計、イオンビームのスキャン領域とビー
ム制限スリットとの整合性を確認しビーム制限スリット
内における電流密度分布を測定するためのビーム密度分
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
ップを備えている。

【０００９】そして、既にイオン注入されその均一性が
不十分なウェーハＷに対し、上記のようなイオン注入装
置によってイオン注入して注入量の補正を行うには、ウ
ェーハ位置検出器とプラテンの機械的駆動機構および回
転機構、ティルト機構とによってウェーハの注入量不足
領域をプラテンと共に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、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
されてビームライン部へ導かれ、スキャナーによって微
小角度だけスキャンされてビーム制限スリットから入射
されるイオンビームに対して、ウェーハの注入量不足領
域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てウェーハの注入量不足領域にイ
オンを補正注入し、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、所定の補正注入量が得られるよ
うにプラテンの機械的スキャンの速度、またはイオンビ
ームの電磁気的スキャンの速度を制御することによって
行われる。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。

【００１０】また、イオン注入の前に、ウェーハに代え
てビーム密度分布モニターを挿入して、イオンビームの
スキャン領域とビーム制限スリットとの整合性の確認、
およびビーム制限スリットに対応する部分におけるイオ
ンビームの電流密度分布の測定を行い、スキャン領域と
ビーム制限スリットとが一致していない場合、電流密度
分布が一様でない場合には、イオンビームの調整を行
う。

【００１１】また、イオン注入の前に、ビーム制限スリ
ットの直下にウェーハおよびビーム密度分布モニターが
存在しない状態で、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。

【００１２】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、既にイオン注入されたウ
ェーハの注入量不足領域に追加的にイオンを補正注入し
て注入量を均等化することができる。

【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。

【００１４】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、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、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、Ｘ、Ｙ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、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、
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入射領域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、イオンビームのスキャン領域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、
スキャン領域が不適切な場合にはオクタポール・スキャ
ナー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。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、制御部はプラテン１３
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。

【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を通過して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に入
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。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。
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によってビーム制限スリット９の方へ移動さ
れ、回転機構１４、ティルト機構１５によってウェーハ
Ｗ内の注入量不足領域がビーム制限スリット９の直下に
おいて所定の入射角度で位置決めされる。

【００２０】図３はイオンビームＬに対するプラテン１
３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。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・
スキャナー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内の注入量不足領域に入射する。
同時にウェーハの注入量不足領域をプラテン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。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部５１内のプリアンプ
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、
所定の補正注入量が得られるように、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、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、所定の積算
値に達して所定の補正注入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。

【００２１】図４は４探針測定器によるウェーハＷの面
内の均一性マップを示す。（＋）はシート抵抗値（表面
抵抗値）が高く、（−）はシート抵抗値が低いことを示
している。すなわち（＋）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（−）領域との境界を示し、細線は（＋）領域、
（−）領域内における等高線である。図５は図４を基に
ウェーハＷをＸ方向とＹ方向とに仮想的に分割した各領
域を示す図である。ウェーハＷは領域（１，６）、
（１，７）、（１，８）、（１，９）、（２，４）、
（２，５）、から、・・・、（１４，８）、（１４，
９）までの１２４領域に分割され、それぞれの領域につ
いて既に注入されたイオン注入量がシート抵抗値の低下
として測定されており、例えば領域（１，７）、（１，
６）、（２，５）、（２，４）（３，３）が注入量不足
領域であるとする。

【００２２】図６は図１で示した実施の形態のイオン注
入装置１０を使用してイオンの補正注入を行なう場合の
制御回路を示す図である。制御部５１にはイオン注入装
置１０のウェーハ位置検出器１９からの位置信号が入力
され、また非接触ビーム電流計８の計測値が入力されて
積算されている。更に制御部５１には図４のように補正
注入を行うウェーハＷの均一性マップ信号が入力され
る。この均一性マップ信号は制御部５１によって図５の
ように注入領域を分割しその領域の注入量を設定する。

