(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、該真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置におけるイオン注入方法において、
ウエハへのイオン注入中に、イオンビーム電流を計測するとともに、上記真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化を求め、さらに上記真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個所ないし複数個所の真空度の変化を検知し、
上記求めた真空コンダクタンスと１個所ないし複数個所の真空度とを用いて注入イオンビーム電流量を算出し、算出した注入イオンビーム電流に基づいてウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法であって、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の一部である上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求め、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、真空コンダクタンスの変化を算出し、
上記位置の関数として、以下の式、
PA=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・PA0
ただし、PAはイオン注入中の上記真空ビームライン室内への導入気体の分圧値、Yは上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置、Ya、aは定数、PA0はイオン注入前に上記１個所ないし複数個所のうちの１個の真空計で測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の上記真空ビームライン室内の真空度、
を用いるイオン注入方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン注入方法において、
上記イオン注入装置は、上記イオンビームが上記真空ビームライン室内で一方向に走査され、上記真空処理室内のウエハが、イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に機械的に走査されるイオン注入装置であるところの、ウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法。
【請求項３】
請求項２に記載のイオン注入方法において、
上記構造体の位置の変化によって変化する真空コンダクタンスの変化を求めるとともに、上記１個所ないし複数個所に設置した真空計で計測した１個ないし複数個の真空度の変化を検知して、上記求めた真空コンダクタンスと上記１個ないし複数個の真空度を用いてイオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のイオン注入方法において、
上記真空ビームライン室及び真空処理室内に真空計を複数個設置し、
上記イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体の分圧値と、イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値を、上記複数個の真空計測定値からそれぞれ取得し、
イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載のイオン注入方法において、
上記イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体分圧値を、ウエハへのイオン注入前に、上記１個の真空計と、上記イオン注入装置に設置されたマスフローメータを用いて、それら導入気体分圧値を取得し、
イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値は、ウエハへのイオン注入中に上記１個の真空計を用いて取得し、
上記ウエハへのイオン注入前に取得した導入気体分圧値と、上記イオンビーム電流の計測値と、上記ウエハへのイオン注入中に上記１個の真空計を用いて取得した真空計測定値とから注入イオンビーム電流を算出し、
算出した注入イオンビーム電流に基づいて上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の駆動を制御し、ウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法。
【請求項６】
請求項５に記載のイオン注入方法において、
上記ウエハへのイオン注入前に取得される、上記イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体分圧値は、上記真空処理室内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置を、上記真空処理室に設置された真空ポンプによる真空コンダクタンスが最も大きい位置に設定して取得し、
イオン注入時に行われる、ウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧測定結果と共に、イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の駆動を制御し、ウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法。
【請求項７】
イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、該真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置において、
ウエハへのイオン注入中に、上記真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を求めるとともに、上記真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個ないし複数個の真空度の変化を検知し、
上記求めた真空コンダクタンスと１個ないし複数個の真空度を用いて注入イオンビーム電流量を算出し、算出した注入イオンビーム電流量に基づいてウエハに注入するドーズ量を制御する制御手段を備え、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の一部である上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求め、上記制御手段は、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、真空コンダクタンスの変化を算出し、
上記制御手段は、上記位置の関数として、以下の式、
PA=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・PA0
ただし、PAはイオン注入中の上記真空ビームライン室内への導入気体の分圧値、Yは上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置、Ya、aは定数、PA0はイオン注入前に上記１個所ないし複数個所のうちの１個の真空計で測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の上記真空ビームライン室内の真空度、
を用いるイオン注入装置。
【請求項８】
請求項７に記載のイオン注入装置において、
上記イオンビームが上記真空ビームライン室内で一方向に走査され、上記真空処理室内のウエハが、イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に機械的に走査されるイオン注入装置。
【請求項９】
請求項８に記載のイオン注入装置において、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の位置の変化によって変化する真空コンダクタンスの変化を求めるとともに、上記１箇所ないし複数箇所に設置した真空計で計測した１個ないし複数個の真空度の変化を検知し、上記求めた真空コンダクタンスと１個ないし複数個の真空度を用いてイオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置及びイオン注入方法に関し、特にイオン注入中の荷電変換に起因するドーズ量の変動を真空度の計測により補償する機能を持つイオン注入装置のイオン注入量制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、ウエハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを入射する工程が標準的に実施されている。この工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオン化され、その後加速されたイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームをビームスキャン、ウエハスキャン、またはそれらの組み合わせにより、半導体ウエハ全面に照射する機能を持つ。
【０００３】
半導体製造工程中のイオン注入工程においては、通常、ウエハ面内に狙いのドーズ量を均一に注入する必要があり、その目的で、イオン注入装置を制御することが通常である。
【０００４】
この様なイオン注入装置においては、イオン電流を計測し、イオンの価数から注入ドーズ量を算出して制御しているが、正確な制御を行うためにイオン電流値に補正を掛ける真空補正機能が提案されている（特許文献１参照）。この機能が使われるのは以下の理由による。
【０００５】
イオン注入装置はビーム輸送効率の向上、あるいはイオン注入されるウエハのチャージアップ防止のために、外部からビームラインに導入した導入気体のイオン化、プラズマ化を通して電子を供給している。導入気体は、主に希ガス気体が用いられることが多い。イオン注入されるウエハ上にはレジスト膜が塗布されており、レジスト膜にイオンビームが照射されることによって、レジスト膜を起因とする気体が発生する。ビームラインに意図的に導入された導入気体と、ウエハにイオンビームが注入されることにより発生したレジスト起因気体は、残留気体としてそれらの一部がビームラインにとどまる。イオンビームの粒子は、これら残留気体と衝突することによりある割合で荷電変換をして中性化する。中性化した粒子はイオン電流として計測できないため、注入粒子数を確実に計測できないことになり、注入ドーズ量の制御が不正確となる。よってイオンビームが残留気体と衝突することによる中性化の効果を補正し、正確なドーズ量制御を行うために真空補正機能が使用されている。
【０００６】
特許文献１の真空補正機能では、測定イオンビーム電流をIm、外部から導入した導入気体の分圧値をPA、真空計測定値をP、レジスト起因気体の分圧値をP-PA、イオンビームの導入気体に対する中性化のしやすさを表す真空補正係数をKA、レジスト起因気体に対する真空補正係数をKとしている。特許文献１の真空補正機能ではまた、荷電変換による中性化が無ければ測定されるはずの注入イオンビーム電流I0を計算し、この値を基準にしてドーズ量制御を行っている。これらの間には次式が成り立つと仮定している。
