(57)【要約】【課題】  イオンビームを用いたイオン注入装置とプラズマドーピング装置とを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を高精度かつ効率良く行う。【解決手段】  イオン注入ユニット３１とプラズマドーピングユニット２１とを備えた表面処理装置１０において、イオン注入ユニット３１は、イオンを減速させる減速器３７と、減速させたイオンをステージ４側へ偏向させる偏向器３８と、イオンをステージ４へ導くためのバイアス電源９とを備える。偏向器３８はイオンビームから中性粒子を除去し、バイアス電源９は偏向器３７から出射した低エネルギーのイオンビームをウェーハＷへ引き付ける。これにより、イオン注入ユニット３１を用いて、低エネルギーのイオンドーピングを高純度かつ高効率で行うことができる。【選択図】        図１
2006324404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、この真空チャンバ内に設置され被処理基板を支持するステージと、前記被処理基板の表面にイオンビームを照射してイオンをドーピングするイオン注入ユニットと、前記被処理基板の近傍で形成したプラズマ中のイオンを引き出して前記被処理基板の表面にドーピングするプラズマドーピングユニットとを備えた表面処理装置において、
前記イオン注入ユニットは、イオンを減速させる減速器と、減速させたイオンを前記ステージ側へ偏向させる偏向器と、イオンを前記ステージへ導くためのバイアス手段とを備えたことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記プラズマドーピングユニットは、前記偏向器と前記ステージとの間に設置され前記プラズマの形成空間を区画する容器と、前記プラズマを形成させるプラズマ源とを有し、  前記イオン注入ユニットは、イオンビームを前記容器の内部を介して前記被処理基板へ照射する請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記容器は、前記プラズマの形成空間の周囲を区画する容器本体と、この容器本体の上部を開閉する天板とでなり、前記天板は、前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理の際は、前記容器本体の上部を開放する請求項２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記真空チャンバには、前記被処理基板に対向して配置され、当該被処理基板のイオン導入領域を画定するドーピング用開口が形成されたマスク部材と、前記ステージを前記マスク部材に対して少なくとも一方向へ平行移動させるステージ駆動機構とを備えた請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記マスク部材には、前記ドーピング用開口に隣接して、モニタ用開口が形成されており、このマスク部材と前記被処理基板との間には、前記モニタ用開口を通過したイオンの量を検出する検出手段が配置されている請求項４に記載の表面処理装置。
【請求項６】
真空チャンバと、この真空チャンバ内に設置され被処理基板を支持するステージと、前記被処理基板の表面にイオンビームを照射してイオンをドーピングするイオン注入ユニットと、前記被処理基板の近傍で形成したプラズマ中のイオンを前記被処理基板の表面にドーピングするプラズマドーピングユニットとを備えた表面処理装置に用いられ、
前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理が、イオンを減速させる工程と、減速させたイオンを前記ステージ上の被処理基板へ向けて偏向させる工程とを有し、
当該イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理では、イオンを前記被処理基板へ導くためのバイアス電位を前記ステージに印加することを特徴とする表面処理方法。
【請求項７】
前記真空チャンバの内部には、前記プラズマの形成空間を区画する容器が、前記プラズマドーピングユニットの一部として設置されており、
前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理では、前記容器の内部を介してイオンビームを前記被処理基板へ照射する請求項６に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記容器は、前記プラズマの形成空間の周囲を区画する容器本体と、この容器本体の上部を開閉する天板とでなり、