【００２３】一方、制御部５１からの一つの出力信号は
プラテン１３のＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械
的駆動機構１７、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、他方の出力信号はビーム遮断
器３への印加電圧のオン・オフ電源に入力されている。
また、制御部５１に接続されたディスプレイ５３にはウ
ェーハＷの全体について分割領域毎のイオン注入につい
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、補正注入を実行した後の改善された均一性マップ
を計算し表示する。

【００２４】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、次に図１、図６を参照し、そのイ
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、補正注入されるウェー
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、制御部５１には補正注入されるウェーハ
Ｗについて図４に示すような均一性でマップ信号で入力
され、図５に示すように分割した注入領域毎の注入量が
設定されているものとする。

【００２５】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。

【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・スキャナー６によってＸ方向とＹ方向との二
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、残留ガス
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】イオンの補正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のスキャン領域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、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関連の調整が完了すると、補正注
入されるウェーハ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、ウェーハＷ
を静電チャック等によって保持したプラテン１３が待機
位置からウェーハ位置検出器１９から制御部５１へ入力
される位置信号に基づきＸ方向機械的駆動機構１６、Ｙ
方向機械的駆動機構１７によってビーム制限スリット９
の方へ移動され、ウェーハＷの注入量不足領域（１，
７）がビーム制限スリット９の直下において回転機構１
４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で位置決めされる。

【００３０】続いて、制御部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
をウェーハＷに入射させ、同時にＸ方向機械的駆動機構
１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７を駆動して領域（１，
７）をＸ方向とＹ方向へスキャンしてイオンの補正注入
が開始される。同時に制御部５１において非接触ビーム
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
計測値は制御部５１内のプリアンプ８Ａを経てプラテン
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の計測値の積算が領域（１，７）につい
てあらかじめ設定された補正注入量に対応する積算値に
達すると制御部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、領域（１，７）におけるイオン注入量の補正
が完了する。

【００３１】引き続いて、制御部５１はウェーハ位置検
出器１９からの位置信号に基づいてＸ方向機械的駆動機
構１６、Ｙ方向機械的駆動機構１７を駆動し、必要な場
合には回転機構１４、ティルト機構１５も駆動して、隣
接の領域（１，６）をビーム制限スリット９の直下に位
置させる。そして、領域（１，７）の場合と同様に、補
正注入が行われ、非接触ビーム電流計８の計測値の積算
があらかじめ領域（１，６）について設定された補正注
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、ウェーハＷ内におけるイオン注入の不均
一な領域の補正が行われる。このようにして、イオンが
不均一に注入されているウェーハＷに対して領域毎の注
入不足量に応じて注入量の補正が行われる。

【００３２】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
オン注入して補正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して補正することも
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方向とへの機械的スキャンのみによってイオン
注入量の補正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。

【００３３】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１
３を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り、精
度の高い補正が可能である。

【００３４】本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。

【００３５】例えば本実施の形態においては、既にイオ
ン注入されているウェーハＷについてのイオン注入の不
均一の度合いをシート抵抗値のバラツキとして捉らえ、
その分割領域毎のシート抵抗値を制御部５１へシート抵
抗測定器とオンライン接続して入力する方法を採用した
が、エンドステーション部１０Ｅ内にシート抵抗測定器
を組込んで制御部５１へ入力するようにしてもよい。補
正注入量が極めて少ない場合はスキャンを停止し、ビー
ムの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で調整し、ビーム遮断器３を短時間動作
させる。この場合補正注入に要する時間はミリ秒の単位
となると思われる。

【００３６】また本実施の形態においては、イオンの補
正注入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限行ったが、必要な補正注入量が大
である程、Ｘ方向機械的駆動機構１６、Ｙ方向機械的駆
動機構１７の機械的スキャンの速度を遅くして、補正注
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、分割領域
（１，７）の補正が完了すると隣接する領域（１，６）
を補正したように、領域毎に補正を行なったが、注入量
が不足する領域（１，７）、（１，６）、（２，５）、
（２，４）、（３，３）を一つの領域と見做して同時に
補正するようにプラテン１３を駆動させてもよい。

