JP2018170086A - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広いビーム条件に対応可能なプラズマシャワー装置を提供する。【解決手段】イオン注入装置は、ウェハに照射されるイオンビームＢに電子を供給するよう構成されるプラズマシャワー装置６０を備える。プラズマシャワー装置６０は、イオンビームＢに供給される電子が引き出される引出開口６４を有するプラズマ生成室６２と、引出開口６４と連通する開口７４を有し、プラズマ生成室６２の電位を基準として第１電圧が印加される第１電極７１と、イオンビームＢを挟んで第１電極７１と対向する位置に配置され、プラズマ生成室６２の電位を基準として第２電圧が印加される第２電極７２と、第１電圧および第２電圧をそれぞれ独立に制御してプラズマシャワー装置６０の動作モードを切り替える制御部８６と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、イオン注入装置及びイオン注入方法に関する。

半導体製造工程では、半導体ウェハの導電性を変化させる目的、半導体ウェハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウェハにイオンを注入する工程が標準的に実施されている。この工程で使用される装置は、一般にイオン注入装置と呼ばれ、注入処理室内のウェハに向けてイオンビームを照射するよう構成される。注入処理室には、イオン注入によるウエハ表面の帯電を防ぐため、プラズマシャワー装置等の帯電抑制装置が設けられる。プラズマシャワー装置は、ウエハ表面に電子を供給することで、ウエハ表面に帯電する電荷を中和させる（特許文献１参照）。

特開２００６−１５６１４２号公報

プラズマシャワー装置に要求される電子供給量は、ウェハに照射されるイオンビームのビーム条件によって異なりうる。例えば、１〜１０ｍＡ程度の高電流ビームであれば、より多くの電子供給が必要とされるのに対し、１０〜１００μＡ程度の低・中電流ビームであれば、高電流ビームほどの電子供給量は必要とされない。そのため、高電流用の注入装置と低・中電流用の注入装置とでは、それぞれ仕様の異なるプラズマシャワー装置が用いられることが一般的である。一方、１台の注入装置で低・中電流領域から高電流領域まででをカバーできるようにする場合、ビーム条件に応じて適切な電子供給量を実現できるプラズマシャワー装置とする必要がある。

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、幅広いビーム条件に対応可能なプラズマシャワー装置を提供することにある。

本発明のある態様のイオン注入装置は、ウェハに照射されるイオンビームに電子を供給するよう構成されるプラズマシャワー装置を備えるイオン注入装置であって、プラズマシャワー装置は、イオンビームに供給される電子が引き出される引出開口を有するプラズマ生成室と、引出開口と連通する開口を有し、プラズマ生成室の電位を基準として第１電圧が印加される第１電極と、イオンビームを挟んで第１電極と対向する位置に配置され、プラズマ生成室の電位を基準として第２電圧が印加される第２電極と、第１電圧および第２電圧をそれぞれ独立に制御してプラズマシャワー装置の動作モードを切り替える制御部と、を含む。

本発明の別の態様は、イオン注入方法である。この方法は、ウェハに照射されるイオンビームに電子を供給するよう構成されるプラズマシャワー装置を備えるイオン注入装置を用いる。プラズマシャワー装置は、イオンビームに供給される電子が引き出される引出開口を有するプラズマ生成室と、引出開口と連通する開口を有し、プラズマ生成室の電位を基準として第１電圧が印加される第１電極と、イオンビームを挟んで第１電極と対向する位置に配置され、プラズマ生成室の電位を基準として第２電圧が印加される第２電極と、を含む。この方法は、イオンビームのビーム条件に応じて、第１電圧および第２電圧をそれぞれ独立に制御してプラズマシャワー装置の動作モードを切り替える。

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。

本発明によれば、幅広いビーム条件に対応可能なプラズマシャワー装置を提供できる。

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１のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。 実施の形態に係るプラズマシャワー装置の構成を示すｘ方向から見た断面図である。 図３のプラズマシャワー装置の構成を示すｙ方向から見た断面図である。 第１モードで動作するプラズマシャワー装置を模式的に示す図である。 第１モードにおいてプラズマシャワー装置６０から供給されるイオンの挙動を模式的に示す図である。 第２モードで動作するプラズマシャワー装置を模式的に示す図である。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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、ビーム整形部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。

