(57)【要約】【課題】  電気的特性のばらつきが小さい半導体装置を量産することが可能なイオン注入装置を提供する。【解決手段】  イオン注入装置は、処理基板１６の任意の複数の領域に対するそれぞれの注入角度が設定値を有するイオンビームを照射するイオン照射部４を含む。注入角度計測部１４は、イオン照射部と処理基板１６との間に配設され、それぞれの注入角度を計測する。制御部１８は、注入角度計測部からの情報に応じて、それぞれの注入角度の相互間の違いが±０．１°以下となるようにイオン照射部を制御する。【選択図】      図１
2005285518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板の任意の複数の領域に対するそれぞれの注入角度が設定値を有するイオンビームを照射するイオン照射部と、
前記イオン照射部と前記処理基板との間に配設され、且つ前記注入角度を０．１°以下の精度で観測でき、且つそれぞれの前記注入角度を計測する注入角度計測部と、
前記注入角度計測部からの情報に応じて、それぞれの前記注入角度の相互間の違いが±０．１°以下となるように前記イオン照射部を制御する制御部と、
を具備することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記処理基板の結晶方位に対する切り出し角度と、それぞれの前記注入角度と、の差分が予め設定された範囲に収まるように前記イオン照射部を制御する機能をさらに有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】
前記処理基板を保持し、且つ傾きが変化することによりそれぞれの前記注入角度を変化させる基板保持部をさらに具備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４】
前記制御部は、前記処理基板の結晶方位に対する切り出し角度と、それぞれの前記注入角度と、の差分が予め設定された範囲に収まるように前記基板保持部を制御する機能をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
処理基板の任意の複数の領域に対するそれぞれの注入角度が設定値を有するイオンビームを照射する工程と、
それぞれの前記注入角度を計測する工程と、
それぞれの前記注入角度の相互間の違いが±０．１°以下となるように、前記任意の複数の領域のそれぞれにおける前記イオンビームの軌道を変化させる工程と、
を具備することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
前記イオンビームを照射する工程は、前記処理基板の結晶方位に対する切り出し角度と、前記任意の複数の領域に対するそれぞれの前記注入角度と、のそれぞれの差分が予め設定された範囲に収まるように前記イオンビームの前記軌道を変化させる工程を含むことを特徴とする請求項５に記載のイオン注入方法。
【請求項７】
前記イオンビームを照射する工程は、前記処理基板の傾きを変化させる工程を含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合、半導体装置は、１つの半導体基板（ウェハ）上に複数個同時に形成される。その際、歩留りの向上のために各半導体装置（チップ）の電気的特性のばらつきを抑えることが要請される。電気的特性を決定する１つの要因として、半導体基板に注入された不純物のプロファイルおよびドーズ量が挙げられる。すなわち、不純物濃度のピーク位置を含む不純物のプロファイル、およびドーズ量等を、各半導体装置間で均一にすることが求められる。さらに、異なる半導体基板に形成された半導体装置間においても、電気的特性を揃えることが同様に重要である。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開平6-325723号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置の電気的特性のばらつきを抑制可能なイオン注入装置およびイオン注入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】
【０００５】