【０００７】
Im=I0×f(P)
f(P)=exp[-KAPA-K(P-PA)]
ここで、圧力の関数f(P)に含まれる真空補正係数KA、Kの値はイオン種、加速電圧、導入気体の種類により異なる。
【０００８】
外部から導入した導入気体とレジスト起因気体では、イオンビームが衝突したときに中性化する割合は異なってくる。このため、導入気体とレジスト起因気体それぞれの分圧値を正確に見積もる必要がある。しかるに、特許文献１の真空補正機能はこの見積もり方に問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１１９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の真空補正機能は、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値を導入気体の分圧値PAとし、イオン注入中もその分圧値が常に一定であると仮定している。そして、イオン注入中に刻々と変化し続ける真空計測定値Pから導入気体の分圧値PAの差をとった値P-PAをレジスト起因気体の分圧値としている。
【００１１】
しかし、後で詳しく説明するように、イオン注入装置では、通常、ウエハへのイオン注入中に、イオン注入装置中に動作する構造体が存在する。そして、その構造体が機械的に動作することにより、ビームラインの真空コンダクタンスが変化する。すなわち、導入気体の分圧値PAは、イオン注入中、時間的に有意に変化している。
【００１２】
また、後で詳しく説明するように、ビームラインに意図的に導入される導入気体は１種類とは限らないが、特許文献１の真空補正機能では、その点について、考察が不足している。
【００１３】
このことから、特許文献１の真空補正機能では、導入した導入気体の分圧値PAと、真空計測定値Pからの差分により求めているレジスト起因気体の分圧値P-PAそれぞれに誤差を生じている。その結果、ドーズ量制御に使用される注入イオンビーム電流にずれが生じており、正確なドーズ量制御が行なえなくなっている。
【００１４】
従って、複数種類の導入気体とレジスト起因気体の分圧値をそれぞれ正確に見積もるためには、ビームラインにおけるそれぞれの分圧値をコンダクタンス効果とビームラインに導入する導入気体の種類を含めて計算する必要がある。
【００１５】
本発明の課題は、ビームラインにとどまった複数種類の導入気体とレジスト起因気体の中性化効果を、コンダクタンス効果を含めて見積もり、正確なドーズ量制御を実現できる高精度イオン注入方法、及び高精度イオン注入装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の具体的な課題は、以下の内容を実現できるようにすることである。
【００１７】
外部から導入した複数種類の導入気体とウエハから発生するレジスト起因気体のビームラインにおける真空度分圧値を、真空ビームライン室又は真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化に基づくコンダクタンス効果を含めて正確に見積もり、複数種類の導入気体とレジスト起因気体によるイオンビームの中性化効果を正確に計算して、正確なドーズ量制御を行う。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置に適用される。
【００１９】
本発明の第１の態様によれば、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、該真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置におけるイオン注入方法において、
ウエハへのイオン注入中に、イオンビーム電流を計測するとともに、上記真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化を求め、さらに上記真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個所ないし複数個所の真空度の変化を検知し、
上記求めた真空コンダクタンスと１個所ないし複数個所の真空度とを用いて注入イオンビーム電流量を算出し、算出した注入イオンビーム電流に基づいてウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法であって、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の一部である上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求め、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、真空コンダクタンスの変化を算出し、
上記位置の関数として、以下の式、
PA=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・PA0
ただし、PAはイオン注入中の上記真空ビームライン室内への導入気体の分圧値、Yは上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置、Ya、aは定数、PA0はイオン注入前に上記真空計で測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の上記真空ビームライン室内の真空度、
