KR20140029317A - 이온주입 방법 및 이온주입 장치 - Google Patents

Abstract

이온을 주입하는 과정에 있어서의 방전사상을 적절히 검출하는 기술을 제공한다.
이온주입 방법은, 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하고, 웨이퍼를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 이온주입 방법에 있어서, 웨이퍼에 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 검출부를 복수 이용하여, 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무 및 그 사상이 이온빔에 미치는 영향의 정도에 근거하여 이온빔의 상태를 판단하는 상태판단 공정을 포함한다.

Description

이온주입 방법 및 이온주입 장치{ION IMPLANTING METHOD AND ION IMPLANTING DEVICE}

본 출원은, 2012년 8월 31일에 출원된 일본 특허출원 제2012-192420호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 이온주입에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이온주입 방법 및 이온주입 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서는, 도전성을 변화시킬 목적, 반도체웨이퍼의 결정 구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체웨이퍼에 이온을 주입하는 공정(이하, "이온주입 공정"이라고 하는 경우가 있다.)이 표준적으로 실시되고 있다. 이온주입 공정에서 사용되는 장치는, 이온주입 장치라고 일컬어지며, 이온원에 의하여 이온화되어, 그 후 가속된 이온빔을 형성하는 기능과, 그 이온빔을 반도체웨이퍼까지 수송하여, 상술한 웨이퍼에 조사하는 기능을 가진다.

이온주입 장치는, 예를 들면, 이온원, 인출전극, 질량분석자석장치, 질량분석슬릿, 가속/감속장치, 웨이퍼 처리실 등이, 빔라인을 따라 배치되어 있으며, 반도체용 기판인 웨이퍼에 이온을 주입하도록 구성되어 있다.

통상, 웨이퍼에 조사되는 이온빔의 상태는, 안정되어 있는 것이 바람직하지만, 다양한 요인에 의하여 변화되어 버리는 경우가 있다. 이로 인하여, 어떠한 수법에 의해 이온빔의 변화를 검출하여 필요에 따라 이온주입 장치의 각 부를 제어하지 않으면, 원하는 성능의 반도체를 안정적으로 제조하는 것은 어렵다. 따라서, 소정의 타이밍으로 이온빔의 빔전류를 계측하는 패러데이컵을 구비한 이온주입 장치가 고안되어 있다(특허문헌 1 참조).

일본 특허공개공보 2008－262748호

그런데, 이온주입 장치에서는 이온빔에 영향을 미칠 수 있는 방전사상이 발생하는 경우가 있다. 이러한 방전사상은, 이온빔에 의한 이온주입에 영향을 주어, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 차이를 발생시키는 한 요인이 된다. 이로 인하여, 이온주입 공정에 있어서 방전사상을 검출하는 것이 중요하다. 그러나, 상술한 패러데이컵으로 이온빔의 전류를 계측하는 것만으로 방전사상을 정확하게 검출하는 것은 곤란하다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 이온을 주입하는 과정에 있어서의 방전사상을 적절히 검출하는 기술을 제공하는 것에 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 이온주입 방법은, 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하고, 웨이퍼를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 이온주입 방법에 있어서, 웨이퍼에 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 검출부를 복수 이용하여, 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무에 근거하여 이온빔의 상태를 판단하는 상태판단 공정을 포함한다.

본 발명의 다른 양태는, 이온주입 장치이다. 이 장치는, 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하는 빔라인을 구성하는 기기와, 웨이퍼를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 복수의 검출부와, 복수의 검출부에 의하여 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무에 근거하여 이온빔의 상태를 판단하는 판단부를 구비한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 역시, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 이온을 주입하는 과정에 있어서의 방전사상을 적절히 검출할 수 있다.

도 1에 있어서, (a)는, 제1 실시형태에 관한 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 개략 구성을 나타내는 평면도, (b)는, 제1 실시형태에 관한 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 이온주입 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 나타내는 도이다.
도 3은 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 전원 분류의 예를 나타내는 도이다.
도 4는 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 전원 분류의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 5는 제1 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 제2 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 7은 제3 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 제4 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 제4 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 10은 제5 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다.

먼저, 본원 발명에 이르게 된 경위에 대하여 설명한다. 반도체 제조 공정에서 채용되고 있는 이온주입 공정은 다방면에 걸쳐 있다. 통상의 이온주입 공정에서는, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량을 균일하게 하면서, 반도체웨이퍼 전체면에 이온을 입사시킨다.

여기에서, 이온주입 공정을 특징짓는 대표적 물리량으로서는, 이온의 주입 도스량, 주입각도, 에너지, 이온종 등을 들 수 있다. 또, 최근, 제조되는 반도체의 미세화에 따라, 이온주입 시의 데미지량도 이온주입 공정을 특징짓는 대표적 물리량으로 생각되고 있다.

이온주입 시의 데미지량은, 반도체웨이퍼의 온도, 반도체웨이퍼 상에서의 이온빔의 빔 사이즈, 및, 후술하는 반도체웨이퍼에 대한 이온주입의 시간적 패턴 등에 따라 변화되는 것이 알려져 있다. 따라서, 이들의 물리량도, 이온주입 공정을 특징짓는 대표적 물리량이라고 할 수 있다.

최근의 이온주입 공정에서는, 상술한 물리량을 그 이온주입 공정마다 변화시키는 것이 요구되고 있는 반면에, 상술한 물리량 전부를 반도체웨이퍼 면내에서 완전히 균일하게 하는 것까지 요구되고 있는 것은 아니며, 또한, 그것은 현실적으로 곤란하다. 따라서, 상술한 물리량의 면내 균일성은, 소정의 임계값 이하의 범위에 들어가 있으면 된다. 단, 그 임계값은, 다방면에 걸친 이온주입 공정마다 상이하다.

예를 들면, 게이트 주입 공정이라 일컬어지는 이온주입 공정에서는, 웨이퍼 면내에서 10% 정도의 이온주입 도스량의 차가 있어도, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 차이가 없는 경우가 많은 것이 알려져 있다. 한편, 익스텐션 주입 공정이라 일컬어지는 이온주입 공정에서는, 웨이퍼 면내에서 1%의 이온주입 도스량의 차로, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 있는 경우가 많다. 이들의 임계값은, 이온주입 공정마다 상이하며, 또한, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량마다 상이하고, 또, 반도체 설계마다도 상이하므로, 일반화한 기재는 곤란하지만, 중요한 것은, 이온주입 공정에 있어서 요구되는, 이온주입 공정을 특징짓는 대표적 물리량의 허용 범위는, 일률적으로 정해지지 않는 점이다.

또, 반도체 제조 공정에서는, 그 생산성이 중요하고, 이는 반도체 제조 공정의 일부에 해당되는 이온주입 공정에도 적용된다는 것은 말할 필요도 없다. 여기에서 생산성이란, 최종적으로 작성되는 반도체 제품에 있어서, 그 성능이 당해 반도체 제품의 허용 범위에 들어가는 반도체 제품을, 단위시간에 얼마나 많이 작성할 수 있는가라는 것이다. 이 점과 상술한 면내 균일성에 대한 요구를 감안하면, 각각의 이온주입 공정에서 이온주입 장치에 요구되는 요구를 쉽게 이해할 수 있다.

즉, 이온주입 공정을 특징짓는 어떤 물리량의 미소한 차에 의하여, 최종적으로 생성되는 반도체 성능에 크게 차이가 발생하는 경우에는, 이온주입 중에 반도체웨이퍼 전체면에 있어서 당해 물리량의 차가 발생하지 않도록, 이온주입 전에 충분한 준비를 필요로 함과 함께, 이온주입 중에 일시적으로 또는 지속적으로 발생하는, 당해 물리량의 변화에 대해서 그 대책을 충분히 강구하여야 한다.

한편, 이온주입 공정을 특징짓는 어떤 물리량의 차가 어느 정도 커도, 최종적으로 생성되는 반도체 성능에 차이가 없는 경우에는, 이온주입 중에 반도체웨이퍼 전체면에 있어서 당해 물리량의 차가 어느 정도까지는 발생해도 되기 때문에, 이온주입 전의 준비도 간소화할 수 있고, 이온주입 중에 일시적으로, 내지 지속적으로 발생하는 당해 물리량의 변화에 대해서는, 그 물리량의 변화량이 너무 커, 최종적으로 생성되는 반도체 성능에 차이가 발생하는 경우에 한하여, 당해 물리량의 변화에 대해서 그 대책을 구하면 된다.

오히려, 후자의 경우에, 당해 물리량의 변화에 대하여 불필요한 대책을 강구하는 것은, 이온주입 공정에서 불필요한 대처 시간을 발생시켜, 결과적으로 반도체 제조 공정의 생산성 악화를 초래한다. 따라서, 이온주입 장치에 요구되는 성능으로서는, 각각의 이온주입 공정에서 요구되는, 이온주입 공정을 특징짓는 각각의 물리량의 변화량 범위를, 이온주입 전에, 각각의 이온주입 공정에 맞추어, 적절히 변경하는 것이 가능하다는 것을 들 수 있다.

이하에 설명하는 각 실시형태에 있어서의 이온주입 장치는, 특히 반도체 제조 공정에서 자주 이용되는 이온주입 장치의 한 종류이다. 구체적으로는, 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하고(이 수송 루트를 이하, "빔라인"이라고 한다.), 그 이온빔을 일방향으로 왕복 스캔하고, 빔 스캔방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하여, 이온을 웨이퍼에 주입하는 이온주입 방법을 채용한 이온주입 장치(이하, "하이브리드 스캔 이온주입 장치"라고 한다.)이다. 또, 이러한 장치에서 행해지는 이온주입 방법을 하이브리드 스캔 이온주입 방법이라고 하는 경우가 있다.

여기에서, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에 있어서, 상술한 이온주입 공정을 특징짓는 대표적 물리량을 어떻게 제어하고 있는지, 그 일례를 설명한다.

먼저, 이온종은, 이온원에서 발생시키는 이온을 변경함으로써, 또한, 이온의 에너지는, 이온원에 부여하는 전압을 변경함으로써, 또, 이온의 주입각도는, 이온빔에 대한 반도체웨이퍼의 각도를 변경함으로써, 제어된다. 이온의 주입 도스량의 제어 수법에는 다양한 방법이 있는데, 그 일례로서는, 이온주입 전에 반도체웨이퍼 위치에서의 빔전류량을 측정하여, 그 빔전류량 측정치에 근거하면서, 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어하는 수법이 있다. 이온의 주입 도스량, 주입각도, 에너지, 이온종은, 이온주입 공정을 특징짓는 대표적 물리량임과 함께, 이온주입 장치에서 이온주입 전에 설정되는, 이온주입 조건이기도 하다.

