KR20170108841A - 이온주입방법 및 이온주입장치 - Google Patents

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Abstract

이온빔의 주입각도 분포를 보다 정확하게 평가하기 위한 기술을 제공한다.
이온주입방법은, 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 소정의 특성을 측정하며, 특성의 측정 결과를 이용하여 이온빔의 주입각도 분포를 평가한다. 웨이퍼는, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도방향과 평행하는 소정의 기준면에 평행한 채널링면(98)을 갖는 한편, 기준면과 직교하고, 또한 기준궤도방향과 평행한 채널링면을 갖지 않도록 배향되어도 된다.

Description

이온주입방법 및 이온주입장치{ION IMPLANTING METHOD AND ION IMPLANTING DEVICE}
본 출원은 2016년 3월 18일에 출원된 일본 특허출원 제2016-055823호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온주입방법 및 이온주입장치에 관한 것이며, 특히, 이온빔의 주입각도 분포를 제어하는 기술에 관한 것이다.
반도체 제조공정에서는, 반도체의 도전성을 변화시킬 목적, 반도체의 결정구조를 변화시킬 목적 등 때문에, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정(이하, "이온주입공정"이라고도 함)이 표준적으로 실시되고 있다. 이온주입공정에서 사용되는 장치는, 이온주입장치라고 불리며, 이온원에 의하여 이온을 생성하고, 생성된 이온을 가속하여 이온빔을 형성하는 기능과, 그 이온빔을 주입처리실까지 수송하고, 처리실 내의 웨이퍼에 이온빔을 조사하는 기능을 갖는다. 처리 대상이 되는 웨이퍼의 전체면에 이온을 주입하기 위하여, 예를 들면, 이온빔은 빔주사기에 의하여 왕복 주사되며, 웨이퍼는 빔주사방향에 직교하는 방향으로 왕복 운동된다.
웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도가 변경되면, 이온빔과 웨이퍼의 상호작용의 양태가 변화하여, 이온주입의 처리 결과에 영향을 주는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 결정축 또는 결정면을 따라 이온빔이 입사하는 경우, 그렇지 않은 경우와 비교하여, 빔의 입사면으로부터 보다 깊은 위치에까지 주입이온이 도달하는 채널링현상이 발생하고, 주입처리의 결과로서 얻어지는 웨이퍼 내의 캐리어농도 분포에 영향을 미친다. 이로 인하여, 주입처리에 이용하는 이온빔의 입사각도를 제어하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2006-245506호
웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도 특성으로서, 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도 외에 이온빔을 구성하는 이온입자군의 각도 분포를 들 수 있다. 웨이퍼에 입사하는 이온빔은, 약간이지만 발산 또는 수렴하고 있는 경우가 있고, 빔을 구성하는 이온입자군은 소정의 퍼짐을 갖는 각도 분포를 갖는다. 이때, 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도가 채널링조건을 충족시키지 않는 경우이더라도, 입사각도가 어긋난 일부의 이온입자의 각도 성분이 채널링조건을 충족시키는 경우, 그 일부의 이온에 기인하는 채널링현상이 발생한다. 반대로, 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도가 채널링조건을 충족시키는 경우이더라도, 입사각도가 어긋난 일부의 이온입자의 각도 성분이 채널링조건을 충족시키지 않는 경우, 그 일부의 이온에 기인하는 채널링현상의 억제가 발생한다. 따라서, 웨이퍼 내에 형성되는 캐리어농도 분포의 형상 내지 범위를 보다 정밀하게 제어하기 위해서는, 빔의 각도 분포에 대해서도 정확하게 제어할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 이온빔의 주입각도 분포를 보다 정확하게 평가하기 위한 기술을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 이온주입방법은, 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 소정의 특성을 측정하며, 특성의 측정 결과를 이용하여 이온빔의 주입각도 분포를 평가한다.
본 발명의 다른 양태는, 이온주입장치이다. 이 장치는, 이온빔이 조사되는 웨이퍼를 지지하는 플래튼 구동장치와, 빔조사 후의 웨이퍼의 특성을 측정하는 측정장치와, 적어도 플래튼 구동장치 및 측정장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비한다. 제어장치는, 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 플래튼 구동장치에 배치된 웨이퍼에 이온빔을 조사시키고, 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 소정의 특성을 측정장치에 의하여 측정시키며, 측정장치의 측정 결과를 이용하여 이온빔의 주입각도 분포를 평가한다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 이온빔의 주입각도 분포를 보다 정확하게 평가하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1에 있어서 도 1(a)~(e)는, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도 특성을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2에 있어서 도 2(a)~(e)는, 도 1(a)~(e)에 나타내는 이온빔의 각도 분포를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 3은 이온빔의 조사에 의하여 게이트구조의 근방에 형성되는 불순물영역을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 이온빔의 조사에 의하여 게이트구조의 근방에 형성되는 불순물영역을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 웨이퍼 처리면 상에 형성되는 게이트구조를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6에 있어서 도 6(a), (b)는, 이온빔(B)의 기준궤도에 대한 웨이퍼(W)의 방향을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 7에 있어서 도 7(a), (b)는, 주입각도 분포의 평가에 이용하는 평가용 웨이퍼를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 8에 있어서 도 8(a)~(c)는, 소정의 채널링조건 또는 오프채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼의 표면 근방의 원자배열을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 9는 오프채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사했을 때의 웨이퍼의 시트저항을 나타내는 그래프이다.
도 10에 있어서 도 10(a), (b)는, 면채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사했을 때의 웨이퍼의 시트저항을 나타내는 그래프이다.
도 11은 축채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사했을 때의 웨이퍼의 시트저항을 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 상면도이다.
도 13은 도 12의 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
도 14에 있어서 도 14(a), (b)는, 렌즈장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 15는 렌즈장치의 제어예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 16에 있어서 도 16(a)~(e)는, 렌즈장치에 의하여 조정되는 이온빔의 주입각도 분포를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 17은 V커브법에 의한 시트저항의 측정예를 나타내는 그래프이다.
도 18은 실시형태에 관한 이온주입장치의 동작과정을 나타내는 플로차트이다.
도 19는 이온주입에 의하여 제조되는 트랜지스터의 임곗값전압과 주입에 이용하는 이온빔의 주입각도 분포의 퍼짐의 관계성을 나타내는 그래프이다.
도 20에 있어서 도 20(a), (b)는, 변형예에 관한 플래튼 구동장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 21은 변형예에 관한 이온주입장치의 동작과정을 나타내는 플로차트이다.
도 22는 제2 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼의 표면 근방의 원자 배열을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 23에 있어서 도 23(a)~(d)는, 웨이퍼 주면 상에 설정되는 복수의 영역을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 24는 변형예에 관한 이온주입장치의 동작과정을 나타내는 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
실시형태를 설명하기 전에, 본 발명의 개요를 설명한다. 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 이온빔을 x방향으로 왕복 주사시키는 빔주사기와, 왕복 주사되는 이온빔이 조사되는 웨이퍼를 y방향으로 왕복 운동시키는 플래튼 구동장치와, 이온빔에 전계 및 자계 중 적어도 일방을 작용시켜 이온빔을 수렴 또는 발산시키는 2 이상의 렌즈장치를 구비한다. 2 이상의 렌즈장치는, 이온빔에 작용시키는 힘을 조정함으로써, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도 분포를 x방향과 y방향의 각각에 대하여 독립적으로 조정할 수 있도록 구성된다.
웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도가 변경되면, 이온빔과 웨이퍼의 상호작용의 양태가 변화하여, 이온주입의 처리 결과에 영향을 주는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 결정축 또는 결정면을 따라 이온빔이 입사하는 경우, 그렇지 않은 경우와 비교하여, 빔의 입사면으로부터 보다 깊은 위치에까지 주입이온이 도달하는 채널링현상이 발생하고, 주입처리의 결과로서 얻어지는 웨이퍼 내의 캐리어농도 분포에 영향을 미친다. 이로 인하여, 이온주입공정에서는 일반적으로, 이온빔의 진행방향(z방향)에 대한 웨이퍼의 경사각(틸트각)과 웨이퍼 표면에 수직인 축을 중심으로 한 웨이퍼의 회전각(트위스트각)이 조정되어, 웨이퍼에 입사하는 빔 전체의 평균값으로서의 주입각도가 제어된다.
웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도 특성에는, 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도 외에 이온빔을 구성하는 이온입자군의 각도 분포가 있다. 웨이퍼에 입사하는 이온빔은, 약간이지만 발산 또는 수렴하고 있는 경우가 있고, 빔을 구성하는 이온입자군은 소정의 퍼짐을 갖는 각도 분포를 갖는다. 이때, 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도가 채널링조건을 충족시키지 않는 경우이더라도, 빔의 기준궤도로부터 입사각도가 어긋난 일부의 이온입자의 각도 성분이 채널링조건을 충족시키는 경우, 그 일부의 이온에 기인하는 채널링현상이 발생한다. 반대로, 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도가 채널링조건을 충족시키는 경우이더라도, 입사각도가 어긋난 일부의 이온입자의 각도 성분이 채널링조건을 충족시키지 않는 경우, 그 일부의 이온에 기인하는 채널링현상의 억제가 발생한다. 따라서, 웨이퍼 내에 형성되는 캐리어농도 분포의 형상 내지 범위를 보다 정밀하게 제어하기 위해서는, 빔의 각도 분포에 대해서도 정확하게 제어할 필요가 있다.
한편, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 각도 분포를 직접적으로 정확하게 측정하는 것은 어렵다. 이온빔의 각도 분포는, 예를 들면, 빔라인의 상류와 하류가 상이한 위치에서 계측한 빔형상을 비교하거나, 빔의 일부를 슬릿에 통과시켜, 슬릿 통과 후의 하류에서의 빔형상을 슬릿형상과 비교하거나 함으로써 각도 분포가 산출된다. 즉, 빔 진행방향의 빔형상의 변화율로부터 이온빔 전체의 발산 또는 수렴의 정도가 산출된다. 그러나, 빔형상의 변화로부터 각도 분포를 산출하는 경우, 빔형상에 크게 영향을 주지 않는 각도 분포 정보, 예를 들면, 빔의 중심 부근의 각도 분포에 대해서는 올바르게 측정할 수 없다. 또, 이온빔을 구성하는 이온입자가 중성화하여 각도 분포가 변화하는 경우, 중성화한 입자는 패러데이컵으로 계측할 수 없기 때문에 중성입자에 대한 각도 정보를 얻을 수 없다.
따라서, 본 실시형태에서는, 이온빔을 직접 측정하여 빔의 각도 분포 정보를 얻는 것이 아니라, 이온빔이 입사한 웨이퍼의 시트저항을 측정함으로써 빔의 각도 분포 정보를 평가한다. 보다 구체적으로는, 이온빔을 구성하는 이온입자의 각도 분포에 따라 웨이퍼 내에서 채널링하는 이온입자수의 비율이 변화하고, 그 결과로서 얻어지는 웨이퍼의 시트저항값이 변화하는 것을 이용하여 이온빔의 각도 분포를 평가한다. 특히, 소정의 면채널링조건을 충족시키는 주입처리와 소정의 축채널링조건을 충족시키는 주입처리를 조합함으로써, 이온빔의 x방향 및 y방향의 주입각도 분포를 평가한다. 본 실시형태에서는, x방향 및 y방향의 각각에 대하여 주입각도 분포를 평가할 수 있도록 하여, 보다 정밀도가 높은 이온주입처리를 실현할 수 있도록 한다.
이하, 본 실시형태에 대하여, 전제가 되는 기술에 대하여 상세하게 설명한다. 계속해서, 후술하는 전제 기술을 이용하여 이온빔의 주입각도 분포를 조정하는 이온주입장치에 대하여 설명한다.
[이온빔의 주입각도 분포]
도 1(a)~(e)는, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온빔(B)의 각도 특성을 모식적으로 나타내는 도이다. 본 도면에 나타내는 이온빔(B)은, 모두 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 수직으로 입사하는 경우, 즉, 이온빔(B)의 입사각도가 0도가 되는 경우를 나타내고 있다. 그러나, 각 도면에 나타내는 이온빔(B)은, 빔을 구성하는 이온입자군의 각도 분포가 상이하다.
도 1(a)는, 웨이퍼(W)를 향하여 이온빔(B)의 빔직경이 퍼져 발산해 가는 "발산빔"을 나타낸다. 도 1(b)는, (a)와 마찬가지로 이온빔(B)이 발산하고 있지만 발산의 정도가 작은 경우를 나타낸다. 도 1(c)는, 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔(B)의 빔직경이 변하지 않는 경우를 나타내고, 이온빔(B)을 구성하는 이온입자의 거의 모두가 빔궤도와 평행으로 진행하는 "평행빔"을 나타내고 있다. 도 1(d)는, 웨이퍼(W)를 향하여 이온빔(B)의 빔직경이 좁아져 수렴해 가는 "수렴빔"을 나타낸다. 도 1(e)는, (d)와 마찬가지로 이온빔(B)이 수렴하고 있지만 수렴의 정도가 큰 경우를 나타낸다. 이와 같이 이온빔(B)은, 빔의 기준궤도에 대하여 발산 또는 수렴하고 있는 경우가 있고, 빔 전체로서의 진행방향과는 별도로, 각 이온입자의 각도 성분의 편차를 나타내는 "각도 분포"를 갖는다.
