(57)【要約】【課題】  イオンビーム角度処理制御技術を開示する。【解決手段】  一実施形態例によれば、当該技術は、イオン注入システムにおけるイオンビーム角度処理制御の方法として実現されるとしてもよい。当該方法は、基板表面に対して１以上のイオンビームを向けることを含むとしてもよい。当該方法はさらに、１以上のイオンビームが基板表面に衝突する場合の複数の入射角度から成る平均広がりを決定することを含むとしてもよい。当該方法はさらに、複数のイオンビーム入射角度から成る所望の広がりを実現するべく、複数の入射角度から成る平均広がりに少なくとも部分的に基づいて、１以上のイオンビームを調整することを含むとしてもよい。【選択図】図１６
2008543027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一のイオン注入システムにおけるイオンビーム角度処理制御の方法であって、
一の基板表面に対して１以上のイオンビームを向けることと、
前記１以上のイオンビームが前記基板表面に衝突する場合の複数の入射角度から成る一の平均広がりを決定することと、
複数のイオンビーム入射角度から成る一の所望の広がりを実現するべく、前記複数の入射角度から成る平均広がりに少なくとも部分的に基づいて、前記１以上のイオンビームを調整することと
を含む方法。
【請求項２】
前記１以上のイオンビームのそれぞれについて、一の入射角度および一の固有角度広がりを測定すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数のビームライン素子パラメータに基づく一の理論モデルに従って、前記複数の入射角度から成る平均広がりを推定すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
原場測定法によって前記複数の入射角度から成る平均広がりを測定すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
一の注入プロセスにおいて略リアルタイムで前記複数の入射角度から成る平均広がりを測定することと、
リアルタイムに測定された結果に基づいて前記１以上のイオンビームを動的に調整することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの信号であって、少なくとも１つのプロセッサによって読み込むことが可能で、請求項１に記載の前記方法を実行するための一のコンピュータプロセスを実行するよう前記少なくとも１つのプロセッサに指示する、複数の命令から成る一のコンピュータプログラムを送信する少なくとも１つの搬送波で具現化される、少なくとも１つの信号。
【請求項７】
少なくとも１つのプロセッサ可読キャリアであって、少なくとも１つのプロセッサによって読み込むことが可能で、請求項１に記載の前記方法を実行するための一のコンピュータプロセスを実行するよう前記少なくとも１つのプロセッサに指示する、複数の命令から成る一のコンピュータプログラムを格納する、少なくとも１つのプロセッサ可読キャリア。
【請求項８】
一のイオン注入システムにおけるイオンビーム角度処理制御を行うシステムであって、
一の基板表面に対して１以上のイオンビームを向ける手段と、
前記１以上のイオンビームが前記基板表面に衝突する場合の複数の入射角度から成る一の平均広がりを決定する手段と、
複数のイオンビーム入射角度から成る一の所望の広がりを実現するべく、前記複数の入射角度から成る平均広がりに少なくとも部分的に基づいて、前記１以上のイオンビームを調整する手段と
を備えるシステム。
【請求項９】
前記１以上のイオンビームのそれぞれについて、一の入射角度および一の固有角度広がりを測定する手段
をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
複数のビームライン素子パラメータに基づく一の理論モデルに従って、前記複数の入射角度から成る平均広がりを推定する手段
をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
原場測定法によって前記複数の入射角度から成る平均広がりを測定する手段
をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
一の注入プロセスにおいて略リアルタイムで前記複数の入射角度から成る平均広がりを測定する手段と、
リアルタイムに測定された結果に基づいて前記１以上のイオンビームを動的に調整する手段と
をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本特許出願は、米国特許仮出願第６０／６６１，９３８号（出願日：２００５年３月１６日）に基づき優先権を主張する。当該米国仮出願の内容はすべて、参照により本願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書の開示内容は、広くは半導体設備に関し、より具体的にはイオンビーム角度処理制御技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入は、化学種を基板内に堆積させるための処理で、加速されたイオンを基板に直接衝突させることによって実施される。半導体プロセスにおいてイオン注入装置が利用されるのは主に、イオン注入の対象となる材料の導電性のタイプおよびレベルを変化させる、ドーピング処理を実施するためである。集積回路（ＩＣ）基板およびその薄膜構造に対して高精度にドーピングを行うことは普通、適切なＩＣの性能を実現する上で重要なポイントとなる。所望のドーピング状態を実現することを目的として、１以上のイオン種の注入をドーズ量およびエネルギーレベルを異ならせて実施するとしてもよい。イオン種、ドーズ量およびエネルギーを規定したものをイオン注入レシピと呼ぶ。
【０００４】
