(57)【要約】      （修正有）【課題】  より実効的、簡便、かつ安全にイオンビームの加速エネルギーを測定・校正することのできるイオン注入装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  加速管１３の加速条件の設定に応じたスキャン機構１５の所定の走査電極制御によりイオンビームＩＢは偏向され、所定のビーム制限スリットＳ２によりビーム中心領域が通過しファラディーカップＦＣに到達される。質量分析部１２の分析スリットＳ１と、スキャン機構１５の制御を介してビーム電流量を計測するためのビーム制限スリットＳ２及びファラディーカップＦＣは、加速管１３の加速条件の設定による加速エネルギーで規定される位置に配置される。これにより、加速エネルギーの計測または校正のためのビーム計測機構１７が構成される。【選択図】  図１
2006196351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより、半導体ウェハに所定の不純物イオンが注入されるイオン注入装置であって、
前記イオンビームは所定の加速条件の設定に応じて少なくともビーム走査後に所定スリットを介して中心領域のビーム電流量が測定され、前記ビーム電流量の値を前記イオンビームにおける加速エネルギーの計測または校正の基準とすることを特徴としたイオン注入装置。
【請求項２】
前記所定スリットは移動可能であり、前記イオンビームのエネルギーのピーク部分を通過させることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
イオンビームが引き出されるイオン源と、
少なくとも分析電磁石及び分析スリットを有し前記イオンビームから必要なイオンを選択的に分離する質量分析部と、
前記質量分析部からのイオンビームを加速する加速管と、
前記加速管を出るイオンビームを集束するレンズ機構と、
前記レンズ機構を経由したイオンビームを走査するスキャン機構と、
半導体ウェハが保持され、前記スキャン機構で走査されるイオンビームが前記半導体ウェハに照射されるイオン注入室と、
前記加速管の加速条件の設定に応じた前記スキャン機構の所定の走査により前記イオンビームが導かれる所定スリット及びファラディーカップを有してビーム電流量を計測し前記イオンビームの加速エネルギーの計測または校正に利用するビーム計測機構と、
を含むイオン注入装置。
【請求項４】
前記ビーム計測機構において、少なくとも前記所定スリットは移動可能であり、前記イオンビームのビーム中心領域を通過させ前記ファラディーカップに到達させることを特徴とする請求項３記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記ファラディーカップは前記イオン注入室内に設けられていることを特徴とする請求項３または４記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記ファラディーカップは前記イオン注入室外に設けられていることを特徴とする請求項３または４記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記加速管の加速条件の設定が複数種類準備され、前記ビーム計測機構が前記加速管の加速条件の設定それぞれに応じて前記ビーム電流量を測定することによってデータを蓄積するメモリ部をさらに備えることを特徴とする請求項３〜６いずれか一つに記載のイオン注入装置。
【請求項８】
イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより、半導体ウェハに所定の不純物のイオン注入が実現される半導体装置の製造方法に関し、
前記イオンビームの加速条件の設定に基づいて走査された後の前記イオンビームに関し所定スリットを通過させて中心領域のビーム電流量を測定することによって、前記イオンビームの加速条件の設定により得られる加速エネルギーが適正であるか否かを判定することを特徴とした半導体装置の製造方法。
【請求項９】
イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより、半導体ウェハに所定の不純物のイオン注入が実現される半導体装置の製造方法に関し、
前記イオンビームの加速条件の設定に基づいて走査された後の前記イオンビームに関し所定スリットを通過させて中心領域のビーム電流量を測定し、前記ビーム電流量を前記加速条件の設定により得られる加速エネルギーの計測の基準とすることを特徴とした半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記イオンビームの加速条件の設定を複数種類準備し、それぞれの設定に応じて前記ビーム電流量を測定することによって、データを蓄積し、前記加速エネルギーの校正に用いることを特徴とした請求項８または９記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスにおいてデバイス特性を決定する不純物イオンを注入制御するイオン注入技術に係り、特に、イオンビームの加速エネルギーの測定、校正に適用されイオン注入精度の向上を目指すイオン注入装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置は、イオン源より引き出されたイオンビームを質量分析して目的の不純物イオンのみ導出し、電界で加速する。イオンビームは、エンドステーションの半導体ウェハ（単にウェハともいう）に照射され、ウェハに所定量のイオンが注入される。イオンビームの発生は高電圧ボックス内で達成される。イオンビームは、高電圧ボックスと接地電位部との間に設けられた加速管によって加速される。
