(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入条件の異なる複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行するためのイオン注入装置であって、
イオンビームの注入エネルギーの調整が可能なエネルギー調整機構と、
前記イオンビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、
往復走査される前記イオンビームの前記走査方向のビーム電流密度分布を測定する計測器と、
前記往復走査されるイオンビームがウェハ処理面に照射されるようウェハを保持するプラテン動作装置と、
前記計測器の測定結果に基づいて前記ビーム電流密度分布が注入条件に定められる目標値となるように前記ビーム走査器の走査パラメータを決定して各イオン注入工程を実行する制御装置と、を備え、
前記プラテン動作装置は、前記走査方向と直交する往復運動方向に前記ウェハを往復運動させる往復運動機構と、前記ウェハ処理面の法線を軸に前記ウェハを回転させて前記ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整するツイスト角調整機構と、前記ウェハ処理面に向かう前記イオンビームの進行方向と前記ウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整するチルト角調整機構と、を含み、
前記複数のイオン注入工程は、（ａ）前記ウェハのツイスト角が互いに異なるよう各注入条件が定められ、（ｂ）前記往復運動方向に運動される前記ウェハ処理面に前記往復走査されるイオンビームが照射されるよう構成され、かつ、（ｃ）前記ウェハの前記往復運動方向の位置に応じて、前記ウェハ処理面に照射される前記イオンビームの前記ビーム電流密度分布の目標値が可変となるように各注入条件が定められており、
前記制御装置は、前記複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行する前に、前記複数のイオン注入工程の各注入条件として定められる前記ビーム電流密度分布の複数の目標値に対応する複数の走査パラメータを一括して決定するセットアップ工程を実行し、
前記制御装置は、前記複数のイオン注入工程の各注入条件の設定を受け付ける設定部と、前記設定部に設定される各注入条件に応じて前記複数の走査パラメータを決定する決定部と、前記決定部が決定した前記複数の走査パラメータを保持する記憶部と、前記記憶部に保持される前記複数の走査パラメータにしたがって前記ビーム走査器を制御して前記複数のイオン注入工程を実行する実行部と、を含み、
前記決定部は、前記セットアップ工程にて、前記計測器の測定結果に基づいて前記複数の走査パラメータを一括して決定し、決定した複数の走査パラメータを前記記憶部に保持させ、
前記実行部は、前記複数の走査パラメータが一括決定された後に、前記記憶部に保持される前記複数の走査パラメータにしたがって前記複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記複数のイオン注入工程は、前記ウェハ処理面内のドーズ量分布の目標値が互いに異なるように各注入条件が定められており、
前記制御装置は、前記セットアップ工程にて、前記複数のイオン注入工程の各注入条件として定められる前記ウェハ処理面内のドーズ量分布を実現するための前記往復運動機構の複数のウェハ移動速度パラメータを一括して決定することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記セットアップ工程にて、前記複数のイオン注入工程の各注入条件として定められる注入エネルギーを実現するための前記エネルギー調整機構の設定パラメータを一括して決定することを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記複数のイオン注入工程は、前記ウェハのチルト角が０度ではない互いに同一の角度となるように各注入条件が定められることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記複数のイオン注入工程は、前記ウェハのチルト角が０度となるように各注入条件が定められることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記決定部は、前記複数の走査パラメータのそれぞれが適正であるかを前記計測器の測定結果に基づいて確認し、補正が必要な場合に前記走査パラメータを補正して前記記憶部に保持させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記設定部は、前記複数のイオン注入工程の各注入条件として前記ウェハ処理面上に設定される複数の領域ごとのドーズ量分布の設定を受け付け、
前記決定部は、前記セットアップ工程にて、前記複数の領域ごとのドーズ量分布を実現するための複数の走査パラメータを一括して決定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記複数の領域は、前記複数のイオン注入工程の各注入条件に定められるツイスト角で保持されるウェハ処理面上において前記往復運動方向に連続して設定される複数の短冊状の領域であることを特徴とする請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記走査パラメータは、前記複数の領域のそれぞれに照射されるイオンビームの走査速度分布を定めることを特徴とする請求項７または８に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記決定部は、前記複数のイオン注入工程の実行に必要となる複数の走査パラメータの一部について、走査パラメータが適正であるかを前記計測器の測定結果に基づいて確認し、補正が必要な場合に前記走査パラメータを補正して前記記憶部に保持させる一方、前記複数の走査パラメータの残りについて、前記記憶部に保持される確認済みの走査パラメータに基づいて走査パラメータを決定して前記記憶部に保持させることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記決定部は、前記複数の走査パラメータの残りについて、前記記憶部に保持される確認済みの走査パラメータに所定の演算処理を施すことにより前記走査パラメータを決定することを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記複数のイオン注入工程は、第１注入工程と第２注入工程とを含み、
前記記憶部は、前記第１注入工程のウェハ処理面上に設定される前記複数の領域の一つである第１領域に照射されるイオンビームの走査速度分布を定める第１走査パラメータと、前記第２注入工程のウェハ処理面上に設定される前記複数の領域の一つである第２領域に照射されるイオンビームの走査速度分布を定める第２走査パラメータとを保持し、
前記決定部は、前記第１走査パラメータが適正であるかを前記計測器の測定結果に基づいて確認し、補正が必要な場合に前記第１走査パラメータを補正して前記記憶部に保持させる一方、前記記憶部に保持される前記第１走査パラメータに基づいて前記第２走査パラメータを決定して前記記憶部に保持させることを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記第２領域に設定される前記走査方向のドーズ量分布は、前記第１領域に設定される前記走査方向のドーズ量分布と同一であり、
前記決定部は、前記記憶部に保持される前記第１走査パラメータを前記第２走査パラメータとして流用することを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記第２領域に設定される前記走査方向のドーズ量分布は、前記往復運動方向に延びる直線に対して前記第１領域に設定される前記走査方向のドーズ量分布と線対称な形状であり、
前記決定部は、前記記憶部に保持される前記第１走査パラメータに所定の演算処理を施すことにより前記第２走査パラメータを決定することを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
前記第１領域に設定される前記走査方向のドーズ量分布および前記第２領域に設定される前記走査方向のドーズ量分布は、不均一形状であることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
前記決定部は、前記セットアップ工程にて、前記複数の領域ごとに前記往復運動機構のウェハ移動速度パラメータを一括して決定することを特徴とする請求項７から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【請求項１７】
