(57)【要約】【課題】  半導体装置を処理する処理室内の浮遊パーティクルとイオンビームとの衝突により、浮遊パーティクルが半導体基板上に形成されたレジストパターンを破壊したり、半導体基板上に留まった浮遊パーティクルにより拡散層の形成を阻害したりすることを抑制して、安定したイオン注入処理方法およびイオン注入処理装置および同製造装置を用いて製造される半導体装置を提供する。【解決手段】  処理室１２内に支持されたウェーハ１４にイオンビーム３の照射を行うに際し、処理室１２内における異物の数量を計数して、その計数した異物量が一定値以上になると、ウェーハ１４へのイオンビーム３の照射を止める。計数した異物量が一定値未満になると、ウェーハ１４へのイオンビームの照射を再開する。処理室１２内における異物の数量が一定値未満になるように、イオンビーム３を制御する制御パラメータを変動させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に支持されたウェーハにイオンビームの照射を行うに際し、前記処理室内における異物の数量を計数して、その計数した異物量が一定値以上になると、前記ウェーハへのイオンビームの照射を止めることを特徴とする半導体装置のためのイオン注入方法。
【請求項２】
ウェーハへのイオンビームの照射を止めた後に、計数した異物量が一定値未満になると、前記ウェーハへのイオンビームの照射を再開することを特徴とする請求項１記載の半導体装置のためのイオン注入方法。
【請求項３】
イオンビームを制御する制御パラメータを変動させるためのアルゴリズムによって、処理室内における異物の数量が一定値未満になるように前記イオンビームを制御する制御パラメータを変動させることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置のためのイオン注入方法。
【請求項４】
個々のイオン種に対応して予め定められたアルゴリズムによって、前記イオン種に応じたイオンビームの制御を行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置のためのイオン注入方法。
【請求項５】
処理室内に支持されたウェーハにイオンビームの照射を行うイオン注入装置であって、前記処理室内の異物の数量を測定するための測定器と、この測定器が計数した異物量が一定値以上になると、前記ウェーハへのイオンビームの照射を止める手段とを備えることを特徴とする半導体装置のためのイオン注入装置。
【請求項６】
測定器が計数した異物量が一定値未満になるとウェーハへのイオンビーム照射を再開させる手段を備えることを特徴とする請求項５記載の半導体装置のためのイオン注入装置。
【請求項７】
イオンビームの形状を制御するための制御パラメータを制御できる制御装置を備えるとともに、測定器とウェーハへのイオンビームの照射を止める手段とウェーハへのイオンビーム照射を再開させる手段と前記制御装置とが互いに連携した構成であることにより、処理室内を一定の異物個数以下とした状態でイオン注入できるように構成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置のためのイオン注入装置。
【請求項８】
ウェーハへのイオンビームの照射を止める手段が、処理室よりも上流側に設けられて物理的にイオンビームを止めることが可能なストッパーであることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項記載の半導体装置のためのイオン注入装置。
【請求項９】
ウェーハへのイオンビームの照射を止める手段が、ウェーハを支持した支持台をイオンビームの軌道上から移動させて退避させる手段であることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項記載の半導体装置のためのイオン注入装置。
【請求項１０】
請求項５から９までのいずれか１項に記載の半導体装置のためのイオン注入装置を用いて製造されたものであることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置のためのイオン注入方法および装置に関し、特に、半導体装置の製造時に半導体基板に不純物拡散層を形成するための、半導体装置のためのイオン注入方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に拡散層を形成する為の従来のイオン注入は、所望の領域に拡散層の形成を行うために、処理室内において、レジストパターンが形成された半導体基板にイオンビームを照射することで行っている。しかし、イオンビームを照射すると、半導体基板上に形成されているレジストからの多量のアウトガスが生じ、半導体基板の処理を行っている処理室の圧力が上昇する。すなわち、その真空度が悪化する。レジストからのアウトガスにより処理室内の圧力が上昇すると、イオンビームの一部が処理室内のガス分子と衝突する可能性が高くなり、それによってドーズ量（イオン注入量）の誤差が大きくなり、拡散層の形成に悪影響を与え、様々な電気特性の劣化、変動を起こす。