本発明の第１の視点によるイオン注入装置は、処理基板の任意の複数の領域に対するそれぞれの注入角度が設定値を有するイオンビームを照射するイオン照射部と、前記イオン照射部と前記処理基板との間に配設され、それぞれの前記注入角度を計測する注入角度計測部と、前記注入角度計測部からの情報に応じて、それぞれの前記注入角度の相互間の違いが±０．１°以下となるように前記イオン照射部を制御する制御部と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の視点によるイオン注入方法は、処理基板の任意の複数の領域に対するそれぞれの注入角度が設定値を有するイオンビームを照射する工程と、それぞれの前記注入角度を計測する工程と、それぞれの前記注入角度の相互間の違いが±０．１°以下となるように、前記任意の複数の領域のそれぞれにおける前記イオンビームの軌道を変化させる工程と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
更に、本発明に係る実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気的特性のばらつきが小さい半導体装置を量産することが可能なイオン注入装置およびイオン注入方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者等は、本発明の開発の過程において、不純物の濃度プロファイルおよびドーズ量（以下、単に濃度プロファイル）のばらつきを抑制することにより、半導体装置の電気的特性のばらつきを抑制する方法について研究した。その結果、本発明者等は、以下に述べるような知見を得た。
【００１０】
不純物を注入する際に行われるイオン注入は、チャネリングという現象により影響を受ける。チャネリングとは、イオンビームが打ち込まれる方向が半導体基板の結晶方向に沿っていると、沿っていない場合に注入された濃度プロファイルのピーク値よりも深い位置に不純物が多く注入される現象である。チャネリングの発生量は、半導体基板に対する注入角度（垂直度）に依存し、注入角度がばらつくことにより不純物の濃度プロファイルがばらつく。よって、不純物の濃度プロファイルを半導体装置間で均一にするためには、注入角度を半導体装置間で均一にすることが重要である。
【００１１】
現在、１つの半導体基板上の各位置における注入角度のばらつき（平行度）は高く、±０．３°〜０．５°程度である。その理由は、半導体基板の面積が大きく、イオンが注入される領域が広範囲に亘ること、およびイオンビームの軌道を電気的にスキャンして各位置において等しい注入角度を実現することは非常に難しいこと等である。このため、水平度を制御することによりチャネリングの発生量を制御して、半導体装置間での特性のばらつきを制御する試みはなされてこなかった。
【００１２】
そこで、チャネリングの発生量の制御ではなく、他の方法によりチャネリングの発生量のばらつきに起因した半導体装置間の特性のばらつきを軽減する方法が検討された。その１つとして特にチャネリングが起こり易い軽いイオンが高いエネルギーで半導体基板に注入される際、半導体基板に対してイオンビームの軌道を所定の角度（例えば７°）傾ける手法が有効であると見出された。この手法を用いることにより、チャネリングの発生量のばらつきに起因した半導体装置の電気的特性のばらつきの発生が防止されてきた。
【００１３】
しかしながら、この手法にも問題点が存在する。通常、リソグラフィー技術を用いてイオンが注入される領域に開口を有するマスク材が半導体基板上に予め形成され、この開口を介してイオンが注入される。このため、イオンビームが傾けて注入されると、半導体基板の平面方向において、不純物の分布特性が不均一となる。すなわち、開口周辺のマスク直下の領域には、傾いた軌道を有するイオンビームが開口から斜めに進行して到達可能な部分にしかイオンが注入されない（シャドーイング）。よって、平面において開口の縁と相似形状を有する不純物分布を得られない。
【００１４】
このような問題を解消するために、半導体基板を平面において９０°または１８０°ずつ回転させ、その度にイオンを注入する方法が考えられた。しかしながら、この場合も、平面における不純物分布の不均一を多少緩和できるが十分ではない。さらに、処理工程の回数が増加する問題が生じる。
【００１５】
また、チャネリングによる影響を抑制する方法の他の１つして、処理基板上に形成された絶縁膜を介してイオンを注入することが知られている。しかしながら、やはり処理工程が増加する問題を回避することはできず、また、絶縁膜の膜質または膜厚のばらつきにより、不純物の分布特性を良好に制御できない。
【００１６】
以上述べたように、チャネリングの発生量のばらつきに起因した半導体装置の特性のばらつきを抑制する方法は、シャドーイングの発生および処理工程の増加を防ぐことができず、十分ではなかった。
【００１７】
以下に、このような知見に基づいて構成された本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１８】