前記天板は、前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理では、前記容器本体の上部を開放する請求項７に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記被処理基板の表面処理に、前記イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理と前記プラズマドーピングユニットによるイオンドーピング処理とを併用する請求項６に記載の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内に設置した被処理基板の表面にイオンをドーピングするための表面処理装置に関し、更に詳しくは、イオンビームを用いたイオンのドーピング処理とプラズマドーピング法によるイオンのドーピング処理とが可能な複合型の表面処理装置及びこれに用いられる表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウェーハ等の被処理基板表面にドーピング領域を形成するために、イオンビームを用いた不純物イオンのドーピングが行われている（下記特許文献１参照）。特に、近年における基板の大型化、デバイスの微細化により、数十ｎｍ程度の浅い接合が要求され、そのために例えばＢ（ボロン）イオン等の不純物イオンを低エネルギーでドーピングする必要性が高まっている。
【０００３】
半導体ウェーハへ低エネルギーでイオンをドーピングする方法の一つとして、プラズマドーピング装置がある。プラズマドーピング装置は、プラズマ形成用の真空チャンバと、プラズマを形成するプラズマ源と、半導体ウェーハ等の被処理基板を支持するステージとを備え、真空チャンバ内に形成したプラズマ中のイオンをステージ側へ引き出してドーピングする構成となっている（下記特許文献２参照）。
【０００４】
従来、イオンビームを用いるイオン注入装置と、プラズマドーピング装置とは、互いに独立した装置で構成されていて、高エネルギー（例えば２ｋｅＶ以上）でイオンをドーピングする場合にはイオンビームを用いたイオン注入装置が用いられ、低エネルギー（例えば２ｋｅＶ以下）でイオンをドーピングする場合にはプラズマドーピング装置が用いられていた。
【０００５】
一方、近年では、イオンビームを用いるイオン注入装置とプラズマドーピング装置とを複合化させた表面処理装置が提案されている（下記特許文献３参照）。これにより、一台の装置でイオンビームを用いたイオンのドーピング処理と、プラズマドーピング法によるイオンのドーピング処理とを可能としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３４５５８６号公報
【特許文献２】特開２０００−１１４１９８号公報
【特許文献３】米国特許第６７１６７２７号明細書
【０００７】
上述したように、近年における半導体製造技術の分野においては、基板の大型化、デバイスの微細化により、数十ｎｍ程度の浅い接合が要求され、不純物イオンを低エネルギーで基板にドーピングする必要性が高まっている。このため近年では、低エネルギーでのイオンドーピングに有効であるとして、プラズマドーピング法によるイオンのドーピング処理の研究開発が盛んに行われている。
【０００８】
従って、イオンビームを用いるイオン注入装置と、プラズマドーピング装置とを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、低エネルギーでのイオンドーピング処理では、プラズマドーピング装置を用いて処理することが主流となると予想される。
ところが、プラズマドーピング装置においては、形成されるプラズマのイオン密度がウェーハ全面において均一でないために、ドーピングされるイオンの純度、ドーズ量等といった面内均一性を確保することが難しいという問題を抱えている。
【０００９】
一方、イオンビームを用いたイオン注入装置においては、イオン源から引き出したイオンを所望のイオンに質量分離しているので、ドーピングされるイオンの純度は高く、優れた面内均一性を得ることができる。
【００１０】
従って、低エネルギーのイオンドーピング処理をイオンビームを用いて行うことができれば、デバイス設計、製造プロセス等の自由度が向上するとともに、プラズマドーピング法で行った場合のデバイス特性評価と、イオンビームを用いて行った場合のデバイス特性評価との検証を試行的に行う場合にデバイスの試作を一台の装置で行うことができるので、装置間格差の影響を受けることのない、高精度かつ信頼性に優れた検証を行うことができる点で非常に有益である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献３に記載の複合型の表面処理装置の構成では、イオンビームを用いた低エネルギー（例えば２ｋｅＶ以下）のイオンドーピング処理を高精度かつ効率良く行えないという問題がある。