【０００３】
この現象は、次のようにして生じる。すなわち、イオンビームの一部がガス分子と衝突して、イオンビーム内のイオンが電荷を失い電気的に中性になる。これが半導体基板に注入されるが、ドーズ量はイオンビームにより半導体基板に流れる電流値を積分して計測されるので、電気的に中性になったイオン粒子は半導体基板に対して打ち込まれているにもかかわらず、見かけ上（計測上）は打ち込まれていないと見なされ、ドーズ量を正しく計測できない。
【０００４】
この問題は、大電流イオン注入装置のようにイオンビームの電流値が大きい場合には顕著であり、イオン注入にかかる課題である。そこで、これを解決する為に、従来は、処理室内の圧力を監視し、圧力に対し一定の閾値を設けて、処理を中断をしたり、特許文献１に示される対策を講じたりしている。すなわち、特許文献１のものでは、イオンビームの処理室よりも上流側に可変のアパーチャーを設けてその瞳の大きさ（開度）を処理室内の圧力と連動させ、圧力が悪くなるとアパーチャーを絞り処理室内に入るイオンビーム量を減少させて処理室内の圧力上昇を抑え、所望の圧力になるとアパーチャーの大きさを元の大きさに戻すことを行って、課題の解決を行っている。
【０００５】
また半導体基板の処理を行う処理室内の浮遊パーティクルが、イオンビームと弾性衝突し処理室内で散乱して、半導体基板上に形成されたレジストパターンと衝突することで、レジストパターンを破壊したり、また半導体基板上に留まったパーティクルにより所望の領域における拡散層の形成を阻害したりする。これにより、阻害される拡散層に依存はするが、半導体基板の様々な電気特性の劣化、変動を起こすという課題がある。
【０００６】
処理室内の浮遊パーティクルの発生源について説明すると、浮遊パーティクルは様々な要因により発生しているが、最大の発生原因は、イオンビームが通過するビームラインである。通常ビームラインはイオンビームに曝されるため、衝突が考えられる箇所やビーム形状を絞る為のアパーチャーにおけるイオンビーム衝突箇所には、グラファイト等により保護がなされている。このグラファイトは、安定ではあるが、長期間使用すると、イオンビームの衝突により、表面が変形したり、グラファイトの粉がビームライン内に浮遊したりして、その浮遊しているグラファイトの粉が処理室内の浮遊パーティクルとなる。
【０００７】
またイオンビームがビーム内壁に衝突しないように、そのビームプロファイル（ビーム形状）を制御しているが、イオン源内のプラズマの変動、引き出し電圧の変動、軌道補正用ステアリング電圧の変動、ビーム収束用レンズの電圧の変動などにより、すなわち数々の設備パラメータの変動により、ビームプロファイルは半導体基板の処理中でも微妙に変動している。このビームプロファイルの変動のために、通常は衝突しないビームラインの内壁に一部のビームが衝突し、その内壁材をスパッタリングすることで、処理室内の浮遊パーティクルとなる。
【０００８】
前者のグラファイトによる浮遊パーティクルに関しては、グラファイト等のパーツの定期交換により抑制することが可能である。しかし、後者のビーム内壁とイオンビームとの衝突により発生する浮遊パーティクルは、設備パラメータの状態に起因する為、事前に予知して発生を抑えることは困難である。
【０００９】
上述の処理室内の圧力上昇に関する課題に関しては、特許文献１に示すように処理室の圧力の状態を監視し、処理室よりもイオンビーム上流側に設置された可変アパーチャーの大きさを圧力値にもとづいて制御することにより解決できる。しかし、浮遊パーティクルに関する課題に関しては、特許文献１に記載の技術では解決できない。
【特許文献１】特開平７−２９６７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
繰り返すと、上記特許文献１に示される手法では、処理室内の圧力変動に起因したドーズ量の誤差低減については解決できるが、処理室内の浮遊パーティクルを抑制して半導体装置の電気特性を安定化させることはできない。
【００１１】
一方、イオンビームプロファイルに比べて十分に大きなイオンビームラインを設けることにより、イオンビームとビームライン内壁との衝突を完全に回避することが可能であるが、ビームラインの巨大化により真空排気装置の処理能力の増強や電力消費量の増加などが起こるため、様々な経済的理由によりむやみに巨大化できない。また現状使用している装置でも、ビームラインに対して十分小さなビームプロファイルを持ったイオンビームを使用して半導体基板に対し処理を行うことで、ビームライン内壁との衝突を回避することが可能であるが、ビームプロファイルが小さい為、低ドーズ量の処理は可能であるかもしれないが、高ドーズ量を処理するには、処理時間が長く必要となり、イオン注入設備の生産能力が格段に低下する。このため、ビームプロファイルを小さくすることは現実には困難であり、実用的ではない。