を用いるイオン注入方法、が提供される。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、該真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置において、
ウエハへのイオン注入中に、上記真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を求めるとともに、上記真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個ないし複数個の真空度の変化を検知し、
上記求めた真空コンダクタンスと１個ないし複数個の真空度を用いて注入イオンビーム電流量を算出し、算出した注入イオンビーム電流量に基づいてウエハに注入するドーズ量を制御する制御手段を備え、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の一部である上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求め、上記制御手段は、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、真空コンダクタンスの変化を算出し、
上記制御手段は、上記位置の関数として、以下の式、
PA=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・PA0
ただし、PAはイオン注入中の上記真空ビームライン室内への導入気体の分圧値、Yは上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置、Ya、aは定数、PA0はイオン注入前に上記真空計で測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の上記真空ビームライン室内の真空度、
を用いるイオン注入装置、が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外部から導入した複数種類の導入気体とウエハから発生するレジスト起因気体について、真空ビームライン室又は真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化に基づくコンダクタンス効果を考慮して真空ビームライン室の真空度分圧値を正確に見積もり、測定されたイオンビーム電流から実際に注入される粒子数に基づくイオンビーム電流へ正確に補正することにより実現でき、ウエハに注入するドーズ量を制御する、高精度イオン注入方法が実現できる。
【００２２】
本発明によれば、外部から導入した複数種類の導入気体とウエハから発生するレジスト起因気体について、コンダクタンス効果を考慮して真空ビームライン室の真空度分圧値を正確に見積もり、測定されたイオンビーム電流から実際に注入される粒子数に基づくイオンビーム電流へ正確に補正することにより実現でき、ウエハに注入するドーズ量を制御する、高精度イオン注入装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明が適用され得るイオン注入装置の一例を説明するための概略構成図である。
【図２】イオン注入装置における、真空コンダクタンス効果を説明する概略図である。
【図３】本発明が適用され得るイオン注入装置のドーズ量制御系の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明適用前と適用後のウエハ面内のドーズ量均一性を比較するための特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハに注入するよう構成したイオン注入装置に適用される。しかし、イオン注入装置の種類は、複数種類ある。全ての種類のイオン注入装置について説明を行うと煩雑になるので、以下では、イオン注入装置の代表例として、枚葉式イオン注入装置について説明する。以下の説明では、イオン源から真空処理室に至る、イオンビーム搬送系をビームラインと呼び、イオンビーム搬送系を構成している要素を収容している室を真空ビームライン室と呼ぶ。真空処理室は真空ビームライン室の真空ビームライン終端口に連通する。
【００２５】
図１を参照して、本発明が適用されるイオン注入装置の例として、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる、代表的な枚葉式イオン注入装置の構成について説明する。
【００２６】
図１において、イオン注入装置は、イオン源１１から引出電極１２により引き出したイオンビームを、真空ビームライン室を通してウエハまで運ぶ。ビームラインに沿って、質量分析装置１３(磁場による偏向)、質量分析スリット１４、ビームスキャナー１５、パラレルレンズ１６を順に配置している。図１では図示を省略しているが、パラレルレンズ１６の下流側にはさらに、エネルギー分析装置（図２に２２で示す）、エネルギー分析スリット、ウエハ処理室（図２に３０で示す）を順に配置している。ウエハ処理室内には、ウエハ１７を保持するホルダ１８を含むウエハ走査体（以下では、メカニカルスキャン装置と呼ぶことがある）が配置される。イオン源１１から引き出されたイオンビームはビームラインに沿ってウエハ処理室内に配置されたホルダ１８上のウエハ１７に導かれる。
【００２７】
一般に、イオン注入装置では、空間電荷効果をキャンセルしてイオンビーム輸送効率を上げるため、あるいはウエハ１７上でのチャージアップを防止するために、ビームラインの複数箇所でイオンビームに電子を供給することがある。勿論、枚葉式イオン注入装置でも、そのような電子供給が行われることがある。この場合、電子の供給源として、外部から意図的に気体を導入することが多い。通常、その目的に応じて、アルゴン、クリプトン、キセノン等の複数種類の希ガス気体が導入される場合が多い。