前記決定部は、前記セットアップ工程にて、前記複数の領域ごとに前記エネルギー調整機構の設定パラメータを一括して決定することを特徴とする請求項７から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に関し、複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行するためのイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体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注入する工程（以下、「イオン注入工程」ともいう）が標準的に実施されている。イオン注入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を生成し、生成されたイオンを加速してイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームを注入処理室まで輸送し、処理室内のウエハにイオンビームを照射する機能を有する。
【０００３】
処理対象となるウェハの全面にイオンを注入するため、イオンビームはビーム走査器によって往復走査され、ウェハはビーム走査方向に直交する方向に往復運動される。このとき、ビーム走査の速度や往復運動の速度をイオンビームのウェハへの照射位置に対応させて変化させることにより、ウェハの各地点に照射されるイオン照射量が制御される（例えば、特許文献１参照）。また、ウェハの回転角度を変えた注入工程を複数回実施することでウェハ面内において不均一なドーズ量分布を形成することもできる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４３２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−４６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ウェハの回転角度を変えて複数回の注入工程を実施する場合、ウェハに照射するイオンビームのビーム条件を注入工程間で変えずに実施し、所望の回転対称形状のドーズ量分布が得られるようにイオン注入処理を実行することが通常である。仮に、回転非対称形状のドーズ量分布を得ようとする場合、ウェハの回転角度が異なる各注入工程においてビーム条件を変えなければならず、注入工程間においてビーム条件を切り替えるためのビームセットアップ工程が必要となる。一般に、ビームセットアップ工程は、数十秒から数分程度の時間を要するため、ウェハの回転角度を変えるたびにビームセットアップ工程を実施しなければならないとするとイオン注入処理の生産性を大きく低下させてしまう。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、イオン注入処理の生産性とウェハ面内の不均一注入精度とを両立させたイオン注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のイオン注入装置は、注入条件の異なる複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行するためのイオン注入装置であって、イオンビームの注入エネルギーの調整が可能なエネルギー調整機構と、イオンビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、往復走査されるイオンビームの走査方向のビーム電流密度分布を測定する計測器と、往復走査されるイオンビームがウェハ処理面に照射されるようウェハを保持するプラテン動作装置と、計測器の測定結果に基づいてビーム電流密度分布が注入条件に定められる目標値となるようにビーム走査器の走査パラメータを決定して各イオン注入工程を実行する制御装置と、を備える。プラテン動作装置は、走査方向と直交する往復運動方向にウェハを往復運動させる往復運動機構と、ウェハ処理面の法線を軸にウェハを回転させてウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整するツイスト角調整機構と、ウェハ処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整するチルト角調整機構と、を含む。複数のイオン注入工程は、（ａ）ウェハのツイスト角が互いに異なるよう各注入条件が定められ、（ｂ）往復運動方向に運動されるウェハ処理面に往復走査されるイオンビームが照射されるよう構成され、かつ、（ｃ）ウェハの往復運動方向の位置に応じて、ウェハ処理面に照射されるイオンビームのビーム電流密度分布の目標値が可変となるように各注入条件が定められており、制御装置は、複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行する前に、複数のイオン注入工程の各注入条件として定められるビーム電流密度分布の複数の目標値に対応する複数の走査パラメータを一括して決定するセットアップ工程を実行する。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、生産性とウェハ面内の不均一注入精度とを両立させたイオン注入処理を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。
【図２】図１のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】往復運動されるウェハと往復走査されるビームとの関係を示す正面図である。
【図４】イオンビームの走査範囲を示す上面図である。
【図５】制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）は、ウェハ処理面上に設定される複数の領域を模式的に示す図であり、図６（ｂ）〜（ｄ）は、領域別に設定されるドーズ量分布の目標値を模式的に示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は、目標とする不均一形状のドーズ量分布を示すグラフであり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のドーズ量分布を実現するための走査速度分布を示すグラフであり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のドーズ量分布を実現するための制御波形を示すグラフである。
【図８】高チルト角注入工程を模式的に示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、ツイスト角の変化を模式的に示す図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、ツイスト角が互いに異なる高チルト角注入工程を模式的に示す図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、ウェハ処理面内のドーズ量分布を不均一形状としたツイスト角が互いに異なる高チルト角注入工程を模式的に示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、第２注入工程におけるウェハ処理面上に設定される複数の領域を模式的に示す図であり、図１２（ｂ）〜（ｄ）は、領域別に設定されるドーズ量分布の目標値を模式的に示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は、第３注入工程におけるウェハ処理面上に設定される複数の領域を模式的に示す図であり、図１３（ｂ）〜（ｄ）は、領域別に設定されるドーズ量分布の目標値を模式的に示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、第４注入工程におけるウェハ処理面上に設定される複数の領域を模式的に示す図であり、図１４（ｂ）〜（ｄ）は、領域別に設定されるドーズ量分布の目標値を模式的に示す図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は、第１注入工程における領域別の走査パラメータを模式的に示すグラフである。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、第２注入工程における領域別の走査パラメータを模式的に示すグラフである。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、第３注入工程における領域別の走査パラメータを模式的に示すグラフである。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、第４注入工程における領域別の走査パラメータを模式的に示すグラフである。