또, 이온주입 시의 데미지량을 제어하는 수법으로서, 반도체웨이퍼의 온도의 제어, 웨이퍼까지 수송하는 장치의 파라미터 변경에 의한 반도체웨이퍼 상에서의 빔 사이즈의 제어 등을 들 수 있는데, 이들과 함께, 이온빔의 스캔 주파수를 변경함으로써, 이온주입의 시간적 패턴을 변경하고, 이로써 이온주입 시의 데미지량을 제어하는 수법도 생각할 수 있다.

특히, 이온빔의 스캔 주파수의 효과에 대하여 설명하면, 이온빔의 스캔 주파수가 높은 경우에는, 반도체웨이퍼 상의 어느 지점에, 이온이 거의 연속적으로 주입되게 되지만, 그 이온주입 중의 당해 지점의 온도는, 이온주입에 의한 온도상승 효과에 의하여 연속적으로 상승한다. 이온빔의 스캔 주파수가 낮은 경우에는, 반도체웨이퍼 상의 어느 지점에, 이온이 간헐적으로 주입되게 되어, 그 이온주입 중에, 이온주입이 행해지지 않는 시간이 발생하며, 그 이온주입 중의 당해 지점의 온도는, 이온주입에 의한 온도상승 효과와, 이온주입이 행해지지 않을 때의 외계에 대한 온도 이행에 의한 온도 하강 효과가 간헐적으로 반복되어, 상승, 하강을 반복한다. 즉, 이온빔의 스캔 주파수의 변경에 의하여, 이온주입 시의 데미지량을 제어하는 것이 가능해진다.

특히 최근, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서의, 이온빔의 스캔 주파수의 변경에 의한 이온주입 시의 데미지량 제어가, 반도체 성능 향상의 유력한 수법으로서 인식되고 있다. 즉, 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 이온빔의 스캔 주파수는, 이온주입 장치에서 이온주입 전에 설정되는, 이온주입 조건의 하나이다.

이하, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에 있어서, 이온주입 공정을 특징짓는 몇 가지 물리량에 있어서, 그 허용 범위의 다양성의 예와, 그것을 어떠한 수법으로 확보하고 있는지, 몇 가지의 예를 든다. 먼저, 이온주입 전에 충분한 준비를 필요로 하는 예를 나타낸다.

상술한 게이트 주입 공정을 비롯하여, 통상 자주 이용되는 이온주입 공정에서는, 이온주입 시의 데미지량의 차가 어느 정도 있어도, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 차이가 없는 경우가 많다. 한편, 상술한 익스텐션 주입 공정이나, 프레아몰퍼스 공정이라 일컬어지는 이온주입 공정에서는, 이온주입 시의 데미지량의 차로, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 있는 경우가 많다.

상술한 바와 같이, 이온주입 시의 데미지량은, 반도체웨이퍼의 온도, 반도체웨이퍼 상에서의 빔 사이즈, 이온빔의 스캔 주파수에 의해 제어할 수 있다. 여기에서, 반도체웨이퍼 상에서의 빔 사이즈는, 이온주입 전에 빔 사이즈를 측정하여, 이온주입 시의 데미지량의 관점으로부터 그 빔 사이즈가 적당하지 않은 경우에는, 웨이퍼까지 수송하는 장치의 파라미터 변경에 의하여, 제어할 수 있다. 그러나, 이 빔 사이즈 측정 및 제어에는, 어느 정도의 시간을 필요로 하므로, 이온주입 시의 데미지량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 대해서 영향이 없는 경우에는, 이온주입 공정에서 불필요한 대처 시간을 발생시키게 되어, 적절하지 않다. 따라서, 이온주입 전의 반도체웨이퍼 상에서의 빔 사이즈 측정 및 제어는, 다른 필요성이 없는 한, 이온주입 시의 데미지량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이를 발생시키는 경우에 행해진다.

하이브리드 스캔 이온주입 장치에 있어서, 이온주입 공정을 특징짓는 몇 가지 물리량의 허용 범위의 다양성의 예와, 그것을 어떠한 수법으로 확보하고 있는지에 대하여 설명한다. 또, 이온주입 중에 지속적으로 발생하는 물리량의 변화에 대해서, 그 대책을 필요로 하는 예를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 게이트 주입 공정에서는, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 비교적 작지만, 익스텐션 주입 공정에서는, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 크다. 여기에서, 반도체웨이퍼에 이온을 주입할 때에는, 반도체웨이퍼의 목적 위치에 이온주입을 행하기 위하여, 반도체웨이퍼 상에 레지스트 마스크를 두고, 그 상부로부터 이온주입을 행하는 것이 자주 행해지고 있다. 레지스트 마스크란, 다수개의 매우 작은 세공 구조를 가지는 박막형상 소재이다. 이 레지스트 마스크의 세공 부위를 이온투과 영역, 그 외의 부위를 레지스트 영역이라고 하면, 레지스트 마스크 상의 레지스트 영역에 조사된 이온빔은 반도체웨이퍼까지 도달하지 않고, 레지스트 마스크 상의 이온투과 영역에 조사된 이온빔만, 반도체웨이퍼까지 도달하여, 주입된다. 이와 같이 하여, 반도체웨이퍼 전체면에 걸쳐, 목적 위치에 목적하는 이온주입 조건에 적합한, 이온주입을 행할 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, 이온의 주입 도스량의 제어 수법의 일례로서는, 이온주입 전에 반도체웨이퍼 위치에서의 빔전류량을 측정하여, 그 빔전류량 측정치에 근거하면서, 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어하는 수법이 있다. 여기에서, 상술한 레지스트 마스크에 빔이 조사된 경우, 레지스트 마스크의 구성물질의 일부가 빔라인 상에 수송되어, 이온빔과 상호작용을 행함으로써, 이온빔 중의 일부의 이온이 산란, 중화화 내지 가수 변환을 받아, 그 결과 반도체웨이퍼까지 도달하지 않게 되는 경우가 있다.

이 경우, 이온주입 전에 비하여, 이온주입 중의 빔전류량이 지속적으로 변화되게 되어, 이온주입 전의 빔전류량 측정치에 근거하면서, 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어해서는, 그 이온주입 도스량이 변화되어 버린다. 익스텐션 주입 공정 등의, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 큰 이온주입 공정에서는, 상술한 이온주입 도스량의 변화가 허용되지 않는다. 이러한 경우, 반도체웨이퍼에 대한 이온주입 중에 빔전류 측정을 행함으로써, 이온주입 전과 비교한 이온주입 중의 빔전류량의 지속적 변화를 검지하여, 그 빔전류량 측정치에 근거하면서, 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어함으로써, 이온의 주입 도스량을 정확하게 제어할 수 있다.

이온주입 중의 빔전류 측정을 행하기 위해서는, 그 측정장치까지 빔을 수송할 필요가 있기 때문에, 반도체웨이퍼의 외측에 이온빔을 수송하게 되어, 반도체웨이퍼에 대한 주입시간에 더해, 이온주입 중의 빔전류 측정에 필요한 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 따라서, 이온의 주입 도스량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 대해서 영향이 없는 경우에는, 이온주입 공정에서 불필요한 대처 시간을 발생시키게 되어, 적절하지 않다. 따라서, 이온주입 중의 빔전류 측정은, 다른 필요성이 없는 한, 이온의 주입 도스량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이를 발생시키는 경우에 행해진다.

여기에서, 중요한 점은, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량의 확보 수법을 위해서는 어떠한 대처 시간이 필요하고, 당해 물리량의 차에 의하여 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 없는 경우에는, 그 만큼 반도체 제품의 생산성이 악화되는 것이다. 따라서, 반도체 제품의 생산성을 높이기 위해서는, 각각의 이온주입 공정에 있어서, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량마다, 그 확보 수법을 채용할 필요가 있는지를 개별적으로 판단하여, 필요한 범위 내에서 그 확보 수법을 채용할 필요가 있다. 이 확보 수법의 채용의 유무는, 각각의 이온주입 공정마다 판단할 수 있으므로, 이온주입 장치에서 이온주입 전에 설정되는 이온주입 조건의 하나로 간주할 수 있다.

또, 지금까지 설명해 온 바와 같이, 이온주입 공정에 있어서는, 이온주입에 요구되는 물리량의 웨이퍼 면내 균일성의 허용치를 정하는 것이 중요하지만, 당해 물리량에 대해서, 그 정해진 물리량 웨이퍼 면내 균일성 허용치에 따라, 주입 시 면내 균일성 허용설정을 선택하는 것 자체를, 이온주입 조건의 하나로 간주할 수도 있다.

다만, 이온주입 조건 중에는, 이온종과 같이, 이온주입 중에 반도체웨이퍼 전체면에 있어서 그 차가 발생한다고 생각하기 어려운 물리량에 관한 것도 있다. 본 실시형태에서는, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 검출에 관한 것, 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상의 검출에 관한 것이며, 이온주입 중에 일시적으로 발생하는, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량의 변화에 관한 것이므로, 이온주입 조건 중에서 이온주입 중에 반도체웨이퍼 전체면에 있어서 그 차가 발생한다고 생각하기 어려운 물리량에 관한 것은, 제외해도 된다.

또 마찬가지로, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량 중에는, 이온의 주입 에너지와 같이, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이 발생함과 함께 그 물리량의 변화가 발생했을 경우, 당연히, 이온이 반도체웨이퍼까지 전혀 도달할 수 없어, 사실상 고려하지 않아도 되는 물리량도 있다. 본 실시형태는, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 검출에 관한 것, 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상의 검출에 관한 것으로, 이러한 물리량은, 이온주입 조건으로서는 열거할 필요가 있지만, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 미치는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량으로서는, 제외해도 된다.

따라서, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에 있어서, 이하에서 설명하는 이온주입 조건으로서는, 이온의 주입 도스량과 그 웨이퍼 면내 균일성 허용치, 이온의 주입각도와 그 웨이퍼 면내 균일성 허용치, 이온빔의 스캔 주파수, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭과 그 웨이퍼 면내 균일성 허용치, 빔 스캔방향의 이온빔 폭과 그 웨이퍼 면내 균일성 허용치, 웨이퍼에 대한 이온주입 중에 빔전류 측정을 행할지의 여부(이하, "웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정의 유무"라고 한다.)로 한다. 이들의 이온주입 조건은, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서 이온주입 전에 설정할 수 있으며, 혹은 필요에 따라서 제어할 수 있다.