【００１２】
即ち、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を行うには、質量分離したイオンをビーム輸送経路上で減速させる必要がある。このとき、減速器を通過した後のイオンビームには目的イオンのみならず、所定の減速度に達していない高エネルギーのイオン、即ち、ビーム輸送経路内の残留ガスとの衝突で発生した中性粒子が含まれているので、この中性粒子を除去して目的イオンのみからなるイオンビームをウェーハへ照射する必要がある。
【００１３】
また、イオンビームを用いたイオンドーピング処理では、イオンが低エネルギーになるほどビーム電流が減少し平行度が崩れる傾向にある。このため、低エネルギーになるほどイオンのドーピング効率は低下し、処理速度や生産性に影響を与える。上記特許文献３に記載の構成では、このような問題が考慮されていないので、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を効率良く行うことはできない。
【００１４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、イオンビームを用いたイオン注入装置とプラズマドーピング装置とを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、イオンビームを用いて低エネルギーのイオンドーピング処理を高精度かつ効率良く行うことができる表面処理装置及び表面処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するに当たり、本発明は、イオン注入ユニットとプラズマドーピングユニットとを備えた表面処理装置において、イオン注入ユニットは、イオンを減速させる減速器と、減速させたイオンをステージ側へ偏向させる偏向器と、イオンをステージへ導くためのバイアス手段とを備えている。
【００１６】
この構成により、イオンビームは、減速器による減速工程と、偏向器による偏向工程とを経て、高エネルギーの中性粒子が除去された、目的のイオンでなるイオンビームを被処理基板へ照射することができる。これにより、イオン注入ユニットを用いて低エネルギーの高精度なイオンドーピング処理を実施できる。
【００１７】
また、上記バイアス手段として、イオンを被処理基板へ導くためのバイアス電位をステージに印加することにより、イオンビームの発散が抑えられた所望のビーム平行度を維持することが可能となるので、イオン注入ユニットを用いた低エネルギーのイオンドーピング処理を効率良く行うことができる。
【００１８】
一方、プラズマドーピングユニットは、上記偏向器とステージとの間に設置されプラズマの形成空間を区画する容器と、プラズマを形成させるプラズマ源とを備えている。被処理基板は、その表面（処理面）がプラズマ形成空間に近接するようにしてステージ上に支持され、プラズマから引き出されたイオンが基板上へドーピングされる。
【００１９】
本発明では、プラズマドーピング処理と同一のステージ位置でイオン注入ユニットによるイオンドーピング処理を行うことができるように、イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理の際はイオンビームを上記容器の内部を介して被処理基板へ照射するようにしている。これにより、真空チャンバの小型化、装置の設置占有面積の低減が図られる。
【００２０】
このような機能を実現するため、本発明では、上記容器を、プラズマの形成空間の周囲を区画する容器本体と、この容器本体の上部を開閉する天板とで構成し、イオン注入ユニットによるイオンドーピング処理において、上記天板は、容器本体の上部を開放する位置に待機させる。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたように、本発明によれば、イオン注入ユニットとプラズマドーピングユニットとを兼ね備えた複合型の表面処理装置において、イオン注入ユニットを用いた低エネルギーのイオンドーピング処理を高純度で、効率良く行うことができるようになる。
【００２２】
また、プラズマドーピング法で行った場合のデバイス特性評価と、イオンビームを用いて行った場合のデバイス特性評価との検証を試行的に行う場合にデバイスの試作を一台の装置で行うことができる。これにより、装置間格差の影響を受けることのない、高精度かつ信頼性に優れた検証を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１及び図２は、本発明の実施の形態による表面処理装置１０の概略構成図である。