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。

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。

ビーム整形部２２は、四重極収束／発散装置（Ｑレンズ）などの収束／発散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。ビーム整形部２２は、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）であり、上流側から順に第１四重極レンズ２２ａ、第２四重極レンズ２２ｂ、第３四重極レンズ２２ｃを有する。ビーム整形部２２は、三つのレンズ装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃを用いることにより、ウェハＷに入射するイオンビームＢのｘ方向およびｙ方向の収束または発散をそれぞれの方向について独立に調整しうる。ビーム整形部２２は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。

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、ビーム整形部２２により整形されたイオンビームＢのビーム電流を計測できるように構成される。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。

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。

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。

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。

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。

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駆動機構５０を備える。プラテン駆動機構５０は、ウェハ保持装置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。ウェハ保持装置５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。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）にウェハ保持装置５２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置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。

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としてウェハ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装置５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持装置５２とともに往復運動される。

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を含むプラテン駆動機構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。

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。

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ビーム電流量を計測する。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。

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量や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。

注入処理室１６には、イオンビームＢに電子を供給するプラズマシャワー装置６０が設けられる。プラズマシャワー装置６０は、プラズマ生成室６２と、シャワーチューブ７０とを含む。プラズマシャワー装置６０は、プラズマ生成室６２内でプラズマを生成し、プラズマから電子を引き出し、ウェハＷに向かうイオンビームＢが通過するシャワーチューブ７０内に電子を供給するよう構成される。

図３および図４は、実施の形態に係るプラズマシャワー装置６０の構成を示す断面図である。図３は、ｘ方向から見た断面を示し、図４は、ｙ方向から見た断面を示す。プラズマシャワー装置６０は、プラズマ生成室６２と、サプレッション電極６８と、シャワーチューブ７０と、制御部８６と、各種電源とを備える。

プラズマ生成室６２は、略直方体の箱型形状を有し、イオンビームＢの走査方向（ｘ方向）に細長い形状を有する。プラズマ生成室６２の内部には、高周波（ＲＦ）電圧が印加されるアンテナ６６が設けられる。プラズマ生成室６２の内部にはソースガスが導入され、アンテナ６６からの高周波電界によりプラズマＰが生成される。プラズマ生成室６２の壁面には、プラズマＰを閉じ込めるカスプ磁場を生成するための磁石装置（図示せず）が設けられる。プラズマ生成室６２には引出開口６４が設けられており、引出開口６４を通じてプラズマＰから電子が引き出される。

シャワーチューブ７０は、プラズマ生成室６２の引出開口６４の隣に設けられる。シャワーチューブ７０は、角管形状を有し、角管の内側をイオンビームＢが通過するように配置される。シャワーチューブ７０は、引出開口６４と連通する開口７４を有する第１電極７１と、イオンビームＢを挟んで第１電極７１とｙ方向に対向する第２電極７２と、イオンビームＢを挟んでｘ方向に対向する第３電極７３（７３Ｌ，７３Ｒ）とを有する。図４に示すように、第１電極７１に設けられる開口７４は、イオンビームＢの走査範囲にわたってｘ方向に長く形成される。なお、プラズマ生成室６２の引出開口６４も同様である。

シャワーチューブ７０の上流側には、サプレッション電極６８が設けられる。サプレッション電極６８は、シャワーチューブ７０と同様、角管形状を有し、角管の内側をイオンビームＢが通過するように配置される。サプレッション電極６８は、サプレッション電源７８と接続されており、プラズマ生成室６２の電位を基準として負電圧が印加される。サプレッション電極６８は、プラズマ生成室６２から引き出される電子がプラズマシャワー装置６０より上流側に向かうのを防ぐ。

プラズマ生成室６２は、引出電源８０と接続されており、引出電源８０により引出電圧が印加される。第１電極７１は、第１電源８１と接続され、プラズマ生成室６２の電位を基準として第１電圧が印加される。第２電極７２は、第２電源８２と接続され、プラズマ生成室６２の電位を基準として第２電圧が印加される。第３電極７３は、第３電源８３と接続され、プラズマ生成室６２の電位を基準として第３電圧が印加される。

図４は、イオンビームＢのｘ方向の走査範囲を示す。図示されるように、ウェハＷが位置する照射領域Ｃ１と、照射領域Ｃ１の外側の非照射領域Ｃ２にわたってイオンビームＢは走査される。照射領域Ｃ１に位置するビームＢ１はウェハＷに入射する。一方、非照射領域Ｃ２に位置するビームＢ２は、シャワーチューブ７０の下流側のサイドカップ４０Ｌ，４０Ｒに入射する。

