(57)【要約】【課題】本発明は、イオンビームの状態が変化した場合でも、ウェーハ処理能力を低下させずにウェーハ面内の注入均一性を良い状態に保つことができ、かつパーティクル発生を極力低減できるイオン注入装置を提供することを目的とする。【解決手段】イオン注入装置において、装置パラメータをリアルタイムでモニタリングし、装置の各部をコントロールするシステム１２を設け、このシステム１２に、イオン注入処理中の累積ドーズ量分布を計算し、累積ドーズ量が均一になるようにウェーハ保持部１４のＹ方向メカニカルスキャンの速度を補正する機能と、質量分析部４の磁場を変化させることによりイオンビーム中心位置を制御する機能と、アパーチャー５のサプレッション電圧やビーム電流を変化させることによりイオンビーム径を制御する機能を持たせ、ウェーハ８の注入面内均一性の向上とパーティクルの低減を図る。【選択図】図1
2007123056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンソースと、
前記イオンソースよりイオンビームを引き出す引出加速部と、
前記引出加速部より引き出されたイオンビームより所望のイオンを取得する質量分析部と、
イオン注入対象のウェーハを保持するウェーハ保持部と、
前記質量分析部から出力されたイオンビームより余分なイオンやパーティクルを除去し、前記ウェーハ保持部に保持されたウェーハへ到達させない機能を有するアパーチャーと、
前記ウェーハに注入中にイオンビーム電流を測定し、前記ウェーハへのイオン注入量を制御するドーズ量コントローラと、
前記ウェーハ保持部を往復駆動させるメカニカルスキャン機構部と、
前記メカニカルスキャン機構部により往復駆動されているウェーハ保持部のメカニカルスキャン位置とそのメカニカルスキャン速度を測定し、前記メカニカルスキャン機構部を制御するメカニカルスキャン機構コントローラ
を設けたイオン注入装置であって、
前記メカニカルスキャン機構部による前記ウェーハ保持部のメカニカルスキャン毎に、前記ドーズ量コントローラにより測定されているイオンビーム電流と、前記メカニカルスキャン機構コントローラにより測定されているメカニカルスキャン速度およびメカニカルスキャン位置とにより、前記ウェーハ保持部に保持されたウェーハのメカニカルスキャン方向のドーズ量分布を演算し、この演算したドーズ量分布を累積して前記ウェーハのメカニカルスキャン方向の累積ドーズ量分布を求める累積ドーズ量分布演算部と、
前記メカニカルスキャン毎に、前記累積ドーズ量分布演算部により求めた累積ドーズ量分布より累積ドーズ量分布の均一性を演算する累積ドーズ量分布均一性演算部と、
前記メカニカルスキャン毎に、前記累積ドーズ量分布均一性演算部により求めた累積ドーズ量分布の均一性が、予め設定した設定値を超えたかどうかを判断し、超えた場合にウェーハ処理停止指令を出力する装置インターロック判断部と
を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記メカニカルスキャン毎に、前記累積ドーズ量分布演算部により求めた累積ドーズ量分布より、次以降の前記メカニカルスキャンにおいて、前記ウェーハの累積ドーズ量を均一とするドーズ量を求め、このドーズ量を前記メカニカルスキャン速度補正値として前記メカニカルスキャン機構コントローラへ出力するメカニカルスキャン速度演算補正部を備え、
前記メカニカルスキャン機構コントローラは、この前記メカニカルスキャン速度補正値に応じて、前記メカニカルスキャン速度を補正すること
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】
前記ドーズ量コントローラは、前記ウェーハに注入中に前記イオンビーム中心の位置を測定し、
前記質量分析部は、質量分析部の磁場を測定し、
前記ドーズ量コントローラにより測定された前記イオンビーム中心の位置と前記質量分析部により測定された質量分析部の磁場とにより、前記質量分析部の磁場を制御する指令値または補正値を求め、この指令値または補正値により前記質量分析部の磁場を変化させることにより前記イオンビームの中心位置を制御させ、イオンビームの軌道を補正するビーム軌道補正部
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
装置がウェーハ処理を実施していない期間あるいはメンテナンス後に、前記ドーズ量コントローラにより測定された前記イオンビーム中心の位置と前記質量分析部により測定された質量分析部の磁場とにより、前記イオンビームの軌道の異常を判定するビーム軌道異常判定部
を備え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】
装置内のパーティクル数を測定するパーティクル数測定部を設け、
前記パーティクル数測定部により測定されたパーティクル数により、前記アパーチャーにおけるサプレッション電圧を制御し、このサプレッション電圧を変化させてイオンビーム径を調整する第１イオンビーム径調整部、あるいは前記パーティクル数測定部により測定されたパーティクル数により、前記ドーズ量コントローラによりビーム電流量を変化させてイオンビームの径を調整する第２イオンビーム径調整部の少なくとも一方を備えること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記第２イオンビーム径調整部は、イオン種、加速エネルギーの異なる各条件で予め取得されたビーム電流量とビーム幅との関係に基づいて、イオンビーム電流を変化させてイオンビーム幅を制御すること
を特徴とする請求項５に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
イオンソースと、
前記イオンソースよりイオンビームを引き出す引出加速部と、
前記引出加速部より引き出されたイオンビームより所望のイオンを取得する質量分析部と、
イオン注入対象のウェーハを保持するウェーハ保持部と、
前記質量分析部から出力されたイオンビームより余分なイオンやパーティクルを除去し、前記ウェーハ保持部に保持されたウェーハへ到達させない機能を有するアパーチャーと、