【００２５】
本実施の形態の表面処理装置１０は、真空排気手段（図示略）に接続され内部が所定の真空度に維持可能な真空チャンバ１と、この真空チャンバ１の内部に設置され被処理基板として半導体ウェーハ（以下「ウェーハ」という）Ｗを支持するステージ４と、このステージ４に支持されたウェーハＷの表面にイオンをドーピングするためのプラズマドーピングユニット２１及びイオン注入ユニット３１とをそれぞれ備えている。
【００２６】
先ず、プラズマドーピングユニット２１とステージ４周辺の構成について説明するとともに、プラズマドーピングユニット２１を用いたウェーハＷの表面処理方法（イオンドーピング方法）について説明する。
【００２７】
プラズマドーピングユニット２１は、真空チャンバ１の内部にプラズマ形成空間Ｐを画成する例えば石英製のベルジャ（容器）１１と、プラズマ形成用ガスを導入するためのガス導入管２と、ベルジャ１１の外周部に巻回され上記プラズマ形成用ガスをプラズマ化する高周波アンテナ（コイル）３とを備えている。ウェーハＷは、ベルジャ１１の直下方に位置するようにステージ４に支持されている。
【００２８】
ベルジャ１１は、プラズマ形成空間Ｐの周囲を区画する容器本体１１Ａと、この容器本体１１の上部を閉塞する天板１１Ｂとで構成されている。天板１１Ｂは、天板駆動部４０の駆動により容器本体１１Ａの上部を開閉自在とされている。そして天板１１Ｂは、プラズマドーピングユニット２１を用いたウェーハＷの表面処理工程では容器本体１１Ａを閉塞する位置にあり（図２）、後述するイオン注入ユニット３１を用いたウェーハＷの表面処理工程では容器本体１１Ａの上部を開放する位置に退避される（図１）。
【００２９】
本実施の形態においては、ステージ４上のウェーハＷに対してマスク部材５が所定の間隙をおいて対向配置されている。このマスク部材５には、ウェーハＷに対するイオン導入領域を画定するドーピング用開口５Ａが形成されている。
【００３０】
ステージ４は、ウェーハＷをその被処理面をプラズマ形成空間Ｐ側（図中上方側）に向けて支持する。ステージ４には、ウェーハＷの支持機構として、静電チャック機構が取り付けられているとともに、マスク部材５に対して平行移動可能なように、Ｘ方向（図中左右方向）移動機構６及びＹ方向（図において紙面表裏方向）移動機構７が取り付けられている。８は、ウェーハＷをステージ４上で傾斜させるためのティルト機構で、ステージ４に設けられ、必要に応じて調整される。また、ステージ４には回転機構（図示略）が設けられており、ウェーハＷをステージ４上で回転方向に移動可能とされている。
【００３１】
マスク部材５及びステージ４はバイアス電源９の負極に接続されており、プラズマ形成空間Ｐに形成されたプラズマ中のイオン（本例ではＢ+ イオン）をステージ４側へ引き出せるようにしている。プラズマから引き出されたイオンは、マスク部材５のドーピング用開口５Ａを介して、ウェーハＷの表面にドーピングされる。
【００３２】
マスク部材５は、シリコン等の重金属コンタミネーションを発生させない半金属製の例えば円形板状部材で構成されており、その面内には、上述したドーピング用開口５Ａと、後述するモニタ用開口５Ｂがそれぞれ形成されている（図３Ａ，Ｂ）。マスク部材５のドーピング用開口５Ａの形状、大きさ等は特に限定されないが、プラズマ形成空間Ｐに形成されるプラズマ面の任意の一部の領域に対応して形成されるのが好ましい。
【００３３】
図３Ａ，Ｂは、マスク部材５とウェーハＷとの位置関係を模式的に示す平面図である。
【００３４】
図３Ａは、ドーピング用開口５Ａが、ウェーハＷの直径を超える大きさの長手寸法を有する矩形状に形成された例を示している。この場合、ウェーハＷを支持するステージ４は、このドーピング用開口５Ａの長手方向に対して例えば直交する方向（Ｘ方向）にのみ間欠的又は連続的に移動可能に構成されることにより、ウェーハＷの面内全域にわたってイオンドーピングを行うことができる。
【００３５】
また、図２Ｂは、ドーピング用開口５Ａが、ウェーハＷ上のデバイス単位（例えば１チップ単位）の大きさを有する矩形状に形成された例を示している。この場合、ウェーハＷを支持するステージ４は、Ｘ方向及びＹ方向に間欠的又は連続的に移動可能に構成されることにより、ウェーハＷの面内全域にわたってイオンドーピングを行うことができる。
【００３６】