또, 상술한 이온주입 조건 중, 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭은, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이 발생했을 때에, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 미치는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량이기도 하다. 따라서, 이미 설명한 바와 같이, 상술한 물리량을 그 이온주입 공정마다 변화시키는 것이 요구된다. 또, 이온주입 공정에 따라서는, 소정 임계값 이내가 되도록, 상술한 물리량의 면내 균일성이 요구된다.

또한, 이온주입 장치에 따라서는, 빔 스캔방향과 웨이퍼 스캔방향이 반드시 모두 존재한다고는 할 수 없다. 예를 들면, 2차원 메카니컬 스캔 방식이라 일컬어지는 방식을 채용한 이온주입 장치에서는, 2차원적으로 웨이퍼 스캔이 행해지고, 또, 리본 빔 방식이라 일컬어지는 방식을 채용한 이온주입 장치에서는, 일방향으로 폭넓은 이온빔에 대해서 웨이퍼가 이와 직교하는 일방향으로 스캔된다. 또, 래스터 스캔 방식이라 일컬어지는 방식을 채용한 이온주입 장치에서는, 2차원적으로 빔 스캔이 행해진다.

본 실시형태에 관한 이온주입 방법 및 이온주입 장치는, 이들 모든 이온주입 장치에 적절히 적용할 수 있지만, 이하에서는, 대표적인 일례로서 하이브리드 스캔 이온주입 장치를 들어 설명한다.

이하의 설명을 다른 이온주입 장치에 적용시킴에 있어서는, 각각 적절히 의미 내용을 바꿔 넣으면 된다. 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입 장치를 예로 "웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭"이라고 있는 경우에, 래스터 스캔 방식이라 일컬어지는 방식을 채용한 이온주입 장치에 그 설명을 적용할 때에는, 원래 래스터 스캔 방식에는 웨이퍼 스캔이라는 개념이 없으므로, 그것을 무시하면 된다. 중요한 점은, 어느 종류의 이온주입 장치를 이용한 이온주입에 있어서도, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이 발생했을 때에, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 미치는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량이 있으며, 따라서, 상술한 물리량을 그 이온주입 공정마다 변화시키는 것이 요구되고, 또, 이온주입 공정에 따라서는, 소정 임계값 이내가 되도록, 상술한 물리량의 면내 균일성이 요구되는 것이다.

그리고, 이하의 실시형태에 의하면, 이온주입 공정에 의하여, 상술한 이온주입 조건이 다양하게 설정된 경우에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상을 그 어느 경우에도 검출하여, 적절히 대처함으로써, 반도체 제품의 생산성을 악화시키는 일 없이, 당해 이온주입 공정에서 요구되는, 상술한 이온주입 공정을 특징짓는 물리량을, 주어진 조건대로, 반도체웨이퍼 상에 실현할 수 있다. 바꿔 말하면, 이하의 실시형태에 의하면, 웨이퍼에 대한 이온주입 시에, 그 때의 빔 상태를 판정하는, 이온주입 방법을 부여할 수 있다.

여기에서 중요한 점은, 상술한 이온주입 공정을 특징짓는 물리량의 웨이퍼 면내 균일성 자체도 역시 이온주입 조건이며, 그 이온주입 조건의 설정에 따라서는, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 검출수법, 및 대처수법이 변화되는 것이다. 바꿔 말하면, 상술한 이온주입 공정을 특징짓는 물리량의 차가 어느 정도 있어도, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 없는 경우에는, 이온주입 조건에 포함되는 당해 물리량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치를 크게 해 두고, 이온주입 중에 일시적으로 발생하는, 당해 물리량의 변화가 그 허용치 이내라고 판단되면, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고는 할 수 없기 때문에, 그 검지를 행하지 않음으로써, 반도체 제품의 생산성을 악화시키는 일 없이, 주어진 조건대로, 당해 물리량을 반도체웨이퍼 상에 실현할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시로서, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다. 또, 이하에서는, 이온주입이 행해지는 물체로서 반도체웨이퍼를 예로 설명하지만, 다른 물질이나 부재여도 된다.

［제1 실시형태］

도 1의 (a)는, 제1 실시형태에 관한 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 개략 구성을 나타내는 평면도, 도 1의 (b)는, 제1 실시형태에 관한 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

본 실시형태에 관한 하이브리드 스캔 이온주입 장치(이하, 적절히 "이온주입 장치"라고 하는 경우가 있다.)(100)는, 이온원(1)으로부터 인출전극(2)에 의하여 인출된 이온빔이, 반도체웨이퍼(10)에 이르는 빔라인 상을 지나도록 구성되어 있다. 그리고, 그 빔라인을 따라, 질량분석자석장치(3), 질량분석슬릿(4), 빔스캐너(5), 웨이퍼 처리실(이온주입실)이 배치되어 있다. 웨이퍼 처리실 내에는, 반도체웨이퍼(10)를 지지하는 기구를 구비한 메카니컬스캔장치(11)가 배치되어 있다. 이온원(1)으로부터 인출된 이온빔은, 빔라인을 따라 웨이퍼 처리실의 이온주입 위치에 배치된 홀더 상의 반도체웨이퍼(10)로 유도된다.

이온빔은, 빔스캐너(5)를 이용하여, 일방향으로 왕복 주사되어, 패러렐렌즈(6)의 기능에 의하여, 평행화된 후, 반도체웨이퍼(10)까지 유도된다. 또, 본 실시형태에 관한 이온주입 장치는, 이온빔의 주사방향에 직교하는 방향으로 반도체웨이퍼(10)를 메카니컬적으로 주사하여, 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입한다. 도 1에 나타내는 이온주입 장치(100)에서는, 각도에너지필터(7)를 이용하여 이온빔을 굴곡시켜, 이온에너지의 균일성을 높이고 있지만, 이것은 예로서, 각도에너지필터(7)를 이용하지 않아도 된다.

반도체웨이퍼(10)는, 반도체웨이퍼(10)를 지지하는 기구를 구비한 메카니컬스캔장치(11)에 세트된다. 여기에서, 도 1의 (a)에 있어서, 반도체웨이퍼(10)는, 메카니컬스캔장치(11)와 함께, 도면의 면에 교차하는 상하 방향으로 왕복 이동되는 것을 나타내고, 도 1의 (b)에 있어서, 반도체웨이퍼(10)는, 메카니컬스캔장치(11)와 함께 도면과 평행한 면 상에서 왕복 이동되는 것을 나타내고 있다.

또, 현재 통상 이용되는 이온주입 장치에서는, 이온빔에 수속력, 발산력을 부여하여, 이온빔의 세로 방향, 가로 방향의 형상을 제어하고, 반도체웨이퍼(10) 상의 이온빔 형상을 제어할 목적으로, 빔라인 상에 빔용 렌즈가 배치된다. 도 1에서는, 그 빔용 렌즈의 예로서, 직류 전압이 인가되는 정전렌즈(12)가 배치되어 있다. 정전렌즈(12)는, 정전력을 가지고 이온빔에 수속력, 발산력을 부여하면 그 역할을 하는 것으로, 그 형상은 다양하게 취할 수 있다. 도 1에서는 그 일례를 나타내고 있지만, 이것은 예시로서, 정전렌즈(12)의 형상은 이 형상에 한정되지 않는다. 또, 정전렌즈(12)는, 이온원(1)부터 반도체웨이퍼(10)까지의 사이의 다양한 위치에 놓여지는 경우가 있다. 또, 도 1에서는 정전렌즈(12)를 1개 배치하고 있지만, 이것도 예로서, 정전렌즈(12)는 복수 개 배치되어 있어도 된다.

또, 현재 통상 이용되는 이온주입 장치에서는, 이온빔에 전자기력을 작용시키고, 소정 방향의 드리프트력을 부여함으로서 이온빔의 궤도를 평행이동하여, 이온원(1)부터 반도체웨이퍼(10)까지의 투과효율을 높일 목적으로, 빔라인 상에 빔스티어링장치가 배치되는 경우가 많다. 도 1에서는, 그 빔스티어링장치의 예로서, 직류 전압이 인가되는 정전 빔스티어링장치(13)가 배치되어 있다. 정전 빔스티어링장치(13)는, 정전력을 가지고 이온빔에 소정 방향의 드리프트력을 부여하여, 이온빔을 평행이동시키면 그 역할을 하는 것으로, 그 형상은 다양하게 취할 수 있다. 도 1에서는 그 일례를 나타내고 있지만, 이것은 예시로서, 정전 빔스티어링장치(13)의 형상은 이 형상에 한정되지 않는다. 또, 정전 빔스티어링장치(13)는, 이온원(1)부터 반도체웨이퍼(10)까지의 사이의 다양한 위치에 놓여지는 경우가 있다. 또, 도 1에서는 정전 빔스티어링장치(13)를 1개 배치하고 있지만, 이것도 예로서, 정전 빔스티어링장치(13)는 복수 개 배치되어 있어도 된다.

다만, 이온주입 장치에서는, 반도체웨이퍼(10) 상의 이온빔 형상을 제어할 목적과, 이온원(1)부터 반도체웨이퍼(10)까지의 투과효율을 높일 목적을, 단일 기기로 충족시키도록 구성하는 경우도 있다.

여기에서 중요한 점은, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법에 있어서의 이온주입 공정을 특징짓는 물리량, 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서는, 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 대해서, 빔라인 상의 구성 기기 각각의 작용에 따라, 그 끼치는 영향이 상이한 점이다. 예를 들면, 정전 빔스티어링장치(13)는, 이온원(1)부터 반도체웨이퍼(10)까지의 투과효율을 높이고 있고, 그 영향에 의하여 반도체웨이퍼(10) 상에서의 빔전류를 제어할 수 있지만, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭을 제어할 수는 없다. 바꿔 말하면, 만일 반도체웨이퍼(10)에 이온을 주입하고 있을 때, 정전 빔스티어링장치(13)에 인가된 직류 전압이 변화하여도, 이온의 주입 도스량은 변화되지만, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭은 변화되지 않는다.

한편, 패러렐렌즈(6)는, 스캔된 이온빔을 평행화하고 있고, 그 영향에 의하여 반도체웨이퍼(10) 상에서의 이온주입 각도를 제어할 수 있지만, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭을 제어할 수는 없다. 패러렐렌즈(6)의 반도체웨이퍼(10) 상에서의 빔전류에 대한 영향에 대해서는, 빔 스캔방향의 스캔 범위 길이는 패러렐렌즈에 의하여 평행화된 이온빔에 의하여 정해지므로, 그 평행화의 정도가 변화되면, 빔 스캔방향의 스캔 범위 길이가 이차적으로 약간 변화되어, 결과적으로 반도체웨이퍼(10) 상에서의 빔전류도 이차적으로 약간 변화된다. 따라서, 만일 반도체웨이퍼(10)에 이온을 주입하고 있을 때, 패러렐렌즈(6)에 인가된 직류 전압이 변화하여도, 이온의 주입각도와 이온의 주입 도스량은 변화되지만, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭은 변화되지 않게 된다. 단, 패러렐렌즈(6)에 인가된 직류 전압이 변화되는 것에 의한 이온의 주입 도스량의 변화는 이차적인 것이기 때문에, 이온의 주입 도스량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 어느 정도 큰 경우에는, 패러렐렌즈(6)에 인가된 직류 전압이 변화되었을 때의, 이온의 주입 도스량의 변화는 무시할 수 있는 경우도 있다.