（第１実施形態）
上記したように、従来、半導体装置の特性のばらつきを抑制するためにチャネリングの発生量を制御することは行われてこなかった。その理由の１つは、従来、注入角度および注入角度のばらつきを高精度で制御することが困難であったことである。しかしながら、近時の技術の進歩により、高精度で注入角度および注入角度のばらつきを制御可能となってきた。
【００１９】
まず、高精度で注入角度および注入角度のばらつきを制御可能なイオン注入装置およびイオン注入方法の構成の一例について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置１の主要部を概略的に示している。図１に示すように、イオン注入装置１は、イオン照射部４、注入角度計測部１４、基板保持部１５、制御部１８を有する。基板保持部１５上には、処理基板１６が配置される。
【００２０】
イオン照射部４は、処理基板１６に対する注入角度が所定の値とされた、複数の異なる軌道を有するイオンビームを処理基板１６に向けて照射する機能を有する。すなわち、イオンビーム照射部４は、イオンビーム１７を発生し、イオンビーム１７を複数の軌道へと拡散し、拡散された複数のイオンビーム１７の軌道を平行にし、平行にされた複数のイオンビーム１７の軌道を処理基板１６に向かって変化させる。イオン照射部４は、例えば、イオンビーム発生部１１、静電スキャナー１２、コリメータマグネット１３を有する。
【００２１】
イオンビーム発生部１１は、イオン源、アナライザーマグネット、加速管等（何れも図示せぬ）を有する。アナライザーマグネットは、イオン源が発生するイオンの中から目的のイオンを選択的に取り出す。加速管は、イオンを所望のエネルギーまで加速し、照射する。
【００２２】
イオンビーム発生部１１から照射されたイオンビーム１７は、静電スキャナー１２に進入する。静電スキャナー１２は、直線形状の軌道に沿って入射したイオンビーム１７を、適当な広さを有する放射状になるようにイオンビーム１７の軌道を変更する。拡散されたイオンビーム１７は、コリメータマグネット１３へと進入する。コリメータマグネット１３は、進入したイオンビーム１７を処理基板（半導体基板）１６に向かう方向へと導くとともに、放射状に進入したイオンビーム１７の軌道が平行となるように誘導する。
【００２３】
コリメータマグネット１３から進行する各イオンビーム１７は、注入角度計測部１４を通過する。注入角度計測部１４は、イオンビーム１７の処理基板１６に対する入射角度、および入射角度のばらつきを計測する。注入角度計測部１４を通過したイオンビーム１７は、次いで、処理基板１６に到達する。基板保持部１５は、イオン注入処理の間処理基板１６を保持し、例えば静電チャックを有するプラテンから構成される。制御部１８は、注入角度計測部１４により計測された角度に応じた情報を供給され、この情報に応じてイオンビーム１７が所望の軌道を有するように、コリメータマグネット１３を制御する。すなわち、コリメータマグネット１３のマグネット電流を変化させることにより、磁場強度を調整することにより、イオンビーム１７の軌道が微調整される。
【００２４】
イオン照射部４は、図１の構成に加えて、図２に示すように、例えばデフレクター１９を有する構成とすることもできる。デフレクター１９は、例えば適当な電場を発生させることにより、イオンビーム１７の軌道を処理基板１６に向かう方向へと導く。デフレクター１９により軌道を変更された各イオンビーム１７が注入角度計測部１４を通過する。制御部１８は、注入角度計測部１４からの情報に応じて、イオンビーム１７が所望の軌道を有するように、コリメータマグネット１３の磁場およびデフレクター１９の電場を制御する。
【００２５】
図３は、注入角度計測部１４の主要部を概略的に示している。図３に示すように、注入角度計測部１４は、第１プレート２１、第２プレート２２、イオンの電荷量を計測する３つの電荷量計測器２４〜２６を有する。電荷量計測器２４〜２６は、例えばファラデーカップ等から構成される。第１プレート２１および第２プレート２２は、相互に距離を有してほぼ平行に配置されている。電荷量計測器２４〜２６は、相互に距離を有して、第１プレート２１および第２プレート２２と平行な方向に沿って配置されている。
【００２６】
第１プレート２１は、相互に距離を有する開口３１〜３３を有する。第２プレート２２も同様に、相互に距離を有する開口３４〜３６を有する。開口３１〜３６の、第１プレート２１および第２プレート２２の平面方向における形状および相互の位置関係は、図４のようになっている。すなわち、開口３４、開口３５、開口３６は、開口３１、開口３２、開口３３の面積より、それぞれ大きい面積を有する。開口３２と開口３５とは、それぞれの中心が同じ位置に位置しており、開口３２全体が開口３５内に位置する。開口３１の上半分のみが開口３４と重なり、開口３３の下半分のみが開口３６と重なる。図４の上下の方向は、イオンビーム１７の軌道の注入角度の減少に応じて、イオンビーム１７の軌道の傾きが変化する方向と一致している。