前記ウェーハに注入中にイオンビーム電流を測定し、前記ウェーハへのイオン注入量を制御するドーズ量コントローラと、
前記ウェーハ保持部を往復駆動させるメカニカルスキャン機構部と、
前記メカニカルスキャン機構部により往復駆動されているウェーハ保持部のメカニカルスキャン位置とそのメカニカルスキャン速度を測定し、前記メカニカルスキャン機構部を制御するメカニカルスキャン機構コントローラ
を設けたイオン注入装置におけるイオン注入制御方法であって、
前記メカニカルスキャン機構部による前記ウェーハ保持部のメカニカルスキャン毎に、、
前記ドーズ量コントローラにより測定されているイオンビーム電流と、前記メカニカルスキャン機構コントローラにより測定されているメカニカルスキャン速度およびメカニカルスキャン位置とにより、前記ウェーハ保持部に保持されたウェーハのメカニカルスキャン方向のドーズ量分布を演算し、この演算したドーズ量分布を累積して前記ウェーハのメカニカルスキャン方向の累積ドーズ量分布を求め、この求めた累積ドーズ量分布より累積ドーズ量分布の均一性を演算し、この求めた累積ドーズ量分布の均一性が、予め設定した設定値を超えたかどうかを判断し、超えた場合にウェーハ処理を停止すること
を特徴とするイオン注入制御方法。
【請求項８】
前記メカニカルスキャン毎に、ある時点の累積ドーズ量分布より、次以降の前記メカニカルスキャンにおいて、前記ウェーハの累積ドーズ量を均一とするドーズ量を求め、このドーズ量を前記メカニカルスキャン速度補正値として、前記メカニカルスキャン速度を補正すること
を特徴とする請求項７に記載のイオン注入制御方法。
【請求項９】
前記ウェーハに注入中に前記イオンビーム中心の位置を測定し、前記質量分析部の磁場を測定し、
測定された前記イオンビーム中心の位置と前記質量分析部の磁場とにより、前記質量分析部の磁場を制御し、前記質量分析部の磁場を変化させることにより前記イオンビームの中心位置を制御してイオンビームの軌道を補正すること
を特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオン注入制御方法。
【請求項１０】
装置がウェーハ処理を実施していない期間あるいはメンテナンス後に、前記イオンビーム中心の位置と質量分析部の磁場とを取得することにより、前記イオンビームの軌道の異常を判定すること
を特徴とする請求項９に記載のイオン注入制御方法。
【請求項１１】
装置内のパーティクル数を測定し、
測定されたパーティクル数により、前記アパーチャーにおけるサプレッション電圧を変化させてイオンビーム径を調整し、あるいは測定されたパーティクル数により、前記イオンビーム電流量を変化させてイオンビームの径を調整することの少なくとも一方を実行すること
を特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載のイオン注入制御方法。
【請求項１２】
前記イオンビーム電流量を変化させてイオンビームの径を調整するとき、イオン種、加速エネルギーの異なる各条件で予め取得されたビーム電流量とビーム幅との関係に基づいて、イオンビーム電流を変化させてイオンビーム幅を制御すること
を特徴とする請求項１１に記載のイオン注入制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハにイオンを打ち込むイオン注入装置とそのイオン注入制御方法、特にウェーハの注入面内均一性を改善し、ウェーハ上のパーティクル（汚染粒子）の発生を低減するイオン注入装置とそのイオン注入制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりイオン注入装置において、注入均一性の向上やパーティクルの低減は基本的性能であり、これまで様々改善策がなされてきた。
まず、前者の注入均一性の向上技術について述べる。
【０００３】
イオン注入装置は主に、イオンを発生させるためのイオン源（イオンソース）および引出電極（加速部）と、所望のイオンを得るための質量分析部と、所望のエネルギーを得るための加減速部と、ウェーハを保持しイオンをウェーハに注入するイオン注入部とにより構成されている。イオン注入部のウェーハ保持方法には複数のウェーハをディスクに保持するバッチ式と１枚のウェーハを保持する枚葉式の２タイプがある。前者のバッチ式ではイオンビームを固定して、ディスクを高速回転しながら半径方向にメカニカルスキャンを行うことでウェーハ面内注入均一性を確保している。このタイプは大電流イオン注入装置に多い。また後者の枚葉式では、イオンビームをスキャンさせるビームスキャン部を設けてイオンビームを１方向にスキャンし、もう一方をメカニカルスキャンするハイブリッドスキャン方式が主流で、中電流イオン注入装置に多い。近年は枚葉式の大電流イオン注入装置も開発されており、中電流イオン注入装置と同様なハイブリッドスキャン方式を採用している装置や、イオンビームをスキャンせずに固定し横方向と縦方向にメカニカルスキャンする装置や、イオンビームを横方向に広げたリボンビームを発生させ、縦方向にメカニカルスキャンする装置等が考案されている。いずれにしても、これらの全ての装置は、少なくとも一方向はメカニカルスキャンを行っている。またウェーハへのイオン注入量を均一にするため、イオンビームの電流を測定し、そのビーム電流量の変動に応じてメカニカルスキャン機構部の速度を変更している。具体的には、いずれの制御システムもイオンビームがウェーハ上で１回スキャン（バッチ装置ではディスクが１回転）する際のドーズ量が一定になるようにメカニカルスキャン速度を制御している。しかしながら、装置の特性等によりウェーハへのイオン注入量がメカニカルスキャン方向に不均一になる場合がある。
【０００４】
その課題の解決方法の一つとして、例えば、特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に記載されたイオン注入システムでは、イオン注入処理を終えた後に測定されるウェーハの特性データをフィードバックし、メカニカルスキャン速度を補正し、装置の特性によるイオン注入の不均一さを減少させることを提案している。
【０００５】