도 2(a)~(e)는, 도 1(a)~(e)에 나타내는 이온빔(B)의 각도 분포를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 각 그래프는, 세로축이 이온빔(B)을 구성하는 이온입자의 수를 나타내고, 가로축이 각 이온입자의 진행방향과 이온빔(B)의 진행방향이 이루는 각도(ψ)를 나타낸다. 도 2(c)에 나타나는 바와 같이, 이온빔(B)을 구성하는 이온입자가 모두 평행으로 진행하는 경우, 이온빔의 각도 분포의 퍼짐은 작다. 한편, 도 2(a), (e)에 나타나는 바와 같이, 이온빔(B)의 발산 또는 수렴이 큰 경우에는, 이온빔의 각도 분포의 퍼짐은 크다. 다만, 이온빔의 각도 분포의 퍼짐의 정도는, 도시되는 각도 분포의 표준편차에 의하여 정량화할 수도 있다.
이온빔 전체로서의 진행방향은, 빔의 각도 분포의 평균 각돗값 또는 피크 각돗값을 기준으로 하여 정할 수 있다. 따라서, 도 1에 나타내는 예에서는, 이온빔(B)의 진행방향은 웨이퍼(W)에 수직인 방향이 된다. 이때, 이온빔(B)의 진행방향을 따른 방향(z방향)의 빔궤도를 본 명세서에 있어서 "기준궤도"라고 하는 경우가 있다. 또, 웨이퍼 처리면(또는 웨이퍼 주면)을 기준으로 했을 때의 이온빔의 입사방향을 "주입각도"라고 하는 경우가 있다. 이 주입각도는, 웨이퍼 주면의 법선과 빔의 기준궤도방향 사이의 각도에 의하여 규정된다. 또, 웨이퍼 주면을 기준으로 했을 때의 이온빔의 각도 분포를 "주입각도 분포"라고 하는 경우가 있다.
[웨이퍼에 형성되는 불순물농도 분포]
도 3은, 이온빔(B)의 조사에 의하여 게이트구조(90)의 근방에 형성되는 불순물영역(91)을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 본 도면은, 웨이퍼 처리면 상에 게이트구조(90)가 형성된 웨이퍼(W)에 이온빔(B)을 조사하고 게이트구조(90)의 근방에 소스/드레인영역이 되는 불순물영역(91)을 형성하는 이온주입처리를 나타낸다. 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 처리면이 (100)면이 되는 실리콘기판이다. 웨이퍼(W)에 입사하는 이온빔(B)은, 웨이퍼 처리면에 대한 주입각도가 0도이며, 주입각도 분포의 퍼짐이 작은 평행빔이다. 이로 인하여, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온입자의 대부분은 웨이퍼(W)의 <100>방위의 결정축을 따라 입사하고, 강한 축채널링 효과에 의하여 z방향으로 깊게 침입한다. 그 결과, 이온입자가 도달하는 불순물영역(91)의 깊이방향의 퍼짐폭(z1)이 커지고, 게이트구조(90)의 하방으로 돌아 들어가 형성되는 불순물영역(91)의 게이트길이방향의 퍼짐폭(L1)이 작아진다. 다만, 본 도면의 좌측에 나타내는 그래프는, 깊이방향(z방향)의 불순물농도(ND)의 분포를 나타내고, 본 도면의 하방에 나타내는 그래프는, 게이트길이방향의 불순물농도(ND)의 분포를 나타낸다.
도 4는, 이온빔(B)의 조사에 의하여 게이트구조(90)의 근방에 형성되는 불순물영역(92)을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 본 도면은, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온빔(B)이 도 1(a)에 나타낸 "발산빔"이며, 주입각도 분포의 퍼짐을 갖는 점에서 도 3과 상이하다. 도 4의 이온빔(B)은 발산빔이기 때문에, 도 3에 나타내는 평행빔과 비교하여 채널링현상이 발생하기 어렵고, 채널링이 발생하는 이온의 비율이 적다. 그 결과, 이온입자가 도달하는 불순물영역(92)의 깊이방향의 퍼짐폭(z2)이 작아지고, 게이트구조(90)의 하방으로 돌아 들어가 형성되는 불순물영역(92)의 게이트길이방향의 퍼짐폭(L2)이 커진다. 다만, 주입각도 분포 이외의 빔 특성이 동일하면, 이온주입에 의하여 생성되는 결함(93)의 위치나 불순물농도(ND)의 피크위치(Rp)는 도 3과 도 4의 경우에 있어서 대략 동일하다. 따라서, 조사하는 이온빔(B)의 주입각도 분포를 적절히 제어할 수 있으면, 게이트구조(90)의 근방에 형성되는 불순물영역의 깊이방향 및 게이트길이방향의 퍼짐의 크기(분포)를 조정할 수 있다. 또, 이온주입 후에 웨이퍼(W)에 어닐링처리를 가하는 경우이더라도 불순물농도 분포는 상대적으로 유지되는 점에서, 주입각도 분포를 제어함으로써 최종적으로 얻어지는 캐리어농도 분포를 목적에 맞는 형상으로 할 수 있다.
이온빔(B)의 주입각도 분포의 제어는, 일차원방향뿐만 아니라 빔의 진행방향과 직교하는 단면 내의 이차원방향에 대하여 이루어지는 것이 바람직하다. 일반적으로, 동일 웨이퍼에 형성되는 게이트구조는 모두 동일한 방향을 향하고 있는 것이 아니라, 서로 직교하는 방향이나 서로 교차하는 방향으로 배열되기 때문이다. 도 5는, 웨이퍼 처리면 상에 형성되는 게이트구조를 모식적으로 나타내는 평면도이며, 동일한 웨이퍼(W)에 형성되는 게이트전극(90a, 90b)의 일례를 나타낸다. 도시하는 예에서는, 지면(紙面) 상에 있어서 좌우방향(x방향)으로 뻗어 있는 제1 게이트전극(90a)과, 지면 상에 있어서 상하방향(y방향)으로 뻗어 있는 제2 게이트전극(90b)이 마련된다. 이와 같은 웨이퍼(W)에 이온빔을 조사하는 경우, 제1 게이트전극(90a)의 근방에 형성되는 불순물영역의 게이트길이방향(y방향)의 퍼짐폭은, 주로 y방향의 주입각도 분포에 영향을 받는다. 한편, 제2 게이트전극(90b)의 근방에 형성되는 불순물영역의 게이트길이방향(x방향)의 퍼짐폭은, 주로 x방향의 주입각도 분포에 영향을 받는다. 따라서, 제1 게이트전극(90a) 및 제2 게이트전극(90b)의 쌍방에 대하여 원하는 불순물농도 분포를 얻기 위해서는, x방향과 y방향의 각각의 주입각도 분포를 적절히 제어할 필요가 있다.
[시트저항을 이용한 주입각도 분포의 평가]
상술과 같이, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 주입각도 분포는, 웨이퍼에 형성되는 불순물영역의 분포형상에 영향을 주고, 어닐링처리 후의 웨이퍼의 캐리어농도 분포에도 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼의 캐리어농도 분포가 상이하면 웨이퍼의 시트저항이 상이할 수 있는 점에서, 조사하는 이온빔의 주입각도 분포와 웨이퍼의 시트저항값의 사이에는 일정한 상관성이 성립되는 것이 예상된다. 따라서, 본 발명자들은, 이온주입 후의 웨이퍼의 시트저항을 이용함으로써, 이온주입에 이용한 이온빔의 주입각도 분포의 평가가 가능할 수도 있다고 생각했다. 특히, 웨이퍼의 방향을 변경하여 이온빔으로부터 본 x방향 및 y방향의 채널링조건을 변화시킴으로써, x방향 및 y방향의 각각에 대하여 주입각도 분포의 평가가 가능할 수도 있다고 생각했다.
도 6(a), (b)는, 이온빔(B)의 기준궤도에 대한 웨이퍼(W)의 방향을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 6(a)는, 빔의 기준궤도가 뻗는 z방향에 대하여 웨이퍼(W)를 기울임으로써 틸트각(θ)을 설정한 상태를 나타낸다. 틸트각(θ)은, 도시된 바와 같이, x축을 중심으로 웨이퍼(W)를 회전시켰을 때의 회전각으로서 설정된다. 틸트각(θ)=0°가 되는 상태는, 웨이퍼(W)에 이온빔(B)이 수직으로 입사하는 경우이다. 도 6(b)는, 웨이퍼 주면에 수직인 축을 중심으로 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써 트위스트각(φ)을 설정한 상태를 나타낸다. 트위스트각(φ)은, 도시된 바와 같이, 웨이퍼 주면에 수직인 축을 중심으로 웨이퍼(W)를 회전시켰을 때의 회전각으로서 설정된다. 트위스트각(φ)=0°가 되는 상태는, 웨이퍼(W)의 중심(O)으로부터 얼라인먼트 마크(94)로 뻗는 선분이 y방향이 되는 경우이다. 본 실시형태에서는, 이온빔(B)에 대한 웨이퍼(W)의 배치로서 틸트각(θ)과 트위스트각(φ)을 적절히 설정함으로써 소정의 채널링조건이 실현되도록 한다.
도 7(a), (b)는, 주입각도 분포의 평가에 이용하는 평가용 웨이퍼(WT)를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 7(a)는, 평가용 웨이퍼(WT)의 결정방위를 나타내고, 도 7(b)는, 평가용 웨이퍼(WT)의 표면 근방의 원자배열을 나타낸다. 본 실시형태에서는, 평가용 웨이퍼(WT)로서, 웨이퍼 주면의 면방위가 (100)면인 단결정 실리콘기판을 이용한다. 평가용 웨이퍼(WT)의 얼라인먼트 마크(94)는, <110>방위를 나타내는 위치에 마련된다. 평가용 웨이퍼(WT)는, 이른바 베어웨이퍼이며, 반도체회로를 구성하기 위한 게이트구조나 트렌치구조 등이 마련되어 있지 않다.
평가용 웨이퍼(WT)는, 엄밀한 채널링조건을 실현할 수 있도록 웨이퍼 주면의 오프각이 충분히 작은 것이 바람직하고, 반도체회로 제조에 일반적으로 이용되는 베어웨이퍼보다 작은 오프각을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 오프각이 0.1도 이하가 되도록 잘라낸 실리콘기판을 이용하는 것이 바람직하다. 여기에서 "오프각"이란, 웨이퍼 주면의 법선방향과 웨이퍼를 구성하는 실리콘의 결정축의 <100>방위의 사이의 각도 어긋남이다. 오프각이 0도인 경우, 평가용 웨이퍼(WT)의 웨이퍼 주면이 실리콘결정의 (100)면에 엄밀하게 일치한다.
도 8(a)~(c)는, 소정의 채널링조건 또는 오프채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼의 표면 근방의 원자배열을 모식적으로 나타내는 도이며, 웨이퍼에 입사하는 이온빔으로부터 본 원자배열을 나타낸다. 본 도면에서는, 실리콘원자의 위치를 검은 동그라미로 나타내고 있다. 또, 깊이방향(z방향)으로 상이한 위치에 있는 실리콘원자를 xy면 내에 겹쳐 그리고 있다.
도 8(a)는, 축채널링조건을 충족시키도록 배치된 경우의 원자배열을 나타내고, 상술한 평가용 웨이퍼(WT)를 트위스트각(φ)=23°, 틸트각(θ)=0°의 방향으로 배치한 경우를 나타낸다. 도시하는 축채널링조건에서는, 실선 상에 배치되는 실리콘원자에 의하여 형성되는 복수의 제1 결정면(96)과, 파선(破線) 상에 배치되는 실리콘원자에 의하여 형성되는 복수의 제2 결정면(97)이 서로 교차하여 격자형상으로 배열되어, 일차원적으로 뻗는 축형상의 간극(채널링축(95))이 형성된다. 그 결과, x방향 및 y방향 중 적어도 일방에 각도 분포를 갖는 이온빔은, z방향으로 직진하는 이온입자만이 채널링하고, z방향으로부터 어느 정도 어긋난 각도 성분을 갖는 이온입자는 어느 하나의 결정면에 차단되어 채널링하지 않는다. 따라서, 축채널링조건을 충족시키도록 배치되는 웨이퍼는, 주로 이온빔의 기준궤도를 따라 축방향으로 진행하는 이온입자를 채널링시키는 "축채널링"을 발생시킨다.
축채널링조건을 충족시키는 배치는, 상술한 트위스트각 및 틸트각에 한정되지 않고, 도시하는 바와 같이 원자배열이 실현되는 웨이퍼 배치이면, 다른 트위스트각 및 틸트각을 이용해도 된다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향으로 채널링축을 갖는 한편, 이온빔의 기준궤도방향(z방향)과 웨이퍼의 왕복 운동방향(y방향)에 의하여 규정되는 기준면과 평행 또는 직교하는 채널링면을 갖지 않도록 평가용 웨이퍼(WT)가 배치된다면, 다른 각도 조건이 이용되어도 된다. 이와 같은 축채널링조건을 실현하기 위하여, 예를 들면, 평가용 웨이퍼(WT)의 트위스트각을 실질적으로 15도~30도의 범위 내로 하고, 틸트각을 실질적으로 0도로 해도 된다.