즉, 본 실시형태에서 상정하고 있는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량, 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서는, 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭 중, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이를 주는 물리량이 무엇인지, 어느 정도의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 있는지를, 이온주입 공정마다 판단하여, 그 변화에 의하여 그 물리량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치를 넘어 영향을 주는 빔라인 구성 기기를 특정하는 것이, 우선 중요하다.

또, 도 1에 예시한 바와 같이, 이온주입 장치에 빔덤프전극(14)이 배치되는 경우도 있다. 빔덤프전극(14)이란, 빔을 빔라인으로부터 일시적으로 벗어나게 하여, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 막음으로써, 반도체웨이퍼(10)에 의도하지 않은 빔이 입사되는 것을 막기 위하여 이용되는 전극이다. 빔덤프전극(14)은 고전압 인가에 의하여 빔을 빔라인으로부터 일시적으로 벗어나게 하면 그 역할을 하는 것으로, 그 형상은 다양하게 취할 수 있다. 도 1에서는 그 일례를 나타내고 있지만, 이것은 예시로서, 빔덤프전극(14)의 형상은 이 형상에 한정되지 않는다.

또, 도 1에서는 질량분석슬릿(4)과 빔스캐너(5)의 사이에 빔덤프전극(14)을 배치하고 있지만, 이것은 예로서, 빔덤프전극(14)은, 이온원(1)부터 반도체웨이퍼(10)까지의 사이의 다양한 위치에 놓여지는 경우가 있다. 또, 빔덤프전극(14)을 배치하지 않고, 빔라인 상에 배치되어 있는 기기에 대해서, 일시적으로 고전압을 인가하고, 이로써 빔을 빔라인으로부터 일시적으로 벗어나게 하여, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 막는 경우도 있다. 예를 들면, 빔스캐너(5)에, 일시적으로 고전압을 인가하고, 이로써 빔을 빔라인으로부터 일시적으로 벗어나게 하여, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 막을 수도 있다.

본 실시형태에서는, 이온주입 조건이 다양하게 설정된 경우에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 이로써 웨이퍼에 대한 이온주입 시에, 그 때의 빔 상태를 판정한다. 여기에서, 이온빔에 영향을 미치는 "방전의 가능성이 있는 사상"이란 방전 그 자체의 사상이나, 방전이 발생하고 있는지 직접적으로는 알 수 없지만 간접적으로는 시사하고 있는 사상이나, 예를 들면, 전원의 출력의 편차가 발생하기 시작하여, 검출 시에는 방전이 발생하지 않지만 향후 방전이 일어날 수 있는 것을 시사하고 있는 사상도 포함된다. 이하, "방전의 가능성이 있는 사상"을 편의상 "방전사상"이라고 하는 경우가 있다.

본 실시형태에 관한 이온주입 장치(100)의 동작으로서는, 상술한 방전사상 검출 후, 상술한 이온빔을 반도체웨이퍼(10)로부터 퇴피시켜, 방전사상이 누그러진 후, 다시, 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입한다. 이 퇴피수단의 일례로서, 도 1에 나타낸 빔덤프전극(14)에 일시적으로 고전압을 인가하고, 이로써 빔을 빔라인으로부터 일시적으로 벗어나게 하여, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 막는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 방전사상이 누그러진 후, 빔덤프전극(14)에 일시적으로 인가하고 있는 고전압을 제거하고, 이로써 빔을 빔라인으로 되돌려, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 재개함으로써, 다시, 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입할 수 있다.

도 1에 나타낸 이온주입 장치(100)를 이용하여 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입하는 경우, 실제로는, 그 이온빔의 품질의 확인이나, 원하는 이온빔 전류량이 얻어지고 있는지의 확인, 또 이온빔의 시간적 안정성 확인을 행하기 위하여, 반도체웨이퍼(10)에 이온을 주입하기 전에, 준비, 확인할 필요가 있다. 이 준비, 확인의 시퀀스를, 이후 "빔 셋업"이라고 한다. 도 1에 나타낸 이온주입 장치(100)에서는, 빔 셋업 시에 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용하여 이온빔 측정을 행하고, 그 후에 반도체웨이퍼(10)를 세트한다. 도 1에서는 웨이퍼영역 빔측정장치(9)는 가동한다고 쓰여 있지만, 이것은 예로서, 비가동 타입의 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용해도 된다.

또, 필요에 따라서 빔 셋업 시에 이온의 주입각도를 측정할 수도 있다. 빔 스캔방향의 이온의 주입각도를 예로 들면, 예컨대, 각도에너지필터(7)의 후단의 빔라인 상에 가는 슬릿형상 기기(도시하지 않음)를 삽입하고, 그 후에 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용하여 장소마다의 이온빔 전류량을 측정함으로써, 이온의 주입각도를 측정할 수 있다. 다만, 이 이온주입 각도 측정수법은 예시로서, 그 밖에도 다양한 이온주입 각도 측정수법을 생각할 수 있다.

또, 필요에 따라서 빔 셋업 시에, 이온빔 전류량의 2차원 측정이 가능한 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용하여, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭 및 빔 스캔방향의 이온빔 폭을 측정할 수도 있는 것은 말할 필요도 없다. 물론, 이 이온빔 폭 측정수법은 예시로서, 각도에너지필터(7)에 가하는 직류 전압을 의도적으로 변화시켜 이온빔 전류량을 측정하는 등, 그 밖에도 다양한 이온빔 폭 측정수법을 생각할 수 있다.

이와 같이, 빔 셋업 시에 다양한 측정수법을 이용하여, 본 발명에서 생각하고 있는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량, 즉, 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 측정을 행하는 것은 가능하다. 또, 그 측정 후, 그들 물리량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치를 이온주입 조건으로서 설정하는 것도 역시, 가능하다.

또, 본 실시형태에 관한 이온주입 장치(100)에서는, 웨이퍼 처리실에, 도스컵(8)이 설치되어, 필요에 따라서, 주입 중의 빔전류를 측정하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 도스컵(8)의 구체적인 예로서는, 패러데이컵이나 칼로리미터가 이용되고 있다. 도 1에서는, 반도체웨이퍼(10)의 앞에, 반도체웨이퍼(10)의 수평 방향의 양측에 대응하는 개소에 도스컵(8)이 설치되어 있지만, 이것은 예로서, 주입 중도 포함하여 빔전류량을 측정할 수 있는 위치이면, 반도체웨이퍼(10)의 후방에 설치해도 되고, 반도체웨이퍼(10)를 포함하는 평면 상에 설치해도 된다. 또, 도 1에서는, 도스컵(8)은 이온 스캔방향 양측에 2개 설치되어 있지만, 이것은 예로서, 1개이어도 되고, 3개 이상의 복수 개여도 된다.

이미 설명한 바와 같이, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서의 이온의 주입 도스량의 제어 수법의 일례로서, 빔 셋업 시에 반도체웨이퍼(10)의 위치에서의 빔전류량을 측정하여, 그 빔전류량 측정치에 근거하면서, 반도체웨이퍼(10)를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어하는 수법이 있다. 따라서, 도 1을 이용하여 더욱 자세하게 설명한다. 먼저, 빔 셋업 시에, 이온빔을 도스컵(8)의 위치까지 스캔시키면서, 도스컵(8)과 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용하여 빔전류량을 측정하고, 그 비례 계수(이하, "컵 보정치"라고 한다.)를 구한다. 반도체웨이퍼(10)에 대한 이온주입 중에는, 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용할 수 없지만, 도스컵(8)에서의 빔전류량은 측정할 수 있으므로, 그 측정치와 상술한 컵 보정치를 이용하여, 반도체웨이퍼(10)에 주입되고 있는 빔전류량을 추정할 수 있다.

여기에서, 이온주입 중에 도스컵(8)으로 측정된 빔전류량과, 빔 셋업 시에 도스컵(8)으로 측정된 빔전류량과의 사이에, 변화가 없으면, 컵 보정치를 이용하여 추정되는 반도체웨이퍼(10)에 주입되고 있는 빔전류량은, 빔 셋업 시에 웨이퍼영역 빔측정장치(9)로 측정된 빔전류량과 동일하다고 계산되며, 반도체웨이퍼(10)는, 빔 셋업 시에 설정된 속도대로, 메카니컬적으로 스캔되어, 결과적으로 설정한대로의 이온의 주입 도스량이 얻어진다.

또, 이미 설명한 레지스트 마스크에 대한 이온주입의 영향에 의하여, 레지스트 마스크의 구성물질의 일부가 빔라인 상에 수송되어, 이온빔과 상호작용을 행함으로써, 이온빔 중의 일부의 이온이 산란, 중화화 내지 가수 변환을 받고, 그 결과, 반도체웨이퍼까지 도달하지 않게 된 경우에는, 빔 셋업 시에 비하여, 이온주입 중의 빔전류량이 지속적으로 변화된다. 이 경우에도, 이온주입 중에 도스컵(8)으로 빔전류를 측정하여, 컵 보정치를 곱함으로써, 반도체웨이퍼(10)에 주입되고 있는 빔전류량을 추정할 수 있다. 따라서, 반도체웨이퍼(10)는, 빔 셋업 시에 설정된 속도대로 메카니컬적으로 스캔되는 것이 아니라, 이온주입 중의 빔전류량의 지속적인 변화에 맞추어, 새로 설정되는 속도를 가지고 메카니컬적으로 스캔되어, 결과적으로 설정한대로의 이온의 주입 도스량이 얻어진다.