図１は、先行技術に係るイオン注入システム１００を示す。イオン注入システムの大半に共通することだが、当該システム１００は高真空環境に収納される。イオン注入システム１００は、イオン源１０２およびイオンビーム１０が通過する複雑に連続した複数の構成部品を備えるとしてもよい。このように連続する複数の構成部品は例えば、引出マニピュレータ１０４、フィルタマグネット１０６、加速または減速コラム１０８、分析マグネット１１０、回転質量スリット１１２、スキャナ１１４、および補正マグネット１１６を有するとしてもよい。光ビームを操作する一連の光学レンズと同様に、イオン注入装置の構成部品はイオンビーム１０をフィルタリングして集束し、その結果得られるイオンビーム１０を対象となる基板１１８に向ける。説明の便宜上、上記複数の構成部品は「ビームライン素子」と呼ぶ。
【０００５】
半導体ウェハは製造工程において通常イオンビームでスキャンされる。例えば図２に示すように、帯状のイオンビーム２０２が静止状態で維持されている間、複数のウェハ２０４がライン２０に沿って流れ、帯状のイオンビームを通り抜ける場合が考えられる。別の例を挙げると、図３に示すように、ビーム経路３０を形成する２つの端点３０８および３１０の間で点状ビーム３０２が往復するようにスキャンされる間、複数のウェハ３０４がライン３２に沿って流れ、ビーム経路３０を通り抜ける。以下では、イオンビームの「スキャン」とは、ウェハ表面または基板表面に対するイオンビームの相対的な動きを指すものとする。
【０００６】
従来のイオン注入システムによると、イオンビームは基板表面において所定の入射角度を持つように調節されるのが普通である。１本のイオンビームの入射角度の広がりは通常、最小限に抑えられるか、単に無視される。しかし実際には、イオンビームは常に対象となる基板に入射する時に所定の角度を正確に形成するわけではなく、多くの場合、イオンビームは有限の角度広がりを持ち、その角度広がりは無視できるものではない。図４Ａに示すように、帯状のイオンビーム４００は通常、複数のビームレット４０４から成る。ビーム放出および／またはビーム分岐が原因で、複数のビームレット４０４が基板表面４０２に対して形成する入射角度はそれぞれ異なる場合がある。このように、基板表面４０２に対して、イオンビーム入射角度の固有広がりという問題がある。また図４Ｂに示すように、各ビームレット４０４も、例えば、空間電荷効果のために入射角度の固有広がりを生じることがある。具体的には、ビームレットを形成するイオンは、平均方向に進むものの当該平均方向に対してガウス分布状に広がってしまう。同様に、点状ビームも通常、固有の角度広がりを持つとしてもよい。また、ビームを対象物へと向ける際に間違えてしまうと、点状ビームは所定の入射角度で正確に対象物に当たらないことがある。
【０００７】
イオンビームの入射角度および固有の角度広がりの問題は、イオン注入プロセスにおいて角度のバラツキ要因となり得る。角度のバラツキには通常３種類あり、それらの原因および影響がそれぞれ図５Ａ、図５Ｂ、図６および図７に図示されている。
【０００８】
図５Ａおよび図５Ｂは、ウェハ毎の（もしくはウェハ間での）角度のバラツキを説明するための図である。ウェハ５０２および５０４は異なるウェハで、同一のイオン注入システムにおいて同一のレシピに基づき別々に処理されるウェハである。イオン注入システムの設定のわずかな違いおよび／またはビーム方向の制御エラーが原因で、ウェハ５０２に対するイオン注入は第１の角度θで入射するイオンビーム５０によって行われるが、ウェハ５０４に対するイオン注入は第２の角度θ´で入射するイオンビーム５２で行われる。ここで、θ´≠θであり、θおよびθ´はウェハ表面の名目方向に対して測定される「角度誤差」である。以下の説明では、角度誤差は、ウェハ表面への通常の入射に対して測定される値として言及する。しかし一般的には、このような角度誤差は任意の角度に対して測定されるものとしてよい。角度誤差は通常、ウェハ５０２および５０４上の構造すべてに影響を及ぼし、このように角度が異なるためにウェハ間でデバイス性能のバラツキが見られるのである。イオンビーム５０および５２はまた、固有の角度広がりが異なる場合があり、このためウェハ５０２および５０４間でさらにドーピング状態にバラツキが生じ得る。
【０００９】
図６はウェハ内の（または１つのウェハにおける）角度のバラツキを説明するための図である。ウェハ６０２は、例えばイオンビーム６０の固有の角度広がりが原因で、部分毎にイオンビームの入射角度が異なるとしてもよい（θ１、θ２、θ３など）。また、表面が一様でないウェハ（例えば、凹状または凸状の表面）の場合、完全に平行なイオンビーム（例えば、角度広がりがゼロのイオンビーム）が照射されたとしても、ウェハ内で角度に大きなバラツキが見られることがある。ビーム電流の非均一性は、例えば、ウェハ全体を横切るようにイオンビームをスキャンすることによって平均化するとしてもよいが、基板の各部分のイオンビームの入射角度は制御されないので、角度広がりは、局所的には（つまり、基板のどの部分でも）小さいものの、場所毎に異なる。このように１つのウェハ内で角度にバラツキがあると、同一ウェハの異なる箇所に配設されたデバイス間では性能に大きなバラツキが出てしまう可能性がある。
【００１０】
図７はデバイス単位での角度のバラツキを説明するための図である。同図に示すように、第１イオンビーム７０および第２イオンビーム７２によると、角度誤差の有無に関わらず、溝部７０２またはメサ部７０４において、入射角度の広がりが生じるとしてもよい。この結果溝部７０２について、底部のドーピング状態は側壁のドーピング状態とは異なるとしてもよい。また溝部７０２の側壁はそれぞれドーピング状態が異なる場合がある。同様にメサ部７０４でも、一方の側のドーピング濃度が他方よりも高くなる場合がある。アプリケーションによっては、このような非対称的なドーピング状態は不適切である場合がある。
【００１１】
上述したような角度のバラツキは、イオンビームの入射角度および／またはイオンビームの角度広がりを注入プロセスおよびドーピングプロセスで適切に制御しなければ、多くの問題を引き起こす可能性がある。
【００１２】