シャワーチューブ７０は、照射領域Ｃ１および非照射領域Ｃ２の双方をカバーするように配置されており、ウェハＷに向かうビームＢ１およびサイドカップ４０Ｌ，４０Ｒに向かうビームＢ２の双方に電子を供給できるよう構成される。また、サイドカップ４０Ｌ，４０Ｒの外筐体は、第４電源８４と接続され、プラズマ生成室６２の電位を基準として第４電圧が印加される。

制御部８６は、プラズマシャワー装置６０の各種電源の電圧を独立に制御してプラズマシャワー装置６０の動作モードを切り替えるように構成される。制御部８６は、ウェハＷに照射するイオンビームＢのビーム電流値、ビームエネルギー、イオン種などのビーム条件に応じて動作モードを切り替える。

プラズマシャワー装置６０からイオンビームＢに供給される電子量は、イオンビームＢの照射によるウェハＷ上の正電荷量に応じて調整されることが好ましい。例えば、イオンビームＢの電流量が大きい場合には、ウェハＷ上に蓄積される正電荷量が多くなるため、プラズマシャワー装置６０からより多くの電子が供給される必要がある。一方で、イオンビームＢの電流量が小さい場合、プラズマシャワー装置６０から多量の電子を供給してしまうとウェハＷに負電荷が蓄積されてしまうため、電子供給量を少なくすることが好ましい。

本実施の形態に係るイオン注入装置１０は、例えば、１０μＡ程度の低電流から１０ｍＡ程度の高電流までをカバーできるように構成される。そのため、３桁程度異なるビーム電流量の変化に合わせて、プラズマシャワー装置６０による電子供給量も大きな範囲で調整できることが好ましい。例えば、プラズマ生成室６２で生成されるプラズマＰの密度を自在に調整できれば、電子供給量も柔軟に調整できるかもしれない。しかしながら、プラズマＰの密度を大きく変化させることは一般的に容易ではない。プラズマＰを安定的に生成するためにはある程度のプラズマＰの密度が必要であり、プラズマＰの密度を極端に少なくしつつ、安定的に電子を供給することは難しいからである。

また、プラズマシャワー装置６０は、プラズマＰから電子を供給するだけではなく、プラズマＰに含まれるイオンも供給する。プラズマシャワー装置６０から引き出されるイオンの一部は、サイドカップ４０Ｌ，４０Ｒに流入し、これらの計測結果に影響を与える。イオンビームＢの電流量が大きく、プラズマシャワー装置６０に起因するイオンの流入が無視できるほどに少なければ、特に問題とはならない。しかしながら、イオンビームＢの電流量が低い場合には、プラズマシャワー装置６０から引き出されるイオンの流入が計測結果に影響を与え、ビーム電流量の計測精度を低下させうる。

そこで、本実施の形態では、プラズマシャワー装置６０による電子供給量を多くするための第１モードと、プラズマシャワー装置６０からサイドカップ４０Ｌ，４０Ｒへのイオン流入を少なくするための第２モードとの間で動作モードを切替できるようにする。特に、低・中電流用の第２モードにおいて、プラズマシャワー装置６０からのイオン供給を最小化させながら電子を供給できるようにすることにより、ウェハＷの帯電を抑制しつつ、プラズマシャワー装置６０からのイオンに起因する計測精度の低下を防止する。

図５は、第１モードで動作するプラズマシャワー装置６０を模式的に示す図である。第１モードでは、第１電圧、第２電圧、第３電圧および第４電圧が負となるように制御される。第１電圧、第２電圧、第３電圧および第４電圧の大きさ（絶対値）は、０．１Ｖ以上５０Ｖ以下であり、例えば、１Ｖ以上２０Ｖ以下である。一例において、引出電源８０による引出電圧は−５Ｖであり、第１電圧、第２電圧、第３電圧および第４電圧は−３Ｖである。サプレッション電源７８によるサプレッション電圧は、−４０Ｖ〜−５０Ｖ程度であり、例えば−４８Ｖである。なお、第１電圧、第２電圧、第３電圧および第４電圧の電圧は共通でなくてもよく、少なくとも一つの電圧を他の電圧と異ならせてもよい。