次に、後者のパーティクルの低減技術について述べる。
前記イオン源や引出電極、イオン注入部のウェーハ保持部等の材質を工夫してパーティクルの発生を抑えると同時に、そのパーティクル発生源を特定してメンテナンスを実施することによりウェーハ上のパーティクル数が増えないように維持管理されている。例えば、特許文献２に記載されている方法では、イオン注入装置のイオン注入部だけでなく、イオン源部、質量分析部、加減速部等のビームライン全体に数箇所パーティクルモニターを設置し、発生箇所を迅速に特定する手段を用いている。さらに、発生箇所が前記ビームライン部にある場合イオンビーム径を引出加速電圧の上昇等により、所定のビーム径に絞り、パーティクルの発生を低減することを提案している。
【特許文献１】特開２００１−１６７７２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の前記イオン注入システムでは、装置の特性データをフィードバックし補正することはできても、イオン注入装置を長期的に稼働させた場合、イオン注入処理中に装置状態の変化により、突発的にイオンビーム電流が変動する場合が少なくなく、突発的なビーム電流の変動が発生した場合は補正ができない。特性を測定するウェーハをイオン注入する際に急激にイオンビーム電流が変化した場合、その特性を元に補正するために、かえって注入量のウェーハ面内の不均一さを招きかねない。また、イオンビームが急激に変動した際の一つの対応策として、イオンビーム電流にインターロックを設け、ある値以上に変動した場合処理を中断するということが考えられるが、その設定値の幅を小さくしすぎると、ウェーハ処理能力が減少することが懸念される。反対にその設定値の幅を大きくすると、均一性が悪くなるという前記と同じ結果を生む。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のパーティクル低減方法では、イオンビーム径を絞る際に引出加速電圧を上昇させ、後段の加速電圧を減少させるとしているが、イオンビーム電流をより多く取得するために通常状態で既に引出加速電圧が最大である場合が多く、その場合は適用できない。また、大電流イオン注入装置のように後段で減速させる場合は、エネルギーコンタミネーションの増大を招く恐れがある。さらには、イオンビーム径のみではなくイオンビームの中心位置もパーティクル発生に深く関与する。装置メンテナンスでイオン源交換時の取り付けミスや引出電極部等のスリット削れ、デポ物付着等の装置の状態変化により、イオンビームの軌道が偏ってしまい、イオンビームがその軌道上に存在する部品を照射する部分が増え、パーティクルを発生させやすくし、半導体デバイス製品の歩留低下や装置の稼働時間低下を導く。
【０００８】
そこで、本発明は、長期運用において刻々と装置の状態が変化し、イオンビームの状態が変化した場合でも、ウェーハ処理能力を低下させずにウェーハ面内の注入均一性を良い状態に保つことができ、かつパーティクル発生を極力低減できるイオン注入装置とそのイオン注入制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明のイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、イオンソースと、前記イオンソースよりイオンビームを引き出す引出加速部と、前記引出加速部より引き出されたイオンビームより所望のイオンを取得する質量分析部と、イオン注入対象のウェーハを保持するウェーハ保持部と、前記質量分析部から出力されたイオンビームより余分なイオンやパーティクルを除去し、前記ウェーハ保持部に保持されたウェーハまで到達させない機能を有するアパーチャーと、前記ウェーハに注入中に前記イオンビーム電流を測定し、前記ウェーハへのイオン注入量を制御するドーズ量コントローラと、前記ウェーハ保持部を往復駆動させるメカニカルスキャン機構部と、前記メカニカルスキャン機構部により往復駆動されているウェーハ保持部のメカニカルスキャン位置とそのメカニカルスキャン速度を測定し、前記メカニカルスキャン機構部を制御するメカニカルスキャン機構コントローラを設けたイオン注入装置において、メカニカルスキャン機構部によるウェーハ保持部のメカニカルスキャン毎に、リアルタイムで測定されるビーム電流、メカニカルスキャン速度、およびメカニカルスキャン位置により、メカニカルスキャン方向の累積ドーズ量分布を演算し、その分布から累積ドーズ量分布の均一性を演算し、ある値を超えた場合にウェーハ処理を停止する装置インターロック機能を有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明のイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、ある時点の累積ドーズ量分布から、次以降のメカニカルスキャンにおいて、累積ドーズ量が均一になるようにメカニカルスキャン方向のメカニカルスキャン速度を補正する補正値を求め、その補正量を前記メカニカルスキャン機構コントローラへ伝達するスキャン速度補正演算機能を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明のイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、イオンビームの中心位置を質量分析部の磁場の変化により制御することによりビームの軌道を補正する機能を有することを特徴とする。
【００１２】