問題の１つは、「等角（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）ドーピング」処理に関して生じるとしてもよい。「等角ドーピング」では、表面の構成が不均一な基板において一様なドーピング状態が所望される。先行技術に係る等角ドーピング方法によるとまず、基板の表面にドーパントを含む膜を堆積する。続いて、ドーパントを基板内に入れることを目的として、熱拡散処理といった注入後の処理を幾つか行う必要がある。ドーピング状態を一様とするべく、先行技術では通常は、ドーパントを注入するための熱処理の均一性を向上させることに目を向ける。先行技術に係る方法は熱拡散を利用するので、一連の処理手順の各ドーピング工程の熱量に制限があることから、効果が限定される。
【００１３】
図８Ａおよび図８Ｂは、イオンビームの角度のバラツキによって生じ得る別の問題を説明するための図である。図８Ａは、角度誤差がゼロで角度広がりが小さいイオンビーム８０を示す。当該イオンビーム８０は基板表面８０２に対してドーピングを行うことを目的として使用される。ここで、基板表面８０２の一部は、垂直な側壁を持つ構造８０４（例えば、ゲートスタック）によってマスキングされている。イオンビーム８０は当該側壁に対して揃えられているので、構造８０４の両側のドーピング状態８２および８４は互いに対称となる。しかし、図８Ｂに示すようにイオンビーム８０にわずかながら角度誤差があると、構造８０４の陰影（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）効果のために、得られるドーピング状態８６および８８は大きく非対称となってしまい、陰影をつけて示した側は利用することができなくなってしまう。
【００１４】
構造８０４は、基板８０２に設けられた複数のデバイスのうちの１つにすぎず、その形状のためにイオンビームの角度のバラツキ（例えば、ビーム方向の制御エラーおよび角度広がり）に大きく影響されてしまう。イオンビーム８０の角度誤差および／または角度広がりを適切に制御しなければ、基板８０２の各部分、もしくは複数のウェハ間で、同様の別の影響が生じる可能性がある。デバイスサイズが今後小さくなるにつれて、デバイス単位、１のウェハ内、およびウェハ間の角度のバラツキを制御しなければ、性能のバラツキが大きくなり、他の悪影響を引き起こす可能性がある。
【００１５】
イオンビームの角度のバラツキはさらに、イオン注入システムにおいてプロセス再現性に関する問題を生じさせることもある。上記で説明したが、イオンビームの入射角度および角度広がりを制御しなければ、同一の注入装置で処理されたウェハの間で大きな性能のバラツキが見られる可能性がある。現在利用されているイオン注入システム設定方法では、注入ドーズ量の再現性に注目してきた。一方イオンビームの入射角度に関しては今まで、平均入射角度の補正にのみ限定されていた。注入ドーズ量と共にイオンビームの入射角度に関して真のプロセス再現性を実現した方法は知られていない。
【００１６】
上記を鑑みて、上述した不備および欠点を克服するイオンビーム注入制御方法を実現することが望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
イオンビーム角度処理制御技術を開示する。一実施形態例によれば、当該技術は、イオン注入システムにおけるイオンビーム角度処理制御の方法として実現されるとしてもよい。当該方法は、基板表面に対して１以上のイオンビームを向けることを含むとしてもよい。当該方法はさらに、１以上のイオンビームが基板表面に衝突する場合の複数の入射角度から成る平均広がりを決定することを含むとしてもよい。当該方法はさらに、複数のイオンビーム入射角度から成る所望の広がりを実現するべく、複数の入射角度から成る平均広がりに少なくとも部分的に基づいて、１以上のイオンビームを調整することを含むとしてもよい。
【００１８】
本実施形態例の別の側面によれば、当該方法はさらに、１以上のイオンビームのそれぞれについて、入射角度および固有角度広がりを測定することを含むとしてもよい。
【００１９】
本実施形態例の別の側面によれば、当該方法はさらに、複数のビームライン素子パラメータに基づく理論モデルに従って、複数の入射角度から成る平均広がりを推定することを含むとしてもよい。
【００２０】
本実施形態例の別の側面によれば、当該方法は、原場測定法によって複数の入射角度から成る平均広がりを測定することを含むとしてもよい。
【００２１】
本実施形態例の別の側面によれば、当該方法は、注入プロセスにおいて略リアルタイムで複数の入射角度から成る平均広がりを測定することを含むとしてもよい。当該方法はさらに、リアルタイムに測定された結果に基づいて１以上のイオンビームを動的に調整することを含むとしてもよい。
【００２２】
別の実施形態例によれば、上述した技術は、少なくとも１つのプロセッサによって読み込むことが可能で、上記の方法を実行するためのコンピュータプロセスを実行するよう少なくとも１つのプロセッサに指示する、複数の命令から成るコンピュータプログラムを送信する少なくとも１つの搬送波で具現化される、少なくとも１つの信号によって実現されるとしてもよい。
【００２３】
さらに別の実施形態例によれば、上述した技術は、少なくとも１つのプロセッサによって読み込むことが可能で、上記の方法を実行するためのコンピュータプロセスを実行するよう少なくとも１つのプロセッサに指示する、複数の命令から成るコンピュータプログラムを格納する、少なくとも１つのプロセッサ可読キャリアによって実現されるとしてもよい。
【００２４】
さらに別の実施形態例によれば、上述した技術は、イオン注入システムにおけるイオンビーム角度処理制御を行うシステムによって実現されるとしてもよい。当該システムは、基板表面に対して１以上のイオンビームを向ける手段を備えるとしてもよい。当該システムはさらに、１以上のイオンビームが基板表面に衝突する場合の複数の入射角度から成る平均広がりを決定する手段を備えるとしてもよい。当該システムはさらに、複数のイオンビーム入射角度から成る所望の広がりを実現するべく、複数の入射角度から成る平均広がりに少なくとも部分的に基づいて、１以上のイオンビームを調整する手段を備えるとしてもよい。
【００２５】