【００２８】
ここで、ウエハ全面にイオンを注入するために、枚葉式イオン注入装置では、ビームに対して設定した角度でウエハ１７を一方向の線上を機械的に往復駆動するか（一方向の線の方向とウエハの方向は設定角度傾く）、あるいはビームが照射される位置を固定してウエハ１７をその固定位置の平面上に機械的に一方向で往復駆動する場合が多い。例えば、図１に示したようなハイブリッドスキャン方式と呼ばれる枚葉式イオン注入装置では、イオンビームが真空ビームライン室内で一方向に走査される。一方、真空処理室内のウエハ１７は、イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に機械的に移動するようにされる。
【００２９】
なお、ウエハ１７の下流側には、ウエハ１７がイオンビームの走査範囲から外れているときにビーム電流を計測するバックファラデーカップ４４−１が配置される。一方、ウエハ１７に近い上流側であってウエハ１７から外れたイオンビームの走査範囲内にはイオン注入中のビーム電流を計測するサイドファラデーカップ４４−２が配置される。これらはドーズ量を知るためのものであり、ドーズカップとも呼ばれる。
【００３０】
また、バッチ式イオン注入装置と呼ばれるイオン注入装置では、ディスクと呼ばれる回転構造体の同一円周上に複数枚のウエハが配設される。各ウエハがイオンビームを横切るようにディスクを高速回転させるとともに、ディスクを一方向に並進移動させることにより、複数のウエハ全面にイオンを注入する。
【００３１】
従って、イオン源１１から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハに注入するよう構成したイオン注入装置では、ウエハ１７へのイオン注入中に、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する何らかの構造体が存在することが一般的である。
【００３２】
一方、真空ビームライン室及び真空処理室は、真空排気装置によって真空が保たれている。真空ビームライン室及び真空処理室の真空度は、イオンビーム量、意図的に外部から導入する導入気体量、ウエハ１７から発生するレジスト起因気体量、真空ビームライン室及び真空処理室内に存在する構造体からの脱気体量、及び真空排気装置に対する真空コンダクタンスによって決まっている。このうち、真空コンダクタンスは、真空ビームライン室及び真空処理室内に存在する構造体の機械的配置で決まる。言い換えると、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する何らかの構造体が存在する場合、その位置に応じて、真空コンダクタンスが変化し、従って真空度も変化する。
【００３３】
ここで、例えば、特許文献１の真空補正機能においては、導入気体の分圧値PAとして、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値Pを用い、イオン注入中もその分圧値が常に一定であると仮定している。しかし、イオン注入装置にはウエハ１７へのイオン注入中において、機械的に動作する構造体が存在する。構造体が機械的に動作すると、ビームラインの真空コンダクタンスが変化する。しかし、特許文献１では、このような構造体に起因する真空コンダクタンスの変化は検討されていない。
【００３４】
イオン源１１から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハ１７に注入するよう構成したイオン注入装置において、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する何らかの構造体が存在する場合には、上記真空コンダクタンスの変化及びそれによる真空度の変化による分圧値の変化は、一般的に成立するわけであるが、ここでは、理解の便宜のために、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる、代表的な枚葉式イオン注入装置の場合について、さらに詳しく説明する。
【００３５】
図２（ａ）、（ｂ）を参照して、イオン注入中に、導入気体の分圧値PAが一定にならないコンダクタンス効果についてさらに説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示したパラレルレンズ１６よりも下流側の真空ビームライン室２０と、真空ビームライン終端口２９に連通した真空処理室３０とを示している。以下の説明では、外部から導入される導入気体及びレジスト起因気体を総称して、残留気体と呼ぶことがある。真空処理室３０内では、既に説明したように、ウエハ１７はホルダ１８に保持されている。ホルダ１８は、昇降装置２４によって、図２では上下方向に駆動される。言い換えると、イオンビームがウエハ１７に注入される際、ウエハ全面に均一な注入ドーズ量となるように、昇降装置２４を介してウエハ１７が上下動する。図２にはエネルギー分析装置２２が示されている。イオンビームがエネルギー分析装置２２の上流で残留気体との衝突により中性化された場合には、中性化された粒子はウエハ１７まで到達しない。一方、イオンビームがエネルギー分析装置２２の下流で残留気体との衝突により中性化された場合には、中性化された粒子はウエハ１７まで到達する。このように、エネルギー分析装置２２の上流で中性化された粒子と、エネルギー分析装置２２の下流で中性化された粒子との間には大きな差がある。
【００３６】