단, 이 도스컵(8)을 이용한 이온주입 중의 빔전류 측정을 행하기 위해서는, 도스컵(8)까지 빔을 스캔할 필요가 있지만, 도 1로부터 분명한 바와 같이, 그러기 위해서는, 반도체웨이퍼(10)의 외측까지, 빔을 스캔할 필요가 있다. 이것은, 반도체웨이퍼(10)에 대한 주입시간에 더해, 이온주입 중의 빔전류 측정의 목적에 필요한 어느 정도의 시간을 필요로 하는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들면, 상술한 레지스트 마스크에 대한 이온주입의 영향으로 생각되는 범위 내에서, 이온의 주입 도스량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 대해서 영향이 없는 경우에는, 이온주입 공정에서 불필요한 대처 시간이 발생하게 되어, 적절하다고는 할 수 없다. 바꿔 말하면, 이온주입 중의 빔전류 측정은, 다른 필요성이 없는 한, 이온의 주입 도스량의 차로, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이를 발생시키는 경우에 행해지는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 수법에 관한 것으로, 바꿔 말하면, 웨이퍼에 대한 이온주입 시에 그 때의 빔 상태를 판정하는 수법에 관한 것이다. 상술의 빔전류를 측정하는 장치는, 방전사상의 검출의 수단이 될 수 있다. 즉, 이온주입 중임에도 불구하고, 반도체웨이퍼(10)의 위치에 도달하는 빔전류량이 감소한 경우, 방전사상으로서 검출된다. 상술한 바와 같이, 반도체웨이퍼(10)에 대한 이온주입 중에는, 웨이퍼영역 빔측정장치(9)를 이용할 수 없어, 반도체웨이퍼(10)의 위치에 도달하는 이온빔의 빔전류량을 직접 측정할 수 없지만, 이온주입 중에 도스컵(8)으로 빔전류를 측정하여, 컵 보정치를 곱함으로써, 반도체웨이퍼(10)에 주입되고 있는 빔전류량을 간접적으로 추정할 수 있다. 그 추정된 물리량으로부터 방전사상이 검출된다. 따라서, 방전사상의 검출을 위하여, 이온주입 중에는 항상 이온빔을 도스컵(8)의 위치까지 스캔시킬 필요가 있다. 즉, 예를 들면, 상술한 레지스트 마스크에 대한 이온주입의 영향으로서 생각되는 범위 내에서, 이온의 주입 도스량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 대해서 영향이 없는 경우에도, 반도체웨이퍼(10)에 대한 주입시간에 더해, 이온주입 중의 빔전류 측정의 목적에 필요한 어느 정도의 시간을 필요로 하게 되어, 반도체 제품의 생산성을 불필요하게 악화시켜 버리게 된다.

이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 수법, 혹은 웨이퍼에 대한 이온주입 시에 그 때의 빔 상태를 판정하는 수법을 빔전류 측정만으로 행하는 경우, 반도체 제품의 생산성을 불필요하게 악화시켜 버리는 예를 나타냈다. 또, 이러한 경우, 원하는 이온빔을 얻을 수 없게 된 경우에, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치가 소정치 미만이 되는 것으로 일률적으로 방전사상으로서 검출하는 것에는 주의가 필요하다. 즉, 이미 설명한 레지스트 마스크에 대한 이온주입의 영향에 의하여, 레지스트 마스크의 구성물질의 일부가 빔라인 상에 수송되어, 이온빔과 상호작용을 행함으로써, 이온빔 중의 일부의 이온이 산란, 중화화 내지 가수 변환을 받아, 반도체웨이퍼(10)까지 도달하지 않게 된 경우, 그 정도가 크면, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 검출을 빔전류 측정장치만을 이용하여 행하면, 방전사상이 아니고 빔전류가 감소하는 경우에 있어서도, 방전사상으로 잘못 검출하여, 그 대처를 하게 된다. 그 결과, 반도체 제품의 생산성을 불필요하게 악화시켜 버리는 경우가 있다. 바꿔 말하면, 도스컵(8)에 의하여 빔전류의 측정치가 소정치 미만인 것을 검출하는 것은, 방전 소과정의 가능성을 검출하는 것에 지나지 않고, 따라서 검출된 방전 소과정은, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상의 가능성을 나타내는 것에 지나지 않는다.

단, 이미 설명한 바와 같이, 익스텐션 주입 공정에서는, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 크기 때문에, 방전사상이 원인이 아니고 빔전류가 감소하는 경우에 있어서도, 굳이 상술한 사상의 검출 후, 이온빔을 반도체웨이퍼(10)로부터 퇴피시켜, 그 사상이 누그러진 후, 다시, 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 게이트 주입 공정 등과 같이, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 비교적 작은 경우에도, 방전사상이 원인이 아니고 빔전류가 감소하는 경우에 있어서, 이온빔을 반도체웨이퍼(10)로부터 퇴피시켜, 그 사상이 누그러진 후, 다시, 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입하는 것은, 반도체 제품의 생산성을 불필요하게 악화시켜 버린다. 즉, 도스컵(8)에 의한 방전 소과정 가능성 검출을 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상으로 간주하는 것은, 익스텐션 주입 공정에서는 적절하다고 생각되는 한편, 게이트 주입 공정에서는 적절하다고는 할 수 없다.

본 실시형태에 관한 이온주입 방법은, 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하여, 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입 수법에 있어서, 복수 개의 방전 소과정 가능성 검출수법을 조합하여 이용하여, 이온주입 조건을 이온주입 전에 정하여, 각각의 이온주입 조건에 적합한 방전사상 검출수법을 이용함으로써, 웨이퍼에 대한 이온주입 시에, 이온주입의 생산성을 불필요하게 저해하는 일 없이, 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상을 검출하거나, 혹은 웨이퍼에 대한 이온주입 시에 그 때의 빔 상태를 판정한다.

상술한 익스텐션 주입 공정과 게이트 주입 공정을 예로 들어 설명하면, 익스텐션 주입 공정에서 이용되는 이온주입 조건과 게이트 주입 공정에서 이용되는 이온주입 조건이 상이하므로, 각각의 이온주입 조건은 이온주입 전에 정할 수 있다. 따라서, 익스텐션 주입 공정에서 이용되는 이온주입 조건과 게이트 주입 공정에서 이용되는 이온주입 조건에 있어서, 이온주입 조건을 이온주입 전에 정하여, 각각의 이온주입 조건에 적합한 방전사상 검출수법을 이용함으로써, 웨이퍼에 대한 이온주입 시에, 이온주입의 생산성을 불필요하게 저해하는 일 없이, 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상을 검출할 수 있다.

또, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 수법을 빔전류 측정만으로 행하는 경우에는, 이온빔의 스캔 주파수가 낮은 경우에는 방전 발생으로부터 검출까지의 평균 시간이 너무 길어져 검출할 수 없는 것, 또, 빔전류량이 변화하는 일 없이, 웨이퍼 스캔방향 내지 빔 스캔방향의 이온빔 폭이 변화되는 경우에도 검출할 수 없는 것은, 이미 설명한 바와 같다.

따라서, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나에서는, 빔전류 측정에 더해, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법을 이용한다. 즉, 예를 들면, 도 1에 있어서는, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치가 소정치 미만이 되는지 아닌지에 더해, 이온원(1), 인출전극(2), 빔스캐너(5), 패러렐렌즈(6), 각도에너지필터(7), 정전렌즈(12) 및 정전 빔스티어링장치(13)가 구비하는 각 전원의 전원전압을 측정하는 전원전압측정부(21~27)에 부여된 전원전압 측정치가 그 설정치로부터 어느 정도 괴리하는지 아닌지를 이용하여, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출한다. 뒤에서 자세하게 설명하지만, 이들 빔전류 측정치에 의한 판단, 및 전원전압 측정치와 그 설정치와의 괴리에 관한 판단을 이용하여, 다양하게 설정된 이온주입 조건마다, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출할 수 있다.

다만, 여기에서 든 빔라인의 구성 기기는 예시로서, 이것에 한정되지 않는다. 중요한 점은, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나에서는, 빔라인 구성 기기 각각에 있어서, 전원전압 측정치와 그 설정치와의 괴리에 관한 판단을 이용하는 것이다. 물론, 그 성질상, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이 발생하지 않는 빔라인 구성 기기에 대해서는, 그 괴리에 관한 판단은 필요 없다. 예를 들면 도 1에 있어서, 질량분석자석장치(3)는 저전압 대전류 전원을 이용하고 있어, 설정 전압이 낮기 때문에 그 성질상, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상은 발생하지 않기 때문에, 그 괴리에 관한 판단은 필요 없다.

여기에서, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법은, 그 성질상 빔 스캔 주파수에 반비례하는 측정 간격으로 측정이 가능하다. 즉, 빔 스캔 주파수가 고주파수인 경우, 매우 단시간으로, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보를 얻을 수 있다. 예를 들면, 빔 스캔 주파수가 1kHz인 경우, 1msec마다 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보를 얻을 수 있다. 한편, 이미 설명했지만, 빔 스캔 주파수가 저주파수인 경우에는, 방전 발생으로부터 검출까지의 평균 시간이 너무 길어져 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보는 사실상 얻을 수 없다. 예를 들면 빔 스캔 주파수가 1Hz인 경우, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보는 1sec마다 밖에 얻을 수 없다. 빔라인 구성 기기의 전형적인 방전 지속 시간은 50msec부터 200msec이므로, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보는 사실상 얻을 수 없다.

한편, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법은, 일정시간의 측정 간격으로 측정 가능한 것이 특징이다. 원리적으로는 매우 단시간의 측정 간격으로 측정하는 것도 가능하기는 하지만, 기술적 난이성 및 코스트 측면을 가미하여, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서 통상 이용되는 제어계의 측정 간격은, 5msec에서 20msec이다. 이 측정 간격은, 빔라인 구성 기기의 전형적인 방전 지속 시간, 즉 50msec부터 200msec에 비해 짧기 때문에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보가 얻어진다. 그러나, 빔 스캔 주파수가 고주파수인, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 검출 방법에 비하면, 그 측정 간격은 약간 길다. 바꿔 말하면, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법만을 이용한 것에서는, 예를 들면, 익스텐션 주입 공정 등의, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 큰 이온주입 공정에 있어서는, 실제의 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 발생 후, 이온빔을 반도체웨이퍼(10)로부터 퇴피시킬 때까지의 시간이 약간 길어져, 방전사상의 영향에 의하여, 최종적으로 작성되는 반도체 성능에 차이가 발생되어 버리는 경우가 있다.

이상 정리하면, 도스컵(8)에 의한, 빔 스캔 주파수에 반비례하는 측정 간격으로 측정 가능한 빔전류 측정치를 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법과, 일정시간의 측정 간격으로 측정 가능한 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법에서는, 모두 그 성질상의 특징을 가진다. 따라서, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나에 의한, 그 장점을 살린 제어 수법에 의하여, 이온주입 전에 설정하는 개개의 이온주입 조건이 다양하게 설정된 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 그 어떤 경우에도 검출하여, 적절히 대처하는 것에 의하여, 반도체 제품의 생산성을 악화시키는 일 없이, 당해 이온주입 공정에서 요구되는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량을, 주어진 조건대로, 반도체웨이퍼 상에 실현할 수 있다. 혹은, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나에 의한 그 장점을 살린 제어 수법에 의하여, 이온주입 전에 설정하는 개개의 이온주입 조건이 다양하게 설정된 경우에, 반도체 제품의 생산성을 악화시키는 일 없이, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단할 수 있다고 해도 된다.