本実施形態例の別の側面によれば、当該システムは、１以上のイオンビームのそれぞれについて、入射角度および固有角度広がりを測定する手段を備えるとしてもよい。
【００２６】
本実施形態例の別の側面によれば、当該システムは、複数のビームライン素子パラメータに基づく理論モデルに従って、複数の入射角度から成る平均広がりを推定する手段を備えるとしてもよい。
【００２７】
本実施形態例の別の側面によれば、当該システムは、原場測定法によって複数の入射角度から成る平均広がりを測定する手段を備えるとしてもよい。
【００２８】
本実施形態例の別の側面によれば、当該システムは、注入プロセスにおいて略リアルタイムで複数の入射角度から成る平均広がりを測定する手段を備えるとしてもよい。当該システムはさらに、リアルタイムに測定された結果に基づいて１以上のイオンビームを動的に調整する手段を備えるとしてもよい。
【００２９】
上記の開示内容を以下において、添付図面に示す実施形態例を参照しつつさらに詳細に説明する。実施形態例に従って以下で上記の開示内容を説明するが、上記の開示内容は以下の記載に限定されるものではないと理解されたい。当業者であれば、本明細書の教示内容に基づき、他の使用分野と共に、本明細書の記載内容以外の実施例、変形例および実施形態にも想到する。そういった別の使用分野、実施例、変形例および実施形態は、本明細書に記載する開示内容の範囲に含まれるものであり、それらに基づいて本開示内容は高い実用性を持つとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
上記の開示内容をより分かりやすく説明するべく、添付図面を説明する。図面では、同様の素子は同様の参照番号で指し示すものとする。添付図面は、本開示内容を限定するものと理解されるべきではなく、例示を目的としているに過ぎない。
【００３１】
【図１】先行技術に係るイオン注入システムを示す図である。
【００３２】
【図２】帯状のイオンビームを用いてウェハをスキャンする、先行技術に係る方法を示す図である。
【００３３】
【図３】点状のビームを用いてウェハをスキャンする、先行技術に係る方法を示す図である。
【００３４】
【図４Ａ】帯状ビームの固有の角度広がりを説明するための図である。
【図４Ｂ】ビームレットの固有の角度広がりを説明するための図である。
【００３５】
【図５Ａ】ウェハ間の角度のバラツキの一例を説明するための図である。
【図５Ｂ】ウェハ間の角度のバラツキの一例を説明するための図である。
【００３６】
【図６】１のウェハ内での角度のバラツキの一例を説明するための図である。
【００３７】
【図７】デバイス単位での角度のバラツキの一例を説明するための図である。
【００３８】
【図８Ａ】イオンビームの角度のバラツキが原因で生じる陰影（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）効果を示す図である。
【図８Ｂ】イオンビームの角度のバラツキが原因で生じる陰影効果を示す図である。
【００３９】
【図９】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム角度広がり制御方法の一例を示す。
【００４０】
【図１０】本開示内容の一実施形態に従って制御されたイオンビーム角度広がりの効果の一例を示す。
【００４１】
【図１１】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム入射角度制御方法の一例を示す。
【００４２】
【図１２Ａ】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム入射角度制御方法の別の一例を示す。
【図１２Ｂ】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム入射角度制御方法の別の一例を示す。
【図１２Ｃ】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム入射角度制御方法の別の一例を示す。
【００４３】
【図１３】本開示内容の一実施形態に係る、高度アプリケーション用の、イオンビーム角度広がり制御方法の一例を示す。
【００４４】
【図１４】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビームの入射角度と基板内におけるイオン注入深さの関係の一例を示す。
【００４５】
【図１５】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビームの角度―エネルギー分布および角度―ドーズ量分布を制御しつつ、溝構造にドーピングを行う方法の一例を示す。
【００４６】
【図１６】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム角度処理制御方法の一例を示すフローチャートである。
【００４７】
【図１７】本開示内容の一実施形態に係る、イオンビーム角度広がり制御システムおよび／またはイオンビーム角度処理制御システムの一例を示すブロック図である。
【００４８】
【図１８】本開示内容の一実施形態に係る、複数のイオンビームを用いて溝構造に対してドーピングを行う方法の一例を示す。
【００４９】
【図１９】本開示内容の一実施形態に係る、デバイス性能に対するイオンビーム角度広がりの影響を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
既存のイオン注入システムが有する問題を上記で説明したが、そのような従来技術の欠点および上記以外の不備を軽減もしくは克服するべく、具体的なアプリケーションに従って、イオン注入プロセスにおいてイオンビームの入射角度の広がりを制御するか、別の方法でイオンビームの角度のバラツキを制御するとしてもよい。本開示内容の実施形態によると、１以上のイオンビームが基板表面に２以上の異なる入射角度で当たるように制御されるとしてもよい。この結果、基板表面に対してイオンビームの入射角度の広がりが制御される。以下では、「角度広がり」は、基板表面の一部（例えば、１以上のデバイスまたは構造）、１枚のウェハ、もしくは複数のウェハで見られるイオンビーム入射角度の分布を意味する。