【００１２】
そこで本発明は、半導体装置を処理する処理室内の浮遊パーティクルとイオンビームとの衝突により、浮遊パーティクルが半導体基板上に形成されたレジストパターンを破壊したり、半導体基板上に留まった浮遊パーティクルにより拡散層の形成を阻害したりすることを抑制して、安定したイオン注入処理方法およびイオン注入処理装置および同製造装置を用いて製造される半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明のイオン注入方法は、ウェーハへイオンビームの照射処理を行うための処理室内の異物としての浮遊パーティクルの数量を計数して、その計数した異物量が一定値以上になると、前記ウェーハへのイオンビームの照射を止めるものである。すなわち、浮遊パーティクル数が増加すると、半導体装置の電気特性の劣化が懸念されるため、ウェーハへのイオンビームの照射を止めることでイオン注入処理をいったん停止させるものである。浮遊パーティクルの数量は、パーティクルカウンターによって計数することができる。
【００１４】
本発明によれば、浮遊パーティクルの数が減少し、所望のパーティクル数以下になるとイオン注入処理を再開することが好適である。
浮遊パーティクル数の増加は、イオンビームがビームラインの内壁と衝突することにより生じる。そこで本発明によれば、イオンビームがビームラインの内壁と衝突することを抑制するために、設備パラメータを変更させてビームプロファイル形状を変化させる。設備パラメータを変更することで、ビームプロファイル形状が変化して、ビームライン内壁との衝突が無くなり、その内壁からスパッタされる浮遊パーティクルが無くなって、処理室の浮遊パーティクルも減少する。つまり、処理室の浮遊パーティクルの計数により設備パラメータ変更して、ビームプロファイルを制御する。
【００１５】
処理室内の浮遊パーティクルは、処理室内の圧力を一定に保つ為に設けられている真空排気装置により排出される為、浮遊パーティクルの発生が無くなれば、処理室の浮遊パーティクル数も減少する。したがって本発明によれば、このように処理室内の浮遊パーティクル数が抑えられた状態で半導体基板にイオン注入処理を施すことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ウェーハにイオン注入を行う処理室において、イオン注入中は浮遊パーティクル数を常に監視した状態で処理を行い、一定のパーティクル数未満の状態でしか処理を行わない。浮遊パーティクル数が一定値以上に増加すると、イオン注入処理をいったん停止する。そのため、イオンビームと衝突した浮遊パーティクルがウェーハ上に形成されているレジストパターンに衝突してこれを破壊することがなく、イオン注入により所定の領域に拡散層を形成することができるため、半導体装置の電気特性の劣化、変動を抑えることができる。また浮遊パーティクルが増加したときは、その発生の主原因であるイオンビームとイオンビームラインの内壁との衝突をなくすように設備パラメータを制御して、ビームプロファイルを最適な状態にすることができるため、浮遊パーティクル数を減少させることができる。その結果、処理室内の浮遊パーティクル数を一定値未満に保った状態でイオン注入処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に、本発明に係るイオン注入装置の一例の概略図を示す。図示のイオン注入装置は、大きく分けると、ビーム生成部Ａと、質量分析部Ｂと、ビーム輸送部Ｃと、ウェーハへの処理部Ｄとの４つに分類できる。
【００１８】
ビーム生成部Ａには、イオンビームの素となるイオンを生成するためのイオン源１と、イオン源１の内部を真空に保つ為の真空ポンプ２とが設けられており、イオン源１から引き出されたイオンビーム３は、このイオンビーム３を収束させるための静電レンズ４を通過されて質量分析部Ｂ内へ導入される。イオン源１の各々の制御パラメータは、イオン源制御装置５によりコントロールされている。イオンを生成するためにはその素となるプラズマが必要であり、イオン源制御装置５は、そのための材料ガス流量、プラズマパワー、プラズマを閉じ込めておく為の磁界の制御、イオン源１からイオンビームを出す為の引き出し電圧、静電レンズ４の制御などを行い、イオンビーム３のビームプロファイル、ビームエネルギー量を決定するのに重要な役割を担っている。また、静電レンズ４や、イオン源１から生成されるイオンビーム３のエネルギーにより、イオンビーム３のビームプロファイルが決められている。