図２には、真空ポンプによる真空排気装置２３−１、２３−２が二つ示されている。一方の真空排気装置２３−１は真空ビームライン室２０に、他方の真空排気装置２３−２は真空処理室３０にそれぞれ配置されている。真空排気装置の数や配置場所については例示であって、これに限定されるものではない。図２ではまた、導入気体Ａ導入装置２５と導入気体Ｂ導入装置２６が、真空ビームライン室に並んで配置されている。導入気体導入装置はプラズマシャワーとも呼ばれ、その数や配置場所についても例示であって、これに限定されるものではない。図２ではさらに、真空計測定子２１がエネルギー分析装置２２より上流側の真空ビームライン室２０に１個配設されている。真空計測定子の数や配置場所についても例示であって、これに限定されるものではない。
【００３７】
ここで、ウエハ１７が、図２（ａ）に実線で示す最上位位置にある場合、あるいは破線で示す最下位位置にある場合は、真空ビームライン室２０に配置された真空排気装置２３−１と、真空処理室３０に配置された真空排気装置２３−２の双方により、残留気体が排気される。図２（ａ）に示す太い矢印は、導入気体Ａ導入装置２５と真空排気装置２３−１、２３−２の間の真空コンダクタンスを示す。図２（ｂ）に示すように、ウエハ１７の移動に伴い、ウエハ１７が真空ビームライン終端口２９、すなわちイオンビーム照射域の中央に近づく。この場合、ウエハ１７及び走査体が真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体となる。ウエハ１７及びウエハ走査体が真空ビームライン終端口２９と重なる位置まで移動すると、真空排気装置２３−２に対する真空コンダクタンスの悪化により、残留気体が排気されにくい状態になる。図２（ｂ）において真空排気装置２３−２に向う太い矢印は、これを示している。わかりやすく言えば、真空排気装置２３−２への排気経路がウエハ１７及びウエハ走査体によって蓋をされることにより、真空コンダクタンスが悪化し、従って真空度も悪化する。
【００３８】
例えば、特許文献１の真空補正機能は、導入気体の分圧値PAとして、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値Pを用いる。そして、イオン注入中も分圧値PAが常に一定であると仮定しており、かつ、イオン注入中に刻々と変化し続ける真空計測定値Pから導入気体の分圧値PAの差をとった値P-PAをレジスト起因気体の分圧値と仮定している。しかし、図２を用いた説明で明らかなように、真空コンダクタンスの悪化による真空度悪化効果を考慮に入れると、イオン注入中の導入気体の分圧値は、イオン注入前に比べて変化している。図２の場合には、イオン注入中の導入気体の分圧値は、イオン注入前に比べて大きくなっている。しかし、一般的には、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の動作手法及び複数の真空排気装置の配置位置、及び真空計測定子の配置位置によって、イオン注入中の導入気体の分圧値と、イオン注入前の導入気体の分圧値との大小関係は、大きくなる場合も、小さくなる場合も有りうる。従って、ウエハ１７へのイオン注入中の導入気体の分圧値は、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値ではない。また、ウエハ１７へのイオン注入中のレジスト起因気体の分圧値も、イオン注入中に刻々と変化し続ける真空計測定値Pから導入気体の分圧値PAの差をとった値P-PAではない。
【００３９】
本発明では、ウエハ１７へのイオン注入中に、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を算出するとともに、真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個ないし複数個の真空度の変化を検出する。そして、これらの値から、イオン注入中における、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求める。
【００４０】
ここで重要なことは、真空コンダクタンスは、真空ビームライン室及び真空処理室内に存在する構造体の機械的配置で決まることである。イオン注入装置において、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体を、その駆動範囲内でのそれぞれの位置における真空コンダクタンスの値またはその真空度に対する効果を、計算上ないし実験上得られるものとする。この場合、イオン注入中に、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の位置情報を得ることで、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を求め、イオン注入中における、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることが可能である。
【００４１】
ここで、一例として、図２の場合においては、ウエハ１７がイオンビーム照射域の中央に近づくにつれて、特に真空処理室３０に存在する真空排気装置２３−２に対する真空コンダクタンスの悪化により、残留気体が排気されにくい状態になる。それゆえ、イオン注入中に、ウエハ１７を機械的に走査するために真空処理室３０内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求めておくとともに、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることで、後述されるように、ウエハ１７に注入するドーズ量を制御することができることになる。
【００４２】