【００２７】
計測器２４〜２６によりそれぞれ計測される電荷量Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、注入角度計測部１４に対するイオンビーム１７の入射角度に依存するので、電荷量Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の比率から角度計測部１４の位置でのイオンビーム１７の入射角度が計測される。このように計測されたイオンビーム１７の入射角度は、処理基板１６に対するイオンビーム１７の注入角度と一致する。例えば、入射角度が垂直の場合、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３となる。一方、入射角度が変化すると、垂直からのずれが小さい場合、Ｉ２は変わらないが、入射角度に応じてＩ１とＩ３のいずれか一方が増加し、他方が同じ量減少する。この増加（減少）の比率から入射角度が算出される。
【００２８】
基板保持部１５に用いられる静電チャックとして、チャック面の平坦度が１μｍまで高めたものが用いられる。このような静電チャックによって、処理基板１６が吸着された状態でのステージ移動に対する処理基板１６の保持角度の揺らぎを７秒（７／３６００°）まで高めることができる。
【００２９】
また、イオンを注入される際の処理基板１６の状態は、別に設置した基準面と処理基板１６上の照射領域内の３点の高さ方向の距離が斜光アライメント法で観測される。これにより、処理基板１６の平坦度を高く保つことができる。この際の高さ方向の距離の観測精度は１μｍ以下である。この結果、処理基板１６の角度が０．００３°以下の精度で観測できる。
【００３０】
従来のイオン注入装置では、イオンビーム１７が照射される領域（照射領域）が、処理基板の大きさに応じて大きくなるため、照射領域全域に亘ってイオンビーム１７の平行度を高く保つことが困難であった。特に処理基板の全面に亘って高い平行度を確保しようとすると、コリメータマグネット１３を大きくせざるを得ない。しかしながら、コリメータマグネット１３は、もともと大きな装置であり、コリメータマグネット１３を処理基板の全面に対して高い平行度を実現できるほど巨大化することは現在、困難である。そこで、照射領域をチップサイズである一辺３０ｍｍの方形に限定することにより、照射領域の全域に亘って高い平行度を実現することができる。具体的には、平行度を±０．１°以下まで高めることができる。
【００３１】
以上のような構成のイオン注入装置を用いることにより、高い平行度を高精度で実現することができる。図５は、第１実施形態に係るイオン注入装置により注入された不純物のプロファイルを示している。本プロファイルは、±０．０７°の平行度で、１００ｋｅＶで加速されたホウ素（Ｂ）が、注入角度を０．１°ずつ変化させて注入された結果を示している。なお、処理基板１６の結晶切り出し角のばらつきによるプロファイルのばらつきの影響を取り除くために、１つの処理基板１６上に異なる注入角度で注入を行った際の結果を示している。
【００３２】
本発明者等は、上記したような高精度で注入角度および注入角度のばらつきを制御可能なイオン注入装置を用いてチャネリングの発生量を制御することを試みた。より詳しくは、チャネリングの発生量を制御することにより、チャネリングの発生による不純物濃度のばらつきを不純物の注入量の均一性、再現性と同程度の１％以下に抑えることを試みた。
【００３３】
半導体装置の電気的特性の１つに、トランジスタの閾値電圧がある。閾値電圧は、トランジスタのチャネル領域の不純物の濃度によって変化する。不純物濃度と閾値電圧との間の変化率は、トランジスタの構造と製造工程によっても変化するが、概ね、不純物濃度が１％変化すると１ｍＶ程度変化する。
【００３４】