【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、
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、Ｙ方向機械的駆動機構１７’はＸ方向機械的
機構１６’を紙面に平行な方向に移動させ、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、イオンビームＬに対してウェーハ
Ｗが機械的にＸ、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の回転軸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の注入量不足領域の
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とは独立して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、Ｙ方向への機械的
駆動機構１６、１７を載置するＸＹテーブル１８にビー
ム制限スリットを固定してもよく、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。

【００４３】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。

【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補正
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・スキャナー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・スキャナー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。

【００４８】ウェーハ内の領域を特定してイオン注入で
きるので、既にイオン注入され均一性が十分でないウェ
ーハに対して、注入量不足領域のみにイオン注入して注
入量を補正することができる。この場合の当初のイオン
注入は本発明のイオン注入装置であってもよく、他のイ
オン注入装置であってもよい。

【００４９】従って、イオン注入の均一性が不十分な旧
来のイオン注入装置を使用してイオン注入を行ない、本
発明のイオン注入装置を使用してその補正を行なうこと
により、旧来のイオン注入装置が活用できる。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
にする場合は、最終注入量の例えば９５％を通常のイオ
ン注入装置で行ない、残りの５％を本発明のイオン注入
装置で注入することにより、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】シート抵抗についてのウェーハ面内の均一性マ
ップを示す図である。