【０００３】
イオンビームの加速エネルギーは、通常、イオンビームの質量分析後の加速管にて印加される電圧により決定される。よって、加速エネルギーの測定・校正は、この印加電圧を計測することで実施される。加速エネルギーの測定・校正は、イオン注入装置の安全扉を開き、その中の加速管に印加される高電圧を計測する。このため、通常簡便に行うことは難しく、また、高電圧の計測において放電等による人体への危険も伴う。
【０００４】
従来技術として、イオン注入装置の絶縁変圧器内に元々設けられている放電抵抗と新たに設けた計測用抵抗器との協働によって、加速電圧を分圧した低圧の計測用電圧が得られる。この計測用電圧によって、高電圧ボックスに印加される加速電圧を、加速電源以外の箇所で測定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来から、イオン注入装置において、加速エネルギーが設定値に対して正しく調整されているかについて評価するモニタは様々考えられている。例えば、イオン注入エネルギーにより変化する膜厚測定値（見かけ上のレジスト膜厚）と注入エネルギーとの関係をデータベースとして用意し、設定した加速エネルギーでイオン注入されているか確認する（例えば、特許文献１）。また、イオン注入エネルギーと真空度とビーム電流量との関係等をデータベースとして用意し、モニタに利用する。
【特許文献１】実公平７−４１９６０号公報（図１、図２  段落番号［００１９］〜［００２１］）
【特許文献２】特開２００１−３０７６７０号公報（図１、図２  段落番号［００４７］〜［００５５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
［特許文献１］に関し、イオンビームの加速エネルギーは、加速電源の観点のみから評価されることになる。この技術を実際にイオンビームの加速エネルギーの測定・校正に利用するには不十分である。また、［特許文献２］の技術では、データベース作成に時間がかかる。かつ、イオン注入エネルギーの変動に関する依存性を把握するような、イオン注入装置そのものの調整という趣旨が強い。従って、実際のイオンビームにおける加速エネルギーの設定が適正であることが前提になっており、イオンビームの加速エネルギーの測定・校正を単独で実施するための技術ではない。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、より実効的、簡便、かつ安全にイオンビームの加速エネルギーを測定・校正することのできるイオン注入装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るイオン注入装置は、イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより、半導体ウェハに所定の不純物イオンが注入されるイオン注入装置であって、前記イオンビームは所定の加速条件の設定に応じて少なくともビーム走査後に所定スリットを介して中心領域のビーム電流量が測定され、前記ビーム電流量の値を前記イオンビームにおける加速エネルギーの計測または校正の基準とすることを特徴としている。
【０００９】
上記本発明に係るイオン注入装置によれば、装置自体で発生させたイオンビームそのものを用いて加速エネルギーの計測または校正に利用する。イオンビームのビーム電流量の測定で所望の値が得られれば、所定の加速条件の設定に関し、実際の誤差はほとんどないことが証明できる。また、イオンビームのビーム電流量の測定で所望の値が得られなければ、所定の加速条件の設定に関し、実際には誤差があることがわかる。
なお、上記本発明に係るイオン注入装置において、前記所定スリットは移動可能であり、前記イオンビームのエネルギーのピーク部分を通過させることを特徴とする。より精度の高いビーム電流量の測定、加速条件エネルギーの校正に寄与する。
【００１０】
本発明に係るイオン注入装置は、イオンビームが引き出されるイオン源と、少なくとも分析電磁石及び分析スリットを有し前記イオンビームから必要なイオンを選択的に分離する質量分析部と、前記質量分析部からのイオンビームを加速する加速管と、前記加速管を出るイオンビームを集束するレンズ機構と、前記レンズ機構を経由したイオンビームを走査するスキャン機構と、半導体ウェハが保持され、前記スキャン機構で走査されるイオンビームが前記半導体ウェハに照射されるイオン注入室と、前記加速管の加速条件の設定に応じた前記スキャン機構の所定の走査により前記イオンビームが導かれる所定スリット及びファラディーカップを有してビーム電流量を計測し前記イオンビームの加速エネルギーの計測または校正に利用するビーム計測機構と、を含む。
【００１１】