不純物濃度のばらつきを１％以下に抑える方法を検討するために、ある同じ条件（注入イオン、加速エネルギー等）下で種々の注入角度での不純物を注入した際の注入深さを計測した。この結果を図６に示す。図６は、注入角度と注入深さとの関係を示している。図６に示すように、同じ条件で注入されたにも関わらず、注入角度が大きくなるに連れて、注入深さが浅くなっている。つまり平行度が悪くなるに連れてチャネリングの発生量にばらつきが生じるため、注入深さがばらつくことが読み取れる。例えば平行度０．３°（注入角度約０°（０．０５°）から０．３°までのばらつき）では、注入深さに最大で３０ｎｍ程度のばらつきが生じる。この深さのばらつきは、不純物濃度に換算すると、およそ３〜５％程度の不純物濃度のばらつきに相当する。この実験結果より、平行度が０．１°以下の範囲では、注入深さのばらつきが８ｎｍ程度となり、この場合の不純物濃度のばらつきは１％程度に相当する。したがって、チャネリングの発生量の違いに起因した不純物濃度のばらつきを１％以下とするために、平行度を±０．１°以下とすることが望ましいことが見出された。
【００３５】
次に、注入角度の変化による不純物プロファイルの均一性について説明する。図７は、注入角度を０°（処理基板に垂直）から０．３５°までの異なる４つの注入角度によってイオン注入した際の不純物プロファイルを示している。図７に示すように、各注入角度における不純物の濃度プロファイルは、相互に大きく異なることが分かる。特に、濃度のピーク値は、最大のピーク値（＝１．７２Ｅ１９）を有するプロファイルと、最小のピーク値（＝１．６０Ｅ１９）を有するプロファイルとの間では、ピーク値の違いは７％を越える。つまり、平行度が±０．３５°である場合、注入領域によってプロファイルのピーク値が７％を越えて変化することを意味している。
【００３６】
一方、図８は、注入角度を０°から０．１３°まで変化させた場合の不純物プロファイルの変化を示している。図８に示すように、注入角度を０．１３°まで変化させたとしても、不純物プロファイルは、全てほぼ一致する。最大のピーク値（＝１．６１Ｅ１９）を有するプロファイルと、最小のピーク値（＝１．６０Ｅ１９）を有するプロファイルとの間では、ピーク値の差は１％より小さい。なお、図８は、ピーク付近のプロファイルを拡大して示しているが、他の部分においても同様に１％以内の不純物濃度のばらつきに抑えられている。
【００３７】
以上、図６、図８を用いた考察より、平行度を０．１°以下とすることにより、チャネリングが発生しても不純物濃度のばらつきを１％以下に抑えることが可能であることが分かる。
【００３８】
図９は、本実施形態を用いて平行度が±０．０７°以下で、トランジスタのチャネル領域にホウ素イオン（Ｂ＋）が注入された際の閾値電圧のばらつきと、従来技術で７度注入を行った際の閾値電圧のばらつきとを比較したものである。ここで、本実施形態では、０°、０．１５°、０．３０°の３つの注入角度で注入が行われている。なお、各注入角度における閾値電圧のばらつきは、工程のばらつきに起因したものである。
【００３９】
図９に示すように、平行度を±０．０７°まで高めてイオンが注入された場合、閾値電圧のばらつきは従来の７度注入と同等である。すなわち、平行度を±０．０７とすることによりチャネリングの発生量が制御されるため、チャネリングの発生を是認の上、チャネリングの発生による電気的特性のばらつきを制御することを目的とした７度注入の場合と同等の電気的特性のばらつきを得られる。
【００４０】
また、注入角度を０°から０．１５°、０．３０°と変化させた場合、閾値電圧の平均値は、それぞれ１５ｍＶ、２２ｍＶ大きくなる。つまり、７度注入を用いずに従来技術で平行度が±０．１５°の状態でイオン注入が行われた場合、閾値電圧のばらつきは工程のばらつきに起因した７ｍＶ程度に、注入角度に起因した１５ｍＶのばらつきが加算されて２２ｍＶ程度となる。同様に、平行度が±０．３０°の状態でイオン注入が行われた場合、注入角度に起因した２２ｍＶのばらつきが加算されて３０ｍＶ程度となる。
【００４１】
本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置によれば、イオンビーム１７の注入角度を高精度で制御し、複数のイオンビーム１７間の平行度を±０．１°以下に制御して処理基板１６にイオンが注入される。このため、チャネリングの発生量を良好に制御することができ、注入された不純物の濃度プロファイルを高精度に再現することができる。より詳しくは、不純物濃度のばらつきを１％以下に抑制することができ、電気的特性のばらつきが小さい半導体装置を量産することができる。この際、シャドーイングの発生、処理工程の増加等は、回避される。
【００４２】
なお、イオンビーム１７の平行度を高める方法として、１度にイオンビーム１７が照射される照射領域を小さくすることを、１つの方法として採用した。しかしながら、他の方法により平行度を高めることも可能である。例えば、低エミッタンスイオン源が発生するイオンビーム１７を使用することにより、平行度を高めることが可能である。また、基板保持部１６の一部として静電チャック以外の装置を用いて、処理基板１６を高い平坦度で保持することもできる。また、注入角度の測定方法も、上記した以外の方法を用いても構わない。すなわち、注入角度を高精度で制御できる装置を用いて、±０．１°以下の注入角度のばらつきで、イオンが注入されることが重要である。