여기에서, 도 2를 참조하여, 본 실시형태에 관한 이온주입의 시퀀스를 설명한다. 도 2는, 제1 실시형태에 관한 이온주입 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 나타내는 도이다.

상술한 바와 같이, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 수법은, 이온주입 전에 설정되는 개개의 이온주입 조건의 설정에 따라 상이하다. 소정의 반도체 제조 공정의 이온주입 공정이 지정된 경우(S10), 이온주입 공정을 특징짓는 물리량이 지정되어 있다. 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에서는, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량으로서는, 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭 등의 물리량을 들 수 있다. 본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나에서는, 먼저, 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 각 물리량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치를 설정한다(S12). 이 허용치는, 주로 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록, 혹은, 최종적으로 작성되는 반도체 제품에 있어서, 그 성능이 당해 반도체 제품의 허용 범위에 들어가는 반도체 제품을, 단위시간에 얼마나 많이 작성할 수 있는가라는 의미에서의, 반도체 제품의 생산성이 높도록, 선택된다. 단, 이온주입 장치의 상황, 반도체 제품 제조의 핍박성 등의 외적 요인에 있어서 변경되는 경우도 있을 수 있다. 여기에서, 중요한 점은, 이들 이온주입 공정을 특징짓는 물리량 및 그 웨이퍼 면내 균일성 허용치는, 어쨌든 이온주입 전에 결정할 수 있으므로, 그 결정된 값에 맞추어 이온주입을 제어하는 것이 가능하다는 것이다.

다음으로, 그 외의 이온주입 조건을 설정한다(S14). 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입 장치에 있어서의 이온주입 조건에서는, 이온빔의 스캔 주파수, 웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정의 유무를 포함하여, 그 외의 이온주입 조건을 설정한다.

하이브리드 스캔 이온주입 장치를 예를 들어 간단하게 정리하면, 본 실시형태에서는, 소정의 반도체 제조 공정의 이온주입 공정이 지정되었을 때에, 먼저 이온주입 조건으로서, 설정된 빔 스캔 주파수, 웨이퍼에 대한 이온주입 중에 빔전류 측정을 행하는지, 행하지 않는지 중 어느 하나의 주입 방법 설정에 더해, 이온주입에 요구되는 물리량, 구체적으로는, 이온주입 도스량, 이온주입 각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭, 및, 각 물리량의 값의 웨이퍼 면내 균일성의 허용치를 정하고 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 시퀀스에서는, 전원을 분류한다(S16). 전원의 분류 방법에 대해서는 뒤에 자세하게 설명하지만, 이 분류는, 상술한 이온주입 조건에 따라 상이하며, 일정하지 않다. 즉, 본 실시형태에서는, 이온주입에 요구되는 물리량, 구체적으로는, 이온주입 도스량, 이온주입 각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 웨이퍼 면내 균일성의 허용치를 정하고, 그 정해진 물리량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치에 따라, 이온주입 시 면내 균일성 허용설정을 선택하며, 선택한 이온주입 시 면내 균일성 허용설정을 이용하여 이온주입을 행한다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 시퀀스에서는, 방전 판단 방법을 결정한다(S18). 이 방전 판단 방법은, 상술한 이온주입 조건이나 전원 분류에 따라 상이하며, 일정하지 않다.

본 실시형태에 관한 시퀀스에서는, 그 후, 반도체웨이퍼(10)에 대한 이온주입을 개시한다(S20).

이상을 정리하면, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법은, 이온주입 조건을 이온주입 전에 미리 정하고, 그 이온주입 조건에 따라, 복수 종류의 방전 검출 방법을 이용하는 것이라고 할 수 있다. 이 이온주입 방법을 이용함으로써, 이온주입 전에 설정하는 개개의 이온주입 조건이 다양하게 설정된 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 그 어느 경우에도 검출하여, 적절히 대처할 수 있다. 그 결과, 반도체 제품의 생산성을 악화시키는 일 없이, 이온주입 공정에서 요구되는, 당해 이온주입 공정을 특징짓는 물리량을, 주어진 조건대로, 반도체웨이퍼 상에 실현할 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 실시형태에 의한 전원 분류의 예를 설명한다. 도 3은, 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 전원 분류의 예를 나타내는 도이다.

본 실시형태에서는, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법으로서, 빔라인에 설치된 복수 개의 전원전압 측정을 각각 따로 따로 행한다. 또, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전원전압 측정이 행해지는 상술한 복수 개의 전원은, 그들 전원이 방전된 경우의 이온빔에 대한 영향 정도, 즉, 이온주입 공정에서 요구되는, 당해 이온주입 공정을 특징짓는 물리량, 구체적으로는 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 대한 영향 정도에 따라, 미리, 복수 종류로 나눠져 있다. 도 3에서는, 빔 스캔방향의 이온빔 폭, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭을 각각, 빔 가로폭, 빔 세로폭이라고 적고 있다.

도 3에서는, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원으로서, 이온원(1), 인출전극(2), 빔스캐너(5), 패러렐렌즈(6), 정전 빔스티어링장치(13)를 들고 있다. 또, 이온의 주입각도에 영향을 주는 전원으로서, 빔스캐너(5), 패러렐렌즈(6), 각도에너지필터(7)를 들고 있다. 또, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원으로서, 이온원(1), 인출전극(2), 정전렌즈(12)를 들고 있다. 다만, 이것은 도 1에 나타내는 기기에 대응하는 예시로서, 빔라인 구성 기기의 수, 종류에 따라 당연히 상이하다.

여기에서 중요한 점은, 이 전원 분류는, 상술한 바와 같이, 이온주입 조건에 따라 상이한 것이다. 특히, 여기에서 든 이온주입 공정을 특징짓는 각각의 물리량, 즉 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 상이하면, 당연히, 전원이 방전된 경우의 영향평가도 역시 상이하다. 예를 들면, 정전 빔스티어링장치(13)의 방전에 의하여, 그 방전을 검지하지 않고 통상대로의 이온주입을 계속한 경우의 주입 도스량의 오차가 2%인 경우, 주입 도스량의 웨이퍼 면내 균일성이 1%밖에 허용되지 않는, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 큰 이온주입 공정에서는, 정전 빔스티어링장치(13)는, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 기기로서 취급해야 한다. 한편, 주입 도스량의 웨이퍼 면내 균일성이 10%까지 허용되는, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 작은 이온주입 공정에서는, 정전 빔스티어링장치(13)는, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원으로서 취급하지 않는다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 실시형태의 변형예에 의한 다른 전원 분류의 예를 설명한다. 도 4는, 하이브리드 스캔 이온주입 장치의 전원 분류의 다른 예를 나타내는 도이다. 도 3과 도 4를 비교하면, 도 3에서는 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원으로서, 이온원(1), 인출전극(2), 빔스캐너(5), 패러렐렌즈(6), 정전 빔스티어링장치(13)를 들고 있는 데 비해, 도 4에서는, 이온원(1), 인출전극(2), 빔스캐너(5)만을 들고 있다. 또, 도 3에서는, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원으로서, 이온원(1), 인출전극(2), 정전렌즈(12)를 들고 있지만, 도 4에서는, 이온원(1), 인출전극(2)만을 들고 있다.

이 차이는, 이온주입 전에 설정하는 개개의 이온주입 조건의 설정에 따라 상이하다. 즉, 도 3이나 도 4에 나타내는 분류는, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능으로부터 보아, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상만을 개개의 이온주입 조건마다 검출하고, 한편으로는 검출해서는 안 되는, 이온빔에 영향을 미치지 않는 방전사상은 검출하지 않고, 검출된 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 대해서 적절히 대처하기 위하여 필요한 것이다. 이로써, 반도체 제품의 생산성을 불필요하게 악화시키는 일 없이, 이온주입 공정에서 요구되는, 당해 이온주입 공정을 특징짓는 물리량을, 주어진 조건대로, 반도체웨이퍼 상에 실현할 수 있다.

도 3이나 도 4와 같은 분류는, 본 실시형태의 빔라인에 설치된 복수 개의 전원전압 측정 및 그 설정치와의 비교를 각각 따로 따로 행하고, 또한, 그들 전원이 방전된 경우의 이온빔에 대한 영향 정도를 정확하게 검토하는 것에 의하여 이루어지는 것이다.

다음으로, 도 5를 참조하여, 제1 실시형태에 관한 이온주입 방법에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 방법의 일례를 설명한다. 도 5는, 제1 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 3, 도 4에서 설명한 바와 같이, 제1 실시형태에서는, 이온주입 전에 이온의 주입 도스량, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원을 분류하지만, 설명의 편의를 위하여, 이하의 각 실시형태에 있어서의 설명을 포함하여, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원과, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원으로 좁혀 설명한다.

본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나는, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정과 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법을 이용하는 것이다. 이로 인하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법, 이온의 주입 도스에 영향을 주는 전원전압 측정치의 그 설정치로부터의 괴리에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원전압 측정치의 그 설정치로부터의 괴리에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법 중, 하나 내지 복수 개의 방전 소과정 가능성 검출 방법에서 반응이 나타나는 것을 생각할 수 있다.

특히, 도 5의 상황＃1, 상황＃2에 대하여 부언한다. 단순하게 생각하면, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법도, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원의 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법도, 동일한 이온의 주입 도스량에 관한 것이기 때문에, 상황＃1 내지 상황＃2와 같이, 어느 한쪽만의 방전 소과정 가능성 검출 방법으로 반응이 나타나는 일은 없으며, 상황＃4와 같이 반드시 양방의 방전 소과정 가능성 검출 방법에서 반응이 나타난다고도 생각할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법은, 그 성질상 빔 스캔 주파수에 반비례하는 측정 간격을 가지고 있으므로, 빔 스캔 주파수가 저주파수인 경우에는, 방전 발생으로부터 검출까지의 평균 시간이 너무 길어져, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보는 사실상 얻을 수 없는 경우가 있을 수 있다. 한편, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법은, 일정시간의 측정 간격으로 측정 가능하므로, 빔라인 구성 기기의 전형적인 방전 지속 시간에 비해 그 측정 간격을 짧게 할 수 있고, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보는 반드시 얻어져, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태를 판정할 수 있지만, 단, 빔 스캔 주파수가 고주파수인 경우에는, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 검출 방법에 비하면, 그 측정 간격은 약간 길고, 반응으로부터 대처까지의 시간을 포함하여 생각하면, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법만 이온빔에 영향을 미치는 방전사상에 관한 정보가 얻어지는 상황이 있을 수 있다. 따라서, 도 5의 상황＃1, 상황＃2도 충분히 생각할 수 있다. 도 5의 상황＃5와 상황＃6에 대해서도, 상술한 설명과 동일하다고 할 수 있다.