上記本発明に係るイオン注入装置によれば、イオンビームの加速エネルギーの計測または校正に利用するためのビーム計測機構を設ける。ビーム計測機構は、スキャン機構の所定の走査によってイオンビームが導かれる所定スリット及びファラディーカップを有してビーム電流量を計測する。所望のビーム電流量が得られれば、所定の加速条件の設定に関し、実際の誤差はほとんどないことが証明できる。また、所望のビーム電流量が得られなければ、所定の加速条件の設定に関し、実際には誤差があることがわかり、校正に利用する。
【００１２】
なお、上記本発明に係るイオン注入装置において、次のいずれかの特徴を有することによって、加速エネルギーの設定に関する精度向上に寄与する。
前記ビーム計測機構において、少なくとも前記所定スリットは移動可能であり、前記イオンビームのビーム中心領域を通過させ前記ファラディーカップに到達させることを特徴とする。
前記ファラディーカップは前記イオン注入室内に設けられていることを特徴とする。スペースが共有できる。
前記ファラディーカップは前記イオン注入室外に設けられていることを特徴とする。
前記加速管の加速条件の設定が複数種類準備され、前記ビーム計測機構が前記加速管の加速条件の設定それぞれに応じて前記ビーム電流量を測定することによってデータを蓄積するメモリ部をさらに備えることを特徴とする。加速エネルギー設定の校正に有利である。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより、半導体ウェハに所定の不純物のイオン注入が実現される半導体装置の製造方法に関し、前記イオンビームの加速条件の設定に基づいて走査された後の前記イオンビームに関し所定スリットを通過させて中心領域のビーム電流量を測定することによって、前記イオンビームの加速条件の設定により得られる加速エネルギーが適正であるか否かを判定することを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより、半導体ウェハに所定の不純物のイオン注入が実現される半導体装置の製造方法に関し、前記イオンビームの加速条件の設定に基づいて走査された後の前記イオンビームに関し所定スリットを通過させて中心領域のビーム電流量を測定し、前記ビーム電流量を前記加速条件の設定により得られる加速エネルギーの計測の基準とすることを特徴としている。
【００１５】
上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、装置自体で発生させたイオンビームそのものを用いて加速エネルギーの計測または校正に利用することができる。これにより、加速エネルギーの適正化、イオンビームの安定化に寄与する。
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記イオンビームの加速条件の設定を複数種類準備し、それぞれの設定に応じて前記ビーム電流量を測定することによって、データを蓄積し、前記加速エネルギーの校正に用いることを特徴とする。校正が容易になる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図である。イオン注入装置１０は、イオン源１１、質量分析部１２、加速管１３、レンズ機構１４、スキャン機構１５、イオン注入室１８を有する。イオンビームＩＢは、イオン源１１から引き出され、分析電磁石Ｍや分析スリットＳ１を有する質量分析部１２を介して注入すべきイオンのみ導出される。さらに、イオンビームＩＢは、電界を利用した加速管１３により所定の加速エネルギーをもって加速される。加速されたイオンビームＩＢは、集束用レンズ（Ｑレンズ）等を有するレンズ機構１４を経由した後、上下左右に掃引可能なＸ，Ｙ各方向の静電偏向器等を含み所定のビーム走査が行えるようにしたスキャン機構１５を経る。すなわち、スキャン機構１５は、イオン注入室１８に保持された半導体ウェハＷＦに照射するイオンビームＩＢを走査する。制御部１６は、メモリ部１６１を有し、装置内各部の電源供給及び信号制御を行う。
【００１７】
この実施形態では、イオンビームＩＢは、加速エネルギーの計測または校正に利用するための偏向もなされる。加速管１３の加速条件の設定に応じたスキャン機構１５の所定の走査電極制御により、イオンビームＩＢは、例えば７°より大きい、好ましくは１０°以上に偏向される。このようにスキャン機構１５で偏向されるイオンビームＩＢは、所定のビーム制限スリットＳ２によりビーム中心領域が通過しファラディーカップＦＣに到達される。すなわち、質量分析部１２の分析スリットＳ１と、スキャン機構１５の制御を介してビーム電流量を計測するためのビーム制限スリットＳ２及びファラディーカップＦＣは、加速管１３の加速条件の設定による加速エネルギーで規定される位置に配置されている。これにより、加速エネルギーの計測または校正のためのビーム計測機構１７が構成されている。ファラディーカップＦＣは、通常のドーズコントローラ系（図示せず）に利用されるものと兼用してもよいし、別に専用に設けてもよい。このようにして得られるビーム電流量の値を、このイオン注入装置１０で発生されるイオンビームにおける加速エネルギーの計測または校正の基準とする。
【００１８】