【００５１】
図９は、本開示内容の一実施形態に係る、イオンビームの角度広がりを制御する方法を示す。基板表面を第１イオンビーム９２によってスキャンするとしてもよい。当該第１イオンビーム９２は、角度誤差（または平均入射角度）が小さく（−Φ）、波形９０２で示すような所定の角度広がりを持つ。また、基板表面を第２イオンビーム９４でスキャンするとしてもよい。当該第２イオンビーム９４は、角度誤差（または平均入射角度）が小さく（＋φ）、波形９０４で示すような所定の角度広がりを持つ。第１イオンビーム９２と第２イオンビーム９４は、図示の都合上別々のイオンビームとしているが、同一イオンビームの２つの状態を表すものとしてもよい。つまり、基板表面のスキャンを２つの入射角度で実施する場合、１つのイオンビームを用いてもよいし、複数のイオンビームを用いてもよい。また、スキャン回数は１回であってもよいし、複数回であってもよい。一例を挙げると、１つのイオンビームに基板表面を複数回スキャンさせ、当該イオンビームの入射角度を−Φと＋φの間で、スキャン毎に切り替えるとしてもよい。もしくは、当該１つのイオンビームが基板表面をスキャンするのは１回のみでもよい。この１回のスキャンにおいて、イオンビームの角度は、基板表面に対して２つの異なる入射角度を持つ２つのイオンビームで同時にスキャンしているかのように、−Φと＋φの間で、スキャン速度よりも略高い周波数で切り替わるとしてもよい。別の実施形態によると、２つの別々のイオンビームの入射角度がそれぞれ−Φと＋φで保たれ、当該２つのイオンビームを用いて基板表面に対してスキャンを行う。
【００５２】
第１イオンビーム９２と第２イオンビーム９４を組み合わせると、平均入射角度がより小さいおよび／または角度広がりがより大きい、波形９０６で示すようなイオンビーム９６と同等になるとしてもよい。つまり、上述した２つの入射角度でイオンビームが入射する基板表面について、全体的には、角度誤差が小さくなり、および／または、角度広がりは大きくはなるもののより制御されたものとなるとしてもよい。図９に示すイオンビームは２つのみであるが、複数のイオンビームを用いて角度広がりを所望の値としてもよい。
【００５３】
次に、図１０を参照しつつ、角度広がりが大きくなった場合の利点を説明する。図１０は、図８Ａおよび図８Ｂに示した基板表面８０２および構造８０４を示す。図１０に示すイオンビーム１００は、図８Ｂに示したイオンビーム８０と同一の小さい角度誤差を持つとしてもよい。両イオンビームの唯一の相違点は、イオンビーム１００はイオンビーム８０よりも角度広がりが大きい点にあるとしてもよい。角度分布１００２および１００４に示すように、角度広がりが大きくなると、陰影効果が小さくなる（角度分布のうち注入に利用できる部分が増えたためである）。このため、より対称的なドーピング状態が得られる。角度広がりが大きくなっても制御されている場合には、構造８０４の周辺領域に対するドーピング処理は、角度誤差またはビームの方向付けエラーから受ける影響が小さくなる。
【００５４】
次に、図１９を参照しつつ、角度広がりを大きくした場合の別の利点を説明する。図１９には、入射角度および角度広がりが異なる複数のイオンビームを、デバイス性能に基づき、比較した結果を示す。図１９で比較している性能を表すパラメータは、角度条件が異なるイオンビームを用いてソース領域およびドレイン領域に対してイオン注入が行われたトランジスタ素子の、ソース―ドレイン電流スキューである。ソース―ドレイン電流スキューは、ソースからドレインへの電流とドレインからソースへの電流との差異を当該２種類の電流の平均値で除算した結果と定義される。曲線１９０２は、イオンビームの角度広がりがゼロである場合の電流スキュー値を示す。曲線１９０４は、イオンビームの角度広がりが２度である場合の電流スキュー値を示す。曲線１９０６は、イオンビームの角度広がりが５度である場合の電流スキュー値を示す。曲線１９０８は、イオンビームの角度広がりが１０度である場合の電流スキュー値を示す。これらの曲線について、注目すべき傾向が２点ある。（１）電流スキューは角度誤差に従って単調に増加する。（２）各角度誤差では、デバイス単位での角度広がりが増加するにつれて、電流スキューは減少する。つまり、角度広がりを大きくすることによって、イオンビームの角度誤差の影響を相殺することができる。
【００５５】
角度広がりを制御することによって、１つのウェハ内およびウェハ間におけるイオン注入の均一性を改善することもできるとしてもよい。例えば、非常に不均一な基板表面に対して等角ドーピングを行う場合、角度広がりが大きくなっても制御されていれば、基板表面に設けられた非平面状の構造においてドーパントの分布がより均一になるとしてもよい。
【００５６】
イオンビームの入射角度を制御および変化させることを目的として、多くの方法を用いるとしてもよい。ある方法によると、ビーム経路に設ける１以上のビームライン素子によって、イオンビームを所望の角度へと偏向するとしてもよい。イオンビームを偏向するには、１以上の静電場、１以上の磁場もしくは静電場と磁場の両方を変更するとしてもよい。
【００５７】
図１１は、複数のビームライン素子を持つイオン注入システム１１００の一例を示す。イオン源１１０４は、電源１１０２によって所望の注入電位に保たれるとしてもよい。イオンビーム１１は、引出マニピュレータ１１０６がイオン源からイオンを引き出すことによって生成されるとしてもよい。イオンビーム１１は、９０度の分析マグネット１１０８によって純化されるとしてもよい。続いてイオンビーム１１は、第１抑制ステージ１１１０および第１減速ステージ１１１２を通過して、７０度の補正マグネット１１１４によって整えられるとしてもよい。最終的に、イオンビーム１１は、グランド電位に保たれている基板１１２０に当たる前に、第２抑制ステージ１１１６および第２減速ステージ１１１８を通過するとしてもよい。引出マニピュレータ１１０６またはビームラインマニピュレータ（例えば１１１０）の静電場は、イオンビームの角度を調整するべく変化させられるとしてもよい。イオン注入システム１１００が静電スキャナプレート（図１１には不図示）を備える場合、当該スキャナプレートの形状または構成は、イオンビームの角度を異ならせるべく、変化させられるとしてもよい。