도 5에서는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법 및 상술한 전원의 전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법 중 어느 일방이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다. 바꿔 말하면, 방전사상의 가능성이 있는 모든 경우에, 만약을 위해 방전사상으로 간주하는 방전 검출 방법이라고 할 수 있다. 그리고, 예를 들면, 도 1에 나타낸 빔덤프전극(14)에 일시적으로 고전압을 인가하고, 이로써 빔을 빔라인으로부터 일시적으로 벗어나게 하여, 이온빔을 웨이퍼로부터 퇴피시켜, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 막아, 방전사상이 누그러진 후, 빔덤프전극(14)에 일시적으로 인가하고 있는 고전압을 제거하고, 이로써 빔을 빔라인으로 되돌려, 반도체웨이퍼(10)에 대한 빔 입사를 재개함으로써, 다시, 이온을 반도체웨이퍼(10)에 주입한다.

도 5의 방전 판단 방법을 구체적으로 이용하는 이온주입 조건 및 이온주입 공정의 예로서는, 예를 들면, 웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정을 행하는 경우로, 또한, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량 전체의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 매우 엄격한 경우를 생각할 수 있다. 어쨌든, 도 5의 방전 판단 방법은, 본 실시형태에 관한 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법과, 복수 개의 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법 중, 어느 하나에라도 이상이 검지된 경우, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단한다. 이로 인하여, 도 5의 방전판정 방법은, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록 할 수 있다, 혹은, 최종적으로 작성되는 반도체 제품에 있어서, 그 성능이 당해 반도체 제품의 허용 범위에 들어가는 반도체 제품을, 단위시간에 얼마나 많이 작성할 수 있는가의 의미에서의, 반도체 제품의 생산성이 높도록 할 수 있는 경우에, 선택된다.

［제2 실시형태］

다음으로, 도 6을 참조하여, 제2 실시형태에 관한 이온주입 방법에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 방법의 다른 일례를 설명한다. 도 6은, 제2 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 6에서는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법에 따라 방전을 검출하고, 또한, 미리, 복수 종류로 나눠진 복수 개의 전원 중, 그 하나의 종류에 속하는 전원의 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법, 도 6의 경우에서는, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원전압 측정치의 그 설정치로부터의 괴리에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법에 의하여 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다.

도 6의 방전 판단 방법을 구체적으로 이용하는 이온주입 조건 및 이온주입 공정의 예로서는, 예를 들면, 웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정을 행하는 경우로, 또한, 이온의 주입 도스량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 비교적 엄격하지 않아, 빔라인 구성 기기의 방전이 발생하고 또한 그 영향이 빔전류량으로서 실제로 관측된 경우에만, 대처하는 것으로 충분한 경우를 상정할 수 있다. 혹은, 상술한 바와 같이, 레지스트 마스크에 대한 빔 조사의 영향에 의하여, 이온주입 중의 빔전류량의 지속적인 변화를 고려하여, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이 발생하고 있지 않는 경우에도, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법만으로는, 그 방전사상 발생이라고 오검지해 버리는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 경우는, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정치를 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법과, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원의 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 양자에 반응이 나타날 때, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이 새로 발생했다고 판단하는 것이 바람직하다.

어쨌든, 도 6의 방전 판단 방법은, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출하고, 또한, 미리, 복수 종류로 나눠진 복수 개의 전원 중, 그 하나의 종류에 속하는 전원의 상술한 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단한다(상황＃4 및 상황＃7). 이로 인하여, 도 6의 방전 판단 방법은, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록 할 수 있는가, 혹은, 최종적으로 작성되는 반도체 제품에 있어서, 그 성능이 당해 반도체 제품의 허용 범위에 들어가는 반도체 제품을, 단위시간에 얼마나 많이 작성할 수 있는가의 의미에서의, 반도체 제품의 생산성이 높도록 할 수 있는 경우에, 선택된다.

도 5와 도 6의 방전 판단 방법은, 동일한 이온주입 장치에 동일한 방전 검출 하드웨어를 이용하여, 각각 실현할 수 있는 방법이다. 바꿔 말하면, 본 실시형태에서는, 빔 스캔 주파수에 반비례하는 측정 간격으로 측정 가능한 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법과, 일정시간의 측정 간격으로 측정 가능한 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법을 모두 가지며, 그들 2종류의 방전 소과정 가능성 검출 방법으로부터 얻어진 정보를 이용하여, 상술한 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 이온주입 방법이다. 그 때, 이온주입 조건을 이온주입 전에 미리 정하고, 그 이온주입 조건에 따라, 복수 종류의 방전 검출 방법을 이용하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 이온주입 방법이라고 할 수 있다.

［제3 실시형태］

다음으로, 도 7을 참조하여, 제3 실시형태에 관한 이온주입 방법에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상 혹은 이온주입 조건에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 방법의 또 다른 일례를 설명한다. 도 7은, 제3 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 7에서는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 방전 검출의 유무에 관계없이, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다.

도 7의 방전 판단 방법을 구체적으로 이용하는 이온주입 조건 및 이온주입 공정의 예로서는, 예를 들면, 웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정을 행하는 경우로, 또한, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량 전체의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 매우 엄격하지만, 이온빔의 스캔 주파수가 저주파수인 경우를 생각할 수 있다. 이하, 자세하게 설명한다.

상술한 바와 같이, 이온주입 도스량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 큰 이온주입 공정에서는, 레지스트 마스크에 대한 빔 조사의 영향에 의하여, 이온주입 중의 빔전류량의 지속적인 변화가 생각되는 경우, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정을 행하고, 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어할 필요가 있을 때가 있다. 레지스트 마스크에 대한 빔 조사의 영향은, 그 시정수가 길고, 이온빔의 스캔 주파수가 저주파수여도, 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 속도를 제어하는 관점으로부터는 문제가 없다. 그러나, 이미 설명한 바와 같이, 이온빔의 스캔 주파수가 저주파수인 경우, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정의 방전 검출에 대한 이용이라는 관점으로부터는, 방전 발생으로부터 검출까지의 평균 시간이 너무 길어져, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상, 즉, 웨이퍼에 대한 이온주입 시에 있어서의 그 때의 빔 상태에 관한 정보는 사실상 얻을 수 없다. 이 경우, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정은, 메카니컬적으로 스캔하는 속도의 제어에만 이용하고, 방전 검출에 대해서는 이용하지 않는 것이 적절하다.

따라서, 웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정을 행하는 경우로, 또한, 이온주입 공정을 특징짓는 물리량 전체의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 매우 엄격하지만, 이온빔의 스캔 주파수가 저주파수인 경우에는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 방전 검출의 유무에 관계없이, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 것이 적절하다고 할 수 있다. 어쨌든, 도 7의 방전 판단 방법은, 본 실시형태에 관한 이온주입 방법 중 하나에 의한, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법과 복수 개의 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법 중, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 방전 검출의 유무에 관계없이, 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단한다(상황＃2~상황＃7). 이로 인하여, 도 7의 방전 판단 방법은, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록 할 수 있는가, 혹은, 최종적으로 작성되는 반도체 제품에 있어서, 그 성능이 당해 반도체 제품의 허용 범위에 들어가는 반도체 제품을, 단위시간에 얼마나 많이 작성할 수 있는가의 의미에서의, 반도체 제품의 생산성이 높도록 할 수 있는 경우에, 선택된다.

［제4 실시형태］

다음으로, 도 8과 도 9를 참조하여, 제4 실시형태에 관한 이온주입 방법에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 방법의 또 다른 일례를 설명한다. 도 8은, 제4 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 9는, 제4 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 8, 도 9에서는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 방전 검출의 유무에 관계없이, 미리, 복수 종류로 나눠진 복수 개의 전원 중, 그 하나의 종류에 속하는 전원의 전원전압 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다.

도 8에서는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 방전 검출의 유무에 관계없이, 미리, 복수 종류로 나눠진 복수 개의 전원 중, 이온의 주입 도스량에 영향을 주는 전원전압 측정치의 그 설정치로부터의 괴리에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다.

도 8의 방전 판단 방법을 구체적으로 이용하는 이온주입 조건 및 이온주입 공정의 예로서는, 예를 들면, 웨이퍼에 대한 이온주입 중의 빔전류 측정을 행하는 경우로, 또한, 이온의 주입 도스량의 웨이퍼 면내 균일성 허용치가 매우 엄격하지만, 이온빔의 스캔 주파수가 저주파수인 경우를 생각할 수 있다.

다음으로, 도 9에서는, 빔전류 측정을 이용한 방전 소과정 가능성 검출 방법의 방전 검출의 유무에 관계없이, 미리, 복수 종류로 나눠진 복수 개의 전원 중, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원전압 측정치의 그 설정치로부터의 괴리에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다.

도 9의 방전 판단 방법은, 소정의 반도체 제조 공정의 이온주입 공정에 있어서, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 값을 제어하는 것이, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록 할 수 있는가, 혹은, 최종적으로 작성되는 반도체 제품에 있어서, 그 성능이 당해 반도체 제품의 허용 범위에 들어가는 반도체 제품을, 단위시간에 얼마나 많이 작성할 수 있는가의 의미에서의, 반도체 제품의 생산성이 높도록 할 수 있는 경우에, 선택된다.

특히, 도 9와 같이, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 결과, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 값이 바뀌는 경우에는, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법을 이용한 것으로는, 그 방전사상을 정확하게 파악할 수 없다. 즉, 도 9의 예에서는, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 값을 제어하는 것이, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록 할 수 있는 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상으로서 검지해야 할 것은, 상황＃3, 상황＃5, 상황＃6, 상황＃7이지만, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정에 의한 방전 검출을 이용하면, 상황＃5와 상황＃7은 검지할 수 있지만, 상황＃3과 상황＃6은 검지할 수 없고, 대신에 상황＃1과 상황＃4를 잘못 검지해 버린다. 따라서, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 차이에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 큰 이온주입 공정에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 오검지에 의하여, 반도체 제품의 생산성을 저하시킴과 함께, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 일부 간과하여, 웨이퍼 면내에서 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 차이가 생겨 버린다.