도 8(b)는, 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 경우의 원자배열을 나타내고, 상술한 평가용 웨이퍼(WT)를 트위스트각(φ)=0°, 틸트각(θ)=15°의 방향으로 배치한 경우를 나타낸다. 도시하는 면채널링조건에서는, yz평면 내에 배열된 실리콘원자에 의한 복수의 결정면(99)이 형성되고, x방향에 대향하는 결정면(99)의 사이에 이차원적인 퍼짐을 갖는 간극(채널링면(98))이 형성된다. 그 결과, x방향으로 각도 분포를 갖는 이온빔은, z방향으로 직진하는 일부의 이온입자만이 채널링하고, x방향으로 어느 정도 어긋난 각도 성분을 갖는 이온입자는 결정면(99)에 차단되어 채널링하지 않는다. 한편, y방향으로 각도 분포를 갖는 이온빔은, 결정면(99)에 차단되는 일 없이 결정면 간의 간극을 채널링한다. 따라서, 면채널링조건을 충족시키도록 배치되는 웨이퍼는, 주로 이온빔의 기준궤도를 따르는 z방향과 y방향의 쌍방에 의하여 규정되는 기준면을 따라 진행되는 이온입자를 채널링시키는 "면채널링"을 발생시킨다. 따라서, 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼에 대하여 이온빔을 조사하면, x방향으로 각도 성분을 갖는 이온입자는 채널링하지 않고, y방향으로 각도 성분을 갖는 이온입자는 채널링한다는 방향의존성이 생긴다.
면채널링조건을 충족시키는 배치는, 상술한 트위스트각 및 틸트각에 한정되지 않고, 도시되는 바와 같은 원자배열이 실현 가능한 웨이퍼 배치이면, 다른 트위스트각 및 틸트각을 이용해도 된다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향과 y방향의 쌍방에 의하여 규정되는 기준면에 평행한 채널링면을 갖는 한편, 기준면과 직교하는 채널링면을 갖지 않는 방향으로 평가용 웨이퍼(WT)가 배치된다면, 다른 각도 조건이 이용되어도 된다. 면채널링조건을 실현하기 위하여, 예를 들면, 평가용 웨이퍼(WT)의 트위스트각을 실질적으로 0도 또는 45도로 하고, 틸트각을 15도~60도의 범위 내로 해도 된다.
도 8(c)는, 오프채널링조건을 충족시키도록 배치된 경우의 원자배열을 나타내고, 상술한 평가용 웨이퍼(WT)를 트위스트각(φ)=23°, 틸트각(θ)=7°의 방향으로 배치한 경우를 나타낸다. 도시되는 오프채널링조건에서는, 이온입자의 통로가 되는 채널이 보이지 않고, 실리콘원자가 x방향 및 y방향으로 간극 없이 배치되어 있는 것처럼 보인다. 그 결과, 오프채널링조건을 충족시키는 웨이퍼를 향하여 이온빔을 조사하면, 빔을 구성하는 이온입자가 x방향 및 y방향의 각도 성분을 갖는지 여부에 관계없이, 채널링현상이 발생하지 않게 된다.
오프채널링조건을 충족시키는 배치는, 상술한 트위스트각 및 틸트각에 한정되지 않고, 도시되는 바와 같은 원자배열이 실현 가능한 웨이퍼 배치이면, 다른 트위스트각 및 틸트각을 이용해도 된다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼의 {100}면, {110}면, {111}면 등의 저차(低次)의 결정면이 이온빔의 기준궤도와 비스듬하게 교차하는 방향으로 평가용 웨이퍼(WT)가 배치되면, 다른 각도 조건이 이용되어도 된다. 오프채널링조건을 실현하기 위하여, 예를 들면, 평가용 웨이퍼(WT)의 트위스트각을 15도~30도의 범위 내로 하고, 틸트각을 7도~15도의 범위 내로 해도 된다.
다만, 오프채널링조건을 실현하기 위하여, 평가용 웨이퍼(WT)에 대하여 프리어모퍼스화 처리를 실시해도 된다. 프리어모퍼스화 처리에서는, 실리콘(Si)이나 저마늄(Ge)과 같은 캐리어농도 분포에 영향을 미치지 않는 이온종의 이온빔을 조사하고 표면 근방의 결정구조를 변화시켜, 웨이퍼의 표면 근방을 어모퍼스 상태로 한다. 어모퍼스 상태로 함으로써 결정의 규칙적인 구조를 파괴하여 이온입자의 통로가 되는 채널이 존재하지 않도록 할 수 있어, 상술한 "오프채널링"조건을 실현할 수 있다.
계속해서, 각 채널링조건을 충족시키는 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사한 경우의 웨이퍼의 시트저항에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 이온빔을 조사한 평가용 웨이퍼(WT)에 어닐링처리를 실시한 후, 4탐침법을 이용하여 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 다만, 4탐침법에 의한 시트저항의 측정방법은 공지이기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
도 9는, 오프채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사했을 때의 웨이퍼의 시트저항(RS)을 나타내는 그래프이며, 주입각도 분포에 관한 빔 조건을 변경한 경우에 얻어지는 시트저항값을 나타낸다. 그래프의 세로축은, 측정한 시트저항값(Ω/□)을 나타내고, 가로축은 상이한 빔 조건 A~D를 나타낸다. 빔 조건 A는, x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 작고, y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 큰 경우, 빔 조건 B는, x방향 및 y방향의 쌍방의 주입각도 분포의 퍼짐이 작은 경우, 빔 조건 C는, x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 크고, y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 작은 경우, 빔 조건 D는, x방향 및 y방향의 쌍방의 주입각도 분포의 퍼짐이 중 정도인 경우이다. 다만, 이온빔의 빔전류량과 같은 다른 주입 조건은 동일하다.
도 9에 나타나는 바와 같이, 오프채널링조건의 웨이퍼를 이용하는 경우, 조사하는 이온빔의 주입각도 분포를 변경했다고 하더라도 얻어지는 시트저항값은 동등해진다. 이는, 빔의 주입각도 분포의 특성에 관계없이 채널링현상이 발생하지 않는 것에 기인한다고 생각된다. 이 점에서, 오프채널링조건의 웨이퍼를 이용한 시트저항의 측정에 의하여, 주입각도 분포에 의존하지 않는 빔 특성, 예를 들면, 빔조사에 의하여 얻어지는 도스량을 평가할 수 있다.
도 10(a), (b)는, 면채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사했을 때의 웨이퍼의 시트저항(RS)을 나타내는 그래프이다. 도 10(a)는, y방향의 주입각도 분포에 관한 빔 조건을 변경한 경우에 얻어지는 시트저항값을 나타내고 있다. 그래프의 세로축은, 측정한 시트저항값(Ω/□)을 나타내고, 가로축은 다른 빔 조건 A, B를 나타낸다. 빔 조건 A는, x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 작고, y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 큰 경우, 빔 조건 B는, x방향 및 y방향의 쌍방의 주입각도 분포의 퍼짐이 작은 경우이다. 따라서, 2개의 빔 조건 A, B는, x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 동등하고, y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 상이하다. 도시되는 바와 같이, 면채널링조건의 웨이퍼에 y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 상이한 이온빔을 조사해도 얻어지는 시트저항값의 차는 충분히 작고, 대략 동등해진다. 즉, 면채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사하는 경우, 얻어지는 시트저항값에 y방향의 주입각도 분포의 차는 거의 반영되지 않는다.
도 10(b)는, x방향의 주입각도 분포에 관한 빔 조건을 변경한 경우에 얻어지는 시트저항값을 나타내고 있다. 그래프의 세로축은, 측정한 시트저항값(Ω/□)을 나타내고, 가로축은 조사한 빔의 x방향의 주입각도 분포의 퍼짐의 표준편차값(각도)을 나타낸다. 다만, 이온빔의 빔전류량과 같은 다른 주입 조건은 동일하다. 도시되는 바와 같이, x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커짐에 따라 얻어지는 시트저항값이 증대하는 것을 알 수 있다. 이는, x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커짐에 따라 축방향으로 채널링하여 보다 깊은 위치에 주입되는 이온입자수가 감소하는 것에 기인한다고 생각된다. 이 점에서, 면채널링조건의 웨이퍼를 이용한 시트저항의 측정에 의하여, 빔의 x방향의 주입각도 분포의 퍼짐을 평가할 수 있다.
도 11은, 축채널링조건의 웨이퍼에 이온빔을 조사했을 때의 웨이퍼의 시트저항(Rs)을 나타내는 그래프이며, y방향의 주입각도 분포에 관한 빔 조건을 변경한 경우에 얻어지는 시트저항을 나타내고 있다. 그래프의 세로축은, 측정한 시트저항값(Ω/□)을 나타내고, 가로축은 조사한 빔의 y방향의 주입각도 분포의 퍼짐의 표준편차값(각도)을 나타낸다. 다만, 이온빔의 빔전류량과 같은 다른 주입 조건은 동일하다. 도시된 바와 같이, y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커짐에 따라 얻어지는 시트저항값이 증대하는 것을 알 수 있다. 이는, y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커짐에 따라 축방향으로 채널링하여 보다 깊은 위치에 주입되는 이온입자수가 감소하는 것에 기인한다고 생각된다. 이 점에서, 축채널링조건의 웨이퍼를 이용한 시트저항의 측정에 의하여, 빔의 y방향의 주입각도 분포의 퍼짐을 평가할 수 있다. 또, 상술한 면채널링조건의 평가결과와 조합하여 분석함으로써, 빔의 y방향의 주입각도 분포의 퍼짐을 평가하는 것이 가능해진다.
[이온주입장치의 구성]
계속해서, 상술한 기술을 이용한 이온주입장치(10)에 대하여 설명한다. 도 12는, 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 개략적으로 나타내는 상면도이며, 도 13은, 이온주입장치(10)의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
이온주입장치(10)는, 피처리물(W)의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물(W)을 웨이퍼(W)라고 부르는 경우가 있지만, 이는 주입처리의 대상을 특정한 물체에 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.
이온주입장치(10)는, 빔을 일방향으로 왕복 주사시키고, 웨이퍼(W)를 그 일방향과 직교하는 방향으로 왕복 운동시킴으로써 웨이퍼(W)의 전체에 걸쳐 이온빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상, 설계상의 빔궤도를 진행하는 이온빔(B)의 진행방향을 z방향으로 하고, z방향에 수직인 면을 xy면으로 정의한다. 이온빔(B)을 피처리물(W)에 대하여 주사하는 경우에 있어서, 빔의 주사방향을 x방향으로 하고, z방향 및 x방향에 수직인 방향을 y방향으로 한다. 따라서, 빔의 왕복 주사는 x방향으로 행해지고, 웨이퍼(W)의 왕복 운동은 y방향으로 행해진다.
이온주입장치(10)는, 이온원(12)과, 빔라인장치(14)와, 주입처리실(16)과, 웨이퍼반송실(60)과, 웨이퍼평가실(62)과, 제어장치(70)를 구비한다. 이온원(12)은, 이온빔(B)을 빔라인장치(14)에 부여하도록 구성되어 있다. 빔라인장치(14)는, 이온원(12)으로부터 주입처리실(16)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 또, 이온주입장치(10)는, 이온원(12), 빔라인장치(14), 주입처리실(16), 및 웨이퍼반송실(60)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.
빔라인장치(14)는, 예를 들면, 상류로부터 순서대로, 질량분석부(18), 가변 애퍼처(20), 빔수렴부(22), 제1 빔계측기(24), 빔주사기(26), 평행화 렌즈(30) 또는 빔평행화 장치, 및 각도 에너지필터(AEF; Angular Energy Filter)(34)를 구비한다. 다만, 빔라인장치(14)의 상류란, 이온원(12)에 가까운 쪽을 가리키고, 하류란 주입처리실(16)(또는 빔스토퍼(38))에 가까운 쪽을 가리킨다.
질량분석부(18)는, 이온원(12)의 하류에 마련되어 있고, 이온원(12)으로부터 인출된 이온빔(B)으로부터 필요한 이온종을 질량분석에 의하여 선택하도록 구성되어 있다.
가변 애퍼처(20)는, 개구폭이 조정 가능한 애퍼처이며, 개구폭을 변경함으로써 애퍼처를 통과하는 이온빔(B)의 빔전류량을 조정한다. 가변 애퍼처(20)는, 예를 들면, 빔라인을 사이에 두고 상하에 배치되는 애퍼처 플레이트를 갖고, 애퍼처 플레이트의 간격을 변화시킴으로써 빔전류량을 조정해도 된다.
빔수렴부(22)는, 4중극 수렴장치(Q렌즈) 등의 수렴렌즈를 구비하고 있고, 가변 애퍼처(20)를 통과한 이온빔(B)을 원하는 단면형상으로 정형하도록 구성되어 있다. 빔수렴부(22)는, 전장(電場)식의 3단 4중극렌즈(트리플렛 Q렌즈라고도 함)이며, 상류측으로부터 순서대로 제1 4중극렌즈(22a), 제2 4중극렌즈(22b), 제3 4중극렌즈(22c)를 갖는다. 빔수렴부(22)는, 3개의 렌즈장치(22a, 22b, 22c)를 이용함으로써, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온빔(B)의 x방향 및 y방향의 수렴 또는 발산을 각각의 방향에 대하여 독립적으로 조정할 수 있다. 빔수렴부(22)는, 자장(磁場)식의 렌즈장치를 포함해도 되고, 전장과 자장의 쌍방을 이용하여 빔을 정형하는 렌즈장치를 포함해도 된다.