【００５８】
もしくは、７０度の補正マグネット１１１４内の磁場が、イオンビーム１１を名目入射角度から偏向させることを目的として変化させられるとしてもよい。一例を挙げると、帯状ビームの領域毎に入射角度を決める局所的な磁場を制御するべく、時間変動電流を補正マグネット１１１４内のマルチポール（不図示）に供給するとしてもよい。同様に、補正マグネット１１１４内の磁場を形成する１以上の鋼棒（不図示）の位置を変更して、イオンビームの角度を制御するとしてもよい。
【００５９】
本開示内容の実施形態によると、イオンビームの入射角度は一定に変化させるとしてもよいし、変化幅が徐々に増加するように変化させるとしてもよい。例えば、補正マグネット１１１４を用いてイオンビーム１１を偏向する場合、磁場を変調する電流の波形は一定であってもよいし、階段状に変化するとしてもよい。また、当該電流の波形は、ゆっくりと変化するものであってもよいし、振動幅が小さいものであってもよい。
【００６０】
別の方法によると、イオンビームの入射角度を所望の角度とするには、入射するイオンビームに対して対象となる基板を１以上の角度に傾けるとしてもよい。図１２Ａから図１２Ｃは、本開示内容の一実施形態に係る、多位置基板ホルダー１２００を示す図である。図１２Ａは、基板ホルダー１２００の側面図、図１２Ｂは基板ホルダー１２００の上面図、図１２Ｃは基板ホルダー１２００上に設けられたウェハ１２０２の概略斜視図である。基板１２０２は、ウェハホルダー１２００に安全に取り付けられるとしてもよい。イオンビーム１２０８は、基板１２０２が非傾斜位置にある場合に、基板表面に対して通常の入射角度を形成するものとしてもよい。イオンビーム１２０８の入射角度を変更するには、図１２Ａに示すように、紙面に対して垂直な第１の軸１２０４を中心として、基板１２０２を上下に傾斜させるとしてもよい。例えば、基板１２０２を角度θｘだけ上方に傾斜させた場合、イオンビーム１２０８の入射角度は、基板１２０２への通常の入射に対して、角度θｘとなる。基板１２０２はまた、図１２Ｂに示すように、紙面に対して垂直な第２の軸１２０６を中心として左右方向に傾斜させるとしてもよい。例えば、基板１２０２を角度θｙだけ左方に傾斜させた場合、イオンビーム１２０８の入射角度は、基板１２０２への通常の入射に対して、角度θｙとなる。また任意で、例えば基板１２０２の横方向の傾斜を抑制することを目的として止め部１２１０を設けるとしてもよい。実施形態によっては、イオンビーム１２０８に対して基板１２０２を回転させることによって効果が得られる場合がある。このような基板１２０２の回転は、部分的に注入を行った後で開始するとしてもよく、角度のバラツキを平均化するという効果があり、ドーパント分布の均一性を向上させることができる。図１２Ｃに示すように、この回転は、基板表面に対して垂直なＺ軸を中心として行うとしてもよい。このように基板１２０２を回転させる場合、基板１２０２の配向は一定に変化するとしてもよいし、変化幅が徐々に増加するとしてもよい。回転角度は、例えば、基板１２０２の結晶格子配向を考慮して決定するとしてもよい。本開示内容の実施形態によると、基板１２０２の傾斜および／または回転は、一度にどちらか一方を実行するとしてもよいし、両方を組み合わせて実施するとしてもよい。
【００６１】
さらに、イオンビームの入射角度を制御および変更するためには、上述した磁場もしくは静電場によってイオンビームを偏向させる方法と、基板を傾斜または回転させる方法を組み合わせて利用するとしてもよい。当業者であれば予測し得るように、本開示内容の実施形態によれば、上記以外のイオンビーム入射角度制御／変更方法を利用することができる。
【００６２】
高度なアプリケーションについては、所望の角度―ドーズ量分布および／または角度―エネルギー分布を達成するべく、入射角度を異ならせるとともに、イオンビームのドーズ量およびエネルギーを変化させるとしてもよい。このようにイオンビームの角度―ドーズ量分布および／または角度―エネルギー分布を制御することによって、不均一な表面を持つ基板において高精度に制御されたドーピング状態を実現するとしてもよい。このようにして得られたドーピング状態は、例えば熱量の制限がないとしてもよく、高度な拡散のないアニーリングプロセスと共に利用するとしてもよい。
【００６３】
図１３は、本開示内容の一実施形態に係る、高度なアプリケーション向けの、イオンビーム角度広がり制御方法の一例を示す図である。図１３には、複雑な構成を有するＦｉｎＦＥＴに類似した構造１３００を示す。ドーピング状態を高精度に制御するべく、構造１３００に対しては、各入射角度において多くのイオンビーム条件が課されるとしてもよい。例えば、エネルギー１を持つイオンビーム１３０１は、構造１３００に対して角度１で照射され、イオンドーズ量１を供給、エネルギー２を持つイオンビーム１３０２は、構造１３００に対して角度２で照射され、イオンドーズ量２を供給、エネルギー３を持つイオンビーム１３０３は、構造１３００に対して角度３で照射され、イオンドーズ量３を供給する。各入射角度での適切なイオンエネルギーとイオンドーズ量は、数学的シミュレーションおよび／または実験データに従って決定するとしてもよい。イオンビーム１３０１、１３０２および１３０３等は別々のイオンビームとして図１３に示しているが、当該イオンビームは１つのイオンビームの異なる状態を表したものであってもよい。また、イオンビーム関連条件は１回のスキャンについて異ならせるとしてもよいし、複数回のスキャンについて異ならせるとしてもよい。
【００６４】