【００１９】
質量分析部Ｂのビームライン６の入り口には、例えばグラファイト製のアパーチャー７が設けられており、このアパーチャー７によりイオンビーム３のビームライン６の内壁への衝突を低減させている。質量分析部Ｂでは、イオンビーム３は、質量分析用の電磁石を通過することにより質量分析され、これによって所望のエネルギーを持ったイオンビームを得ることができる。
【００２０】
質量分析部Ｂを通過したイオンビーム３は、次にビーム輸送部Ｃに導入される。ビーム輸送部Ｃのビームライン６は、イオン源１と同様にその内部を真空に保つ為の真空ポンプ８を備えている。またビーム生成部Ａと同様に静電レンズ９を備え、ビームライン６のビームプロファイルの調整を行っている。この静電レンズ９は、イオン源制御装置５で制御されており、所望のビームプロファイルになるように制御パラメータをコントロールされている。静電レンズ９を通過後に、イオンビーム３は、ビームライン６の内壁との衝突を低減させる為の例えばグラファイト製のアパーチャー１０、１１を通過して、処理部Ｄへ導入される。
【００２１】
処理部Ｄは、半導体基板に対してイオン注入を行うために処理室１２を有し、この処理室１２の内部には、ウェーハ１４を支持する支持台１５が設けられている。また処理室１２内を一定の圧力に保つ為の真空ポンプ１３が設けられている。図示の装置は、イオンビーム３を走査することによりイオン注入処理を行う装置ではなく、回転式の支持台１５を動作させることでウェーハ１４に一様にイオン注入処理を施すものである。そのため、支持台１５には複数枚のウェーハ１４がその回転方向に並べられており、支持台１５に設置されているすべてのウェーハ１４に一様にイオンビーム３を照射させる為に、支持台１５は、回転し、且つイオンビーム３に対し垂直方向すなわち前記回転の経路の径方向に移動するように構成されている。これにより、ウェーハ１４に対し均一にイオンビーム３を照射させることができる。
【００２２】
処理室１２には、ウェーハ１４へ注入されるイオンのドーズ量を測定する為のファラデーカップ１６が備えられており、このファラデーカップ１６でイオンビーム３の電流値を測定しそれを積分処理することによりドーズ量を計測している。処理部Ｄではイオンビーム３は支持台１５により遮られており、その下流側に設置されているファラデーカップ１６にはイオンビーム３は行かないように見えるが、支持台１５の一部にスリット状の貫通部があり、その貫通部にはウェーハも設置してなく、パルス状のイオンビーム３がファラデーカップ１６に入射され、それを計測してドーズ量を測定している。
【００２３】
処理室１２には、さらに、この処理室１２の内部の浮遊パーティクルを計数するために、例えばレーザー散乱光を用いたパーティクル測定器１７が備えられている。１８はパーティクル測定制御装置である。パーティクル測定器１７およびパーティクル測定制御装置１８は、処理室１２内の浮遊パーティクルを常に測定して監視している。
【００２４】
ウェーハ１４の処理中にパーティクル測定器の測定値（例えばＮとする）が所望の値（例えばｎｔとする）を超えると、パーティクル測定制御装置１８が異常と判断する。すると、注入処理を中断するために、ビーム輸送部Ｃに設けられたビームストッパー１９が動作してイオンビーム３を止めることにより、ウェーハ１４へのビーム照射を中断する。
【００２５】
もしくは、図２に示すように、ウェーハ１４を支持している支持台１５がイオンビーム３に対し垂直方向に移動することで、ウェーハ１４がイオンビーム３の軌道上から外れて、イオンビーム３を照射できない状態にする。
【００２６】
処理室１２内の浮遊パーティクルが増加した状態でウェーハ１４に処理を続けると、浮遊パーティクルが、イオンビーム３を構成しているイオンと衝突してイオンビーム３と一緒になり、ウェーハ１４に照射される。すると、ウェーハ１４上には拡散層を形成する為にレジストパターンが形成されており、イオンビーム３と衝突した浮遊パーティクルがレジストパターンと衝突して、レジストパターンを破壊する。浮遊パーティクルは、例えばビームライン６の内壁にイオンビーム３が衝突してスパッタリングを行うことにより発生して、ビームライン６内を浮遊し、その一部が処理室１２に流れ込む。
【００２７】