イオンビームＢに供給される電子は、主にイオンビームＢのビームポテンシャルによりプラズマ生成室６２内のプラズマＰから引き出される。イオンビームＢは、正電荷を有するイオンで構成されるため、イオンビームＢによる正の空間電荷によってプラズマＰから電子が引き出される。第１モードでは、プラズマ生成室６２の電位を基準としてシャワーチューブ７０に負電圧が印加されるため、シャワーチューブ７０の内面で電子が跳ね返され、引き出された電子が効率的にイオンビームＢに供給される。また、サイドカップ４０の外筐体にも負電圧が印加されるため、サイドカップ４０の外筐体への電子の流入を抑制し、ｘ方向の両端部のビームに対しても効率的に電子を供給できる。

図６は、第１モードにおいてプラズマシャワー装置６０から供給されるイオンの挙動を模式的に示す図である。第１モードでは、シャワーチューブ７０に負電圧が印加されるため、第１電極７１がプラズマ生成室６２内のプラズマＰからイオンを引き出す引出電極として作用する。その結果、プラズマ生成室６２からは電子のみならずイオンも引き出されることになる。プラズマ生成室６２から電子とともにイオンが引き出される場合、引出開口６４付近の空間電荷がイオンで中和されるため、電子の効率的な引き出しにつながる。このようにして、第１モードでは、イオンビームＢに供給される電子を最大化できる。その一方で、引き出されたイオンの一部がサイドカップ４０に流入することがあるため、サイドカップ４０で検出されるイオンビームＢが相対的に少ない状況下では、サイドカップ４０の計測精度に影響を与え、サイドカップ４０の計測精度の低下をもたらす。

図７は、第２モードで動作するプラズマシャワー装置６０を模式的に示す図である。第２モードでは、第１電極７１の第１電圧、第３電極７３の第３電圧およびサイドカップ４０の外筐体の第４電圧が正となるように制御される一方、第２電極７２の第２電圧が負となるように制御される。一例において、引出電源８０による引出電圧は−７Ｖであり、第１電圧、第３電圧および第４電圧は＋１０Ｖであり、第２電圧は−１０Ｖである。サプレッション電源７８によるサプレッション電圧は、−４０Ｖ〜−５０Ｖ程度であり、例えば−４８Ｖである。なお、第１電圧、第３電圧および第４電圧の電圧は共通でなくてもよく、少なくとも一つの電圧を他の電圧と異ならせてもよい。

第２モードでは、第１電極７１がプラズマ生成室６２の電位を基準として正となるため、プラズマ生成室６２からのイオンの引き出しが抑制される。引出開口６４を通じてイオンが引き出される場合であっても、第２電極７２が負電圧であるため、引き出されたイオンは主に第２電極７２に流入する。また、サイドカップ４０の外筐体が正電圧であるため、引き出されたイオンはサイドカップ４０に向かいにくい。その結果、プラズマシャワー装置６０からサイドカップ４０に向かうイオンの量を小さくし、イオンビームＢの計測精度の低下を抑えることができる。

第２モードでは、イオンビームＢの電流量が相対的に小さいため、ビームポテンシャルによりプラズマＰから引き出される電子量も小さくなる。また、プラズマＰからイオンが引き出されにくいため、引出開口６４の近傍に電子が蓄積されやすく、空間電荷効果により電子の引き出し量も減少する。したがって、第２モードでは、プラズマＰを安定的に生成する状態であっても、第１モードより電子供給量を小さくすることができ、低・中電流のビームに合った量の電子を供給できる。

本実施の形態において、第１電極７１に印加すべき第１電圧は、プラズマ生成室６２からのイオン供給、プラズマ生成室６２からの電子供給、および、シャワーチューブ７０への電子流入防止の観点から決定することができる。イオン供給量および電子流入防止効果は、第１電極７１を負電圧にすると多くなり、第１電極７１を正電圧にすると少なくなる傾向にある。電子供給量は、第１電極７１を絶対値の小さい負電圧にすると多くなり、絶対値の大きい負電圧、または、正電圧にすると少なくなる傾向にある。第１電極７１の第１電圧は、これらを加味して決定されることが好ましい。

第２電極７２に印加すべき第２電圧は、シャワーチューブ７０への電子流入防止およびシャワーチューブ７０へのイオン吸収の観点から決定することができる。電子流入防止およびイオン吸収能力は、第２電極７２を負電圧にすると高くなり、第２電極７２を正電圧にすると低くなる。したがって、第２電極７２には負電圧が印加されることが好ましく、電子流入防止およびイオン吸収能力の必要量に応じて負電圧の大きさが決定されることが好ましい。