【００４３】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の特徴に加えて、処理基板１６の結晶切り出し角度に応じた制御が行われる。
【００４４】
一般に半導体基板の切り出し角度は、同じ製品ロットにおいて切り出された半導体基板の間では、皆同じである。しかしながら、製品ロットが異なると切り出し角度が変化するため、製品ロットごとに０．２°〜０．５°程度のばらつきが生じる。このため、処理基板１６に対するイオンビーム１７の注入角度は、製品ロットごとにばらつく。この結果、注入された不純物の濃度プロファイルも、複数の製品ロット間で同じとはならない。以下、このような事情が考慮されて構成された第２実施形態について説明する。
【００４５】
図１０は、本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示している。図１０に示すように、イオン注入装置２は演算機４１を有する。演算機４１には、予め測定された処理基板１６の切り出し角度が入力されている。また、演算機４１には、注入角度計測部１４により計測されたイオンビーム１７の入射角度（処理基板１５に対する注入角度）の情報が供給される。演算機４１により得られた演算結果は、制御部１８に供給される。
【００４６】
イオンの注入に先立ち、演算機４１は、注入角度計測部１４から供給された値と、処理基板１６の切り出し角度との差分を計算する。次いで、制御部１８は、計算された差分が予め設定された許容範囲内に収まるように、イオンビーム１７の軌道を変化させる制御を行う。ここで、角度の差分の許容範囲は、誤差が少ない方が好ましいことから０°に近いほど好ましい。しかしながら、許容範囲は、この範囲に限定されるものではない。より詳細な調整を行おうとすれば、イオンビーム１７の軌道を調整するための時間がより多く必要となる。このため、イオン注入装置２が有するイオンビーム１７の平行度に関する性能と、イオン注入工程において求められる注入再現性を考慮して決定すればよい。以上述べた調整が行われた後、イオンビーム１７が処理基板１５に実際に照射される。その際のイオンビーム１７の平行度は、±０。１°以下である。
【００４７】
なお、第２実施形態に係るイオン注入装置２が、処理基板１６の切り出し角度を計測する切り出し角度計測部４２を有する構成とすることも可能である。この場合、イオン注入処理工程に先立ち、切り出し角度計測部４２は処理基板１６の切り出し角度を自動で計測し、その結果を演算機４１に供給する。この後の処理は、上記したのと同じである。
【００４８】
また、イオン注入装置２が、図４のイオン照射部４を有する構成とすることももちろん可能である。この場合、制御部１８は、演算機４１が求めた差分が許容範囲内に収まるように、第１実施形態と同じくコリメータマグネット１３およびデフレクター１９を制御する。
【００４９】
本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置によれば、第１実施形態と同じく、高精度の制御下で±０．１°以下の平行度により処理基板１６にイオンが注入される。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。また、第２実施形態によれば、処理基板１６の切り出し角度とイオンビーム１７の注入角度との差分が所定の範囲内に収まるように、イオンビーム１７の軌道が調整される。このため、製品ロットが異なる等の理由により異なる切り出し角度を有する複数の処理基板１６間での、注入角度のばらつきを抑えることができる。よって、処理基板１６の切り出し角度の違いによらずに、電気的特性のばらつきが小さい半導体装置を量産することができる。
【００５０】
（第３実施形態）
第３実施形態では、イオンビーム１７の軌道の注入角度を調整する方法が、第２実施形態と異なる。
【００５１】
図１１は、本発明の第３実施形態に係るイオン注入装置３の主要部を概略的に示している。図１１に示すように、基板保持部５１は、絶縁膜５２、金属プレート５３、３つのピエゾアクチュエータ５４を有する。絶縁膜５１は、処理基板１６を吸着する静電チャック面として機能する。金属プレート５３は、絶縁膜５２を保持する。ピエゾアクチュエータ５４は、金属プレート５３を、絶縁膜５２と反対側の面において支持する。
【００５２】