角度―エネルギー分布の制御は、不均一な表面を持つ基板に対する等角ドーピングにおいて特に有効であるとしてもよい。図１４は、イオンビームの入射角度とイオン注入深さの関係の一例を示す。ここで利用されるイオンは、１０ｋｅＶ、２０ｋｅＶおよび３０ｋｅＶのヒ素（Ａｓ）イオンである。１０ｋｅＶのイオンの場合、イオン入射角度が通常入射（つまり、入射角度がゼロの場合）から、傾斜入射（つまり、イオン入射角度が９０度の場合）へと変化するにつれて、イオン注入深さは最大１３０オングストロームから４０オングストローム未満まで一様に減少している。同様の関係が、２０ｋｅＶおよび３０ｋｅＶの場合にも明らかである。つまり、入射角度が増加するにつれて、イオンは基板材料に対して浸透しにくくなる。このため、どの角度からも均一に基板表面の構造に対してドーピングを行うためには、入射角度が大きくなるにしたがってイオンのエネルギーを増加させるのが望ましいとしてもよい。具体的な例を挙げると、基板に対して垂直な側壁について均一にドーピングするためには、ドーピング状態の均一性は、側壁の上部でのドーズ量の低下に影響されるとしてもよい。このようなドーズ量の低下は、イオンの反射やスパッタリングなどが原因である。また、上述したドーパントの量の低下は、イオンビームの入射角度を大きくして（底部については入射なし）エネルギーを減らすことによって補償されるとしてもよい。もしくは、上部のドーパントの量が過剰である場合、当該構造の側壁における実質的なドーピングのバランスを取るべく、対抗ドーピング用の種を注入するとしてもよい。
【００６５】
図１５は、角度―エネルギー分布および／または角度―ドーズ量分布を制御することによって良好なドーピング状態が得られる、垂直溝構造１５００を示す図である。溝１５００に対する等角ドーピングで、溝底部と同様に側壁面の下に、均一にドーピングされた領域１６００を形成する必要があるとするとしてしてもよい。つまり、ドーパントの深さおよび濃度は、溝の側壁と底部で同じでなければならない。等角ドーピングの要件に基づき、イオンビームの角度―エネルギー分布および角度―ドーズ量分布を推定およびシミュレーションする。側壁にドーパントが対称的に注入されるように、平均角度広がりは対象的でなければならないとしてもよい。平均入射角度は溝底部に垂直としてもよいが、側壁にドーパントを堆積させるためには、大きい角度を持つイオンビームを１以上（例えば、ビーム１５０４および１５０６）必要とするとしてもよい。大きい角度を持つイオンビームは、溝底部と同一の深さまで側壁にもイオンを注入するべく、入射角度が通常であるビーム（例えば、イオンビーム１５０２）よりもエネルギーが高いとしてもよい。ここで、ウェハの上面は通常、溝１５００内の表面よりもドーピング濃度が高くなる。これは、マスキングがされていない場合、上面はどの入射角度のイオンビームも照射されるからである。
【００６６】
各入射角度に対応するイオンドーズ量は、多くの方法を用いて制御するとしてもよい。基板の特定部分が受け取るイオンドーズ量は、スキャンするイオンビームがその部分に対してどのくらい照射されたかに比例するとしてもよい。このため、イオンビームのスキャン速度が変わると、実質的なイオンドーズ量もある程度変化するとしてもよい。スキャン速度を早くするとイオンドーズ量が減少し、スキャン速度を遅くするとイオンドーズ量が増加するとしてもよい。もしくは、イオン引出プロセスを調整するとしてもよいし、ビームライン素子を調整するとしてもよい。このような調整によっても、イオンドーズ量を所望量だけ変化させることができるとしてもよい。
【００６７】
本開示内容の実施形態によると、イオンビームの角度を基板表面の構成に応じて決定することは多くの場合有効である。一例を図１８に示す。同図に示すように、イオンビーム１８０２は、溝構造１８００の側壁全体に対して当たるように、入射角度θｉまで傾斜しているとしてもよい。最大入射角度θｉは溝のアスペクト比Ｈ／Ｌによって決まるとしてもよい。上述したように溝１８００の上部と底部ではイオンドーズ量に差があるが、そのような差を補償するべく、イオンビーム１８０２よりもより大きな入射角度を持つ（例えばθｊ）がエネルギーが低いイオンビームを１以上（例えば１８０４）追加するとしてもよい。イオンビームの角度およびエネルギーを、溝の構造およびイオンドーズ量の低下に合わせて調整することによって、溝については、側壁と同様に底部でも所望のドーピング状態を実現することができるとしてもよい。
【００６８】
ウェハ間もしくは設定間の間で生じる角度のバラツキを最低限に抑える上で、イオンビーム入射角度の広がりの制御は、プロセスの再現性を維持するためにイオンビームの設定を調整する際に、および／または、イオンビームをリアルタイムで調整する際に利用されるプロセスパラメータのうちで、鍵を握るパラメータと考えてもよい。所望の角度広がりが決定および／または試験されると、それに続く注入工程はそれぞれ当該所望の角度広がりに応じて設定されるとしてもよい。
【００６９】
図１６は、本開示内容の一実施形態に係るイオンビーム角度処理制御方法の一例を示す図である。ステップ１６０２で、現在のイオンビーム角度広がりを判断するとしてもよい。当該ステップ１６０２は、１以上のサブステップを有するとしてもよい。これらのサブステップは、個別に実行するとしてもよいし、組み合わせて実行するとしてもよい。上述したように、イオンビームの角度広がりは、入射角度が異なり固有の角度広がりを持つイオンビームが１以上あることが原因で生じるとしてもよい。サブステップ１６０４では、イオンビーム角度および固有の角度広がりをイオンビーム毎に測定する。各ビームの角度の影響（もしくはビームの角度成分）を合計して、現在のイオンビームの角度広がりを得るとしてもよい。もしくは、サブステップ１６０６では、ビームラインパラメータに基づき理論モデルから各入射角度を推測してもよい。もしくは、サブステップ１６０８では、現在のイオンビームの角度広がりを、原場測定法に従って直接測定するとしてもよい。続いてステップ１６１０において、現在の角度広がりを所望の角度広がりと比較するとしてもよい。所望の角度広がりは、事前に試験した角度広がりを基に確定した一連のプロセスパラメータによって決まるとしてもよい。ステップ１６１２において所望の角度広がりに達したと判断された場合、ステップ１６１４に進んで、注入処理は当該所望の角度広がりで継続するとしてもよい。達していないと判断された場合、ステップ１６１６において、所望の角度広がりを達成するべく各ビームの角度または角度広がりが調整される。このような調整は、１以上のビーム角度を追加もしくは除去することによって、全体の角度広がりを変化させることに基づいて行われるとしてもよいし、イオンビームを用いた１回以上のスキャンにおいてビームライン素子を調整および／もしくは基板配向を調整することによって実現するとしてもよい。当該方法のステップ１６１６、１６０２（サブステップ１６０４、１６０６、１６０８のうち１以上のステップを含む）および１６１０は、所望の角度広がりに達するまで繰り返し実行されるとしてもよい。