【図１９】実施の形態に係るイオン注入装置の動作過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
実施の形態を説明する前に、本発明の概要を述べる。本実施の形態は、注入条件の異なる複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行するためのイオン注入装置である。このイオン注入装置は、イオンビームを所定の走査方向に往復走査させるビーム走査器と、往復走査されるイオンビームの走査方向のビーム電流密度分布を測定する計測器と、往復走査されるイオンビームがウェハ処理面に照射されるようウェハを保持するプラテン動作装置と、計測器の測定結果に基づいてビーム電流密度分布が注入条件に定められる目標値となるようにビーム走査器の走査パラメータを決定して各イオン注入工程を実行する制御装置と、を備える。プラテン動作装置は、ビーム走査方向と直交する往復運動方向にウェハを往復運動させる往復運動機構と、ウェハ処理面の法線を軸にウェハを回転させてウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整するツイスト角調整機構と、ウェハ処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整するチルト角調整機構と、を含む。
【００１３】
複数のイオン注入工程は、ウェハのツイスト角が互いに異なるよう各注入条件が定められ、往復運動方向に運動されるウェハ処理面に往復走査されるイオンビームが照射されるよう構成され、かつ、ウェハの往復運動方向の位置に応じてウェハ処理面に照射されるイオンビームのビーム電流密度分布の目標値が可変となるように各注入条件が定められる。例えば、複数のイオン注入工程は、ウェハ面内のドーズ量分布の目標値が互いに異なる不均一形状となるように各注入条件が定められ、不均一なドーズ量分布形状のそれぞれを実現するためにビーム電流密度分布の目標値が互いに異なるように各注入条件が定められる。各イオン注入工程を実行する前には、各注入条件に定められるビーム電流密度分布が実現されるようにイオンビームを調整する「セットアップ工程」の実行が必要となる。
【００１４】
複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行する場合において、注入条件を変更するたびにセットアップ工程を実行しなければならないとすると、イオン注入処理の生産性に大きく影響しうる。例えば、複数枚のウェハに対して注入条件の異なる複数回のイオン注入工程を実行する場合、複数枚のウェハのそれぞれの注入工程間でセットアップ工程を実行する必要が生じ、処理全体に占めるセットアップ工程の時間が長くなる分だけ生産性が低下してしまう。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行する前に、各注入条件として定められるビーム電流密度分布の複数の目標値に対応する複数の走査パラメータを一括して決定するセットアップ工程を実行する。各イオン注入工程では、セットアップ工程にて一括決定された走査パラメータに基づいてイオンビームが照射されるため、注入工程間に注入条件を切り替えるためのセットアップ工程が不要となる。その結果、途中でセットアップ工程を実行することなく複数枚のウェハのそれぞれに対して注入条件の異なる複数のイオン注入工程を連続的に実行することができるため、イオン注入処理の生産性を高めることができる。また、ウェハのツイスト角が異なる各イオン注入工程において、一括決定された走査パラメータに基づきビーム電流密度分布の異なるイオンビームを照射できるため、ウェハ面内の不均一注入精度を高めることができる。
【００１６】
［イオン注入装置の構成］
図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す上面図であり、図２は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。
【００１７】
イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物ＷをウェハＷと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。
【００１８】
イオン注入装置１０は、ビームを一方向に往復走査させ、ウェハＷを該一方向と直交する方向に往復運動させることによりウェハＷの全体にわたってイオンビームＢを照射するよう構成されている。本書では説明の便宜上、設計上のビーム軌道を進むイオンビームＢの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。イオンビームＢを被処理物Ｗに対し走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。よって、ビームの往復走査はｘ方向に行われ、ウェハＷの往復運動はｙ方向に行われる。
【００１９】
イオン注入装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、制御装置６０と、を備える。イオン源１２は、イオンビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、イオン注入装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、及び注入処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【００２０】
ビームライン装置１４は、例えば、上流から順に、質量分析部１８、可変アパチャ２０、ビーム収束部２２、第１ビーム計測器２４、ビーム走査器２６、平行化レンズ３０又はビーム平行化装置、及び、角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３４を備える。なお、ビームライン装置１４の上流とは、イオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ３８）に近い側を指す。
【００２１】
質量分析部１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出されたイオンビームＢから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。
【００２２】
可変アパチャ２０は、開口幅が調整可能なアパチャであり、開口幅を変えることでアパチャを通過するイオンビームＢのビーム電流量を調整する。可変アパチャ２０は、例えば、ビームラインを挟んで上下に配置されるアパチャプレートを有し、アパチャプレートの間隔を変化させることによりビーム電流量を調整してもよい。
【００２３】
ビーム収束部２２は、四重極収束装置（Ｑレンズ）などの収束レンズを備えており、可変アパチャ２０を通過したイオンビームＢを所望の断面形状に整形するよう構成されている。
【００２４】
第１ビーム計測器２４は、ビームライン上に出し入れ可能に配置され、イオンビームの電流を測定するインジェクタフラグファラデーカップである。第１ビーム計測器２４は、ビーム電流を計測するファラデーカップ２４ｂと、ファラデーカップ２４ｂを上下に移動させる駆動部２４ａを有する。図２の破線で示すように、ビームライン上にファラデーカップ２４ｂを配置した場合、イオンビームＢはファラデーカップ２４ｂにより遮断される。一方、図２の実線で示すように、ファラデーカップ２４ｂをビームライン上から外した場合、イオンビームＢの遮断が解除される。
【００２５】
ビーム走査器２６は、ビームの往復走査を提供するよう構成されており、整形されたイオンビームＢをｘ方向に走査する偏向手段である。ビーム走査器２６は、ｘ方向に対向して設けられる走査電極対２８を有する。走査電極対２８は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対２８に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームＢをさまざまな角度に偏向させる。こうして、イオンビームＢは、ｘ方向の走査範囲にわたって走査される。なお、図１において矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームＢの複数の軌跡を一点鎖線で示している。
【００２６】