제1 빔계측기(24)는, 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되어, 이온빔의 전류를 측정하는 인젝터 플래그 패러데이컵이다. 제1 빔계측기(24)는, 빔수렴부(22)에 의하여 정형된 이온빔(B)의 빔형상을 계측할 수 있도록 구성된다. 제1 빔계측기(24)는, 빔전류를 계측하는 패러데이컵(24b)과, 패러데이컵(24b)을 상하로 이동시키는 구동부(24a)를 갖는다. 도 13의 파선으로 나타내는 바와 같이, 빔라인 상에 패러데이컵(24b)을 배치한 경우, 이온빔(B)은 패러데이컵(24b)에 의하여 차단된다. 한편, 도 13의 실선으로 나타내는 바와 같이, 패러데이컵(24b)을 빔라인 상으로부터 분리한 경우, 이온빔(B)의 차단이 해제된다.
빔주사기(26)는, 빔의 왕복 주사를 제공하도록 구성되어 있고, 정형된 이온빔(B)을 x방향으로 주사하는 편향 수단이다. 빔주사기(26)는, x방향에 대향하여 마련되는 주사전극쌍(28)을 갖는다. 주사전극쌍(28)은 가변 전압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 주사전극쌍(28)에 인가되는 전압을 주기적으로 변화시킴으로써, 전극 간에 발생하는 전계를 변화시켜 이온빔(B)을 다양한 각도로 편향시킨다. 이와 같이 하여, 이온빔(B)은, x방향의 주사범위에 걸쳐 주사된다. 다만, 도 12에 있어서 화살표 X에 의하여 빔의 주사방향 및 주사범위를 예시하고, 주사범위에서의 이온빔(B)의 복수의 궤적을 일점 쇄선으로 나타내고 있다.
평행화 렌즈(30)는, 주사된 이온빔(B)의 진행방향을 설계상의 빔궤도와 평행으로 하도록 구성되어 있다. 평행화 렌즈(30)는, 중앙부에 이온빔의 통과 슬릿이 마련된 원호형상의 복수의 P렌즈 전극(32)을 갖는다. P렌즈 전극(32)은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 전압인가에 의하여 발생하는 전계를 이온빔(B)에 작용시켜, 이온빔(B)의 진행방향을 평행하게 정렬한다. 다만, 평행화 렌즈(30)는 다른 빔평행화 장치로 치환되어도 되고, 빔평행화 장치는 자계를 이용하는 자석장치로서 구성되어도 된다. 평행화 렌즈(30)의 하류에는, 이온빔(B)을 가속 또는 감속시키기 위한 AD(Accel/Decel) 칼럼(도시하지 않음)이 마련되어도 된다.
각도 에너지필터(AEF)(34)는, 이온빔(B)의 에너지를 분석하고 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향시켜 주입처리실(16)로 유도하도록 구성되어 있다. 각도 에너지필터(34)는, 전계 편향용 AEF전극쌍(36)을 갖는다. AEF전극쌍(36)은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 13에 있어서, 상측의 AEF전극에 정(正)전압, 하측의 AEF전극에 부(負)전압을 인가시킴으로써, 이온빔(B)을 빔궤도로부터 하방으로 편향시킨다. 다만, 각도 에너지필터(34)는, 자계 편향용 자석장치로 구성되어도 되고, 전계 편향용 AEF전극쌍과 자석장치의 조합으로 구성되어도 된다.
이와 같이 하여, 빔라인장치(14)는, 웨이퍼(W)에 조사되어야 할 이온빔(B)을 주입처리실(16)에 공급한다.
주입처리실(16)은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 1매 또는 복수매의 웨이퍼(W)를 지지하는 플래튼 구동장치(50)를 구비한다. 플래튼 구동장치(50)는, 웨이퍼 지지부(52)와, 왕복 운동기구(54)와, 트위스트각 조정기구(56)와, 틸트각 조정기구(58)를 포함한다. 웨이퍼 지지부(52)는, 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 정전척 등을 구비한다. 왕복 운동기구(54)는, 빔주사방향(x방향)과 직교하는 왕복 운동방향(y방향)으로 웨이퍼 지지부(52)를 왕복 운동시킴으로써, 웨이퍼 지지부(52)에 지지되는 웨이퍼를 y방향으로 왕복 운동시킨다. 도 13에 있어서, 화살표 Y에 의하여 웨이퍼(W)의 왕복 운동을 예시한다.
트위스트각 조정기구(56)는, 웨이퍼(W)의 회전각을 조정하는 기구이고, 웨이퍼 처리면의 법선을 축으로 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 웨이퍼의 외주부(外周部)에 마련되는 얼라인먼트 마크와 기준위치의 사이의 트위스트각을 조정한다. 여기에서, 웨이퍼의 얼라인먼트 마크란, 웨이퍼의 외주부에 마련되는 노치나 오리엔테이션 플랫을 말하며, 웨이퍼의 결정축방향이나 웨이퍼의 둘레방향의 각도위치의 기준이 되는 마크를 말한다. 트위스트각 조정기구(56)는, 도시되는 바와 같이 웨이퍼 지지부(52)와 왕복 운동기구(54)의 사이에 마련되고, 웨이퍼 지지부(52)와 함께 왕복 운동된다.
틸트각 조정기구(58)는, 웨이퍼(W)의 경사를 조정하는 기구이며, 웨이퍼 처리면을 향하는 이온빔(B)의 진행방향과 웨이퍼 처리면의 법선의 사이의 틸트각을 조정한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 경사각 중, x방향의 축을 회전의 중심축으로 하는 각도를 틸트각으로 하여 조정한다. 틸트각 조정기구(58)는, 왕복 운동기구(54)와 주입처리실(16)의 벽면의 사이에 마련되어 있고, 왕복 운동기구(54)를 포함하는 플래튼 구동장치(50) 전체를 R방향으로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)의 틸트각을 조정하도록 구성된다.
주입처리실(16)은, 빔스토퍼(38)를 구비한다. 빔궤도 상에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 경우에는, 이온빔(B)은 빔스토퍼(38)에 입사된다. 또, 주입처리실(16)에는, 이온빔의 빔전류량이나 빔전류밀도 분포를 계측하기 위한 제2 빔계측기(44)가 마련된다. 제2 빔계측기(44)는, 사이드컵(40R, 40L)과, 센터컵(42)을 갖는다.
사이드컵(40R, 40L)은, 웨이퍼(W)에 대하여 x방향으로 어긋나게 배치되어 있고, 이온주입 시에 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔을 차단하지 않는 위치에 배치된다. 이온빔(B)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위를 넘어서 오버스캔되기 때문에, 이온주입 시에 있어서도 주사되는 빔의 일부가 사이드컵(40R, 40L)에 입사된다. 이로써, 이온주입처리 중의 이온조사량을 계측한다. 사이드컵(40R, 40L)의 계측값은, 제2 빔계측기(44)에 보내진다.
센터컵(42)은, 웨이퍼(W)의 표면(웨이퍼 처리면)에 있어서의 빔전류밀도 분포를 계측하기 위한 것이다. 센터컵(42)은, 가동식으로 되어 있으며, 이온주입 시에는 웨이퍼위치로부터 대피되고, 웨이퍼(W)가 조사위치에 없을 때에 웨이퍼위치에 삽입된다. 센터컵(42)은, x방향으로 이동하면서 빔전류량을 계측하여, 빔주사방향의 빔전류밀도 분포를 계측한다. 센터컵(42)은, 웨이퍼 처리면의 위치에서의 이온빔(B)의 빔형상을 계측할 수 있도록 구성된다. 센터컵(42)의 계측값은, 제2 빔계측기(44)에 보내진다. 다만, 센터컵(42)은, 빔주사방향의 복수 위치에 있어서의 이온조사량을 동시에 계측 가능해지도록, 복수의 패러데이컵이 x방향으로 나열된 어레이형상으로 형성되어 있어도 된다.
웨이퍼반송실(60)은, 주입처리실(16)에 인접하는 위치에 마련된다. 웨이퍼반송실(60)은, 이온주입되기 전의 처리 전 웨이퍼를 준비하여 주입처리실(16)로 반입하고, 이온주입된 후의 처리 완료 웨이퍼를 주입처리실(16)로부터 반출한다. 웨이퍼반송실(60)은, 대기압하의 웨이퍼를 고진공 상태의 주입처리실(16)로 반입하기 위한 로드록실이나, 1매 또는 복수매의 웨이퍼를 반송하기 위한 반송로봇 등을 갖는다.
웨이퍼평가실(62)은, 주입처리실(16)에서 이온주입된 웨이퍼의 시트저항을 측정하는 장소이다. 웨이퍼평가실(62)은, 웨이퍼반송실(60)에 인접하는 위치에 마련되고, 웨이퍼반송실(60)을 통하여 처리 완료 웨이퍼가 반입되도록 구성된다. 웨이퍼평가실(62)은, 처리 완료 웨이퍼의 시트저항을 측정하기 위한 시트저항측정기(64)와, 시트저항의 측정 전에 처리 완료 웨이퍼를 어닐링하기 위한 어닐링장치(66)를 갖는다. 시트저항측정기(64)는, 예를 들면, 4탐침법에 의하여 웨이퍼의 시트저항을 측정하도록 구성된다. 어닐링장치(66)는, 주입된 불순물농도 분포의 어닐링 시의 확산에 의한 변화가 억제되도록, 900~1000℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 어닐링하도록 구성된다.
도 14(a), (b)는, 렌즈장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 14(a)는, 이온빔(B)을 세로방향(y방향)으로 수렴시키는 제1 4중극렌즈(22a) 및 제3 4중극렌즈(22c)의 구성을 나타내고, 도 14(b)는, 이온빔(B)을 가로방향(x방향)으로 수렴시키는 제2 4중극렌즈(22b)의 구성을 나타낸다.
도 14(a)의 제1 4중극렌즈(22a)는, 가로방향(x방향)에 대향하는 1세트의 수평대향전극(82)과, 세로방향(y방향)에 대향하는 1세트의 수직대향전극(84)을 갖는다. 1세트의 수평대향전극(82)에는 부전위(-Qy)가 인가되고, 수직대향전극(84)에는 정전위(+Qy)가 인가된다. 제1 4중극렌즈(22a)는, 정의 전하를 갖는 이온입자군으로 구성되는 이온빔(B)에 대하여, 부전위의 수평대향전극(82)의 사이에서 인력을 발생시키고, 정전위의 수직대향전극(84)의 사이에서 척력을 발생시킨다. 이로써, 제1 4중극렌즈(22a)는, 이온빔(B)을 x방향으로 발산시키고, y방향으로 수렴시키도록 빔형상을 조정한다. 제3 4중극렌즈(22c)도 제1 4중극렌즈(22a)와 동일하게 구성되고, 제1 4중극렌즈(22a)와 동일한 전위가 인가된다.
도 14(b)의 제2 4중극렌즈(22b)는, 가로방향(x방향)에 대향하는 1세트의 수평대향전극(86)과, 세로방향(y방향)에 대향하는 1세트의 수직대향전극(88)을 갖는다. 제2 4중극렌즈(22b)는, 제1 4중극렌즈(22a)와 동일하게 구성되지만, 인가되는 전위의 정부(正負)가 반대이다. 1세트의 수평대향전극(86)에는 정전위(+Qx)가 인가되고, 수직대향전극(88)에는 부전위(-Qx)가 인가된다. 제2 4중극렌즈(22b)는, 정의 전하를 갖는 이온입자군으로 구성되는 이온빔(B)에 대하여, 정전위의 수평대향전극(86)의 사이에서 척력을 발생시키고, 부전위의 수직대향전극(88)의 사이에서 인력을 발생시킨다. 이로써, 제2 4중극렌즈(22b)는, 이온빔(B)을 x방향으로 수렴시키고, y방향으로 발산시키도록 빔형상을 조정한다.
도 15는, 렌즈장치의 제어예를 모식적으로 나타내는 그래프이며, 렌즈장치의 대향전극에 인가되는 전위(Qx, Qy)와 정형되는 빔의 각도 분포의 관계성을 나타낸다. 가로축의 세로수렴전위(Qy)는, 제1 4중극렌즈(22a) 및 제3 4중극렌즈(22c)에 인가되는 전위를 나타내고, 세로축의 가로수렴전위(Qx)는, 제2 4중극렌즈(22b)에 인가되는 전위를 나타낸다. 도 16(a)~(e)는, 렌즈장치에 의하여 조정되는 이온빔의 주입각도 분포를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 상단에 x방향의 주입각도 분포를 나타내고, 하단에 y방향의 주입각도 분포를 나타내고 있다. (a)~(e)에 나타내는 그래프는, 각각 도 15의 지점 A1/A2, 지점 B1/B2, 지점 C, 지점 D1/D2, 지점 E1/E2에 있어서의 전위를 이용한 경우에 대응한다.