図２は、ビーム制限スリットＳ２の平面図である。ビーム制限スリットＳ２は、例えばグラファイト製である。ビーム制限スリットＳ２は、イオンビームＩＢのビームスポットにもよるが、ビームエネルギーのピーク部分を通過させるべく、そのスリット幅Ｗ１は例えば５ｍｍ以下である。ビーム制限スリットＳ２は、移動調節可能である。また、加速エネルギー計測以外は取り外すこともできる。あるいは、異なる他のスリットと差し替えるようにしてもよい。
【００１９】
上記加速管１３の加速条件の設定が複数種類準備され、ビーム計測機構１７が加速管１３の加速条件の設定それぞれに応じてビーム電流量を測定するようにしてもよい。例えば１０ｋｅＶ〜ＭｅＶ級の間で幾つかの加速条件の設定が複数種類準備され、ビーム計測機構１７が加速管１３の加速条件の設定それぞれに応じてビーム電流量を測定する。加速エネルギーの各設定に対し、推移するビーム電流量の外挿データをメモリ部１６１に蓄積する。これにより、加速管１３が設定する加速エネルギーの校正が容易になる。
【００２０】
上記実施形態によるイオン注入装置によれば、イオンビームＩＢの加速エネルギーの計測または校正に利用するためのビーム計測機構１７を設ける。ビーム計測機構１７は、スキャン機構１５の所定の走査によってイオンビームＩＢが導かれるビーム制限スリットＳ２及びファラディーカップＦＣを有してビーム電流量を計測する。所望のビーム電流量が得られれば、所定の加速条件の設定に関し、実際の誤差はほとんどないことが証明できる。また、所望のビーム電流量が得られなければ、所定の加速条件の設定に関し、実際には誤差があることがわかり、校正に利用する。
【００２１】
図３は、本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図である。前記第１実施形態に比べて異なるのは、ビーム制限スリットＳ２１及びファラディーカップＦＣ１の配置構成である。半導体ウェハの後方にファラディーカップＦＣ１が設けられており、スペースを有効に利用している。これに対応してビーム制限スリットＳ２１もスキャン機構１５で導かれるビームライン上に設けられる。ビーム制限スリットＳ２１は前記図２の構成と同様である。
その他の構成は前記第１実施形態と同様である。すなわち、イオン注入装置２０は、イオン源１１、質量分析部１２、加速管１３、レンズ機構１４、スキャン機構１５、イオン注入室１８を有する。
【００２２】
この実施形態においても前記第１実施形態と同様に、イオンビームＩＢは、加速エネルギーの計測または校正に利用される。加速管１３の加速条件の設定に応じたスキャン機構１５の所定の走査電極制御により、イオンビームＩＢは偏向され、所定のビーム制限スリットＳ２１によりビーム中心領域が通過しファラディーカップＦＣ１に到達される。このとき、半導体ウェハはビームが当たらないように移動される。すなわち、質量分析部１２の分析スリットＳ１と、スキャン機構１５の制御を介してビーム電流量を計測するためのビーム制限スリットＳ２１及びファラディーカップＦＣ１は、加速管１３の加速条件の設定による加速エネルギーで規定される位置に配置されている。これにより、加速エネルギーの計測または校正のためのビーム計測機構２７が構成されている。ファラディーカップＦＣ１は、通常のドーズコントローラ系（図示せず）に利用されるものと兼用してもよいし、別に専用に設けてもよい。このようにして得られるビーム電流量の値を、このイオン注入装置２０で発生されるイオンビームにおける加速エネルギーの計測または校正の基準とする。
【００２３】
上記加速管１３の加速条件の設定が複数種類準備され、ビーム計測機構２７が加速管１３の加速条件の設定それぞれに応じてビーム電流量を測定するようにしてもよい。例えば１０ｋｅＶ〜ＭｅＶ級の間で幾つかの加速条件の設定が複数種類準備され、ビーム計測機構２７が加速管１３の加速条件の設定それぞれに応じてビーム電流量を測定する。加速エネルギーの各設定に対し、推移するビーム電流量の外挿データをメモリ部１６１に蓄積する。これにより、加速管１３が設定する加速エネルギーの校正が容易になる。
【００２４】
上記実施形態によるイオン注入装置においても、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。イオンビームＩＢの加速エネルギーの計測または校正に利用するためのビーム計測機構２７を設ける。ビーム計測機構２７は、スキャン機構１５の所定の走査によってイオンビームＩＢが導かれるビーム制限スリットＳ２１及びファラディーカップＦＣ１を有してビーム電流量を計測する。所望のビーム電流量が得られれば、所定の加速条件の設定に関し、実際の誤差はほとんどないことが証明できる。また、所望のビーム電流量が得られなければ、所定の加速条件の設定に関し、実際には誤差があることがわかり、校正に利用する。
【００２５】
図４は、本発明の第３実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図である。前記第１実施形態に比べて異なるのは、ビーム制限スリットＳ２２及びファラディーカップＦＣ２の配置構成である。イオン注入室１８とは別室にファラディーカップＦＣ２が設けられており、精度向上を図っている（ドーズコントローラ系は図示せず）。これに対応してビーム制限スリットＳ２２もスキャン機構１５で導かれるビームライン上に設けられる。ビーム制限スリットＳ２２は前記図２の構成と同様である。