一方、マスク部材５のモニタ用開口５Ｂは、ドーピング用開口５Ａに隣接して単数又は複数箇所（図３Ａ，Ｂの例では各々２箇所）に形成されている。モニタ用開口５Ｂの形成位置、形成個数は特に限定されず、本実施の形態ではドーピング用開口５Ａを囲むように一対形成されている。これらモニタ用開口５Ｂ，５Ｂの形状、大きさは特に限定されず、また、互いに同一の形状、大きさである場合に限られない。なお、図３Ｂの例では、モニタ用開口５ＢをＸ方向だけでなくＹ方向にも一対（計４箇所）設けてもよい。
【００３７】
図４は、ウェーハＷを支持するステージ４周辺の拡大図である。ステージ４上のウェーハＷとマスク部材５との間には、マスク部材５のドーピング用開口５Ａを通過するイオンの量を検出するメインファラデーカップ１２Ａと、モニタ用開口５Ｂ，５Ｂを通過するイオンの量を検出するサイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂとが配置されている。なお、サイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂは、本発明の「検出手段」に対応する。
【００３８】
ここで、マスク部材５及びサイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂは、真空チャンバ１等の静止系に連絡する支持フレーム（図示略）を介して、図示するウェーハＷとの対向位置に配置されている。なお、上記支持フレームには、ステージ４に設けられるティルト機構８や回転機構と同様な駆動機構が設けられており、ウェーハＷの傾斜駆動と同期して、マスク部材５及びサイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂを傾斜駆動可能としている。
【００３９】
一方、メインファラデーカップ１２Ａは、マスク部材５のドーピング用開口５Ａの直下位置と、ドーピング用開口５Ａを開放する退避位置との間を進退自在に、例えば上記支持フレームに取り付けられている。このように、メインファラデーカップ１２Ａをマスク部材５とウェーハＷとの間で挿脱自在な構成としている。そして、量産時、ウェーハＷにドーピングされるイオンのドーズ量をサイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂを使用してモニタリングし、ウェーハＷ面内の均一性確保、コンタミネーション低減、ドーズ量の精度向上を図っている。
【００４０】
そのため、量産前に、メインファラデーカップ１２Ａをマスク部材５の直下位置に配置させ、ドーピング用開口５Ａを通過するイオンの量を当該メインファラデーカップ１２Ａで検出するとともに、モニタ用開口５Ｂ，５Ｂを通過するイオンの量をサイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂでそれぞれ検出するようにして、メインファラデーカップ１２Ａとサイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂとの間で量産条件におけるイオンの量の面積比を予め算出しておく。
【００４１】
そして量産時は、当該メインファラデーカップ１２Ａを退避位置へ退かせ、ドーピング用開口５Ａを介してイオンをウェーハＷ上へ導入する間に、サイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂで検出されるイオンの量に基づいて、予め算出しておいた面積比を参照して、ドーピング用開口５Ａを通過するイオンの量、即ちウェーハＷへドーピングされるイオンのドーズ量を監視できるようになる。ドーズ量の調整は、プラズマの形成条件を変えることで実現できる。
【００４２】
以上のように構成されるプラズマドーピングユニット２１を用いたプラズマドーピング工程においては、プラズマ形成空間Ｐに形成させたプラズマから、ステージ４側へバイアス電源９の電源電圧に応じた加速電圧でイオンが引き出され、マスク部材５のドーピング用開口５Ａを介してウェーハＷへ当該イオンがドーピングされる。
【００４３】
従って、形成されたプラズマが面内において均一でなくても、マスク部材５のドーピング用開口５ＡによってウェーハＷが臨むプラズマ領域を制限しているので、ステージ４をＸ方向移動機構６、Ｙ方向移動機構７で水平移動させることで、ウェーハＷの全面に均一に、低コンタミネーションでイオンをドーピングすることができる。また、サイドファラデーカップ１２Ｂ，１２Ｂを用いたイオン照射量の検出機構により、ウェーハＷに対するイオンのドーズ量の精度向上が可能となる。さらに、低エネルギーでイオン注入を行えるので、ウェーハＷ表面への不純物領域（拡散領域）の浅接合化にも容易に対応できる。
【００４４】
次に、イオン注入ユニット３１の構成について図１を参照して説明する。
【００４５】