このことを図３を用いて説明する。図３（ａ）は処理室１２内のイオンビーム３を示し、このイオンビーム３の中には、拡散層を形成する為にウェーハに打ち込む無数の粒子３１が存在している。イオンビーム３の中に存在する粒子３１の個数は、イオンビームの電流値により異なっている。この図３（ａ）では、処理室１２内の浮遊パーティクル３２がイオンビーム３の近傍を浮遊した状態にある。この浮遊パーティクル３２がさらにイオンビーム３に近寄ると、同図（ｂ）に示すように粒子３１と衝突し、浮遊パーティクル３２は同図（ｃ）に示すようにイオンビーム３の流れの方向に移動する。このとき、粒子３１と浮遊パーティクル３２とはあらゆる方向に散乱するが、本図では問題となるイオンビーム３の流れの方向に散乱した場合だけを図示している。粒子３１と衝突した浮遊パーティクル３２は、同図（ｄ）に示すように、イオンビーム３と共に、ウェーハ３３上に形成されたレジストパターン３４の方向に向かって移動し、レジストパターン３４と衝突する。これによって、同図（ｅ）に示すように、ウェーハ３３上でレジストパターン３４が倒れたり欠損したりするため、所望の拡散領域を形成する為に作成したレジストパターン通りの拡散層の形成が行えない。この為、半導体装置の特性が劣化するか若しくは半導体装置が動作不能になる。
【００２８】
このような状況の発生を避けるため、図１および図２に示される本発明のイオン注入装置は、上述のように、パーティクル測定制御装置１８が異常と判断した場合に、ウェーハ１４に対しての処理を直ちに停止させる機構を備えている。すなわち、上においても述べているが、浮遊パーティクルの発生は、イオンビーム３がビームライン６の内壁に衝突することが原因であるため、その衝突を避けるために、パーティクル測定制御装置１８からイオン源制御装置５に対して、ビームプロファイルを変更する為に設備パラメータを変更するように、指令を送る。例えば、イオンビームの断面形状を小さくしたりビームの広がりを抑えたりするためにイオンビームの電流値を小さくしたりするなどの、ビームプロファイル形状を変更するためのアルゴリズムを、イオン源制御装置５が備えるようにしておく。この場合に、個々のイオン種ごとに予めアルゴリズムを定めておいて、イオンビーム３のイオン種に応じてこのイオンビーム３の制御を行うことが好適である。
【００２９】
このようにイオンビーム３のプロファイルを変更することにより、処理室１２内の浮遊パーティクル３２の数を減らしたうえで、イオンビーム３を止めていたビームストッパー１９の動作を解除したり、ウェーハ１４を支持している支持台１５をビームライン６の軌道上に戻したりして、ウェーハ１４に対しての処理を再開する。
【００３０】
図２に示すように、パーティクル測定制御装置１８が異常と認識して、ウェーハ１４への処理を一時中断するために支持台１５を移動させた場合に、イオンビーム３は、ビームストッパー１９でこのイオンビーム３を止めた場合と異なり、浮遊パーティクルの存在する処理室１２内に到達している。そのため、イオン源制御装置５が制御していない状態では、パーティクル測定器１７は異常値を示しつづけている。このような状況下において、パーティクル測定制御装置１８とイオン源制御装置５とを結び付けて、イオン源制御装置５で制御している全制御パラメータを変化させるように、ビームプロファイルを変更させるためのイオン源制御装置５のアルゴリズムを事前に作成しておく。
【００３１】
その結果、図１、２のイオン注入装置を用いて処理を行う場合は、処理室１２内の浮遊パーティクルを常に所望の数量以下に制御した状態で処理をおこなうことが可能であるため、上述した半導体基板の拡散層形成時の課題を解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係るイオン注入方法および装置は、注入処理室内の浮遊パーティクル数を常時監視し、所望の個数以上の浮遊パーティクルが発生した場合に、イオンビームのプロファイルを変更し浮遊パーティクルを減少させた状態でイオン注入処理を行えるという特長を有し、このため半導体基板に対してのイオン注入装置として有用であり、またプラズマディスプレイを形成する場合のイオン注入等の用途にも応用できる。さらに、半導体基板などの被処理体が設置されている環境を常に監視して、その状態変化を捕まえることにより、被処理体に対しての処理条件を可変にするような半導体基板等の製造工程にも、応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の構成図
【図２】本発明に係るイオン注入装置の、図１とは異なる状態のときの構成図
【図３】イオン注入処理室内での浮遊パーティクルの挙動を示す模式図
【符号の説明】
【００３４】
Ａ    ビーム生成部
Ｂ    質量分析部
Ｃ    ビーム輸送部
Ｄ    半導体基板への処理部
３    イオンビーム
５    イオン源制御装置
６    ビームライン
１２    処理室
１４    ウェーハ
１７    パーティクル測定器
１８    パーティクル測定制御装置
１９    ビームストッパー
【図１】
2006294878.tif 000003
【図２】
2006294878.tif 000004
【図３】
2006294878.tif 000005