また本発明のイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、装置がウェーハ処理を実施していない期間あるいはメンテナンス後に、質量分析部の磁場の変化とビーム中心位置の関係を取得し、ビームの軌道の異常を判定する機能を有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明のイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、装置内のパーティクル数を測定するパーティクル数測定部を設け、パーティクル数測定部により測定されたパーティクル数により、前記アパーチャーにおけるサプレッション電圧あるいはビーム電流量を変化させてイオンビームの径を調整する機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、イオン注入中のイオンビーム電流の変動や各スリットの幅の変動によるイオンビームの軌道ずれ等、装置の状態が変化しても、補正機能を有することにより、ウェーハの面内注入均一性が維持でき、さらにパーティクルの発生を極力抑えることができ、その結果、製品歩留や装置稼働率を向上することができる、という効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１におけるイオン注入装置の概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように、イオン注入装置は、イオンソース１と、このイオンソース１からイオンビーム３を引き出す引出電極（引出加速部）２と、引出電極２により引き出されたイオンビーム３の所望のイオンを取得する質量分析部４と、質量分析部４から出力されたイオンビームより余分なイオンやパーティクルを除去し（半導体）ウェーハ８まで到達させない機能を有するアパーチャー（開口部）５と、エンドステーション１５内のパーティクル数を測定するパーティクルモニター（パーティクル数測定部）６ａおよびアパーチャー５の上流部に配置されパーティクル数を測定するパーティクルモニター（パーティクル数測定部）６ｂと、エンドステーション１５内に設けられてウェーハ８にイオンを注入するときのイオンビーム３を受けるドーズファラデー７と、ウェーハ８へのイオン注入中にドーズファラデー７で受けたイオンビーム３の電流値とビーム中心の位置（座標）を測定し、ウェーハ８へのイオン注入量を制御するドーズ量コントローラ９と、エンドステーション１５内に設けられてウェーハ８を保持するウェーハ保持部１４と、エンドステーション１５内に設けられ、スキャンモータ等によってウェーハ保持部１４を往復駆動させるメカニカルスキャン機構部１１と、ウェーハ保持部１４のメカニカルスキャン位置とメカニカルスキャン機構部１１のメカニカルスキャン速度を測定しウェーハ保持部１４のメカニカルスキャン速度を制御するメカニカルスキャン機構コントローラ１０と、パーティクルモニター６ａ，6ｂにより測定されたパーティクル数が入力され、引出電極２の引出電圧、質量分析部４の磁場およびアパーチャー５のサプレッション電圧を制御する装置コントローラ１３と、装置パラメータをリアルタイムでモニタリングし装置の各部をコントロールする、コンピュータからなるリアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２を備えている。
【００１７】
上記構成により、イオンソース１から引出電極２によって引き出されたイオンビーム３は質量分析部４、アパーチャー５等を通り、ウェーハ８へ注入される。ウェーハ８にイオンを注入するときのイオンビーム３をドーズファラデー７で受け、メカニカルスキャン機構コントローラ１０において、ドーズ量コントローラ９において測定されたビーム電流およびこのメカニカルスキャン機構コントローラ１０において測定されたウェーハ保持部１４のメカニカルスキャン位置に基づき、メカニカルスキャン速度を演算し、メカニカルスキャン機構１１を制御している。
【００１８】
このメカニカルスキャン機構コントローラ１０におけるメカニカルスキャン速度制御方法を説明する。
速度を調節するメカニカルスキャン機構部１１がウェーハ保持部１４を往復駆動する方向をＹ方向（図１では上下方向）とする。Ｘ方向はバッチ式装置であればウェーハ保持部１４（ディスク）の回転方向（一定速度を保つ）（図１では紙面に垂直な方向）になり、ハイブリッドスキャン方式の枚葉式装置であればイオンビームをスキャンさせる方向となる。枚葉式の場合は、イオンビームの変動に応じてＹ方向のメカニカルスキャン速度を変化させているが、バッチ式の場合はそれに加え、ウェーハ保持部１４（ディスク）の回転速度が一定速度に保持されることにより、周速度がディスクの回転中心付近で遅く、円周付近で速くなることから、それに応じてＹ方向のメカニカルスキャン速度を変化させて注入量が均一になるように制御する。以下、バッチ式の場合を事例に説明する。
【００１９】
メカニカルスキャン機構コントローラ１０は、ある設定値に対して得られたビーム電流をＩＢ（ｍＡ）とすると、各メカニカルスキャン位置Ｙ（ｍｍ）において、（１）式に基づいて、Ｘ方向の１スキャン（１回転）あたりのドーズ量ＤＲが一定になるようにＹ方向のメカニカルスキャン速度ＶＹ（ｍｍ／ｓｅｃ）を制御する。
【００２０】
ＤＲ＝ＡＩＢ／（ＹＶＹ）＝一定  ［ions/cm2］・・・（１）
ここで、Ａは定数で、Ａ＝１／（２πｎｑ）、ｎはイオンの価数、ｑは電荷素量（1.602×10-19Ｃ）である。
【００２１】
すなわち、メカニカルスキャン機構コントローラ１０は、（１）式により求められるメカニカルスキャン速度ＶＹ（ｍｍ／ｓｅｃ）を速度指令値として、測定されているメカニカルスキャン速度をフィードバックしながら、メカニカルスキャン速度を制御している。
【００２２】
上記リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、図２に示すように、メカニカルスキャン機構コントローラ１０においてリアルタイムで測定されているウェーハ保持部１４のメカニカルスキャン位置Ｙおよびメカニカルスキャン機構部１１のメカニカルスキャン速度ＶＹと、ドーズ量コントローラ９で測定されているビーム電流ＩＢが入力されている。
【００２３】
そしてリアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、
Ｙ方向メカニカルスキャン毎に、測定されているビーム電流、メカニカルスキャン速度、およびメカニカルスキャン位置により、Ｙ方向メカニカルスキャンの回数を求め、さらにメカニカルスキャン方向（Ｙ方向）のドーズ量分布を演算し、このドーズ量分布を累積しメカニカルスキャン方向（Ｙ方向）の累積ドーズ量分布を演算する累積ドーズ量分布演算部２１と、