制御部１８は、ピエゾアクチュエータ５４のそれぞれの高さを適切に変化させることにより絶縁膜５２の傾きを変化させる。制御部１８には、第２実施形態と同じく、注入角度計測部１４によるイオンビームの入射角度と、処理基板１６の切り出し角度との差分の情報が供給される。制御部１８は、この差分が許容範囲に収まるように、ピエゾアクチュエータ５４を制御する。この結果、処理基板１６の切り出し角度に応じた注入角度でイオンビーム１７が処理基板１６に進入するように、処理基板１６の傾きが微調整される。この後、イオンビーム１７が実際に処理基板１６に照射される。なお、第２実施形態と同じく、処理基板１６の切り出し角度の情報は、本実施形態による処理に先立ちイオン注入装置３に入力されていても良いし、切り出し角度計測部４２により計測された後、演算機４１に供給されても良い。
【００５３】
図１２は、図１１に示す構成のイオン注入装置３の特に基板保持部５１による制御の実効性を示すための図である。図１２は、基板保持部５１の絶縁膜５２の傾きを変化させることにより、１００ｋｅＶに加速されたホウ素イオンが０．３°ずつ異なる注入角度で注入された場合の各濃度プロファイルを示している。図１２に示すように、基板保持部５１の絶縁膜５２の傾きを変化させることにより、イオンビーム１７の注入角度が変化し、この結果、異なる濃度プロファイルが得られることが分かる。
【００５４】
図１３は、図１１に示すイオン注入装置３により、注入角度が一定値へと制御されたイオンビーム１７が３回照射された際の各濃度プロファイルを示している。第１実施形態と同じく、イオンビーム１７の平行度は±０．１°以下に制御されている。図１３に示すように、絶縁膜５２の傾きを変化させることにより、処理基板１６の切り出し角度のばらつきが補正されるため、異なる処理基板１６間においても、ほぼ同一の濃度プロファイルが得られることが分かる。
【００５５】
第３実施形態に係るイオン注入装置３が図２のイオン照射部４を有する構成とすることももちろん可能である。
【００５６】
本発明の第３実施形態に係るイオン注入装置によれば、第１実施形態と同じく、高精度の制御下で０．１°以下の平行度により処理基板１６にイオンが注入される。このため、第１実施形態と同じ効果を得られる。また、第３実施形態によれば、処理基板１６の切り出し角度とイオンビーム１７の注入角度との差分が所定範囲内に収まるように、処理基板１６の傾きが調整される。このため、第２実施形態と同じく、処理基板１６の切り出し角度の違いによらずに、電気的特性のばらつきが小さい半導体装置を量産することができる。
【００５７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示す図。
【図２】第１実施形態に係るイオン注入装置の主要部の他の例を概略的に示す図。
【図３】角度計測部の主要部を概略的に示す図。
【図４】角度計測部が有する開口の平面方向での形状、および相互の位置関係を示す図。
【図５】第１実施形態に係るイオン注入装置により注入された不純物の濃度プロファイルを示す図。
【図６】平行度と注入深さとの関係を示す図。
【図７】注入角度０°〜±０．３５°時の不純物の濃度プロファイルを示す図。
【図８】注入角度０°〜±０．１３°時の不純物の濃度プロファイルを示す図。
【図９】異なる注入角度における閾値電圧のばらつきを示す図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示す図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るイオン注入装置の主要部を概略的に示す図。
【図１２】第３実施形態に係るイオン注入装置の基板保持部による制御の実効性を示すための図。
【図１３】第３実施形態に係るイオン注入装置により、同じ注入角度により注入されたイオンによる濃度プロファイルを示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１、２、３…イオン注入装置、４…イオン照射部、１１…イオンビーム発生部、１２…静電スキャナー、１３…コリメータマグネット、１４…注入角度計測部、１５…基板保持部、１６…処理基板、１７…イオンビーム、１８…制御部、１９…デフレクター、２１…第１プレート、２２…第２プレート、２３〜２５…電荷量計測器、３１〜３６…開口、４１…演算機、４２…切り出し角度計測部、５１…基板保持部、５２…絶縁膜（静電チャック）、５３…金属プレート、５４…ピエゾアクチュエータ。
【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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