【００７０】
図１６に示したステップは、イオン注入システムの最初の設定において実施されるとしてもよいし、イオン注入の際にほぼリアルタイムで実行されるとしてもよい。リアルタイムで実行される場合、イオンビームの角度広がりを動的に制御および維持するべくフィードバックループが形成されるとしてもよい。
【００７１】
図１７は、本開示内容の実施形態に係る、イオンビーム角度広がり制御システムおよび／またはイオンビーム角度処理制御に用いられるシステム１７００の一例を示すブロック図である。システム１７００はプロセッサ部１７０２を備えるとしてもよい。当該プロセッサ部１７０２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、パソコン（ＰＣ）もしくはこれら以外の処理デバイスであってもよい。当該システム１７００はさらに、プロセッサ部１７０２から受け取った指示に基づいてイオン注入システム１７０４を調整する、ビーム角度コントローラ１７０６を備えるとしてもよい。当該システム１７００はさらに、測定インターフェース１７０８を備えるとしてもよい。当該測定インターフェース１７０８を介して、プロセッサ部１７０２はイオン注入システム１７０４から測定データを受け取るとしてもよい。
【００７２】
動作を説明すると、プロセッサ部１７０２は、理論上のシミュレーションもしくは過去の角度広がりのデータのいずれかに基づいて、イオンビームの所望の角度広がりを決定するとしてもよい。続いて、プロセッサ部１７０２は、イオン注入システム１７０４内で試験スキャンを１回以上行うようにビーム角度コントローラ１７０６に指示して、測定インターフェース１７０８を介してイオンビーム角度の測定結果を受け取るとしてもよい。プロセッサ部１７０２は、現在の角度広がりを決定して、所望の角度広がりを実現することを目的としてビーム角度コントローラ１７０６が実施すべき調整動作を特定するとしてもよい。続いて、特定された調整動作をビーム角度コントローラ１７０６が実行して、その結果得られる測定データは、さらに調整を行う必要があるかどうか判断するために、プロセッサ部１７０２が検討するとしてもよい。ビーム角度コントローラ１７０６は、角度の調整に加えて、入射角度と共にイオンエネルギーおよびイオンドーズ量も変化させるとしてもよい。このようにして、ビーム角度コントローラ１７０６は、プロセッサ部１７０２の指示に応じて所望の角度―エネルギー分布および所望の角度―ドーズ量分布を実現するとしてもよい。
【００７３】
ここで、上述した本開示内容に係るイオンビーム角度処理制御方法は通常、入力データの処理と出力データの生成という側面をある程度は含む。このような入力データの処理と出力データの生成は、ハードウェアまたはソフトウェアで実現するとしてもよい。例えば、イオン注入システム、もしくはそれに類似または関連した回路において、特定の電子素子を用いて、上述した本開示内容に係るイオンビーム角度処理制御に対応する機能を実現するとしてもよい。もしくは、格納した命令に従って動作する１以上のプロセッサによって、上述した本開示内容に係るイオンビーム角度処理制御に対応する機能を実現するとしてもよい。この場合には、当該命令が１以上のプロセッサ可読キャリア（例えば、磁気ディスク）に格納されること、または当該命令が１以上の信号を介して１以上のプロセッサに送信されることは、本開示内容の範囲に含まれる。
【００７４】
本開示内容の範囲は、本明細書に説明した具体的な実施形態に限定されない。本明細書で説明した実施形態以外にも、上述の説明および添付図面から、当業者には、本開示内容のほかの様々な実施形態および変形例があることが明らかである。このため、このようなほかの実施形態および変形例は、本開示内容の範囲内に含まれるものとする。また、本開示内容は本明細書において、特定の目的を達成するべく特定の環境において利用される特定の実施例に基づき説明したが、当業者には、本開示内容の有効性は本明細書での記載に限定されないこと、および本開示内容は他の様々な目的を達成するべく他の様々な環境において有効に実施することができることが明らかである。従って、特許請求の範囲を解釈するにあたっては、本明細書に説明した本開示内容の範囲および効果を最大限に広く理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月29日(2008.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
次に、図１０を参照しつつ、角度広がりが大きくなった場合の利点を説明する。図１０は、図８Ａおよび図８Ｂに示した基板表面８０２および構造８０４を示す。図１０に示すイオンビーム１０００は、図８Ｂに示したイオンビーム８０と同一の小さい角度誤差を持つとしてもよい。両イオンビームの唯一の相違点は、イオンビーム１０００はイオンビーム８０よりも角度広がりが大きい点にあるとしてもよい。角度分布１００２および１００４に示すように、角度広がりが大きくなると、陰影効果が小さくなる（角度分布のうち注入に利用できる部分が増えたためである）。このため、より対称的なドーピング状態が得られる。角度広がりが大きくなっても制御されている場合には、構造８０４の周辺領域に対するドーピング処理は、角度誤差またはビームの方向付けエラーから受ける影響が小さくなる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
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