Ｙ方向メカニカルスキャン毎に、累積ドーズ量分布演算部２１において演算された累積ドーズ量分布より、累積ドーズ量分布の均一性を演算する累積ドーズ量分布均一性演算部２２と、
Ｙ方向メカニカルスキャン毎に、累積ドーズ量分布均一性演算部２２において演算された累積ドーズ量分布の均一性が、予め設定した設定値（装置インターロックの値）を超えたかどうかを判断し、超えた場合に、ドーズ量コントローラ９とメカニカルスキャン機構コントローラ１０と装置コントローラ１３へウェーハ処理停止指令を出力して、ウェーハ処理を停止する装置インターロック判断部２３
が備えられている。
【００２４】
上記構成により、リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２に、Ｙ方向スキャン毎に、測定されているビーム電流、メカニカルスキャン速度およびメカニカルスキャン位置により、メカニカルスキャン方向の累積ドーズ量分布を演算し、その累積ドーズ量分布から累積ドーズ量分布の均一性を演算し、予め設定した設定値（装置インターロックの値）を超えた場合に、ドーズ量コントローラ９とメカニカルスキャン機構コントローラ１０と装置コントローラ１３へウェーハ処理停止を出力して、ウェーハ処理を停止する装置インターロック機能が備えられている。以下、詳細に説明する。
【００２５】
イオン注入処理を開始し、ビーム電流ＩＢが図３のように変動したとする。この事例では、ビーム電流の設定値が１０ｍＡ、ドーズ量の設定値が１．１×１０１５ ions/cm2、Ｙ方向スキャン回数２２回である。このとき、１回目のＹ方向スキャン時におけるＹ方向のドーズ量の分布は、前記（１）式に基づきＹ方向メカニカルスキャン速度ＶＹを制御して一定にしようとするが、ビーム電流ＩＢの変動が大きいと図４の（ａ）曲線のように実際には均一にならない。これはディスク１回転（Ｘ方向の１スキャン）毎に測定したビーム電流を元に（過去の１回以上のビーム電流測定から現時点のビーム電流ＩＢを算出）、次の１回転するまでのメカニカルスキャン速度を算出し制御するため、その追従性に限界があるためである。
【００２６】
累積ドーズ量分布演算部２１は、測定されているメカニカルスキャン速度ＶＹにより前記（１）式を用いて、Ｙ方向メカニカルスキャン毎に、各メカニカルスキャン位置Ｙのドーズ量ＤＲを演算して、図４に示すようにＹ方向のドーズ量分布を求め、これらドーズ量分布をメカニカルスキャン方向（Ｙ方向）に累積して累積ドーズ量分布を演算する。累積ドーズ量分布均一性演算部２２は、Ｙ方向メカニカルスキャン毎にこの累積ドーズ量分布より累積ドーズ量分布の均一性（％）を演算する。
【００２７】
図４の（ａ）の分布のＹ方向の均一性（％）を求めると、１．２％となる。２回目以降、同様にＹ方向の累積ドーズ量の分布を求めると、均一性は図５の（ａ）のようになる。この事例では、図３のように処理が進むにつれてビーム電流ＩＢの変動が小さくなるため、均一性は改善している。これとは反対にビーム電流ＩＢが処理の後半に変動する場合は累積ドーズ量分布の均一性は図５の（ｂ）のようになる。
【００２８】
装置インターロック判断部２３は、この均一性を元に、累積ドーズ量分布の均一性（％）に上記装置インターロックの値（％）を設け、Ｙ方向スキャン毎に計算する累積ドーズ量分布の均一性（％）が装置インターロックの値（％）を超えた場合に、上記停止指令を出力してウェーハ処理を停止する。
【００２９】
なお、装置インターロックの値は一定にする必要は無く、例えば、最終的に０．５％の均一性を保とうとすると、図５の破線のように処理（Ｙ方向スキャン回数）が進むにつれて装置インターロックの値を低くする曲線状の装置インターロックの設定も考えられる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態１によれば、メカニカルスキャン機構部１０によるメカニカルスキャン毎に、リアルタイムで測定されるビーム電流、メカニカルスキャン速度、およびメカニカルスキャン位置により、メカニカルスキャン方向の累積ドーズ量分布を演算して、その分布から累積ドーズ量分布の均一性を演算し、予め設定した設定値（装置インターロックの値）を超えた場合にウェーハ処理を停止する機能を有することより、イオンビーム３の状態が変化した場合でも、常にウェーハ８面内の注入均一性を良好に保つことができ、製品歩留や装置稼働率を向上することができる。
［実施の形態２］
図１〜図４、図６〜図８を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。なお、全体の装置構成は、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
前記実施の形態１ではビーム電流の変動が頻繁に発生すると、上記装置インターロックによる停止による稼働率の低下が懸念される。したがって、ビーム変動が発生しても、補正機能により注入均一性を良好な状態に保つことができる装置を実現する。
【００３２】
リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、図２に示すように、累積ドーズ量分布演算部２１により求められたある時点（Ｙ方向メカニカルスキャン）の累積ドーズ量分布から、次以降のメカニカルスキャンにおいて、累積ドーズ量が均一になるようにメカニカルスキャン方向の、メカニカルスキャン機構部１１のメカニカルスキャン速度（指令値）を補正する補正量を求め、その補正量をメカニカルスキャン機構コントローラ１０へ出力し、メカニカルスキャン速度を補正するメカニカルスキャン速度演算補正部２４が設けられている。以下、詳細に説明する。
【００３３】
イオン注入処理を開始し、１回目のＹ方向スキャンが終了した際に、メカニカルスキャン速度演算補正部２４は、累積ドーズ量分布演算部２１により求められたＹ方向の累積ドーズ量の分布Ｄ１（Ｙ）により、Ｄ１（Ｙ）の平均値Ｄ1ｍを算出し、累積ドーズ量の分布Ｄ１（Ｙ）から補正量ΔD１（Ｙ）を求める。
【００３４】
ΔD１（Ｙ）＝Ｄ1ｍ−Ｄ１（Ｙ）・・・（２）