소정의 전위(Qx0, Qy0)가 인가되는 지점 C는, 도 15에 나타내는 바와 같이, x방향 및 y방향의 쌍방의 주입각도 분포의 퍼짐이 작은 "평행빔"이 되는 동작 조건이다. 이 지점 C로부터 직선 Lx를 따라 전위(Qx, Qy)를 변화시키면, x방향의 주입각도 분포만 변화시키고, y방향의 주입각도 분포를 변화시키지 않도록 빔조정할 수 있다. 지점 C로부터 지점 B1, A1로 가로수렴전위(Qx)를 높여 가면, x방향으로 수렴된 "수렴빔"이 되어 x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커진다. 한편, 지점 C로부터 지점 B2, A2로 가로수렴전위(Qx)를 낮춰 가면, x방향으로 발산된 "발산빔"이 되어 x방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커진다.
마찬가지로, 지점 C로부터 직선 Ly를 따라 전위(Qx, Qy)를 변화시키면, y방향의 주입각도 분포만 변화시키고, x방향의 주입각도 분포를 변화시키지 않도록 빔을 조정할 수 있다. 지점 C로부터 지점 D1, E1로 세로수렴전위(Qy)를 높여 가면, y방향으로 수렴된 "수렴빔"이 되어 y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커진다. 한편, 지점 C로부터 지점 D2, E2로 세로수렴전위(Qy)를 낮춰 가면, y방향으로 발산된 "발산빔"이 되어 y방향의 주입각도 분포의 퍼짐이 커진다.
이와 같이 하여, 3단식의 렌즈장치의 각각에 인가하는 전위(Qx, Qy)를 일정한 조건하에서 변화시킴으로써, 웨이퍼(W)에 조사되는 이온빔의 x방향 및 y방향의 주입각도 분포를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, x방향의 주입각도 분포만을 조정하고 싶은 경우, ΔQx=α·ΔQy의 관계성이 유지되도록 하여 직선 Lx의 기울기에 맞추어 전위를 변화시키면 된다. 마찬가지로, y방향의 주입각도 분포만을 조정하고 싶은 경우, ΔQx=β·ΔQy의 관계성이 유지되도록 하여 직선 Ly의 기울기에 맞추어 전위를 변화시키면 된다. 다만, 직선 Lx, Ly의 기울기 α, β의 값은, 사용하는 렌즈장치의 광학 특성에 따라 적절한 값이 구해진다.
제어장치(70)는, 이온주입장치(10)를 구성하는 각 기기의 동작을 제어한다. 제어장치(70)는, 실시하려고 하는 이온주입공정의 주입 조건의 설정을 받아들인다. 제어장치(70)는, 주입 조건으로서 이온종, 주입에너지, 빔전류량, 웨이퍼면 내의 도스량, 틸트각, 트위스트각 등의 설정을 받아들인다. 또, 제어장치(70)는, 이온빔의 주입각도 분포에 관한 설정을 받아들인다.
제어장치(70)는, 설정된 주입 조건이 실현되도록 각 기기의 동작파라미터를 결정한다. 제어장치(70)는, 이온종을 조정하기 위한 파라미터로서, 이온원(12)의 가스종이나, 이온원(12)의 인출전압, 질량분석부(18)의 자장의 값 등을 결정한다. 제어장치(70)는, 주입에너지를 조정하기 위한 파라미터로서, 이온원(12)의 인출전압, P렌즈 전극(32)의 인가전압, AD칼럼의 인가전압의 값 등을 결정한다. 제어장치(70)는, 빔전류량을 조정하기 위한 파라미터로서, 이온원(12)의 가스량, 아크전류, 아크전압, 소스마그넷전류와 같은 각종 파라미터나, 가변 애퍼처(20)의 개구폭을 조정하기 위한 파라미터 등을 결정한다. 또, 제어장치(70)는, 웨이퍼면 내의 도스량 또는 도스량 분포를 조정하기 위한 파라미터로서, 빔주사기(26)의 주사 파라미터나, 플래튼 구동장치(50)의 속도 파라미터 등을 결정한다.
제어장치(70)는, 이온빔의 주입각도 분포를 평가하기 위하여, 소정의 채널링조건을 충족시키도록 배치된 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하는 시험조사공정을 실행한다. 제어장치(70)는, 면채널링조건, 축채널링조건 또는 오프채널링조건을 충족시키도록 평가용 웨이퍼(WT)를 플래튼 구동장치(50)에 배치시키고, 배치된 평가용 웨이퍼(WT)에 대한 이온주입처리를 실행한다. 제어장치(70)는, 시험조사된 평가용 웨이퍼(WT)를 웨이퍼평가실(62)에 반송시키고, 웨이퍼평가실(62)에서 어닐링처리 및 시트저항의 측정을 실시시킨다.
제어장치(70)는, 시트저항의 측정 결과를 이용하여 이온빔의 주입각도 분포가 원하는 분포가 되도록 조정한다. 제어장치(70)는, 빔수렴부(22)의 3개의 렌즈장치(22a, 22b, 22c)에 인가하는 가로수렴전위(Qx) 및 세로수렴전위(Qy)의 값을 조정함으로써, 이온빔의 x방향 및 y방향의 주입각도 분포를 각각 독립적으로 제어한다. 제어장치(70)는, 주입각도 분포가 조정된 이온빔을 피처리 웨이퍼에 조사하고, 피처리 웨이퍼 내에 원하는 캐리어농도 분포가 형성되는 본 조사공정을 실행한다.
계속해서, 이온빔의 구체적인 조정예에 대하여 설명한다. 여기에서는, 이온주입장치(10)가 출력하는 이온빔의 빔 특성, 특히 주입각도 분포에 관한 특성을 교정(較正)하기 위한 조정수법에 대하여 설명한다. 이 조정수법은, 이온주입장치(10)가 출력하는 제1 이온빔의 특성을 기준이 되는 다른 이온주입장치(이하, 기준장치라고도 함)가 출력하는 제2 이온빔의 특성에 맞추기 위한 방법이다.
본 조정예에 관한 방법은, 이온빔의 도스량을 맞추는 제1 공정과, 이온빔의 주입각도의 기준값을 맞추는 제2 공정과, 이온빔의 x방향의 주입각도 분포를 맞추는 제3 공정과, 이온빔의 y방향의 주입각도 분포를 맞추는 제4 공정을 구비한다.
제1 공정에서는, 상술한 오프채널링조건을 이용한다. 오프채널링조건에서 이온빔을 조사하는 경우, x방향 및 y방향의 주입각도 분포에 기인하는 시트저항값의 변화가 보이지 않기 때문에, 빔조사에 의하여 웨이퍼에 주입된 도스량을 비교할 수 있다. 제1 공정에서는, 이온주입장치(10)를 이용하여 오프채널링조건의 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후에 어닐링처리가 실시된 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 또, 기준장치에 있어서도 오프채널링조건의 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후에 어닐링처리가 실시된 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 양자의 시트저항값의 측정 결과를 비교하여, 차가 있으면 시트저항값의 차가 해소되도록 이온주입장치(10)의 도스량을 설정하기 위한 각종 파라미터를 조정한다.
제2 공정에서는, 상술한 축채널링조건을 응용한 "V커브법"이라고 하는 수법을 이용한다. V커브법에서는, 평가용 웨이퍼(WT)의 틸트각을 약간 변화시켜 빔조사함으로써, 시트저항값이 최소가 되는 틸트각의 값으로부터 빔의 기준궤도의 방향을 추정한다. 구체적으로는, 트위스트각(φ)=23°, 틸트각(θ)=0°의 축채널링조건을 충족시키는 방향을 중심으로 하여, 예를 들면 틸트각(θ)을 -2°~+2°의 범위로 변화시키고, 각 틸트각에서 이온빔이 조사된 평가용 웨이퍼(WT)의 시트저항을 측정한다.
도 17은, V커브법에 의한 측정예를 나타내는 그래프이며, 이온주입장치(10)에 있어서의 제1 이온빔의 측정 결과(V1)와 기준장치에 있어서의 제2 이온빔의 측정 결과(V2)를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 복수의 측정점을 V형상의 곡선으로 근사(近似)시킴으로써 시트저항의 틸트각 의존성이 얻어진다. 본 그래프의 예에서는, 시트저항의 최솟값이 틸트각(θ)=0°인 경우이며, 틸트각의 기준값(예를 들면 θ=0°)과 빔의 기준궤도방향 사이에 각도 어긋남이 발생하지 않는 경우를 나타내고 있다. V커브법의 측정에 의하여 장치 간에서 틸트각에 차이가 있는 것이 검출된 경우에는, 이온주입장치(10)의 틸트각이 기준장치의 틸트각과 일치하도록 조정한다. 보다 구체적으로는, 이온주입장치(10)의 틸트각 또는 빔의 기준궤도방향 중 적어도 일방을 조정함으로써, 빔의 주입각도(웨이퍼에 대한 빔 전체의 평균값으로서의 입사각도)의 기준값이 장치 간에서 일치하도록 한다. 예를 들면, 이온주입장치(10)의 틸트각의 기준값에 소정의 오프셋을 더함으로써, 기준장치와의 사이의 틸트각의 어긋남이 반영되도록 해도 된다. 그 외에, 빔라인장치(14)의 각종 파라미터를 조정함으로써, 이온주입장치(10)의 기준궤도방향을 변화시키고, 기준장치와의 사이의 빔궤도방향의 어긋남이 반영되도록 해도 된다.
도 17에 나타내는 그래프에서는, 2개의 측정 결과(V1, V2)의 시트저항의 최솟값에 차분(ΔR)이 발생하고 있다. 이 저항값의 차분(ΔR)은, 제1 이온빔과 제2 이온빔의 주입각도 분포의 차에 기인하고, 시트저항의 최솟값이 작은 제2 이온빔에 비하여, 시트저항의 최솟값이 큰 제1 이온빔이 주입각도 분포가 큰 것을 의미하고 있다. 이와 같이 시트저항값의 차분(ΔR)이 보이는 경우에는, 제3 공정 및 제4 공정에 의하여 양자의 주입각도 분포를 맞추는 조정을 행한다. 다만, 양자의 시트저항의 최솟값이 대략 일치하는 경우나, 시트저항의 최솟값의 차가 기준범위 내인 경우는, 이하의 제3 공정 및 제4 공정에 의한 주입각도 분포의 조정을 생략해도 된다.
제3 공정에서는, 상술한 면채널링조건을 이용하여 x방향의 주입각도 분포를 평가한다. 이온주입장치(10)를 이용하여 면채널링조건의 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후에 어닐링처리가 실시된 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 또, 기준장치에 있어서도 면채널링조건의 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후에 어닐링처리가 실시된 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 양자의 시트저항값의 측정 결과를 비교하여, 차가 있으면 시트저항값의 차가 해소되도록 빔수렴부(22)의 동작파라미터를 조정한다. 구체적으로는, ΔQx=α·ΔQy의 관계성이 유지되도록 하여 렌즈장치에 인가하는 전압(Qx, Qy)을 조정하고, x방향의 주입각도 분포가 원하는 분포가 되도록 한다.
제4 공정에서는, 상술한 축채널링조건을 이용하여 y방향의 주입각도 분포를 평가한다. 이온주입장치(10)를 이용하여 축채널링조건의 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후에 어닐링처리가 실시된 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 또, 기준장치에 있어서도 축채널링조건의 평가용 웨이퍼(WT)에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후에 어닐링처리가 실시된 웨이퍼의 시트저항을 측정한다. 양자의 시트저항값의 측정 결과를 비교하여, 차가 있으면 시트저항값의 차가 해소되도록 빔수렴부(22)의 동작파라미터를 조정한다. 구체적으로는, ΔQx=β·ΔQy의 관계성이 유지되도록 하여 렌즈장치에 인가하는 전압(Qx, Qy)을 조정하고, y방향의 주입각도 분포가 원하는 분포가 되도록 한다.
도 18은, 이온주입장치(10)의 동작과정을 나타내는 플로차트이다. 먼저, 오프채널링조건에서 이온빔의 도스량을 평가하여(S10) 도스량을 조정하고(S12), V커브법을 이용하여 빔의 주입각도를 평가하여(S14) 주입각도의 기준값을 조정한다(S16). 주입각도 분포의 조정이 필요하면(S18의 Y), 면채널링조건에서 이온빔의 x방향의 주입각도 분포를 평가하여(S20) x방향의 주입각도 분포를 조정하고(S22), 축채널링조건에서 빔의 y방향의 주입각도 분포를 평가하여(S24) y방향의 주입각도 분포를 조정한다(S26). 주입각도 분포의 조정이 필요 없으면(S18의 N), S20~S26을 스킵한다. 계속해서, 조정된 이온빔을 피처리 웨이퍼에 조사하여 이온주입처리를 실행한다(S28).
본 실시형태에 의하면, 이상의 조정방법에 의하여, 이온주입장치(10)로부터 출력되는 제1 이온빔의 도스량, 기준궤도방향, x방향 및 y방향의 주입각도 분포를 기준장치와 일치하도록 맞출 수 있다. 이와 같이 조정된 이온빔을 이용하여 본 조사공정을 실행함으로써, 기준장치를 이용하는 경우와 동일한 조건의 이온주입처리를 실현할 수 있다. 특히, 빔의 주입각도 분포를 포함하여 맞출 수 있기 때문에, 피처리 웨이퍼의 게이트구조 근방에 형성되는 캐리어농도 분포의 깊이방향 및 게이트길이방향의 퍼짐이 원하는 분포가 되도록 할 수 있다. 이로써, 이온주입처리의 주입정밀도를 높일 수 있다.