平行化レンズ３０は、走査されたイオンビームＢの進行方向を設計上のビーム軌道と平行にするよう構成されている。平行化レンズ３０は、中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数のＰレンズ電極３２を有する。Ｐレンズ電極３２は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームＢに作用させて、イオンビームＢの進行方向を平行に揃える。なお、平行化レンズ３０は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。平行化レンズ３０の下流には、イオンビームＢを加速または減速させるためのＡＤ（Accel／Decel）コラム（図示せず）が設けられてもよい。
【００２７】
角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３４は、イオンビームＢのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３４は、電界偏向用のＡＥＦ電極対３６を有する。ＡＥＦ電極対３６は、高圧電源（図示せず）に接続される。図２において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームＢをビーム軌道から下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３４は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
【００２８】
このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべきイオンビームＢを注入処理室１６に供給する。
【００２９】
注入処理室１６は、図２に示すように、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン動作装置５０を備える。プラテン動作装置５０は、ウェハ保持部５２と、往復運動機構５４と、ツイスト角調整機構５６と、チルト角調整機構５８とを含む。ウェハ保持部５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を備える。往復運動機構５４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持部５２を往復運動させることにより、ウェハ保持部５２に保持されるウェハをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。
【００３０】
ツイスト角調整機構５６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸にウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構５６は、図示されるようにウェハ保持部５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持部５２とともに往復運動される。
【００３１】
チルト角調整機構５８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームＢの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構５８は、往復運動機構５４と注入処理室１６の壁面の間に設けられており、往復運動機構５４を含むプラテン動作装置５０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。
【００３２】
注入処理室１６は、ビームストッパ３８を備える。ビーム軌道上にウェハＷが存在しない場合には、イオンビームＢはビームストッパ３８に入射する。また、注入処理室１６には、イオンビームのビーム電流量やビーム電流密度分布を計測するための第２ビーム計測器４４が設けられる。第２ビーム計測器４４は、サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌと、センターカップ４２を有する。
【００３３】
サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌは、ウェハＷに対してｘ方向にずれて配置されており、イオン注入時にウェハＷに向かうイオンビームを遮らない位置に配置される。イオンビームＢは、ウェハＷが位置する範囲を超えてオーバースキャンされるため、イオン注入時においても走査されるビームの一部がサイドカップ４０Ｒ、４０Ｌに入射する。これにより、イオン注入処理中のイオン照射量を計測する。サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌの計測値は、第２ビーム計測器４４に送られる。
【００３４】
センターカップ４２は、ウェハＷの表面（ウェハ処理面）におけるビーム電流密度分布を計測するためのものである。センターカップ４２は、可動式となっており、イオン注入時にはウェハ位置から待避され、ウェハＷが照射位置にないときにウェハ位置に挿入される。センターカップ４２は、ｘ方向に移動しながらビーム電流量を計測して、ビーム走査方向のビーム電流密度分布を計測する。センターカップ４２の計測値は、第２ビーム計測器４４に送られる。なお、センターカップ４２は、ビーム走査方向の複数の位置におけるイオン照射量を同時に計測可能となるように、複数のファラデーカップがｘ方向に並んだアレイ状に形成されていてもよい。
【００３５】
図３は、往復運動されるウェハＷと往復走査されるイオンビームＢとの関係を示す正面図である。図３において、イオンビームＢは横方向（ｘ方向）に往復走査され、ウエハＷは往復運動機構５４に保持されて縦方向（ｙ方向）に往復運動される。図３では、最上位置のウェハＷ１と最下位置のウェハＷ２を図示することで、往復運動機構５４の動作範囲を示している。
【００３６】
また、ビーム走査器によって走査されるイオンビームＢについて、一点鎖線で囲われる横長の領域によりイオンビームの走査範囲を図示している。イオンビームＢは、往復運動機構５４の左右に配置されるサイドカップ４０Ｒ、４０Ｌや、ｘ方向に移動可能なセンターカップ４２が配置される位置を超えてオーバースキャンが可能となるように構成される。なお、図３では、横長のイオンビームＢが走査される様子を示しているが、イオンビームＢの形状は、縦長であってもよく、円形に近い形状であってもよい。
【００３７】
図４は、イオンビームＢの走査範囲を示す図であり、図３の上面図に対応する。図４では、イオンビームＢが走査可能な範囲の全体を走査範囲Ｃとして示している。走査範囲Ｃは、大きく照射領域Ｃ１と非照射領域Ｃ２の２領域に区分けすることができる。照射領域Ｃ１は、ウェハＷが位置する範囲であり、サイドカップ４０Ｒ、４０Ｌが設けられる位置よりも内側の範囲ということもできる。したがって、照射領域Ｃ１に向かうイオンビームＢ１は、往復運動機構５４により往復運動されるウェハＷに入射し、イオン注入に寄与する。一方、非照射領域Ｃ２は、照射領域Ｃ１の外に位置する領域であり、ウェハＷが位置する範囲の外に対応する領域である。したがって、非照射領域Ｃ２に向かうイオンビームＢ２は、往復運動機構５４により往復運動されるウェハＷに入射せず、イオン注入に寄与しない。
【００３８】
図４に示されるように、可動式のセンターカップ４２は、照射領域Ｃ１および非照射領域Ｃ２において、ウェハ処理面に対応する位置Ａにおけるビーム電流密度分布を測定可能である。位置Ａは、イオンビームＢの進行方向であるｚ方向について、ウェハ処理面と同じｚ方向の位置に相当する。照射領域Ｃ１を例えば１０００程度の微小区間に分割し、センターカップ４２をｘ方向に移動させながら各微小区間ごとにビーム電流量を計測することにより、ウェハ処理面におけるビーム走査方向（ｘ方向）のビーム電流密度分布を得ることができる。
【００３９】
図５は、制御装置６０の機能構成を示すブロック図である。制御装置６０は、イオン注入装置１０を構成する各機器の動作を制御する。制御装置６０は、設定部６２と、決定部６４と、記憶部６６と、実行部６８とを備える。
【００４０】
本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。
【００４１】
設定部６２は、実施しようとする複数のイオン注入工程の各注入条件の設定を受け付ける。設定部６２は、各イオン注入工程の注入条件として、１）イオン種、２）注入エネルギー、３）ビーム電流量、４）ビーム電流密度（ビーム形状）、５）ウェハ面内の平均ドーズ量、６）ウェハ面内のドーズ量分布、７）チルト角、８）ツイスト角、等の設定を受け付ける。また、ウェハ面内のドーズ量分布が不均一形状となるように注入条件が設定される場合には、９）領域別のドーズ量分布の設定をさらに受け付ける。