メカニカルスキャン速度演算補正部２４は、この累積ドーズ量の分布補正量ΔD１（Ｙ）を上記補正量としてメカニカルスキャン機構コントローラ１０へ出力する。メカニカルスキャン機構コントローラ１０は、２回目のスキャンを行う場合にはこの累積ドーズ量の分布補正量ΔD１（Ｙ）を加味した累積ドーズ量が一定になるようにメカニカルスキャン速度ＶYを制御する。すなわち、（３）式によりメカニカルスキャン速度ＶYを制御する。
【００３５】
ＤＲ＋ΔD１（Ｙ）＝ＡＩＢ／（ＹＶY）＋ΔD１（Ｙ）＝一定  ［ions/cm2］
・・・（３）
同様に、Ｙ方向メカニカルスキャン毎に、メカニカルスキャン速度演算補正部２４は、累積ドーズ量分布演算部２１により求められたＹ方向の累積ドーズ量の分布ＤＮ（Ｙ）により、ＤＮ（Ｙ）の平均値ＤNｍを算出し、累積ドーズ量の分布ＤＮ（Ｙ）から補正量ΔDＮ（Ｙ）を求め、メカニカルスキャン機構コントローラ１０へ出力する。メカニカルスキャン機構コントローラ１０は、（Ｎ＋１）回目のスキャン時には累積ドーズ量分布ＤN（Ｙ）から得られる補正量ΔDN（Ｙ）を加味した累積ドーズ量が一定になるようにメカニカルスキャン速度ＶYを制御する。すなわち、（４）式によりメカニカルスキャン速度ＶYを制御する。
【００３６】
ＤＲ＋ΔDN（Ｙ）＝ＡＩＢ／（ＹＶY）＋ΔDN（Ｙ）＝一定  ［ions/cm2］
・・・（４）
これらの式を用いて、実際にビーム電流が変動した場合の注入均一性の改善効果をシミュレーションした結果について以下に示す。１回目のＹ方向のドーズ量分布から、補正量を前記（２）式について求めると、図４の（ｂ）の曲線のようになる。この図４の（ｂ）の１回目のスキャン時のドーズ補正量を元に、式（４）に基づいて求められた２回目スキャン時のＹ方向メカニカルスキャン速度の分布は図６の（ｂ）のようになる。参考に補正無しの場合も同図６の（ａ）に示す。また補正が有る場合と補正が無い場合のＹ方向メカニカルスキャン速度の差を図６の（ｃ）に示す。このＹ方向メカニカルスキャン速度の補正を２回目のスキャン時に加味して注入を行うと、２回目終了時の累積ドーズ量の分布は図７の（ｂ）のようになる｛補正無しの場合は同図７の（ａ）｝。このような補正を繰り返し、最終的にイオン注入終了後の累積ドーズ量の分布は図８の（ｂ）のようになる｛補正無しの場合は同図８の（ａ）｝。
【００３７】
以上のように本実施の形態２によれば、ある時点（本実施の形態２では、１回目のＹ方向スキャン時点としているが、２回目以降としてもよい）の累積ドーズ量分布から、次以降のメカニカルスキャンにおいて、累積ドーズ量が均一になるようにメカニカルスキャン方向のメカニカルスキャン速度（Ｙ方向のメスニカルスキャン速度）を補正する補正値を求め、その補正量をメカニカルスキャン機構コントローラ１０へ伝達するスキャン速度補正演算機能を有することにより、イオンビームの状態が変化した場合でも、Ｙ方向の累積ドーズ量分布の均一性を飛躍的に改善することができ、製品歩留や装置稼働率を向上することができる。上記実施例では、Ｙ方向のメスニカルスキャン速度の補正を行うことにより、Ｙ方向の累積ドーズ量分布の均一性は、０．４５％から０．０１％へ飛躍的に改善している。
【００３８】
ビーム電流の変動が非常に大きい場合には、前記Ｙ方向のメスニカルスキャン速度の補正量が大きくなり、それに相当する補正注入量を１度で補正してしまうことになる。その場合、イオンビームの密度や形状が変化するため、実際のシート抵抗やサーマウェーブ値等のウェーハ特性において不均一性を残す可能性がある。また、枚葉の大電流イオン注入装置等では、イオンビームを同じ場所に長時間照射すると、チャージアップが発生することも懸念される。したがって、できるだけ補正を残りのＹ方向スキャン時に分散し、メカニカルスキャン速度の急激な変動を避ける必要が生じることも想定される。すなわち、累積ドーズ量分布の変動値にある一定の閾値を設け、それ以上の変動値が発生した場合は、１回のＹ方向スキャンが完了する毎に算出されたドーズ量の補正をその次のＹ方向のスキャン時に全て補正するのではなく、設定ドーズ量と残りドーズ量から計算できる残りのスキャン回数ＮＲで割ったもので補正することにより、補正時に発生する可能性のある不均一性を減少させることができる。式（４）と同様な記述をすると、式（５）のようになり、これに基づいてメカニカルスキャン速度ＶYを制御する。
【００３９】
ＤＲ＋ΔDN（Ｙ）／ＮＲ＝ＡＩＢ／（ＹＶY）＋ΔDN（Ｙ）／ＮＲ＝一定［ions/cm2］
・・・（５）
メカニカルスキャン速度演算補正部２４は、ΔDN（Ｙ）／ＮＲを演算してメカニカルスキャン機構コントローラ１０へ出力する。
【００４０】
なお、実施の形態２の場合、イオン注入処理の最終のＹ方向スキャン時にビーム電流が変動する場合はその次のスキャン処理が無いため、それによるドーズ量の不均一性を補正することができない。また、残りのスキャン回数で補正を分散させる場合は、イオン注入処理の後半にビーム電流の変動が大きくなり、さらに変動量が発散するような場合は、不均一性を十分に補正できないという面がある。不均一性やチャージアップの問題が発生してしまうようなビーム電流の大きな変動が発生した場合は前記実施の形態１のように装置インターロックを設けイオン注入処理を中断すべきである。
【００４１】
また、枚葉式イオン注入装置の場合、１スキャンあたりのドーズ量は、Ｙ方向の位置の依存性が無く、次式のようなより簡単な式となる。
ＤＲ＋ΔDN（Ｙ）＝ＩＢ／（ｎｑＷＶY）＋ΔDN（Ｙ）＝一定［ions/cm2］・・・（６）
あるいは、
ＤＲ＋ΔDN（Ｙ）／ＮＲ＝ＩＢ／（ｎｑＷＶY）＋ΔDN（Ｙ）／ＮＲ＝一定
［ions/cm2］・・・（７）
ここでWはＸ方向のスキャン幅である。このスキャン幅は、メカニカルスキャン幅あるいはビームスキャン幅の場合があり、リボンビーム等のようにイオンビームをＸ方向に広げたビームを発生させる装置に対してはビームの幅となる。
［実施の形態３］
図１、図２、図９〜図１０を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。なお、全体の装置構成は、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、図２に示すように、装置コントローラ１３より質量分析部４において印加している質量分析部４の磁場が入力され、ドーズ量コントローラ９より測定されているＹ方向のイオンビーム３の中心位置（Ｙ方向のビーム中心位置）が入力されている。