【図５】１２４領域に仮想的に分割したウェーハを示す
平面図である。

【図６】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は平面図であ
り、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ビーム制限スリット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５１制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高電圧部でイオン源からイオンが引き出
され、質量分離器によって必要なイオンのみが選択的に
分離され、加速管で所定のエネルギーに加速された後、
ビームライン部でイオンビームがＸ方向（水平方向）と
Ｙ方向（垂直方向）とにスキャンされ、エンドステーシ
ョン部でウェーハにイオンが注入されるイオン注入装置
において、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
ンビームの集束レンズ、前記イオンビームを前記Ｘ方向
と前記Ｙ方向に微小角度スキャンさせるスキャナーが設
置され、前記エンドステーション部には、前記イオンビ
ームの前記ウェーハへの入射領域を制限するためのビー
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
と前記Ｙ方向に高速で移動させる機械的駆動機構が配置
され、更に前記機械的駆動機構、前記回転機構、前記テ
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
が設置されており、前記ウェーハ位置検出器と前記機械的駆動機構、前記回
転機構、前記ティルト機構とによって、前記ウェーハの
注入量不足領域が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れて所定の入射角度
に設置され、前記加速管で所定のエネルギーに加速され
た前記イオンビームが前記スキャナーによって前記Ｘ方
向と前記Ｙ方向に微小角度スキャンされると共に、前記
注入量不足領域が前記プラテンと共に前記機械的駆動機
構によって前記Ｘ方向と前記Ｙ方向に機械的にスキャン
されて前記注入量不足領域に前記イオンが補正注入され
ることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】前記ビームライン部に非接触ビーム電流
計が取り付けられており、イオン注入中に前記非接触ビ
ーム電流計の計測値が変動する場合には、所定の補正注
入量が一様に得られるように、前記プラテンの機械的ス
キャン速度または前記イオンビームのスキャン速度が制
御される請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】前記非接触ビーム電流計による計測値が
積算されており、所定の積算値に達すると前記ビーム遮
断器が作動されることにより、前記ウェーハの前記注入
量不足領域に対して前記イオンが所定の注入量で補正注
入される請求項１または請求項２に記載のイオン注入装
置。
【請求項４】前記エンドステーション部に、前記ウェ
ーハに代えて挿入されるビーム密度分布モニターが設置
されており、前記ビーム密度分布モニターによって前記
イオンビームのスキャン領域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が行わ
れ、前記スキャン領域と前記ビーム制限スリットとが一致し
ていない場合には前記スキャナーの振幅が調整され、前
記電流密度分布が一様でない場合に、前記集束レンズが
電磁式であれば励磁電流が調整され、前記集束レンズが
静電式であれば静電位が調整される請求項１から請求項
３までの何れかに記載のイオン注入装置。
【請求項５】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下方にファラデー・カップが設
置されており、前記ウェーハおよび前記ビーム密度分布
モニターが前記ビーム制限スリットの直下に存在しない
状態において、前記ファラデー・カップで前記イオンビ
ームの電流値が測定され、該電流値を基準として前記非
接触ビーム電流計による計測値が校正される請求項１か
ら請求項４までの何れかに記載のイオン注入装置。
【請求項６】前記スキャナーがオクタポール・スキャ
ナーである請求項１から請求項５までの何れかに記載の
イオン注入装置。
【請求項７】前記ビーム制限スリットが前記注入量不
足領域の面積の大きさに対応する複数のスリットを円板
の同一円周上に形成されたロータリー・スリットであ
り、前記注入量不足領域の面積に応じて前記ロータリー・ス
リット内の適切な前記スリットが選択される請求項１か
ら請求項６までの何れかに記載のイオン注入装置。
【請求項８】前記ビーム制限スリットが前記プラテン
の前記機械的駆動機構を載置するテーブルに固定されて
いる請求項１から請求項６までの何れかに記載のイオン
注入装置。
【請求項９】既にイオン注入されているが注入量の面
内均一性が不十分なウェーハに対して、前記ウェーハ内
に特定される注入量の不足領域に補正注入を行うことを
特徴とするイオン注入方法。
【請求項１０】イオン注入装置の高電圧部でイオン源
からイオンを引き出し質量分離器によって必要なイオン
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Ｘ方向（水
平方向）とＹ方向（垂直方向）にスキャンさせ、エンド
ステーション部でウェーハにイオン注入するイオン注入
方法において、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
ンビームの集束レンズ、前記イオンビームを前記Ｘ方向
と前記Ｙ方向に微小角度スキャンさせるスキャナーが設
置され、前記エンドステーション部には前記イオンビー
ムの前記ウェーハへの入射領域を制限するためのビーム
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方向と
前記Ｙ方向とに高速で移動させる機械的駆動機構が配置
され、更に前記機械的駆動機構、前記回転機構、前記テ
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
が設置されているイオン注入装置を使用し、前記ウェーハ位置検出器と前記機械的駆動機構、前記回
転機構、前記ティルト機構とによって前記ウェーハの注
入量不足領域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させたイ
オンビームを前記スキャナーによって前記Ｘ方向と前記
Ｙ方向に微小角度スキャンさせると共に、前記注入量不
足領域を前記プラテンと共に前記機械的駆動機構によっ
て前記Ｘ方向と前記Ｙ方向に機械的にスキャンさせるこ
とにより前記注入量不足領域に対してイオンを補正注入
する請求項９に記載のイオン注入方法。
【請求項１１】前記ビームライン部に非接触ビーム電
流計が設置されており、該非接触ビーム電流計による計
測値が変動する場合には、所定の補正注入量が得られる
ように、前記プラテンの機械的スキャン速度または前記
イオンビームのスキャン速度を制御する請求項１０に記
載のイオン注入方法。
【請求項１２】前記非接触ビーム電流計による計測値
が積算されており、所定の積算値に達すると前記ビーム
遮断器を作動させて前記イオンビームを遮断することに
より、前記注入量不足領域に対してイオンを所定の注入
量で補正注入する請求項１０または請求項１１に記載の
イオン注入方法。
【請求項１３】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代えてビーム密度分布
モニターを挿入し、前記イオンビームのスキャン領域と
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、前記スキャン領域が前記ビーム制限スリットとが一致し
ていない場合には前記スキャナーの振幅を調整し、前記
電流密度分布が一様でない場合に、前記集束レンズが電
磁式であれば励磁電流を調整し、前記集束レンズが静電
式であれば静電位を調整する請求項１０から請求項１２
までの何れかに記載のイオン注入方法。
【請求項１４】イオン注入の前に、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の計測値をイオ
ンの補正注入量の決定に使用する請求項１０から請求項
１３までの何れかに記載のイオン注入方法。