【００４２】
図６（ａ）は、ウェハ処理面上に設定される複数の領域Ｙ１１〜Ｙ１４を模式的に示す図であり、図６（ｂ）〜（ｄ）は、領域別に設定されるドーズ量分布の目標値を模式的に示すグラフである。図６（ａ）は、「ウェハ面内のドーズ量分布」が不均一形状となるように注入条件が設定される場合を示しており、ドーズ量（イオン注入量）を相対的に大きくする高ドーズ量領域９２を斜線で示している。高ドーズ量領域９２以外の領域は、高ドーズ量領域９２と比べてイオン注入量を相対的に低くする低ドーズ量領域９１である。高ドーズ量領域９２は、回転非対称形状となるように設定されることが可能であり、例えば、図示されるようなＬ字の島状に設定されうる。なお、ウェハ処理面内のドーズ量分布は、Ｌ字以外の形状でもよいし、ウェハ処理面内の場所に応じてドーズ量が連続的に変化するような形状でもよい。
【００４３】
図６（ａ）に示すような不均一形状のドーズ量分布が設定される場合、ウェハ処理面上には複数の領域Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３，Ｙ１４が設定される。この複数の領域Ｙ１１〜Ｙ１４は、ウェハの往復運動方向であるｙ方向にドーズ量の値が変化する箇所を境界として、ビーム走査方向であるｘ方向に細長い領域となるように設定される。いいかえれば、ウェハ処理面上の領域がウェハの往復運動方向であるｙ方向に連続する短冊状の領域に分割されるように複数の領域Ｙ１１〜Ｙ１４が設定される。なお、ウェハ処理面上の複数の領域は、ウェハのツイスト角が異なる場合であってもウェハの往復運動方向であるｙ方向を基準として設定される。
【００４４】
また、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、各領域Ｙ１１〜Ｙ１４のｘ方向のドーズ量分布が注入条件の一つとして設定される。図６（ｂ）は、第１領域Ｙ１１および第４領域Ｙ１４に対応するドーズ量分布を示し、領域全体が低ドーズ量領域９１における第１ドーズ量Ｄ１となっている。図６（ｃ）は、第２領域Ｙ１２に対応するドーズ量分布を示し、低ドーズ量領域９１に対応する範囲が第１ドーズ量Ｄ１であり、高ドーズ量領域９２に対応する範囲が第２ドーズ量Ｄ２となっている。同様に、図６（ｄ）は、第３領域Ｙ１３に対応するドーズ量分布を示し、第２領域Ｙ１２と異なる分布となるように第１ドーズ量Ｄ１および第２ドーズ量Ｄ２の範囲が定められる。
【００４５】
決定部６４は、設定部６２に設定される注入条件が実現されるように、イオン注入装置１０を構成する各機器のパラメータを決定するセットアップ工程を実施する。決定部６４は、１）イオン種を調整するためのパラメータとして、イオン源１２のガス種や、イオン源１２の引出電圧、質量分析部１８の磁場または電流の値を決定する。決定部６４は、２）注入エネルギーを調整するためのパラメータとして、イオン源１２の引出電圧、Ｐレンズ電極３２の印加電圧、ＡＤコラムの印加電圧の値を決定する。したがって、イオン源１２、Ｐレンズ電極３２およびＡＤコラムは、エネルギー調整機構ということもできる。
【００４６】
決定部６４は、３）ビーム電流量を調整するためのパラメータとして、イオン源１２のガス量、アーク電流、アーク電圧、ソースマグネット電流といった各種パラメータや、可変アパチャ２０の開口幅を調整するためのパラメータを決定する。決定部６４は、４）ビーム電流密度を調整するためのパラメータとして、ビーム収束部２２に含まれるＱレンズに印加する電圧値を決定する。決定部６４は、主に、第１ビーム計測器２４の測定結果に基づいて、３）ビーム電流量が所望の値となるように各パラメータを決定し、第２ビーム計測器４４の測定結果に基づいて、４）ビーム電流密度が所望の値となるように各パラメータを決定する。
【００４７】
決定部６４は、５）ウェハ面内の平均ドーズ量、６）ウェハ面内のドーズ量分布、及び、９）領域別のドーズ量分布を調整するためのパラメータとして、ビーム走査器２６の走査パラメータを決定する。決定部６４は、ウェハ処理面上での走査方向のビーム電流密度分布が目標とするドーズ量分布に対応する形状となるようにビーム走査器２６の走査パラメータを決定する。より具体的には、第２ビーム計測器４４からのビーム電流密度分布の測定結果に基づいて、目標ドーズ量が相対的に高い箇所ではビームの走査速度を遅くし、目標ドーズ量が相対的に低い箇所ではビームの走査速度を速くするように走査パラメータを決定する。
【００４８】
図７（ａ）は、目標とする不均一形状のドーズ量分布を示すグラフであり、図６（ｃ）のドーズ量分布と同じものである。図７（ｂ）は、図７（ａ）のドーズ量分布を実現するための走査速度分布を示すグラフであり、ビーム走査器２６により往復走査されるイオンビームの走査速度と、ビーム照射されるウェハ処理面上のｘ方向の位置との関係を示している。図示されるように、目標ドーズ量が相対的に低い第１ドーズ量Ｄ１となる範囲では、走査速度が相対的に速い第１走査速度Ｓ１となる一方、目標ドーズ量が相対的に高い第２ドーズ量Ｄ２となる範囲では、走査速度が相対的に遅い第２走査速度Ｓ２となるように走査速度分布が定められる。
【００４９】
図７（ｃ）は、図７（ａ）のドーズ量分布を実現するための制御波形を示すグラフであり、ビーム走査器２６の走査電極対２８に印加される制御電圧Ｖの時間ｔに対する変化を示している。図示されるように、相対的に速い第１走査速度Ｓ１となる範囲では、制御電圧Ｖの傾きが大きくなる一方、相対的に遅い第２走査速度Ｓ２となる範囲では、制御電圧Ｖの傾きが小さくなるように制御波形が定められる。この制御波形の時間変化に関するビーム走査器２６のパラメータを本明細書では「走査パラメータ」ともいう。この「走査パラメータ」は、制御波形の電圧の時間変化値そのものであってもよいし、制御波形を生成するために必要な一つまたは複数の設定値であってもよい。
【００５０】
なお、実際には、図７（ｃ）に示すような制御波形を出力したとしても、図７（ａ）に示すドーズ量分布が得られない場合があり、目標とするドーズ量分布の形状とウェハ処理面に照射されるイオンビームのビーム電流密度分布の形状との間に差が生じる場合がある。この差異は、ビーム走査器２６や平行化レンズ３０の光学的な配置等に起因して、光学収差が発生することにより生じうる。そこで、ビーム走査器２６は、第２ビーム計測器４４の測定結果に基づいて走査パラメータを補正し、目標とするドーズ量分布に対応した形状のビーム電流密度分布が得られるようにする。つまり、第２ビーム計測器４４の測定結果に基づいて走査パラメータが適正であるかを確認し、必要に応じて走査パラメータを補正する。このとき、決定部６４は、図７（ｃ）に示す制御波形をビーム走査器２６に出力したときの測定結果を用いてもよいし、走査速度が一定となるような基準制御波形をビーム走査器２６に出力したときの測定結果を用いてもよい。
【００５１】
決定部６４は、さらに、５）ウェハ面内の平均ドーズ量、６）ウェハ面内のドーズ量分布、及び、９）領域別のドーズ量分布を調整するためのパラメータとして、往復運動機構５４のウェハ移動速度パラメータを決定する。決定部６４は、領域別に走査パラメータを変化させる場合に、各領域に照射されるドーズ量分布が目標値となるように、複数の領域ごとにウェハ移動速度パラメータを決定する。なお、決定部６４により決定されるウェハ移動速度パラメータは、注入工程中のビーム電流量が所定範囲内となる場合の基準値として定められる。注入工程中にビーム電流量が変動する場合には、基準値としての移動速度パラメータにビーム電流量の変動に応じた係数を乗じた速度でウェハＷを往復運動させることにより、ビーム変動によってドーズ量が変化してしまう影響を低減させる。
【００５２】
記憶部６６は、設定部６２にて受け付けた複数のイオン注入工程の各注入条件を保持する。記憶部６６は、各注入条件を実現するために上述のセットアップ工程にて決定部６４が決定した各種パラメータを保持する。
【００５３】
実行部６８は、記憶部６６に保持される各注入条件および各種パラメータに基づき、イオン注入装置１０を構成する各機器を動作させて複数のイオン注入工程を実行する。実行部６８は、記憶部６６に保持される各種パラメータにしたがって、往復走査される前のイオンビームが所望のイオン種、注入エネルギー、ビーム電流量、ビーム電流密度を有するように各機器を動作させる。また、実行部６８は、記憶部６６に保持されるツイスト角およびチルト角の設定に基づいて、ツイスト角調整機構５６およびチルト角調整機構５８の動作を制御してウェハＷのツイスト角およびチルト角を調整する。
【００５４】