【００４３】
そして、リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、図２に示すように、
入力されている質量分析部４の磁場とＹ方向のビーム中心位置により、ビームの軌道を補正する、質量分析部４において印加する磁場の補正値を求めるビーム軌道補正部２５と、
装置のスタンバイ中（ウェーハ処理を実施していない期間）あるいは装置メンテナンス後の立ち上げ中に、測定される質量分析部４の磁場とＹ方向のビーム中心位置により、ビームの軌道の異常判定をするビーム軌道異常判定部２６
が設けられている。
【００４４】
図１に示すようにイオンソース１から出たイオンビーム３はその軌道がずれるとその経路にある引出電極２やアパーチャー５等のスリットに照射される割合が高くなり、パーティクルが発生しやすくなる。図９にイオンビーム３の中心のＹ方向偏差とパーティクル数（この場合はパーティクルモニター６ａにより取得）の関係を示す。図９よりビーム中心がずれるとパーティクルが発生しやすくなることが分かる。図１０に質量分析部４の磁場とビーム中心のＹ方向位置の関係（特性）を示す。
【００４５】
ビーム軌道補正部２５には、図１０の（ａ）に示す正常な場合の質量分析部４の磁場とビーム中心のＹ方向位置の関係が予め記憶されており、Ｙ方向偏差により、質量分析部４の磁場の設定値（図１０では１．２５０ｋＧ）からの偏差量を求め、磁場の補正値として装置コントローラ１３へ出力する。装置コントローラ１３は、この磁場の補正値に基づいて質量分析部４の磁場を変化させてイオンビーム３の中心位置を制御することによりビームの軌道を補正する。
【００４６】
このように、図１０の（ａ）の関係により質量分析部４の磁場を変化させることによって、イオンビーム３の中心位置を制御することができ、ビーム３の軌道を常に制御することによりパーティクルの発生を低減することができる。
【００４７】
さらに、質量分析部４の磁場とイオンビームの中心位置の関係を利用するとイオンビームの軌道ずれの判定が可能になる。図１０の（ｂ）はイオンビームの軌道が異常な場合である。図１０の（ｂ）のようにイオンソース１から引き出されたイオンビーム３の軌道がずれると、質量分析部４の磁場を変化させても、イオンビーム３の中心位置が制御できない。
【００４８】
ビーム軌道異常判定部２６は、装置のスタンバイ中あるいは装置メンテナンス後の立ち上げ中に、装置コントローラ１３にテスト指令と出力して質量分析部４の磁場を変化させてイオンビーム３の中心位置のデータを取得し、図１０の（ａ）のような線形の関係があれば正常と判断し、図１０の（ｂ）のような片側に偏る関係になれば異常と判断する。
【００４９】
以上のように本実施の形態３によれば、イオンビーム３の中心位置を質量分析部４の磁場の変化により制御することによりイオンビーム３の軌道を常に制御（補正）する機能を有することにより、パーティクルの発生を低減することができ、また装置がウェーハ処理を実施していない期間あるいはメンテナンス後に、質量分析部４の磁場を変化とビーム中心位置の関係を取得し、ビームの軌道の異常判定をする機能を有することにより、イオンビーム３の軌道の異常を検出することができ、製品歩留や装置稼働率を向上することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態３では、ビーム軌道補正部２５は、質量分析部４において印加する磁場の補正値を求めているが、図１０の（ａ）の特性により、直接、質量分析部４において印加する磁場の指令値を求めることも可能である。
［実施の形態４］
図１、図２、図１１〜図１４を参照しながら、本発明の実施の形態４について説明する。なお、全体の装置構成は、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、図２に示すように、装置コントローラ１３を介してパーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されたアパーチャー５の上流部と下流部のパーティクル数が入力され、ドーズ量コントローラ９より測定されているイオンビーム３のビーム電流値が入力されている。
【００５２】
そして、リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム１２には、図２に示すように、
パーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されたパーティクル数により、アパーチャー５におけるサプレッション電圧を設定して装置コントローラ１３へ出力し、イオンビーム径を調整するための第１イオンビーム径調整部２７と、
予め、イオン種、加速エネルギーの異なる各条件で取得されたビーム電流量とビーム幅の関係を取得して記憶されており、パーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されたパーティクル数により、ビーム電流量とビーム幅の関係に基づいてビーム電流量を設定してドーズ量コントローラ９へ出力し、イオンビームの径を調整する第２イオンビーム径調整部２８と
が設けられている。
【００５３】
図１１〜図１２にアパーチャー５（図１参照）に印加されるサプレッション電圧とイオンビームの幅の関係を示す。
図１１〜図１２より、サプレッション電圧を増加させるとイオンビームの幅が大きくなることが分かる。サプレッション電圧を負荷する目的の一つは、アパーチャー５の上流にあるパーティクルをアパーチャー５の下流へ運ばないようにさせることにある。したがって、サプレッション電圧を増加させると、アパーチャー５の上流からのパーティクルを低減できる。しかし、ビーム幅が大きくなるため、アパーチャー５の下流にある例えば、プラズマシャワーチューブ等にビームが照射しやすくなり、パーティクルが発生しやすくなる。反対にサプレッション電圧を減少させると、アパーチャー５の下流でのパーティクル発生しにくくなる代わりに、アパーチャー５の上流からのパーティクルをウェーハ８へ到達させやすくなる。