イオン注入ユニット３１は、イオン源３３と、このイオン源３３からイオンを引き出す引出し電極３４と、引出し電極３４によって引き出され所定のエネルギーにまで加速されたイオンを収束しビーム化するレンズ部３５とを有している。このレンズ部３５の後段には、所望イオンを選別する質量分離器３６と、質量分離したイオンを所定のエネルギーにまで減速させる減速器３７と、この減速させたイオンをステージ４側に向けて偏向する偏向器３８とがそれぞれ接続されている。そして、これらイオン源３３から偏向器３８までの間のビーム輸送経路内に、イオン注入ユニット３１におけるビームラインが形成されている。
【００４６】
引出し電極３４の引出し電圧は、ビームラインを通過するイオンのエネルギーが、例えば１０ｋｅＶから３０ｋｅＶまでの範囲となるように設定することが好ましい。イオンビームＬのエネルギーを１０ｋｅＶより小さくするとイオンビームは発散され易くなり、ビーム電流のロスを招くからである。
【００４７】
レンズ部３５は、イオンビームがエンドステーション（真空チャンバ１）内のウェーハＷへ均一に入射するように調整される。また、質量分離器３６は、質量分離マグネットであり、ウェーハＷへのドーピングに必要なイオンを選択的に分離する。
【００４８】
減速器３７は、リング状の電極を抵抗を介して複数枚同心的に直列させた減速管で形成することができる。このとき、最終段の電極をグランド電位に設定すれば、減速器３７を通過するイオンのエネルギーをグランドレベルにまで減速させることが可能となる。この場合、１価のイオンのエネルギーは１ｋｅＶとなる。
【００４９】
減速器３７によって減速されるイオンのエネルギーは、例えば１０ｋｅＶから数百ｅＶまでの範囲とすることができる。イオンのエネルギーを１０ｋｅＶより大とすると、イオンの注入深さが大となって、ウェーハＷに浅い接合を形成することが困難となる。
【００５０】
偏向器３８は、静電偏向型の偏向器で構成することができ、例えば１ｋｅＶより高いエネルギーを有する粒子を除去する。本実施の形態において偏向器３８は、真空チャンバ１の内部に配置されているが、偏向器３８の内部が真空チャンバ１の内部と連通する構成であれば、偏向器３８を真空チャンバ１の外部に配置してもよい。
【００５１】
ビームライン上において、イオンが残留ガスと衝突して中性化したものは減速器３７で減速されずに２０ｋｅＶのエネルギーを有しているが、偏向器３８は、１ｋｅＶのエネルギーを有するイオンのみがマスク部材５を介してステージ４上のウェーハＷへ到達するように、印加電圧が調整される。このとき、中性粒子は偏向されず直進するので、ベルジャ１１の内壁あるいはマスク部材５の上面に衝突し、ウェーハＷに到達することはない。
【００５２】
偏向器３８で偏向されたイオンビームは、ベルジャ１１の内部を介して、ステージ４上のウェーハＷ表面へ照射される。上述したように、このイオンビームを用いたイオンドーピング処理の際、ベルジャ１１の天板１１Ｂは、天板駆動部４０の駆動により図示しない待機位置へ退避しており、これにより容器本体１１Ａの上部が開放されている（図１）。
【００５３】
一方、ウェーハＷを支持するステージ４と、ウェーハＷの直上方に位置するマスク部材５には、それぞれバイアス電源９が接続されている。従って、偏向器３８から出射したイオン（例えばＢ+ イオン）は、バイアス電源９の電源電圧に応じた引出し電圧でウェーハＷに引き寄せられ、マスク部材５のドーピング用開口５Ａで区画された領域へドーピングされる。これにより、偏向器３８から出射したイオンビームの発散を抑えてウェーハＷに照射することができるようになり、低エネルギーのイオンドーピングを効率良く行うことが可能となる。
【００５４】
本例においてバイアス電源９並びにこれに接続されるステージ４及びマスク部材５は、本発明の「バイアス手段」を構成する。バイアス電源９は、直流電源に限らず、パルス電源でもよい。
【００５５】
また、このイオン注入ユニット３１を用いたイオンドーピング処理においては、上述したプラズマドーピングユニット２１を用いたイオンドーピング処理と同様に、Ｘ，Ｙ方向移動機構６，７によってステージ４をマスク部材５に対して平行移動させることによってウェーハＷの面内全領域にわたってイオンビームが照射されるようになっている。これにより、面内均一性を確保することができる。
【００５６】
このイオンドーピング処理の均一性を高めるため、本実施の形態では更に、偏向器３８にスキャン機構を設け、マスク部材５のドーピング用開口５Ａ内でイオンビームを微小角度範囲でスキャンさせるようにしている。上記スキャン機構としては、例えば図５に示すように、偏向器３８の一対の電極に印加される直流電圧に互いに逆位相の三角波を重畳することで実現できる。
【００５７】