また、実行部６８は、記憶部６６に保持される走査パラメータに基づいてイオンビームを往復走査させるための制御波形を生成してビーム走査器２６に出力し、イオンビームが所定の走査速度分布で走査されるようにする。実行部６８は、記憶部６６に保持されるウェハ移動速度パラメータと第２ビーム計測器４４の測定結果に基づいて往復運動機構５４を動作させ、ウェハＷが所望の移動速度で往復運動されるようにする。このようにして、実行部６８は、セットアップ工程にて決定されたパラメータに基づいて各機器を動作させ、設定された注入条件にしたがったイオン注入工程を実行する。
【００５５】
制御装置６０は、注入条件の異なる複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実施する場合に、各注入条件を実現するパラメータを決定するための「セットアップ工程」を複数のイオン注入工程を実行する前に一括的に実行する。言い換えれば、複数のイオン注入工程間で注入条件を切り替える際、上述の「セットアップ工程」を実行せず、事前に一括して決定されたパラメータを読み込むことで注入条件の切り替える。また、複数の注入工程間で共通する注入条件や関連する注入条件がある場合に、決定済みのパラメータをそのまま流用したり、決定済みのパラメータに所定の演算処理を施して別の注入工程用のパラメータを算出したりすることで、セットアップ工程にかかる時間を短縮化する。
【００５６】
以下、このようなセットアップ工程について具体例を挙げて説明する。まず、実施しようとする複数のイオン注入工程の注入条件について述べ、次に、その注入条件を実現するための一括セットアップ工程について述べる。
【００５７】
［複数のイオン注入工程］
本実施の形態では、注入条件の異なる複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実行することにより、一枚のウェハに対して所望のイオン注入処理を実現する。本実施の形態では、注入条件の異なる４回のイオン注入工程を同一ウェハに実行する。各イオン注入工程は、ウェハのチルト角が０度ではない同一の角度となるように設定されるとともに、ウェハのツイスト角が互いに異なる角度（例えば、０度、９０度、１８０度、２７０度）となるように設定される。また、各イオン注入工程は、ウェハ面内のドーズ量分布が所望の不均一形状となるように設定され、ウェハ面内の領域ごとに照射されるイオンビームの電流密度分布が変化するように各注入条件が設定される。
【００５８】
図８は、高チルト角注入工程を模式的に示す図であり、ウェハのチルト角θが０度ではない角度に設定される場合の注入工程を示す。図８は、ゲート８０、ドレイン領域８３およびソース領域８４がウェハ処理面Ａに形成されているウェハＷに対してイオンビームＢを傾けて照射することにより、ゲート８０の下部にイオンを注入してハロー注入領域８５を形成する様子を示している。ウェハのチルト角θは、ゲート８０の下部へのイオン注入が可能となるように数度以上、好ましくは、十度以上となるように設定される。このチルト角θは、ウェハＷの結晶性を考慮してウェハ処理面Ａを少しだけ傾ける注入処理よりも角度θが大きくなるように設定される。本明細書において、このような注入工程のことを「高チルト角注入工程」ともいう。このような「高チルト角注入工程」は、本実施の形態のようにハロー注入領域を形成するためになされてもよいし、それ以外の目的でなされてもよい。
【００５９】
図９（ａ）〜（ｄ）は、ツイスト角φの変化を模式的に示す図である。ツイスト角φは、アライメントマーク８８が形成される位置（ノッチ位置）を基準としてウェハＷを回転させることにより調整される。図９（ａ）は、ノッチ位置を基準としてツイスト角φが所定の角度φ０となる状態を示しており、図９（ｂ）〜（ｄ）は、図９（ａ）のツイスト角φ０を基準として、それぞれ９０度、１８０度、２７０度だけツイスト角φを変化させた状態を示している。また、図９（ａ）〜（ｄ）では、第１方向に延在するゲート８１と、第１方向と直交する第２方向に延在するゲート８２とがウェハ処理面に形成されるウェハＷを注入処理の対象としている。
【００６０】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、ツイスト角φが異なる高チルト角注入工程を模式的に示す図であり、それぞれが図９（ａ）〜（ｄ）に示すウェハＷに対応する。ウェハＷにチルト角θ＝θ０を設定するとともに、ツイスト角φを変えながら複数回の注入工程を実行することで、ゲートの延在方向が互いに異なるゲート８１とゲート８２の双方の直下にハロー注入領域８５ａ〜８５ｄを形成できる。図１０（ａ）に示すように、第１方向に延びるゲート８１がｘ方向となるようにツイスト角φを設定することで、ゲート８１に隣接してゲート８１の一方側に第１ハロー注入領域８５ａを形成する。また、図１０（ｃ）に示すようにツイスト角φを１８０度回転させることにより、ゲート８１の反対側に第３ハロー注入領域８５ｃを形成する。同様にして、図１０（ｂ）に示すように第２方向に延びるゲート８２がｘ方向となるようにツイスト角φを９０度回転させることにより、ゲート８２に隣接してゲート８２の一方側に第２ハロー注入領域８５ｂを形成する。また、図１０（ｄ）に示すようにツイスト角φを２７０度回転させることにより、ゲート８２の反対側に第４ハロー注入領域８５ｄを形成する。このようにして、ツイスト角φを変えながら高チルト角注入工程を実施することで、異なる方向に延びるゲートの両側、つまり、ドレイン領域とソース領域の双方に対応する箇所にハロー注入領域を形成できる。
【００６１】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、ウェハ処理面内のドーズ量分布を不均一形状としたツイスト角が互いに異なる高チルト角注入工程を模式的に示す図であり、上述の図６（ａ）と同じドーズ量分布を目標値とする場合を示している。ウェハ処理面内のドーズ量分布形状はウェハＷのアライメントマーク８８を基準に設定され、各注入工程においてツイスト角が変更される場合であっても、アライメントマーク８８に対して同じドーズ量分布形状となるように各注入条件が定められる。したがって、図１１（ａ）〜（ｄ）に示されるように、ウェハＷが回転してツイスト角が変化すると、イオンビームから見た高ドーズ量領域９２の位置は、同様に回転した位置に変化する。
【００６２】
以下の説明において、図１１（ａ）〜（ｄ）に対応する注入工程を第１注入工程、第２注入工程、第３注入工程、第４注入工程という。また、図１１（ａ）の第１注入工程に係る注入条件を第１注入条件といい、図１１（ｂ）の第２注入工程に係る注入条件を第２注入条件といい、図１１（ｃ）の第３注入工程に係る注入条件を第３注入条件といい、図１１（ｄ）の第４注入工程に係る注入条件を第４注入条件という。
【００６３】
図１１（ａ）〜（ｄ）に示す不均一形状のドーズ量分布を実現するため、ウェハ処理面上に複数の領域が設定され、各領域に照射するイオンビームのビーム電流密度分布が可変となるように注入条件が設定される。より具体的には、図６（ａ）のように、ウェハ処理面上の領域がウェハの往復運動方向に連続して設定される複数の短冊状の領域に分割され、図６（ｂ）〜（ｄ）のように、複数の領域のそれぞれに対してドーズ量分布の目標値が設定される。なお、上述の図６（ａ）〜（ｄ）は、第１注入工程の第１注入条件に対応する。以下の説明において、図６（ａ）に示す領域Ｙ１１〜Ｙ１４のそれぞれを別の注入工程の領域と区別するために、第１注入工程の第１領域Ｙ１１、第１注入工程の第２領域Ｙ１２、第１注入工程の第３領域Ｙ１３、第１注入工程の第４領域Ｙ１４ともいう。
【００６４】
同様に、図１１（ｂ）に示す第２注入工程の第２注入条件として、ウェハ処理面上に複数の領域が設定されるとともに、領域別のドーズ量分布の目標値の設定される。図１２（ａ）は、第２注入工程におけるウェハ処理面上に設定される複数の領域Ｙ２１〜Ｙ２４を模式的に示す図である。図１２（ｂ）は、第２注入工程の第１領域Ｙ２１および第４領域Ｙ２４に対応するドーズ量分布を示し、図１２（ｃ）は、第２注入工程の第２領域Ｙ２２に対応するドーズ量分布を示し、図１２（ｄ）は、第２注入工程の第３領域Ｙ２３に対応するドーズ量分布を示す。
【００６５】
また、図１１（ｃ）に示す第３注入工程について同様に注入条件が設定される。図１３（ａ）は、第３注入工程におけるウェハ処理面上に設定される複数の領域Ｙ３１〜Ｙ３４を模式的に示す図である。図１３（ｂ）は、第３注入工程の第１領域Ｙ３１および第４領域Ｙ３４に対応するドーズ量分布を示し、図１３（ｃ）は、第３注入工程の第２領域Ｙ３２に対応するドーズ量分布を示し、図１３（ｄ）は、第３注入工程の第３領域Ｙ３３に対応するドーズ量分布を示す。これら複数の領域および領域別のドーズ量分布の目標値は、第３注入条件として予め設定される。
【００６６】