도 19는, 이온주입에 의하여 제조되는 트랜지스터의 임곗값전압(VTH)과 주입에 이용하는 이온빔의 주입각도 분포의 관계성을 나타내는 그래프이다. 그래프의 가로축은 트랜지스터의 게이트길이(L)이며, 세로축은 제조되는 트랜지스터의 임곗값전압(VTH)이다. 이온주입에 이용하는 이온빔(B0, B1, B2, B3)의 주입각도 분포의 퍼짐의 크기는, B0＜B1＜B2＜B3의 순서로 되어 있다. 예를 들면, 이온빔 B0은, 주입각도 분포가 대략 0인 평행빔이며, 이온빔 B3은, 주입각도 분포가 큰 발산빔이다. 다만, 주입각도 분포 이외의 특성은 이온빔 B0~B3에 있어서 공통이다.
도시되는 바와 같이, 주입처리에 이용하는 이온빔의 주입각도 분포를 변경하는 것만으로 제조되는 트랜지스터의 임곗값전압이 변화한다. 예를 들면, 트랜지스터의 게이트길이를 소정의 값(L0)에 고정하면, 주입각도 분포에 의하여 제조되는 트랜지스터의 임곗값전압(V0, V1, V2, V3)이 변화한다. 이는, 주입각도 분포의 차이에 의하여 게이트구조하에 형성되는 캐리어농도 분포의 게이트길이방향의 퍼짐폭이 상이하게 되어, 게이트구조하의 실질적인 채널길이가 변화하는 것에 기인한다고 생각된다. 본 실시형태에 의하면, 이온주입에 이용하는 이온빔의 각도 분포를 원하는 분포로 조정할 수 있기 때문에, 제조되는 트랜지스터의 임곗값전압이 원하는 값이 되도록 주입처리를 제어할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 최종적으로 제조되는 반도체회로가 원하는 동작 특성을 갖도록 주입 조건을 적절히 조정 내지 제어할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 평가용 웨이퍼(WT)의 시트저항을 이용하여 상이한 주입장치 간의 빔 특성을 평가하고 있기 때문에, 공통의 지표에 근거하는 평가를 할 수 있다. 상이한 장치 간에서 빔의 주입각도 분포를 비교하는 경우, 각 주입장치의 측정방식이나 측정장치의 장착위치 등의 차이에 기인하여, 동일한 특성의 빔을 측정했다고 하더라도 상이한 측정 결과가 되는 경우를 생각할 수 있다. 그 경우, 측정 결과의 수치가 서로 합치하도록 빔조정을 할 수 있었다고 하더라도, 빔의 주입각도 분포가 엄밀하게는 일치하고 있지 않을 가능성이 있다. 한편, 본 실시형태에 의하면, 동일 특성의 평가용 웨이퍼를 이용함으로써, 상이한 주입장치 간이더라도 공통의 평가기준에 의한 비교가 가능해진다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 장치 간의 캘리브레이션 정밀도를 높일 수 있다.
또, 각 주입장치가 구비하는 각도 분포계측기에 의한 계측 결과와, 웨이퍼의 시트저항값의 관계성을 대응시키는 테이블을 미리 작성함으로써, 주입각도 분포에 근거하여 각도 분포계측기의 계측값의 캘리브레이션을 할 수도 있다. 예를 들면, 시트저항의 측정값을 이용하여 제1 이온빔과 제2 이온빔의 주입각도 분포가 동일한 것을 확인한 후에, 각 주입장치가 구비하는 패러데이컵 등을 이용하여 제1 이온빔과 제2 이온빔의 주입각도 분포를 계측한다. 이와 같은 계측 결과의 페어를 상이한 주입각도 분포에 대하여 구함으로써, 각 주입장치가 구비하는 각도 분포계측기의 계측 특성을 대응시킬 수 있다. 예를 들면, 시트저항의 측정 결과로부터 동일한 주입각도 분포를 갖는 것을 알고 있는 이온빔에 대하여, 제1 주입장치에서는 제1 각도 분포값이 계측되는 한편, 제2 주입장치에서는 제1 각도 분포값과는 상이한 제2 각도 분포값이 계측된다는 상관성을 알 수 있다. 본 실시형태에 의한 수법을 이용하여 이와 같은 상관 테이블을 미리 작성하면, 그 이후에 대해서는 평가용 웨이퍼의 시트저항을 측정하지 않아도 각 주입장치의 각도 분포계측 기능을 이용하여 주입각도 분포를 높은 정밀도로 맞출 수 있다.
이상, 본 발명을 상술한 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 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 순번을 적절히 재조합하거나 각종 설계변경 등의 변형을 실시형태에 대하여 가하는 것도 가능하고, 그와 같은 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 이온주입장치(10)가 시트저항측정기(64) 및 어닐링장치(66)를 구비하는 구성으로 했다. 변형예에 있어서는, 이온주입장치(10)에는 저항측정기 및 어닐링장치가 마련되지 않고, 이온주입장치(10)의 밖에 마련되는 장치를 이용하여 평가용 웨이퍼의 어닐링처리 및 저항측정이 이루어져도 된다.
상술한 실시형태에서는, 빔조사 후의 웨이퍼의 저항값을 측정하는 방법으로서, 4탐침법에 의하여 웨이퍼의 시트저항을 측정하는 경우를 나타냈다. 변형예에 있어서는, 상이한 수법에 의하여 웨이퍼의 상이한 종류의 저항값을 측정해도 된다. 예를 들면, 확산저항측정에 의하여 웨이퍼의 깊이방향의 캐리어농도 분포를 구해도 되고, 양극산화법을 이용하여 웨이퍼의 저항측정을 해도 된다.
상술한 실시형태에서는, 웨이퍼 처리면에 형성되는 게이트구조 근방의 캐리어농도 분포를 제어하는 경우에 대하여 나타냈다. 변형예에 있어서는, 웨이퍼 처리면에 형성되는 임의의 3차원구조 또는 입체차단물의 근방에 형성되는 캐리어농도 분포가 원하는 분포가 되도록 빔의 주입각도 분포가 제어되어도 된다. 웨이퍼 처리면에 형성되는 구조체는, 예를 들면, 핀형 FET 등에서 이용되는 핀구조, 세로형 트랜지스터 등에서 이용되는 트렌치구조, 트랜지스터 간을 분리하기 위한 소자분리산화막, 그 외에 포토레지스트패턴 등이어도 된다. 이와 같은 구조체가 마련되는 경우에 있어서, 웨이퍼 처리면과 직교하는 깊이방향 및 웨이퍼 처리면에 평행한 수평방향의 캐리어농도 분포의 퍼짐이 원하는 분포가 되도록 빔의 주입각도 분포를 조정할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 빔의 주입각도 분포를 조정하기 위한 렌즈장치로서, 3단식의 4중극렌즈를 이용하는 경우를 나타냈다. 변형예에 있어서는, x방향 및 y방향의 주입각도 분포를 각각 독립적으로 제어할 수 있는 임의의 2 이상의 렌즈장치를 이용해도 된다. 예를 들면, 가로방향(x방향)의 수렴 또는 발산을 제어하기 위한 제1 아인젤렌즈장치와, 세로방향(y방향)의 수렴 또는 발산을 제어하기 위한 제2 아인젤렌즈장치를 조합하여 이용해도 된다. 제1 아인젤렌즈장치는, x방향에 대향하는 전극쌍을 갖고, 이 전극쌍에 인가되는 전압(Vx)에 의하여 x방향의 주입각도 분포를 제어해도 된다. 제2 아인젤렌즈장치는, y방향에 대향하는 전극쌍을 갖고, 이 전극쌍에 인가되는 전압(Vy)에 의하여 y방향의 주입각도 분포를 제어해도 된다.
본 실시형태의 일 양태를 이하에 나타낸다.
[항목 1]
이온빔을 x방향으로 왕복 주사시키고, 웨이퍼를 y방향으로 왕복 운동시켜 웨이퍼에 이온주입하는 이온주입방법으로서,
소정의 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 제1 웨이퍼에 상기 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 상기 제1 웨이퍼의 저항을 측정하는 단계와,
소정의 축채널링조건을 충족시키도록 배치된 제2 웨이퍼에 상기 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 상기 제2 웨이퍼의 저항을 측정하는 단계와,
상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼의 저항측정 결과를 이용하여, 상기 이온빔의 상기 웨이퍼에 대한 상기 x방향 및 상기 y방향의 주입각도 분포를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
[항목 2]
상기 주입각도 분포는, 전계 및 자계 중 적어도 일방을 작용시켜 상기 이온빔을 수렴 또는 발산시키는 2 이상의 렌즈장치를 이용하여, 상기 x방향 및 상기 y방향의 각각에 대하여 독립적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 항목 1에 기재된 이온주입방법.
[항목 3]
상기 주입각도 분포가 조정된 이온빔을 피처리 웨이퍼에 조사하는 단계를 더 구비하고, 상기 주입각도 분포는, 상기 피처리 웨이퍼에 원하는 캐리어농도 분포가 형성되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 항목 2에 기재된 이온주입방법.
[항목 4]
상기 피처리 웨이퍼는, 웨이퍼 처리면에 형성되는 구조체를 갖고,
상기 주입각도 분포는, 상기 구조체의 근방에 있어서의 캐리어농도 분포의 퍼짐이 원하는 분포가 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 항목 3에 기재된 이온주입방법.
[항목 5]
상기 구조체는, 게이트구조이며,
상기 주입각도 분포는, 상기 게이트구조의 근방에 있어서의 캐리어농도 분포의 깊이방향 및 게이트길이방향의 퍼짐이 원하는 분포가 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 항목 4에 기재된 이온주입방법.
[항목 6]
상기 제1 웨이퍼는, 상기 제1 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향과 상기 y방향의 쌍방에 의하여 규정되는 기준면에 평행한 채널링면을 갖는 한편, 상기 기준면과 직교하는 채널링면을 갖지 않도록 배향되는 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 7]
상기 제1 웨이퍼는, 웨이퍼 주면이 (100)면인 결정성 기판이며, 상기 제1 웨이퍼의 <110>방위와 상기 y방향 사이의 트위스트각이 0도 또는 45도가 되고, 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 기준궤도를 따르는 방향 사이의 틸트각이 15도~60도의 범위 내가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 항목 6에 기재된 이온주입방법.
[항목 8]
상기 제2 웨이퍼는, 상기 제2 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향으로 채널링축을 갖는 한편, 상기 제2 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향과 상기 y방향의 쌍방에 의하여 규정되는 기준면에 평행 또는 직교하는 채널링면을 갖지 않도록 배향되는 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 9]
상기 제2 웨이퍼는, 웨이퍼 주면이 (100)면인 결정성 기판이며, 상기 제2 웨이퍼의 <110>방위와 상기 y방향 사이의 트위스트각이 15도~30도의 범위 내가 되고, 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 기준궤도를 따르는 방향 사이의 틸트각이 0도가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 항목 8에 기재된 이온주입방법.
[항목 10]
상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼는, 웨이퍼 주면의 오프각이 0.1도 이하인 결정성 기판인 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 11]
상기 제1 웨이퍼의 저항측정 전에 빔조사 후의 상기 제1 웨이퍼에 어닐링처리를 실시하는 단계와, 상기 제2 웨이퍼의 저항측정 전에 빔조사 후의 상기 제2 웨이퍼에 어닐링처리를 실시하는 단계 중 적어도 일방을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 12]
상기 어닐링처리는, 900~1000℃의 어닐링온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 항목 11에 기재된 이온주입방법.
[항목 13]
소정의 오프채널링조건을 충족시키도록 배치된 제3 웨이퍼에 상기 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 상기 제3 웨이퍼의 저항을 측정하는 단계와,
상기 제3 웨이퍼의 저항측정 결과를 이용하여 상기 이온빔에 의한 이온주입량을 조정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 14]
상기 제3 웨이퍼는, 웨이퍼 주면이 (100)면인 결정성 기판이며, 상기 제3 웨이퍼의 <110>방위와 상기 y방향 사이의 트위스트각이 15도~30도의 범위 내가 되고, 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 웨이퍼 주면에 입사하는 이온빔의 기준궤도를 따르는 방향 사이의 틸트각이 7도~15도의 범위 내가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 항목 13에 기재된 이온주입방법.
[항목 15]
상기 제3 웨이퍼는, 웨이퍼 주면 근방이 어모퍼스화된 기판인 것을 특징으로 하는 항목 13에 기재된 이온주입방법.
[항목 16]
상기 웨이퍼의 저항측정은, 4탐침법을 이용하여 상기 웨이퍼의 시트저항을 측정하는 것인 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 17]
상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼에는 제1 이온주입장치에 의하여 생성되는 제1 이온빔이 조사되고, 상기 주입각도 분포의 조정은 상기 제1 이온빔에 대하여 이루어지며,
상기 이온주입방법은,
상기 제1 이온주입장치와는 상이한 제2 이온주입장치에 의하여 생성되는 제2 이온빔을 상기 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 제4 웨이퍼에 조사하고, 빔조사 후의 상기 제4 웨이퍼의 저항을 측정하는 단계와,
상기 제2 이온빔을 상기 소정의 축채널링조건을 충족시키도록 배치된 제5 웨이퍼에 조사하고, 빔조사 후의 상기 제5 웨이퍼의 저항을 측정하는 단계를 더 구비하며,
상기 주입각도 분포의 조정은, 상기 제1 웨이퍼와 상기 제4 웨이퍼의 저항의 비교 결과 및 상기 제2 웨이퍼와 상기 제5 웨이퍼의 저항의 비교 결과를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 항목 1 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 이온주입방법.