이 사정은, 이온주입 공정에서 요구되는 이온주입 공정을 특징짓는 물리량 중, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 대해서 동일하다. 즉, 본 실시형태에서는, 이온의 주입각도, 웨이퍼 스캔방향의 이온빔 폭, 빔 스캔방향의 이온빔 폭 중, 하나 내지 복수 개의 물리량의 차에 대한 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 큰 이온주입 공정에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 오검지에 의한 반도체 제품의 생산성의 저하를 방지하여, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상의 간과에 의한, 웨이퍼 면내에 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 차이를 방지할 수 있다.

［제5 실시형태］

다음으로, 도 10을 참조하여, 제5 실시형태에 관한 이온주입 방법에 있어서, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상을 검출하는 방법의 또 다른 하나를 설명한다. 도 10은, 제5 실시형태에 관한 방전사상의 검출과 방전판정과의 관계를 설명하기 위한 도이다. 도 10에서는, 반도체웨이퍼(10)에 대한 이온주입 중에, 빔전류 측정을 행하지 않는 주입 방법 설정이 채용된 경우에 있어서, 미리, 복수 종류로 나눠진 복수 개의 전원 중, 빔 스캔방향의 이온빔 폭에 영향을 주는 전원전압 측정치의 그 설정치로부터의 괴리에 의한 방전 소과정 가능성 검출 방법이 방전을 검출한 경우에, 이온빔에 영향을 미치는 방전사상이라고 판단하여, 웨이퍼에 대한 이온주입 시의 빔 상태가 이상이라고 판단하는 경우를 나타내고 있다.

소정의 반도체 제조 공정의 이온주입 공정에 있어서, 빔 스캔방향의 이온빔 폭의 값을 제어하는 것이, 최종적으로 작성되는 반도체의 성능의 차이가 없도록 할 수 있는 경우에는, 방전 검출의 측면으로부터는, 도스컵(8)에 의한 빔전류 측정은 필요 없다. 따라서, 예를 들면, 이온의 주입 도스량의 차가 최종적으로 작성되는 반도체의 성능에 대해서 그다지 영향이 없는 경우라면, 이온주입 중의 빔전류 측정 자체가 필요가 없는 것이며, 예를 들면, 도 10과 같은 방법이 적절하다고 할 수 있다.

이하, 본 발명의 몇 가지 양태를 든다.

실시형태의 일 양태의 이온주입 방법은, 이온원(1)에서 발생한 이온을 반도체웨이퍼(10)까지 수송하여, 반도체웨이퍼(10)를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 이온주입 방법에 있어서, 웨이퍼에 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 검출부(예를 들면, 도스컵(8)이나 전원전압측정부(21~27))를 복수 이용하여, 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무 및 그 사상이 이온빔에 미치는 영향의 정도에 근거하여 이온빔의 상태를 판단하는 상태판단 공정을 포함한다. 이로써, 방전을 적절히 검출하여, 이온빔의 상태를 정밀도 좋게 판단할 수 있다. 여기에서, 방전의 가능성이 있는 사상이란, 상술한 방전사상 등을 포함해도 된다.

이온빔을 주사하면서 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입 공정을 더욱 포함해도 된다. 상태판단 공정에 있어서, 복수의 검출부 중 하나로서, 이온빔의 주사마다 이온빔의 전류를 측정 가능한 빔전류 측정부(도스컵(8))를 이용하여, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출해도 된다. 이로써, 방전 현상을 적절히 검출할 수 있다. 다만, 이온주입 공정은, 이온빔을 일방향으로 왕복 스캔하고, 빔 스캔방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔함으로써 행해져도 된다.

상태판단 공정에 있어서, 복수의 검출부 중 하나로서, 이온원부터 웨이퍼까지의 빔라인을 구성하는 기기가 가지는 전원의 전압을 측정하는 전원전압측정부(예를 들면, 전원전압측정부(21))를 이용하여, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출해도 된다. 이로써, 방전을 직접적으로 검출할 수 있다.

상태판단 공정에 있어서, 복수의 검출부의 일부로서, 이온원부터 웨이퍼까지의 빔라인을 구성하는 각 기기가 각각 가지는 전원의 전압을 측정하는 복수의 전원전압측정부(예를 들면, 전원전압측정부(21~27))를 이용하여, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출해도 된다. 이로써, 방전을 직접적으로 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

상태판단 공정에 있어서, 복수의 검출부 중 적어도 하나가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단해도 된다. 이로써, 실제로 방전의 가능성이 있음에도 불구하고 검출할 수 없는 상황이 저감된다.

상태판단 공정에 있어서, 빔전류 측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 또한, 적어도 하나의 전원전압측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단해도 된다. 이로써, 방전을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

상태판단 공정에 있어서, 빔전류 측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 또한, 이온빔에 미치는 영향에 따라 복수의 그룹으로 나눠진 복수의 전원전압측정부 중 하나의 그룹에 속하는 전원전압측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단해도 된다. 이로써, 방전을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

상태판단 공정에 있어서, 이온주입 조건을 정하는 각종 설정에 따라, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하기 위하여 이용되는 복수의 검출부의 조합이 결정되어도 된다. 이로써, 이온주입 조건에 따른 적절한 복수의 검출부를 이용하여 방전의 가능성이 있는 사상을 검출할 수 있다.

또, 다른 양태는 이온주입 장치(100)이다. 이 장치는, 이온원(1)에서 발생한 이온을 반도체웨이퍼(10)까지 수송하는 빔라인을 구성하는 기기(이온원(1), 인출전극(2), 빔스캐너(5), 패러렐렌즈(6), 정전렌즈(12), 빔덤프전극(14) 등)와, 반도체웨이퍼(10)를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 복수의 검출부(도스컵(8)이나 전원전압측정부(21~27))와, 복수의 검출부에 의하여 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무 및 그 사상이 이온빔에 미치는 영향의 정도에 근거하여 이온빔의 상태를 판단하는 판단부(30)(도 1의 (b) 참조)를 구비한다. 이로써, 방전을 적절히 검출하여, 이온빔의 상태를 정밀도 좋게 판단할 수 있다.

기기는, 이온빔을 주사시키는 빔스캐너(5)를 가져도 된다. 복수의 검출부 중 하나는, 이온빔의 주사마다 이온빔의 전류를 측정 가능한 빔전류 측정부(도스컵(8))이며, 복수의 검출부의 일부는, 이온원부터 웨이퍼까지의 빔라인을 구성하는 각 기기가 각각 가지는 전원의 전압을 측정하는 복수의 전원전압측정부(21~27)이어도 된다. 이로써, 방전 현상을 적절히 검출할 수 있다.

판단부(30)는, 복수의 검출부 중 적어도 하나가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단해도 된다. 이로써, 실제로 방전의 가능성이 있음에도 불구하고 검출할 수 없는 상황이 저감된다.

판단부(30)는, 빔전류 측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 또한, 이온빔에 미치는 영향에 따라 복수의 그룹으로 나눠진 복수의 전원전압측정부 중 하나의 그룹에 속하는 전원전압측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단해도 된다. 이로써, 방전을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

이상, 본 발명을 상술의 각 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상술의 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 재조합하는 것이나 각종의 설계 변경 등의 변형을 실시형태에 대해서 더하는 것도 가능하며, 그러한 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

1 이온원
2 인출전극
3 질량분석자석장치
4 질량분석슬릿
5 빔스캐너
6 패러렐렌즈
7 각도에너지필터
8 도스컵
9 웨이퍼영역 빔측정장치
10 반도체웨이퍼
11 메카니컬스캔장치
12 정전렌즈
13 정전 빔스티어링장치
14 빔덤프전극
21~27 전원전압측정부
30 판단부
100 이온주입 장치

Claims (13)

1. 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하고, 웨이퍼를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 이온주입 방법에 있어서,
   웨이퍼에 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 검출부를 복수 이용하여, 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무 및 그 사상이 이온빔에 미치는 영향의 정도에 근거하여 상기 이온빔의 상태를 판단하는 상태판단 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
2. 제1항에 있어서,
   이온빔을 주사하면서 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입 공정을 더욱 포함하고,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 상기 복수의 검출부 중 하나로서, 이온빔의 주사마다 이온빔의 전류를 측정 가능한 빔전류 측정부를 이용하여, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 이온주입 공정은, 이온빔을 일방향으로 왕복 스캔하고, 빔 스캔방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 메카니컬적으로 스캔하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 상기 복수의 검출부 중 하나로서, 이온원부터 웨이퍼까지의 빔라인을 구성하는 기기가 가지는 전원의 전압을 측정하는 전원전압측정부를 이용하여, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 상기 복수의 검출부의 일부로서, 이온원부터 웨이퍼까지의 빔라인을 구성하는 각 기기가 각각 가지는 전원의 전압을 측정하는 복수의 전원전압측정부를 이용하여, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 상기 복수의 검출부 중 하나 이상이 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
7. 제4항에 있어서,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 상기 빔전류 측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 또한, 하나 이상의 상기 전원전압측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
8. 제5항에 있어서,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 상기 빔전류 측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 또한, 이온빔에 미치는 영향에 따라 복수의 그룹으로 나눠진 상기 복수의 전원전압측정부 중 하나의 그룹에 속하는 전원전압측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상태판단 공정에 있어서, 이온주입 조건을 정하는 각종 설정에 따라, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하기 위하여 이용되는 상기 복수의 검출부의 조합이 결정되는 것을 특징으로 하는 이온주입 방법.
10. 이온원에서 발생한 이온을 웨이퍼까지 수송하는 빔라인을 구성하는 기기와,
    웨이퍼를 이온빔으로 조사하여 이온을 주입하는 과정에서, 방전의 가능성이 있는 사상을 검출 가능한 복수의 검출부와,
    상기 복수의 검출부에 의하여 검출한 방전의 가능성이 있는 사상의 유무 및 그 사상이 이온빔에 미치는 영향의 정도에 근거하여 상기 이온빔의 상태를 판단하는 판단부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 기기는, 이온빔을 주사시키는 빔스캐너를 가지고,
    상기 복수의 검출부 중 하나는, 이온빔의 주사마다 이온빔의 전류를 측정 가능한 빔전류 측정부이며,
    상기 복수의 검출부의 일부는, 이온원부터 웨이퍼까지의 빔라인을 구성하는 각 기기가 각각 가지는 전원의 전압을 측정하는 복수의 전원전압측정부인
    것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 복수의 검출부 중 하나 이상이 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 빔전류 측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출하고, 또한, 이온빔에 미치는 영향에 따라 복수의 그룹으로 나눠진 상기 복수의 전원전압측정부 중 하나의 그룹에 속하는 전원전압측정부가 방전의 가능성이 있는 사상을 검출한 경우, 이온빔의 상태에 이상이 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.

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