ここで、ある真空排気装置の配置とウエハを機械的に走査するために真空処理室内に設置されたウエハ走査体及びウエハの配置を持つ、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる枚葉式イオン注入装置について考える。このような枚葉式イオン注入装置の一例について、一種類の外部から導入する導入気体に対しての、真空コンダクタンスの変化による真空度悪化効果が、ウエハ走査体の位置によってどのように変化するか実測した。その結果、イオン注入中の上記導入気体の分圧値PAは、以下の式、
PA=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・PA0
で表すことができた。ここで、Yは、ウエハを機械的に走査するために真空処理室内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置であり、Ya、aは定数である。PA0は、イオン注入前に測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の真空度である。この測定時のウエハ走査体及びウエハの空間的位置は、図２において、ウエハ走査体の駆動範囲の最上位位置ないし最下位位置にある場合の真空度である。すなわち、真空処理室３０に設置された真空排気装置２３−２による真空コンダクタンスが最も大きい位置に、ウエハ走査体が位置した場合の真空度である。
【００４３】
別の位置から導入される導入気体や、別の種類の導入気体の場合には、真空コンダクタンスの変化による真空度悪化効果が、当然異なり、例えば、イオン注入中の上記導入気体の分圧値PBは、
PB=[-b(Y-Yb)(Y+Yb)+１]・PB0
となる。ここで、Yは、ウエハ１７を機械的に走査するために真空処理室３０内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置であり、Yb、bは定数である。PB0は、イオン注入前に測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の真空度である。この測定時のウエハ走査体及びウエハ１７の空間的位置は、これらが、図２において、ウエハ走査体の駆動範囲の最上位位置ないし最下位位置にある場合の真空度である。
【００４４】
なお、真空排気装置の配置や、ウエハ１７を機械的に走査するために真空処理室３０内に設置されたウエハ走査体及びウエハ１７の配置が異なる場合などには、上記式の形が変更されることは言うまでもない。ここで重要なことは、真空コンダクタンスの変化による真空度悪化効果に関して、真空ビームライン室２０または真空処理室３０内で動作する構造体の位置情報を得ることで、イオン注入中における、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることが可能である点である。
【００４５】
ここで、外部から導入する導入気体が複数ある場合について、さらに詳しく説明する。ここでは、２種類の導入気体、すなわち導入気体Ａ、導入気体Ｂを考える。例えば、図２では、導入気体Ａ導入装置２５から導入気体Ａが導入され、導入気体Ｂ導入装置２６から導入気体Ｂが導入される。この場合、１個の真空計を用いるだけでは、ウエハ１７へのイオン注入前に測定される真空値から、導入気体Ａ、導入気体Ｂの分圧値をそれぞれ見積もることが出来ない。そのため、イオン注入中のレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることもできない。すなわち、あらかじめ導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求めることが必要である。
【００４６】
導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求めるための一つの方法として、以下の方法が考えられる。真空ビームライン室及び真空処理室内に真空計を複数個配置し、それらの真空計配置位置に対する真空コンダクタンスの差を利用して、上記複数個の真空計測定値からあらかじめ導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求める。
【００４７】
導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求めるための別の方法として、以下の方法が考えられる。イオン注入装置に設置されたマスフローメータを用いて、イオン注入装置に導入される導入気体Ａと導入気体Ｂの量を精確に測定することによって、あらかじめ導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求める。この場合、真空計は１個でよい。
【００４８】
ここで、外部から導入する導入気体が複数有る場合に、上記手法のいずれを用いるかについては、コスト等の別観点から選択すればよい。
【００４９】
ここで、図３を参照して、本発明で用いられるイオン注入装置のドーズ量制御系の一例について説明する。簡単のために、導入気体は１種類とする。イオン注入装置に設置されている真空計測定子２１は真空ビームライン室２０の真空度を計測して真空計測定値Pを示す信号を出力し、ドーズカップ４４はイオンビーム電流を計測して測定イオンビーム電流Imを示す信号を出力する。ワークステーション４１はドーズコントローラ４２を通して測定イオンビーム電流Imと真空計測定値Pを一定周期でサンプリングし、サンプリングした値を記憶装置に格納する。ワークステーション４１は測定イオンビーム電流Imと、あらかじめ求められている導入気体分圧値PAと、真空計測定値Pとから注入イオンビーム電流I0を算出し、算出した注入イオンビーム電流I0をドーズコントローラ４２に送る。ドーズコントローラ４２は、この算出した注入イオンビーム電流I0を用いてＹスキャンコントローラ４３を介してドーズ量制御を行う。Ｙスキャンコントローラ４３は、昇降装置２４、すなわちウエハ走査体の上下方向の駆動を制御するものである。