さらに、図１１（ｄ）に示す第４注入工程について同様に注入条件が設定される。図１４（ａ）は、ウェハ処理面上に設定される複数の領域Ｙ４１〜Ｙ４４を模式的に示す図である。図１４（ｂ）は、第４注入工程の第１領域Ｙ４１および第４領域Ｙ４４に対応するドーズ量分布を示し、図１４（ｃ）は、第４注入工程の第２領域Ｙ４２に対応するドーズ量分布を示し、図１４（ｄ）は、第４注入工程の第３領域Ｙ４３に対応するドーズ量分布を示す。これら複数の領域および領域別のドーズ量分布の目標値は、第４注入条件として予め設定される。
【００６７】
なお、本実施の形態に係る第１注入条件、第２注入条件、第３注入条件、及び、第４注入条件には、１）イオン種、２）注入エネルギー、３）ビーム電流量、４）ビーム電流密度について同じ条件が設定される。変形例においては、これらの条件の少なくとも一部が注入工程間で異なるように設定されてもよい。
【００６８】
［ビームセットアップ工程］
つづいて、上述の第１注入条件から第４注入条件までのそれぞれを実現するための一括セットアップ工程について述べる。一括セットアップ工程は、第１注入工程の各種パラメータを決定するための第１セットアップ工程と、第２注入条件の各種パラメータを決定するための第２セットアップ工程と、第３注入条件の各種パラメータを決定するための第３セットアップ工程と、第４注入条件の各種パラメータを決定するための第４セットアップ工程とを含む。
【００６９】
第１セットアップ工程は、第１注入条件として設定される各種条件のうち、ウェハ全体に共通する条件に関するパラメータを決定する共通パラメータ設定工程と、ウェハ処理面の領域別に設定される条件に関するパラメータを決定する複数の領域別パラメータ設定工程とを含む。共通パラメータ設定工程では、注入条件のうち、１）イオン種、２）注入エネルギー、３）ビーム電流、４）ビーム電流密度、７）チルト角、８）ツイスト角を調整するための各種パラメータを決定する。領域別パラメータ設定工程では、領域別に走査パラメータとウェハ移動速度パラメータを決定する。
【００７０】
第１セットアップ工程の領域別パラメータ設定工程では、図６（ａ）に示した複数の領域Ｙ１１〜Ｙ１４のそれぞれについて走査パラメータとウェハ移動速度パラメータを決定する。図１５（ａ）は、第１領域Ｙ１１の走査パラメータを示し、ウェハ処理面に照射されるイオンビームのビーム電流密度分布が図６（ｂ）に示す均一なドーズ量分布に対応した形状となるように決定される。図１５（ｂ）は、第２領域Ｙ１２の走査パラメータを示し、ビーム電流密度分布が図６（ｃ）に示す不均一なドーズ量分布に対応した形状となるように決定される。図１５（ｃ）は、第３領域Ｙ１３の走査パラメータを示し、ビーム電流密度分布が図６（ｄ）に示す不均一なドーズ量分布に対応した形状となるように決定される。これら第１領域Ｙ１１、第２領域Ｙ１２及び第３領域Ｙ１３の走査パラメータは、センターカップ４２をビーム走査方向に移動させて取得されるビーム電流密度分布の測定結果に基づいて個別に調整されて決定される。決定された走査パラメータは、記憶部６６に保持される。
【００７１】
一方、第４領域Ｙ１４の走査パラメータは、ビーム電流密度分布の測定結果に基づいて調整されて決定されるのではなく、既に決定された第１領域Ｙ１１の走査パラメータが第４領域Ｙ１４の走査パラメータとしてそのまま流用される。目標とするドーズ量分布が第１領域Ｙ１１と第４領域Ｙ１４とで共通するためである。したがって、第４領域Ｙ１４の走査パラメータは、図１５（ａ）に示す走査パラメータとなる。これにより、第４領域Ｙ１４の領域別パラメータ設定工程を実質的に省略でき、第１セットアップ工程にかかる時間を短縮化できる。
【００７２】
第２セットアップ工程は、第１セットアップ工程の次に実行される。第２セットアップ工程の共通パラメータ設定工程では、第１注入条件とは異なる条件についてのみパラメータ調整がなされる。本実施の形態では、上述の注入条件のうち、８）ツイスト角のみが異なることから、８）ツイスト角に関するパラメータのみが調整され、その他の注入条件に関するパラメータについては、第１セットアップ工程にて決定されたパラメータがそのまま流用される。これにより、第２セットアップ工程にかかる時間が短縮化される。
【００７３】
第２セットアップ工程の領域別パラメータ設定工程では、図１２（ａ）に示した複数の領域Ｙ２１〜Ｙ２４のそれぞれについて走査パラメータとウェハ移動速度パラメータを決定する。図１６（ａ）〜（ｃ）は、第２注入工程における領域別の走査パラメータを模式的に示すグラフである。図１６（ａ）は、第２注入工程の第１領域Ｙ２１および第４領域Ｙ２４の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、第１注入工程における第１領域Ｙ１１の走査パラメータと同じであり、既に決定された第１注入工程の第１領域Ｙ１１の走査パラメータが第２注入工程の第１領域Ｙ２１及び第４領域Ｙ２４の走査パラメータとしてそのまま流用される。これにより、第２セットアップ工程にかかる時間が短縮化される。
【００７４】
一方、第２注入工程の第２領域Ｙ２２及び第３領域Ｙ２３のドーズ量分布は、第１注入工程の各領域Ｙ１１〜Ｙ１４のドーズ量分布と一致しないため、ビーム電流密度分布の測定結果に基づいて個別に調整されて決定される。図１６（ｂ）は、第２領域Ｙ２２の走査パラメータを示し、ビーム電流密度分布が図１２（ｃ）に示す不均一なドーズ量分布に対応した形状となるように決定される。図１６（ｃ）は、第３領域Ｙ２３の走査パラメータを示し、ビーム電流密度分布が図１２（ｄ）に示す不均一なドーズ量分布に対応した形状となるように決定される。決定された走査パラメータは、記憶部６６に保持される。
【００７５】
第３セットアップ工程は、第２セットアップ工程の次に実行される。第３セットアップ工程の共通パラメータ設定工程は、第２セットアップ工程と同様に実行される。第３セットアップ工程の領域別パラメータ設定工程では、第１セットアップ工程にて決定された走査パラメータに基づいて、図１３（ａ）に示した複数の領域Ｙ３１〜Ｙ３４の走査パラメータが決定される。図１３（ｃ）に示す第３注入工程の第２領域Ｙ３２のドーズ量分布は、図６（ｄ）に示す第１注入工程の第３領域Ｙ１３のドーズ量分布と左右対称な形状であり、図１３（ｄ）に示す第３注入工程の第３領域Ｙ３３のドーズ量分布は、図６（ｃ）に示す第１注入工程の第２領域Ｙ１２のドーズ量分布と左右対称な形状である。そのため、対称性を利用した演算処理により、第１注入工程の走査パラメータに基づいて第３注入工程の走査パラメータを決定することができる。ここで、左右対称とは、ウェハの往復運動方向に延びる直線に対して線対称な形状であることをいう。
【００７６】
図１７（ａ）は、第３注入工程の第１領域Ｙ３１および第４領域Ｙ３４の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、第１注入工程における第１領域Ｙ１１の走査パラメータと同じであり、既に決定された第１注入工程の第１領域Ｙ１１の走査パラメータが第３注入工程の第１領域Ｙ３１及び第４領域Ｙ３４の走査パラメータとしてそのまま流用される。
【００７７】
図１７（ｂ）は、第３注入工程の第２領域Ｙ３２の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、図１５（ｃ）に示す第１注入工程の第３領域Ｙ１３の制御波形を時間軸について反転（左右反転）するとともに、電圧軸について反転（上下反転）することにより得られる。図１７（ｃ）は、第３注入工程の第３領域Ｙ３３の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、図１５（ｂ）に示す第１注入工程の第２領域Ｙ１２の制御波形を時間軸について反転（左右反転）するとともに、電圧軸について反転（上下反転）することにより得られる。
【００７８】
したがって、第３注入工程の第２領域Ｙ３２及び第３領域Ｙ３３の走査パラメータは、第１注入工程の第３領域Ｙ１３及び第２領域Ｙ１２の走査パラメータに所定の演算処理を施すことにより決定できる。このように、第３セットアップ工程の領域別パラメータ設定工程では、第１注入工程の走査パラメータに基づいた所定の演算処理のみによって第３注入工程の走査パラメータを決定できる。これにより、第３セットアップ工程にかかる時間を短縮化できる。
【００７９】
第４セットアップ工程は、第３セットアップ工程の次に実行される。第４セットアップ工程は、第３セットアップ工程と同様に実行され、第１セットアップ工程または第２セットアップ工程にて決定された走査パラメータに基づいて第４注入工程の各領域の走査パラメータが決定される。図１８（ａ）は、第４注入工程の第１領域Ｙ４１および第４領域Ｙ４４の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、第１注入工程における第１領域Ｙ１１の走査パラメータがそのまま流用される。