本実施の形態によれば、イオン注入ユニット３１とプラズマドーピングユニット２１とを兼ね備えた複合型の表面処理装置１０において、イオン注入ユニット３１を用いた低エネルギーのイオンドーピング処理を高純度で、効率良く行うことができる。また、低エネルギーのイオンドーピング処理を、プラズマドーピングユニット２１とイオン注入ユニット３１の何れでも実施することができるようになる。
【００５８】
また、イオン注入ユニット３１によるイオンドーピング処理の際はイオンビームをベルジャ１１の内部を介してウェーハＷへ照射するようにしているので、プラズマドーピング処理と同一のステージ位置でイオンドーピング処理を行うことができるようになり、これにより真空チャンバ１の小型化、装置の設置占有面積の低減を図ることができる。
【００５９】
そして、以上のように構成される本実施の形態の表面処理装置１０においては、量産を開始する前に、試行的にウェーハＷへイオンをドーピングして特性の評価を行う場合に用いることができる。この場合、プラズマドーピングユニット２１を用いたイオンドーピング処理で作製したデバイスの特性評価と、イオン注入ユニット３１を用いたイオンドーピング処理で作製したデバイスの特性評価の検証を、当該装置一台で行うことができる。これにより、装置間格差の影響を受けることのない、高精度かつ信頼性に優れた検証を行うことができるようになる。
【００６０】
一方、本実施の形態の表面処理装置１０において、プラズマドーピングユニット２１とイオン注入ユニット３１とを併用して、一枚のウェーハＷを処理することも可能である。
【００６１】
すなわち、イオン注入ユニット３１を用いたイオンドーピング処理は、ドーピングイオンを質量分離しているのでピュア（高純度）である。ところが、低エネルギーであるためビーム電流は小さく、プラズマドーピング法に比べて処理時間がかかる。
そこで、ウェーハＷの表面処理を行うに当たり、先ずプラズマドーピングユニット２１を用いたイオンドーピング処理を行い（例えば全体の８０〜９０％）、その後、高純度のイオンドーピング処理をイオン注入ユニット３１を用いて行うようにすれば、ドーピング精度を維持しながら処理時間の短縮を図ることができる。
【００６２】
また、イオン注入ユニット３１によるイオンの注入エネルギーをプラズマドーピングユニット２１のそれよりも大きくするようにすれば、表面処理装置１０全体として注入エネルギーに幅をもたせることができ、高エネルギーから低エネルギーまでのエネルギーの連続性も得ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６４】
例えば以上の実施の形態では、プラズマドーピングユニット２１のプラズマ源として、ＲＦアンテナ３を用いた誘導結合方式（ＩＣＰ）を用いたが、これに限らず、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）や平行平板、磁気中性線放電（ＮＬＤ）等の他の方式のプラズマ源が適用可能である。
【００６５】
また、ベルジャ１１の形状、大きさは任意に設定でき、例えば、マスク部材５のドーピング用開口５Ａの形状、大きさに合わせたプラズマが形成できるように構成してもよい。更に、ベルジャ１１の内面に、注入するイオンと同種材料の膜をコーティングしておくと、ドーピング時のコンタミネーションの抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態による表面処理装置１０の概略構成図である。
【図２】プラズマドーピングユニット２１を説明する要部拡大図である。
【図３】マスク部材５の代表的な構成例を示す平面図である。
【図４】ステージ４の周辺構造を説明する部分断面側面図である。
【図５】偏向器３８によるイオンビームのスキャン動作を説明する印加電圧の波形図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  真空チャンバ
３  アンテナ（プラズマ源）
４  ステージ
５  マスク部材
５Ａ  ドーピング用開口
５Ｂ  モニタ用開口
６，７  Ｘ，Ｙ方向移動機構
９  バイアス電源
１０  表面処理装置
１１  ベルジャ（容器）
１１Ａ  容器本体
１１Ｂ  天板
１２Ａ，Ｂ  ファラデーカップ
２１  プラズマドーピングユニット
３１  イオン注入ユニット
３３  イオン源
３４  引出し電極
３５  レンズ部
３６  質量分離器
３７  減速器
３８  偏向器
４０  天板駆動部
Ｗ  ウェーハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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