その他の構成は前記第１実施形態と同様である。すなわち、イオン注入装置３０は、イオン源１１、質量分析部１２、加速管１３、レンズ機構１４、スキャン機構１５、イオン注入室１８を有する。
【００２６】
この実施形態においても前記第１実施形態と同様に、イオンビームＩＢは、加速エネルギーの計測または校正に利用される。加速管１３の加速条件の設定に応じたスキャン機構１５の所定の走査電極制御により、イオンビームＩＢは、例えば７°より大きい、好ましくは１０°以上偏向される。このようにスキャン機構１５で偏向されるイオンビームＩＢは、所定のビーム制限スリットＳ２２によりビーム中心領域が通過しファラディーカップＦＣ２に到達される。すなわち、質量分析部１２の分析スリットＳ１と、スキャン機構１５の制御を介してビーム電流量を計測するためのビーム制限スリットＳ２２及びファラディーカップＦＣ２は、加速管１３の加速条件の設定による加速エネルギーで規定される位置に配置されている。これにより、加速エネルギーの計測または校正のためのビーム計測機構３７が構成されている。このようにして得られるビーム電流量の値を、このイオン注入装置３０で発生されるイオンビームにおける加速エネルギーの計測または校正の基準とする。
【００２７】
上記加速管１３の加速条件の設定が複数種類準備され、ビーム計測機構３７が加速管１３の加速条件の設定それぞれに応じてビーム電流量を測定するようにしてもよい。例えば１０ｋｅＶ〜ＭｅＶ級の間で幾つかの加速条件の設定が複数種類準備され、ビーム計測機構３７が加速管１３の加速条件の設定それぞれに応じてビーム電流量を測定する。加速エネルギーの各設定に対し、推移するビーム電流量の外挿データをメモリ部１６１に蓄積する。これにより、加速管１３が設定する加速エネルギーの校正が容易になる。
【００２８】
上記実施形態によるイオン注入装置においても、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。イオンビームＩＢの加速エネルギーの計測または校正に利用するためのビーム計測機構３７を設ける。ビーム計測機構３７は、スキャン機構１５の所定の走査によってイオンビームＩＢが導かれるビーム制限スリットＳ２２及びファラディーカップＦＣ２を有してビーム電流量を計測する。所望のビーム電流量が得られれば、所定の加速条件の設定に関し、実際の誤差はほとんどないことが証明できる。また、所望のビーム電流量が得られなければ、所定の加速条件の設定に関し、実際には誤差があることがわかり、校正に利用する。
【００２９】
上記各実施形態を利用して、イオン注入前に、加速管１３の加速条件設定に基づいて走査された後のイオンビームＩＢに関し、ビーム計測機構１７、３７、４７いずれかを利用してビーム電流量を測定する。これにより、イオンビームの加速条件の設定により得られる加速エネルギーの計測の基準ができ、また、現出される加速エネルギーが適正であるか否かを判定することができる。よって、デバイス性能安定化、歩留り向上が期待できる半導体装置の製造方法が提供できる。
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、装置自体で発生させたイオンビームそのものを用いて加速エネルギーの計測または校正に利用する。スキャン機構の所定の走査によってイオンビームが導かれる所定スリット及びファラディーカップを有してビーム電流量を計測するビーム計測機構を設ける。このビーム計測機構によるビーム電流量の測定で所望の値が得られれば、所定の加速条件の設定に関し、実際の誤差はほとんどないことが証明できる。また、イオンビームのビーム電流量の測定で所望の値が得られなければ、所定の加速条件の設定に関し、実際には誤差があることがわかり、校正も容易にできる。これにより、ウェハ面内におけるイオン注入の安定性、不純物濃度の均一性向上が図れる。この結果、より実効的、簡便、かつ安全にイオンビームの加速エネルギーを測定・校正することのできるイオン注入装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図。
【図２】本発明に係るビーム制限スリットを示す平面図。
【図３】第２実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図。
【図４】第３実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１０，２０，３０…イオン注入装置、１１…イオン源、１２…質量分析部、１３…加速管、１４…レンズ機構、１５…スキャン機構、１６…制御部、１６１…メモリ部、１７，２７，３７…ビーム計測機構、１８…イオン注入室、ＦＣ、ＦＣ１，ＦＣ２…ファラディーカップ、Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ２２…ビーム制限スリット、Ｍ…分析磁石、Ｓ１…分析スリット、ＷＦ…半導体ウェハ、ＩＢ…イオンビーム。
【図１】
2006196351.tif 000003
【図２】
2006196351.tif 000004
【図３】
2006196351.tif 000005
【図４】
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