【００５０】
ウエハ１７へのドーズ量制御をさらに詳しく説明する。ドーズ量制御には、ウエハ１７に注入されるべきドーズ量絶対値の制御と、ウエハ面内のドーズ量均一性の制御が考えられる。本発明では、イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される導入気体分圧値と、イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値を精確に取得する。そして、イオンビームに与える導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算値に基づいてイオンビーム電流量を補正し、ウエハ１７に注入するドーズ量を制御している。この場合、ドーズ量絶対値も狙いのドーズ量に合わせこむことができ、またウエハ面内ドーズ量均一性も向上させることができる。ここでは、簡単のために、ウエハ面内ドーズ量均一性を用いて、本発明の効果を説明する。
【００５１】
図４に、本発明により、実際に具体的な課題が解決された一例を示す。本発明を、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる、代表的な枚葉式イオン注入装置の一つに適用し、実際のウエハ１７を用いて、本発明によるドーズ量制御の効果を確認した。図４は、ウエハのドーズ量測定の際に良く用いられる、シート抵抗値の測定値を示している。図４の横軸はウエハの径方向の位置を示し、径方向の中心が０で示されている。それゆえ、シート抵抗値が直線に近いほど、ウエハ面内ドーズ量均一性が良いことになる。
【００５２】
図４に見られるように、本発明の不使用時のシート抵抗値５１の測定結果から、本発明の不使用時に0.42％であったウエハ面内ドーズ量均一性が、本発明の使用時のシート抵抗値５２の測定結果から、本発明の使用時に0.24％まで改善できたことが確認されており、本発明の効果は明らかである。
【００５３】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明は以下の態様で実施されてもよい。
【００５４】
［態様１］
真空ビームライン室及び真空処理室内に真空計を複数個設置し、
イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体の分圧値と、イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値を、上記複数個の真空計測定値からそれぞれ取得し、
イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御する。
【００５５】
［態様２］
イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体分圧値を、ウエハへのイオン注入前に、１個の真空計と、上記イオン注入装置に設置されたマスフローメータを用いて、それら導入気体分圧値を取得し、
イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値は、ウエハへのイオン注入中に上記１個の真空計を用いて取得し、
イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御する。
【００５６】
［態様３］
ウエハへのイオン注入前に取得される、イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体分圧値について、ウエハを機械的に走査するために真空処理室内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置として、上記真空処理室に設置された真空ポンプによる真空コンダクタンスが最も大きい位置に、上記ウエハ走査体の位置を設定して、それら導入気体分圧値を取得し、
イオン注入時に行われる、ウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧測定結果と共に、イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御する。
【００５７】
［態様４］
上記態様１から３のいずれかにおいて、
上記１個ないし複数個の導入気体及びウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体の影響を除いて、ウエハまで到達する粒子数の変動を監視し、
ウエハへのイオン注入中に粒子数変動が発生した場合に、ウエハへのイオン注入を中断する。
【符号の説明】
【００５８】
１１  イオン源
１２  引出電極
１３  質量分析磁石装置
１４  質量分析スリット
１５  ビームスキャナー
１６  パラレルレンズ
１７  ウエハ
１８  ホルダ
２０    真空ビームライン室
２１  真空計測定子
２２  エネルギー分析装置
２３−１、２３−２  真空排気装置
２４  昇降装置
２５  導入気体Ａ導入装置
２６  導入気体Ｂ導入装置
３０    真空処理室
４４−１  バックファラデーカップ
４４−２  サイドファラデーカップ
５１  本発明の不使用時のシート抵抗値
５２  本発明の使用時のシート抵抗値
【図１】
0005970583.tif 000002
【図２】
0005970583.tif 000003
【図３】
0005970583.tif 000004
【図４】
0005970583.tif 000005