[항목 18]
이온빔에 전계 및 자계 중 적어도 일방을 작용시켜 상기 이온빔을 수렴 또는 발산시키는 2 이상의 렌즈장치와,
상기 이온빔을 x방향으로 왕복 주사시키는 빔주사기와,
상기 왕복 주사되는 이온빔이 조사되는 웨이퍼를 y방향으로 왕복 운동시키는 플래튼 구동장치와,
빔조사 후의 웨이퍼의 저항을 측정하는 저항측정기와,
상기 저항측정기의 측정 결과에 근거하여 상기 2 이상의 렌즈장치의 동작파라미터를 결정하여 이온주입처리를 실행하는 제어장치를 구비하고,
상기 제어장치는,
소정의 면채널링조건을 충족시키도록 상기 플래튼 구동장치에 배치된 제1 웨이퍼에 이온빔을 조사시키고, 조사 후의 상기 제1 웨이퍼의 저항을 상기 저항측정기에 의하여 측정시키며,
소정의 축채널링조건을 충족시키도록 상기 플래튼 구동장치에 배치된 제2 웨이퍼에 이온빔을 조사시키고, 조사 후의 상기 제2 웨이퍼의 저항을 상기 저항측정기에 의하여 측정시키며,
상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼의 저항측정 결과를 이용하여 상기 2 이상의 렌즈장치의 동작파라미터를 결정하고, 상기 이온빔의 상기 웨이퍼에 대한 상기 x방향 및 상기 y방향의 주입각도 분포를 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
[항목 19]
상기 웨이퍼의 어닐링장치를 더 구비하고,
상기 제어장치는, 상기 제1 웨이퍼의 저항측정 전에 빔조사 후의 상기 제1 웨이퍼를 상기 어닐링장치를 이용하여 어닐링시키며, 상기 제2 웨이퍼의 저항측정 전에 빔조사 후의 상기 제2 웨이퍼를 상기 어닐링장치에 의하여 어닐링시키는 것을 특징으로 하는 항목 18에 기재된 이온주입장치.
[항목 20]
이온빔을 x방향으로 왕복 주사시키고, 웨이퍼를 y방향으로 왕복 운동시켜 웨이퍼에 이온주입하는 이온주입방법으로서,
상기 x방향 및 상기 y방향의 주입각도 분포가 조정된 이온빔을 피처리 웨이퍼에 조사하여, 상기 피처리 웨이퍼에 원하는 캐리어농도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
(변형예 1)
상술한 실시형태에서는, 면채널링조건과 축채널링조건을 조합함으로써, x방향 및 y방향의 쌍방의 주입각도 분포를 평가하는 경우에 대하여 나타냈다. 변형예에 있어서는, 면채널링조건만을 이용하여 주입각도 분포를 평가한다. 이하, 본 변형예에 대하여, 상술한 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.
도 20(a), (b)는, 변형예에 관한 플래튼 구동장치(150)의 구성을 모식적으로 나타내는 도이다. 플래튼 구동장치(150)는, 웨이퍼 지지부(152)와, 왕복 운동기구(154)와, 트위스트각 조정기구(156)와, 제1 틸트각 조정기구(157)와, 제2 틸트각 조정기구(158)를 갖는다. 플래튼 구동장치(150)는, 웨이퍼(W)의 트위스트각(φ), 제1 틸트각(θ1) 및 제2 틸트각(θ2)을 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
웨이퍼(W)는, 웨이퍼 지지부(152)에 고정된다. 웨이퍼 지지부(152)는, 트위스트각 조정기구(156)에 장착되어 있다. 트위스트각 조정기구(156)는, 웨이퍼 지지부(152)를 회전시킴으로써 웨이퍼(W)의 트위스트각(φ)을 조정한다. 제1 틸트각 조정기구(157)는, 트위스트각 조정기구(156)를 회전시킴으로써 웨이퍼(W)의 제1 틸트각(θ1)을 조정한다. 제1 틸트각(θ1)은, x방향으로 뻗는 회전축을 중심으로 한 회전각으로서 설정된다. 제2 틸트각 조정기구(158)는, 제1 틸트각 조정기구(157)를 회전시킴으로써 웨이퍼(W)의 제2 틸트각(θ2)을 조정한다. 제2 틸트각(θ2)은, y방향으로 뻗는 회전축을 중심으로 한 회전각으로서 설정된다. 왕복 운동기구(154)는, 제2 틸트각 조정기구(158)를 화살표 Y로 나타내는 바와 같이 왕복 운동시킴으로써, 웨이퍼(W)를 y방향으로 왕복 운동시킨다.
도 21은, 변형예에 관한 이온주입장치(10)의 동작과정을 나타내는 플로차트이다. 먼저, 제1 면채널링조건에서 이온빔의 제1 방향의 주입각도 분포를 평가하고(S30), 제1 방향의 주입각도 분포를 조정한다(S32). 제2 방향의 조정이 필요하면(S34의 Y), 제2 면채널링조건에서 이온빔의 제2 방향의 주입각도 분포를 평가하고(S36), 제2 방향의 주입각도 분포를 조정한다(S38). 제2 방향의 조정이 불필요하면(S34의 N), S36 및 S38의 처리를 스킵한다. 계속해서, 조정된 이온빔을 피처리 웨이퍼에 조사하여 이온주입처리를 실행한다(S40).
제1 면채널링조건을 실현하기 위하여, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도방향과 평행하는 제1 기준면에 평행한 채널링면을 갖는 한편, 제1 기준면과 직교하고, 또한 기준궤도방향과 평행한 채널링면을 갖지 않도록 웨이퍼가 배향된다. 이때, 평가하려고 하는 제1 방향과 제1 기준면이 직교하는 배치가 되도록 웨이퍼가 배향된다. 제1 방향이 x방향인 경우, 도 8(b)에 나타나는 바와 같은 면채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼가 배향된다. 이와 같은 면채널링조건은, 웨이퍼의 트위스트각(φ)을 실질적으로 0도 또는 45도로 하고, 제1 틸트각(θ1)을 7도~60도의 범위 내로 하면 된다. 구체예를 들면, 트위스트각(φ)을 실질적으로 0도로 하고, 제1 틸트각(θ1)을 15도로 해도 된다. 제2 틸트각(θ2)은, 0도여도 된다.
제2 면채널링조건을 실현하기 위하여, 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도방향과 평행하며, 상술한 제1 기준면과 비평행인 제2 기준면에 평행하는 채널링면을 갖는 한편, 제2 기준면과 직교하고, 또한 기준궤도방향과 평행하는 채널링면을 갖지 않도록 웨이퍼가 배향된다. 이때, 평가하려고 하는 제2 방향과 제2 기준면이 직교하는 배치가 되도록 웨이퍼가 배향된다. 제2 방향이 y방향인 경우, 도 22에 나타나는 바와 같은 면채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼가 배향된다. 이와 같은 면채널링조건은, 웨이퍼의 트위스트각(φ)을 실질적으로 0도 또는 45도로 하고, 제2 틸트각(θ2)을 7도~60도의 범위 내로 하면 된다. 구체예를 들면, 트위스트각(φ)을 실질적으로 0도로 하고, 제2 틸트각(θ2)을 15도로 해도 된다. 제1 틸트각(θ1)은, 0도여도 된다.
본 변형예에 의하면, 상이한 면채널링조건을 조합함으로써, 이온빔의 복수의 방향의 주입각도 분포를 평가할 수 있다. 구체적으로는, x방향과 직교하는 채널링면을 갖는 한편, y방향과 직교하는 채널링면을 갖지 않도록 배향되는 웨이퍼를 이용함으로써 x방향의 주입각도 분포를 평가할 수 있다. 또, y방향과 직교하는 채널링면을 갖는 한편, x방향과 직교하는 채널링면을 갖지 않도록 배향되는 웨이퍼를 이용함으로써 y방향의 주입각도 분포를 평가할 수 있다. 따라서, 본 변형예에 의하면, 복수의 면채널링조건을 이용하여 이온빔의 주입각도 분포를 이차원적으로 평가할 수 있다. 다만, 추가적인 변형예에 있어서는, 하나의 면채널링조건만을 이용하여 일방향의 주입각도 분포만을 평가해도 된다.
(변형예 2)
상술한 실시형태에서는, 복수 종류의 빔 조건에 근거하여 이온빔의 주입각도 분포를 평가하는 경우에, 조건마다 상이한 웨이퍼를 사용하는 경우에 대하여 나타냈다. 본 변형예에서는, 1매의 웨이퍼에 빔 조건이 상이한 이온빔을 조사하여 주입각도 분포를 평가한다. 구체적으로는, 1매의 웨이퍼의 주면 상에 복수의 영역을 설정하고, 영역마다 조건이 상이한 빔을 조사하여 영역마다 웨이퍼 특성을 평가한다. 이하, 본 변형예에 대하여, 상술한 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.
도 23(a)~(d)는, 평가 웨이퍼(WT)의 웨이퍼 주면 상에 설정되는 복수의 영역을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 23(a)는, 웨이퍼 주면을 상하(y방향)로 분할하고, 상측에 제1 영역(S1), 하측에 제2 영역(S2)을 설정한 예를 나타낸다. 도 23(b)는, 웨이퍼 주면을 좌우(x방향)로 분할하고, 좌측에 제1 영역(S1), 우측에 제2 영역(S2)을 설정한 예를 나타낸다. 도 23(c)는, 웨이퍼 주면을 상하좌우(x방향 및 y방향)로 4분할하고, 좌상측에 제1 영역(S1), 우상측에 제2 영역(S2), 좌하측에 제3 영역(S3), 우하측에 제4 영역(S4)을 설정한 예를 나타낸다. 도 23(d)는, 웨이퍼 주면을 상하방향(y방향)으로 4분할하고, 상하방향에 차례로 제1 영역(S1), 제2 영역(S2), 제3 영역(S3), 제4 영역(S4)을 설정한 예를 나타낸다. 다만, 도시되는 영역 설정은 예시에 지나지 않고, 도시하는 예와는 상이한 양태로 웨이퍼 주면 상에 복수의 영역이 설정되어도 된다. 설정되는 영역수는 3이어도 되고, 5 이상이어도 된다.
웨이퍼 주면 상에 설정되는 각 영역에는, 상이한 빔 조건의 이온빔이 조사된다. 예를 들면, 도 23(a)의 제1 영역(S1)에는 제1 빔 조건의 이온빔이 조사되고, 제2 영역(S2)에는 제1 빔 조건과는 상이한 제2 빔 조건의 이온빔이 조사된다. 이때, 빔 조건이 상이한 이온빔으로서, 빔의 각도 조건(주입각도 분포)이 상이한 이온빔이나, 빔의 각도 조건에 영향을 주는 동작파라미터가 상이하도록 설정된 이온빔이 웨이퍼 주면 상의 상이한 영역에 조사된다. 예를 들면, 제2 빔 조건의 이온빔으로서, 제1 빔 조건의 이온빔보다 각도 분포가 큰 빔 또는 각도 분포를 크게 하도록 파라미터가 설정된 빔이 선택된다. 또, 웨이퍼 주면 상의 4개의 영역(S1~S4)마다 상이한 조건의 이온빔을 조사하는 경우, 예를 들면, 빔의 각도 조건에 영향을 주는 동작파라미터를 단계적으로 설정한 빔을 대응하는 영역(S1~S4)에 조사해도 된다.
동일 웨이퍼의 복수의 영역에 상이한 빔 조건의 이온빔을 조사한 후, 영역마다 웨이퍼 표면의 소정의 특성이 측정된다. 웨이퍼 표면의 소정의 특성이란, 웨이퍼의 시트저항이나 확산저항, 서멀 웨이브법(thermally modulated optical reflectance)에 근거하여 측정되는 서멀 웨이브 신호(thermal-wave signal), 2차 이온질량분석(SIMS; Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의하여 측정되는 웨이퍼 표면의 주입 불순물 농도의 깊이 프로파일 등이다. 이들 방법을 이용하여 영역마다 웨이퍼 특성을 측정함으로써, 각 영역에 조사된 빔 조건에 대응하는 이온빔의 주입각도 분포를 평가할 수 있다.
도 24는, 변형예에 관한 이온주입장치(10)의 동작과정을 나타내는 플로차트이다. 먼저, 웨이퍼의 제1 영역(S1)에 제1 빔 조건의 이온빔이 조사되고(S50), 계속해서 웨이퍼의 제2 영역(S2)에 제2 빔 조건의 이온빔이 조사된다(S52). 빔조사 후의 제1 영역 및 제2 영역의 웨이퍼 표면의 특성을 측정하고(S54), 제1 빔 조건 및 제2 빔 조건의 이온빔이 평가된다(S56).