【００５４】
第１イオンビーム径調整部２７は、この性質を利用し、アパーチャー５の上流部と下流部に設置されるパーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されるパーティクル数をモニターし、上流部のパーティクル数が多い場合は、所定のサプレッション電圧よりサプレッション電圧を増加させ、下流部のパーティクルが多い場合は、前記サプレッション電圧を減少させて、その設定値を装置コントローラ１３へ出力し、アパーチャー５のサプレッション電圧を制御してビーム幅を制御する。それによりパーティクル数を減少させることができる。ただし、装置全体でパーティクルモニター６ａ，６ｂのパーティクル数が増加する場合はメンテナンスを実施することは言うまでも無い。
【００５５】
また図１３〜図１４にビーム電流とビームの幅の関係を示す。一般にはビーム電流を減少させると空間電荷効果が小さくなり、イオンビーム径が小さくなると考えられるが、条件によっては必ずしもそうならず、図１３〜図１４のようにビーム電流の変化によって、ビームの形状が変わる特性がある。
【００５６】
第２イオンビーム径調整部２８は、予め、イオン種、加速エネルギーの異なる各条件で取得されたビーム電流量とビーム幅の関係を取得しており、前記ビーム電流の変化によってビームの形状が変わる特性を利用し、パーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されたパーティクル数により、ビーム電流量を設定してドーズ量コントローラ９へ出力し、イオンビーム３の径を調整する。例えば、スリットの形状がＸ方向に長く、Ｙ方向に短い場合、イオンビーム３のＹ方向の幅が大きいほど、スリットへのビームの照射が増え、パーティクルが発生しやすい。したがって、この場合はＹ方向の幅を小さくする必要があり、図１３〜図１４の事例では、ビーム電流を増加させる方がかえってパーティクルを発生させにくくする。このように、ビームの幅を制御することにより、パーティクルの発生を低減することができる。
【００５７】
以上のように、本実施の形態４によれば、装置内のパーティクル数を測定するパーティクルモニター６ａ，６ｂを設け、パーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されたパーティクル数により、アパーチャー５におけるサプレッション電圧またパーティクルモニター６ａ，６ｂにより測定されたパーティクル数によりビーム電流量を変更してイオンビームの径を調整する機能を有することにより、パーティクルの発生を低減することができ、製品歩留や装置稼働率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明にかかるイオン注入装置とそのイオン注入制御方法は、ウェーハ面内の注入均一性の改善とパーティクル発生低減の効果を有し、製品歩留や装置稼働率を向上し、半導体の製造技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態におけるイオン注入装置の概略構成図である。
【図２】同イオン注入装置のリアルタイムモニタリング及びコントロールシステムの制御構成図である。
【図３】同イオン注入装置のビーム電流の特性図である。
【図４】同イオン注入装置の１回目のＹ方向スキャン終了時のドーズ量とその補正量の分布図である。
【図５】同イオン注入装置のスキャン回数に対するＹ方向の累積ドーズ量の均一性の推移図である。
【図６】同イオン注入装置の２回目のＹ方向スキャン時のスキャン速度分布図である。
【図７】同イオン注入装置の２回目のＹ方向スキャン終了時のドーズ量の分布図である。
【図８】同イオン注入装置の注入終了時のドーズ量の分布図である。
【図９】同イオン注入装置のビーム中心位置の偏差量（Ｙ方向）とパーティクル数との関係を示す特性図である。
【図１０】同イオン注入装置の質量分析部の磁場とビーム中心位置（Ｙ方向）の関係を示す特性図である。
【図１１】同イオン注入装置のアパーチャー部サプレッション電圧とビーム幅（Ｘ方向）の関係を示す特性図である。
【図１２】同イオン注入装置のアパーチャー部サプレッション電圧とビーム幅（Ｙ方向）の関係を示す特性図である。
【図１３】同イオン注入装置のビーム電流とビーム幅（Ｘ方向）の関係を示す特性図である。
【図１４】同イオン注入装置のビーム電流とビーム幅（Ｙ方向）の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    イオンソース
２    引出電極
３    イオンビーム
４    質量分析部
５    アパーチャー
６ａ，６ｂ    パーティクルモニター
７    ドーズファラデー
８    ウェーハ
９    ドーズ量コントローラ
１０  メカニカルスキャン機構コントローラ
１１  スキャン機構
１２  リアルタイムモニタリング及びコントロールシステム
１３  装置コントローラ
１４  ウェーハ保持部
１５  エンドステーション
２１  累積ドーズ量分布演算部
２２  累積ドーズ量分布均一性演算部
２３  装置インターロック判断部
２４  メカニカルスキャン速度演算補正部
２５  ビーム軌道補正部
２６  ビーム軌道異常判定部
２７  第１イオンビーム径調整部
２８  第２イオンビーム径調整部
【図１】
2007123056.tif 000003
【図２】
2007123056.tif 000004
【図３】
2007123056.tif 000005
【図４】
2007123056.tif 000006
【図５】
2007123056.tif 000007
【図６】
2007123056.tif 000008
【図７】
2007123056.tif 000009
【図８】
2007123056.tif 000010
【図９】
2007123056.tif 000011
【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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