【００８０】
図１８（ｂ）は、第４注入工程の第２領域Ｙ４２の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、図１６（ｃ）に示す第２注入工程の第３領域Ｙ２３の制御波形を時間軸について反転（左右反転）するとともに、電圧軸について反転（上下反転）することにより得られる。図１８（ｃ）は、第４注入工程の第３領域Ｙ４３の走査パラメータを示す。この走査パラメータは、図１６（ｂ）に示す第２注入工程の第２領域Ｙ２２の制御波形を時間軸について反転（左右反転）するとともに、電圧軸について反転（上下反転）することにより得られる。
【００８１】
このように、第４注入工程についても、第１注入工程または第２注入工程のいずれかの領域の走査パラメータに所定の演算処理を施すことにより、第４注入工程の各領域の走査パラメータを決定できる。これにより、第４セットアップにかかる時間を短縮化できる。
【００８２】
なお、決定済みの走査パラメータに基づいて別の走査パラメータを決定する設定方法については、予め注入条件の一部として設定部６２から登録される。例えば、第２注入工程の第１領域Ｙ２１の走査パラメータとして、第１セットアップ工程にて決定された第１注入工程の第１領域Ｙ１１の走査パラメータを流用する設定方法が登録される。また、第３注入工程の第２領域Ｙ３２の走査パラメータとして、第１セットアップ工程にて決定された第１注入工程の第３領域Ｙ１３の走査パラメータに所定の反転処理を施した走査パラメータを用いる設定方法が登録される。
【００８３】
以上の構成を有するイオン注入装置１０の動作を説明する。図１９は、イオン注入装置１０の動作過程を示すフローチャートである。最初に一括セットアップ工程を実行して第１注入工程から第４注入工程の実行に必要な各種パラメータを決定する（Ｓ１０）。つづいて注入処理対象となるウェハを注入処理室１６に搬入し（Ｓ１２）、搬入したウェハ処理面に対して第１注入工程を実行する（Ｓ１４）。つづいて、第２注入工程の各種パラメータを読み込むことにより注入条件を切り替えて第２注入工程を実行し（Ｓ１６）、第３注入工程の注入条件に切り替えて第３注入工程を実行し（Ｓ１８）、第４注入工程の注入条件に切り替えて第４注入工程を実行する（Ｓ２０）。次のウェハへの注入処理が必要であれば（Ｓ２２のＹ）、処理済みのウェハと処理前のウェハを交換し（Ｓ２４）、Ｓ１４〜Ｓ２２の工程を繰り返す。次のウェハへの注入処理が必要でなければ（Ｓ２２のＮ）、処理済みのウェハを注入処理室１６から搬出し（Ｓ２６）、本フローを終了する。
【００８４】
本実施の形態によれば、注入条件の異なる複数のイオン注入工程を同一ウェハに連続的に実施する場合であっても、ウェハへの注入処理を開始する前に全てのイオン注入工程に係る各種パラメータを一括して決定しておくことができる。そのため、注入工程間で注入条件を変更する場合であっても変更時にセットアップ工程を実施する必要がなく、一括決定されたパラメータを読み込むことで注入条件の変更を実現できる。その結果、注入条件を変更するたびにセットアップ工程を実行する場合と比べて、一枚のウェハへの注入処理にかかる時間を短縮できる。また、複数枚のウェハへの注入処理を連続的に実行する場合であっても、既に決定されたパラメータを順次読み込んで二枚目以降の注入処理を実行できるため、複数枚のウェハへの注入処理にかかる時間も短縮できる。したがって、本実施の形態によれば、ツイスト角を変えながらドーズ量分布が不均一形状となる複数の注入工程を利用してウェハ処理面内に不均一注入を実施する場合であっても、注入精度を高く維持したままで注入条件の切り替えに伴う生産性の低下を抑制できる。
【００８５】
本実施の形態によれば、複数のイオン注入工程のウェハ処理面内の目標ドーズ量分布形状が異なる場合であっても、領域別のドーズ量分布形状が同一である場合には、いずれか一つの領域について決定された各種パラメータを他の領域に流用する。そのため、複数の注入工程の各領域についてビーム電流密度分布の測定結果に基づくパラメータ調整を個別に実施する場合と比べてセットアップ工程にかかる時間を短縮化できる。また、領域別のドーズ量分布形状が異なる場合であっても、ドーズ量分布の対称性を利用した演算処理によって領域別の走査パラメータを求めるため、セットアップ工程にかかる時間のさらなる短縮化ができる。これにより、複数の注入工程を利用してウェハ処理面内に不均一注入を実施する場合であっても、注入精度を高く維持したままで注入条件の切り替えに伴う生産性の低下をさらに抑制できる。
【００８６】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
【００８７】
上述の実施の形態では、複数のイオン注入工程のチルト角が０度ではない互いに同一の角度となるように各注入条件が定められる場合を示した。変形例においては、複数のイオン注入工程のチルト角が０度ではないものの、互いに異なる角度となるように各注入条件が定められてもよい。また、一部の注入工程についてチルト角を０度とし、それ以外の注入工程のチルト角を０度ではない角度としてもよい。また、複数のイオン注入工程のチルト角を全て０度としてもよい。
【００８８】
ウェハ処理面に入射するイオンビームの発散角が小さければ、つまり、ウェハ処理面に向かうイオンビームの平行度が高ければ、チルト角を０度にしてツイスト角を変更したとしても注入領域の形成態様にそれほど差がないかもしれない。具体的には、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、ツイスト角を変更することによってハロー注入領域が形成される箇所が変化するような影響が生じにくいかもしれない。しかしながら、ウェハ処理面に照射されるイオンビームは多少の発散角を有しており、イオンビームを構成するイオンの進行方向にばらつきが存在する。また、イオンビームを構成するイオンの進行方向のばらつきはビーム進行方向に対して対称ではないかもしれないため、ツイスト角の変更に伴って注入領域の形成態様に差が生じるおそれがある。そのため、チルト角を０度にする場合であっても、各ツイスト角の注入工程においてドーズ量分布形状を精度良く調整する必要が生じうる。本実施の形態によれば、このような条件下で複数のイオン注入工程を実施する場合であっても、各注入条件を実現するための各種パラメータを精度良く短時間で決定することができるため、注入処理の品質と生産性を両立させることができる。
【００８９】
上述の実施の形態では、複数種類の注入条件のうち、ドーズ量分布について領域別の設定がなされる場合を示した。変形例においては、その他の種類の注入条件についても領域別に条件設定がなされてもよい。例えば、２）注入エネルギーを領域別に設定するとともに、イオンビームが照射される領域によってイオンビームの注入条件が切り替えられるようにして注入工程を実行してもよい。この場合、上述のセットアップ工程に含まれる領域別パラメータ設定工程において、領域別に注入エネルギーを切り替えるためのエネルギー調整機構の設定パラメータが決定される。
【００９０】
上述の実施の形態では、ドーズ量分布の対称性を利用して領域別の走査パラメータを演算処理により求める場合について示した。変形例においては、複数のドーズ量分布の設定を加算、減算、乗算もしくは除算をすることにより特定の領域のドーズ量分布を実現できる場合に、決定された複数の走査パラメータを適宜組み合わせる演算処理をして領域別の走査パラメータを算出してもよい。これにより、対称性を有しないドーズ量分布が設定される場合であっても、演算処理によって各領域の走査パラメータを決定できる。
【００９１】
上述の実施の形態では、イオンビームに電界を印加して走査させる電界式のビーム走査器を用いる場合について示した。変形例においては、イオンビームに磁界を印加して走査させる磁界式のビーム走査器を用いてもよい。この場合、上述の領域別の走査パラメータは、磁界式のビーム走査器により走査されるイオンビームの走査速度分布が所望の分布となるように領域別パラメータ設定工程にて決定される。
【符号の説明】
【００９２】
Ｂ…イオンビーム、Ｗ…ウェハ、１０…イオン注入装置、２６…ビーム走査器、５０…プラテン動作装置、５４…往復運動機構、５６…ツイスト角調整機構、５８…チルト角調整機構、６０…制御装置、６２…設定部、６４…決定部、６６…記憶部、６８…実行部、８８…アライメントマーク。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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