본 변형예에 의하면, 동일한 웨이퍼에 빔 조건이 상이한 이온빔을 조사하고 있기 때문에, 상이한 빔 조건 간에 있어서 웨이퍼의 채널링조건을 엄밀하게 동일하게 할 수 있다. 만일, 상이한 빔 조건 간에서 상이한 웨이퍼를 사용하는 경우, 웨이퍼의 트위스트각이나 틸트각을 엄밀하게 일치시킨 경우이더라도 웨이퍼 주면의 결정방위에 웨이퍼마다 편차가 있을 가능성이 있어, 채널링조건이 엄밀한 의미로 일치하지 않을 우려가 있다. 그렇다면, 빔 조건을 평가할 때에 채널링조건의 상이에 기인하는 오차가 발생할 가능성이 있다. 한편, 본 변형예에 의하면, 동일한 웨이퍼를 동일한 채널링조건을 충족시키도록 배치하여 복수의 조건으로 이온빔을 조사하기 때문에, 웨이퍼의 채널링조건을 엄밀하게 일치시킬 수 있어, 주입각도 분포에 관한 평가 정밀도를 높일 수 있다. 또, 웨이퍼 주면의 오프각이 극히 작은 평가용 웨이퍼가 아니라, 오프각이 0.1도보다 큰 일반적인 웨이퍼를 이용하는 경우이더라도 이온빔의 주입각도 분포를 높은 정밀도로 평가할 수 있다.
추가적인 변형예에 있어서는, 동일한 이온주입장치 내의 상이한 빔 조건의 이온빔을 평가하는 것이 아니라, 상이한 이온주입장치 간에서 이온빔을 평가하기 위하여 동일 웨이퍼를 이용해도 된다. 제1 이온주입장치를 이용하여 웨이퍼의 제1 영역에 제1 빔 조건의 이온빔을 조사한 후, 제2 이온주입장치를 이용하여 동일한 웨이퍼의 제2 영역에 제2 빔 조건의 이온빔을 조사해도 된다. 이 경우, 동일한 웨이퍼를 이용하여 상이한 장치의 이온빔을 평가할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 차이에 기인하는 측정 오차를 방지할 수 있어, 주입각도 분포에 관한 평가 정밀도를 높일 수 있다.
추가적인 변형예에 있어서는, 동일 웨이퍼의 영역마다 웨이퍼의 트위스트각 및 틸트각의 조건을 변경하여 채널링조건을 상이하게 해도 된다. 예를 들면, 웨이퍼의 제1 영역에 이온빔을 조사하는 경우에는 제1 면채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼를 배치하고, 웨이퍼의 제2 영역에 이온빔을 조사하는 경우에는 제2 면채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼를 배치해도 된다. 그 외, 웨이퍼 표면을 4개의 영역으로 분할하며, 제1 영역에 이온빔을 조사하는 경우에는 오프채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼를 배치하고, 제2 영역에 이온빔을 조사하는 경우에는 축채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼를 배치하며, 제3 영역에 이온빔을 조사하는 경우에는 제1 면채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼를 배치하고, 제4 영역에 이온빔을 조사하는 경우에는 제2 면채널링조건을 충족시키도록 웨이퍼를 배치해도 된다. 웨이퍼의 배향을 변화시키는 경우이더라도, 기준이 되는 웨이퍼 주면의 결정방위가 동일하기 때문에, 웨이퍼 주면의 결정방위의 편차에 의한 측정 오차를 방지할 수 있어, 주입각도 분포에 관한 평가 정밀도를 높일 수 있다.
본 변형예에 관한 평가방법은, 예를 들면, 이온주입장치(10)가 구비하는 각도 분포계측기의 캘리브레이션에 이용할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 표면의 4개의 영역에 빔 조건이 상이한 이온빔을 조사함과 함께, 각 영역에 조사한 이온빔을 각도 분포계측기를 이용하여 계측한다. 그 후, 웨이퍼 표면의 특성을 측정함으로써 얻어진 각도 분포의 평갓값과, 각도 분포계측기에 의하여 얻어진 각도 분포의 측정 결과를 비교하면, 각도 분포계측기의 캘리브레이션을 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 동일 웨이퍼를 이용하여 평가할 수 있기 때문에, 평가에 걸리는 시간을 단축화함과 함께 계측기의 교정 정밀도를 높일 수 있다.
(변형예 3)
상술한 실시형태 및 변형예에 있어서는, 주사방향으로 왕복 주사시켜 웨이퍼에 조사되는 이온빔에 대하여 주입각도 분포를 평가하는 예를 나타냈다. 추가적인 변형예에 있어서는, x방향으로 폭넓은 빔스폿을 갖는 이른바 리본빔에 대하여 상술한 평가방법을 적용해도 된다. 이 경우, 리본형상의 빔이 뻗는 x방향과 직교하는 y방향으로 복수의 영역이 나열되도록 각 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
(변형예 4)
상술한 변형예 1에서는, 주로 제1 틸트각과 제2 틸트각을 조정함으로써, 제1 면채널링조건과 제2 면채널링조건이 실현되도록 웨이퍼를 배치하는 예를 나타냈다. 추가적인 변형예에 있어서는, 트위스트각, 제1 틸트각 및 제2 틸트각 중 적어도 하나 이상을 조정함으로써, 오프채널링조건, 축채널링조건, 제1 면채널링조건 및 제2 면채널링조건이 실현되도록 웨이퍼를 배치해도 된다.
(변형예 5)
상술한 변형예 1에서는, 플래튼 구동장치(150)에 트위스트각 조정기구(156), 제1 틸트각 조정기구(157), 제2 틸트각 조정기구(158)를 마련하는 경우를 나타냈다. 추가적인 변형예에 있어서는, 트위스트각 조정기구, 제1 틸트각 조정기구 및 제2 틸트각 조정기구 중 어느 2개만을 플래튼 구동장치에 마련해도 된다. 예를 들면, 변형예에 관한 플래튼 구동장치는, 제1 틸트각 조정기구 및 제2 틸트각 조정기구를 구비하고, 트위스트각 조정기구를 구비하지 않아도 된다. 이 경우, 제1 틸트각 조정기구 및 제2 틸트각 조정기구에 의하여 제1 면채널링조건 및 제2 면채널링조건이 실현되도록 웨이퍼를 배치하고, 제1 방향과 제2 방향의 주입각도 분포를 평가해도 된다.
B…이온빔
W…웨이퍼
10…이온주입장치
22…빔수렴부
22a…제1 4중극렌즈
22b…제2 4중극렌즈
22c…제3 4중극렌즈
26…빔주사기
50…플래튼 구동장치
64…시트저항측정기
66…어닐링장치
70…제어장치
90…게이트구조
95…채널링축
98…채널링면
150…플래튼 구동장치
156…트위스트각 조정기구
157…제1 틸트각 조정기구
158…제2 틸트각 조정기구

Claims (20)

  1. 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 웨이퍼에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 소정의 특성을 측정하며, 상기 특성의 측정 결과를 이용하여 상기 이온빔의 주입각도 분포를 평가하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼는, 상기 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도방향과 평행하는 소정의 기준면에 평행한 채널링면을 갖는 한편, 상기 기준면과 직교하고, 또한 상기 기준궤도방향과 평행한 채널링면을 갖지 않도록 배향되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기준면과 직교하는 방향의 상기 이온빔의 주입각도 분포를 평가하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이온빔의 주사방향과 상기 기준면이 직교하도록 배치되는 상기 웨이퍼에 상기 주사방향으로 왕복 주사되는 이온빔을 조사하고, 상기 이온빔의 상기 주사방향의 주입각도 분포를 평가하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 이온빔의 주사방향과 상기 기준면이 평행하도록 배치되는 상기 웨이퍼에 상기 주사방향으로 왕복 주사되는 이온빔을 조사하고, 상기 이온빔의 상기 주사방향과 직교하는 방향의 주입각도 분포를 평가하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는, 웨이퍼 주면이 (100)면인 결정성 기판이며, 웨이퍼 주면의 법선을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켰을 때의 <110>방위와 상기 기준면의 사이의 트위스트각이 0도 또는 45도가 되고, 상기 기준면의 법선을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켰을 때의 웨이퍼 주면의 법선과 상기 기준궤도방향 사이의 틸트각이 7도~60도의 범위 내가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는, 웨이퍼 주면의 오프각이 0.1도 이하인 결정성 기판인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 결과는, 상기 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 저항값인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 결과는, 서멀 웨이브법에 의하여 측정되는 상기 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 서멀 웨이브 신호인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 결과는, 2차 이온질량분석(SIMS)에 의하여 측정되는 상기 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 주입 불순물 농도의 깊이 프로파일인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 웨이퍼 주면 상에 설정되는 복수의 영역에 빔 조건이 상이한 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 상기 웨이퍼의 특성을 상기 복수의 영역마다 측정하며, 상기 복수의 영역마다의 측정 결과를 이용하여 상기 이온빔의 주입각도 분포를 평가하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 빔 조건이 상이한 이온빔은, 적어도 빔의 각도 조건이 상이한 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 빔 조건이 상이한 이온빔은, 상기 이온빔을 생성하는 장치가 상이한 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 제1 웨이퍼에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 상기 제1 웨이퍼의 특성을 측정하는 단계와,
    상기 제1 면채널링조건과 상이한 제2 면채널링조건을 충족시키도록 배치된 제2 웨이퍼에 이온빔을 조사하고, 빔조사 후의 상기 제2 웨이퍼의 특성을 측정하는 단계와,
    상기 제1 웨이퍼 및 상기 제2 웨이퍼의 측정 결과를 이용하여 상기 이온빔의 주입각도 분포를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼는, 상기 제1 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도방향과 평행하는 제1 기준면에 평행한 채널링면을 갖는 한편, 상기 제1 기준면과 직교하고, 또한 상기 기준궤도방향과 평행한 채널링면을 갖지 않도록 배향되며,
    상기 제2 웨이퍼는, 상기 제2 웨이퍼에 입사하는 이온빔의 기준궤도방향과 평행하는 제2 기준면으로서 상기 제1 기준면과 비평행인 제2 기준면에 평행한 채널링면을 갖는 한편, 상기 제2 기준면과 직교하고, 또한 상기 기준궤도방향과 평행한 채널링면을 갖지 않도록 배향되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 웨이퍼는, 상기 제2 기준면이 상기 제1 기준면과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  17. 이온빔이 조사되는 웨이퍼를 지지하는 플래튼 구동장치와,
    빔조사 후의 상기 웨이퍼의 특성을 측정하는 측정장치와,
    적어도 상기 플래튼 구동장치 및 상기 측정장치의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하며,
    상기 제어장치는, 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 상기 플래튼 구동장치에 배치된 상기 웨이퍼에 이온빔을 조사시키고, 빔조사 후의 웨이퍼 표면의 소정의 특성을 상기 측정장치에 의하여 측정시키며, 상기 측정장치의 측정 결과를 이용하여 상기 이온빔의 주입각도 분포를 평가하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 플래튼 구동장치는, 웨이퍼 주면의 법선을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼의 외주부에 마련되는 얼라인먼트 마크와 기준위치의 사이의 트위스트각을 조정하는 트위스트각 조정기구와, 상기 웨이퍼 주면을 향하는 상기 이온빔의 기준궤도방향과 상기 웨이퍼 주면의 법선의 사이의 틸트각을 조정하는 틸트각 조정기구를 포함하고,
    상기 제어장치는, 상기 트위스트각 및 상기 틸트각을 조정하여 상기 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 상기 웨이퍼를 배치시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 플래튼 구동장치는, 웨이퍼 주면을 향하는 상기 이온빔의 기준궤도방향과 직교하는 제1 방향으로 뻗는 회전축을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 이온빔의 기준궤도방향 사이의 제1 틸트각을 조정하는 제1 틸트각 조정기구와, 상기 웨이퍼 주면을 향하는 상기 이온빔의 기준궤도방향 및 상기 제1 방향의 쌍방에 직교하는 제2 방향으로 뻗는 회전축을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 이온빔의 기준궤도방향 사이의 제2 틸트각을 조정하는 제2 틸트각 조정기구를 포함하고,
    상기 제어장치는, 상기 제1 틸트각 및 상기 제2 틸트각을 조정하여 상기 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 상기 웨이퍼를 배치시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 플래튼 구동장치는, 웨이퍼 주면의 법선을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼의 외주부에 마련되는 얼라인먼트 마크와 기준위치의 사이의 트위스트각을 조정하는 트위스트각 조정기구와, 상기 웨이퍼 주면을 향하는 상기 이온빔의 기준궤도방향과 직교하는 제1 방향으로 뻗는 회전축을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 이온빔의 기준궤도방향 사이의 제1 틸트각을 조정하는 제1 틸트각 조정기구와, 상기 웨이퍼 주면을 향하는 상기 이온빔의 기준궤도방향 및 상기 제1 방향의 쌍방에 직교하는 제2 방향으로 뻗는 회전축을 중심으로 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼 주면의 법선과 상기 이온빔의 기준궤도방향 사이의 제2 틸트각을 조정하는 제2 틸트각 조정기구를 포함하고,
    상기 제어장치는, 상기 트위스트각, 상기 제1 틸트각 및 상기 제2 틸트각 중 적어도 2 이상을 조정하여 상기 소정의 면채널링조건을 충족시키도록 상기 웨이퍼를 배치시키는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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