第３電極７３に印加すべき第３電圧は、プラズマ生成室６２からのイオン供給、プラズマ生成室６２からの電子供給、シャワーチューブ７０への電子流入防止、および、シャワーチューブ７０へのイオン吸収の観点から決定することができる。第３電圧とこれらの効果との関係性は、上述の第１電極および第２電極と同様である。したがって、第３電極７３の第３電圧は、これらを加味して決定されることが好ましい。

サイドカップ４０の外筐体に印加すべき第４電圧は、サイドカップ４０の外筐体への電子流入防止およびサイドカップ４０へのイオン流入防止の観点から決定することができる。電子流入防止効果は第４電圧を負電圧にすると高くなり、第４電圧を正電圧にすると低くなる。一方、イオン流入防止効果は、第４電圧を正電圧にすると高くなり、第４電圧を負電圧にすると低くなる。したがって、サイドカップ４０の外筐体に印加すべき第４電圧は、これらを加味して決定されることが好ましい。

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。

上述の実施の形態では、第１電極７１、第２電極７２、第３電極７３およびサイドカップ４０の外筐体にそれぞれ別の電源を接続する場合について示した。変形例では、印加電圧が共通する電極に対して、共通の電源を用いてもよい。例えば、第１電極７１、第３電極７３およびサイドカップ４０の外筐体に第１電源８１を接続し、第２電極７２に第２電源８２を接続するようにしてもよい。

上述の実施の形態では、引出電源８０が接続されるプラズマ生成室６２の電位を基準とし、プラズマ生成室６２とシャワーチューブ７０の間およびプラズマ生成室６２とサイドカップ４０の外筐体の間に各電源を接続する場合を示した。変形例では、シャワーチューブ７０に接続される第１電源８１、第２電源８２および第３電源８３の一端と、サイドカップ４０の外筐体に接続される第４電源８４の一端とをグランドに接続し、グランド電位に対してシャワーチューブ７０の各電極およびサイドカップ４０の外筐体の電圧を制御するようにしてもよい。この場合であっても、プラズマ生成室６２の電位に対して正または負の電圧がシャワーチューブ７０の各電極およびサイドカップ４０の外筐体に印加されるよう制御されることが好ましい。

上述の実施の形態では、第１モードにおいて第３電極７３に負電圧を印加し、第２モードにおいて第３電極７３に正電圧を印加し、第１電極７１と第３電極７３の電圧の正負が同じとなるようにする場合を示した。変形例では、第２電極７２と第３電極７３の電圧の正負が同じとなるようにしてもよく、第１モードにおいて第３電極７３に負電圧を印加し、第２モードにおいても第３電極７３に負電圧を印加するようにしてもよい。

上述の実施の形態において、第１電極７１および第３電極７３は、電気的に接続されるように構成されてよく、例えば、第１電極７１および第３電極７３が一体的に構成されてもよい。一方で、第２電極７２と第３電極７３の間は電気的に絶縁され、第２電極７２と第３電極７３の間に絶縁部材が設けられる。なお、変形例では、第２電極７２および第３電極７３が電気的に接続されるように構成され、第１電極７１と第３電極７３の間に絶縁部材が設けられてもよい。また、第１電極７１と第３電極７３の間および第２電極７２と第３電極７３の間の双方に絶縁部材が設けられてもよい。

シャワーチューブ７０は、第１電極７１および第２電極７２を備える一方で、第３電極７３を備えない構成であってもよい。

サイドカップ４０は、シャワーチューブ７０から離れて設けられてもよい。サイドカップ４０の外筐体は、動作モードに応じて異なる電圧が印加されなくてもよく、例えば、グランド電位となるように構成されてもよい。

上述の実施の形態では、シャワーチューブ７０の各電極の電圧をプラズマ生成室６２に対して正電圧または負電圧とする場合を示した。変形例においては、いずれかの電極の電圧をいずれかの動作モードにおいてプラズマ生成室６２と同じ電位としてもよい。

制御部８６は、シャワーチューブ７０の近傍に配置される他の構造物の電位を制御するよう構成されてもよい。例えば、シャワーチューブ７０の近傍に配置される構造物について、第１モードではプラズマ生成室６２の電位に対して負電圧とし、第２モードではプラズマ生成室６２の電位に対して正電圧としてもよい。

Ｂ…イオンビーム、Ｗ…ウェハ、１０…イオン注入装置、４０…サイドカップ、６０…プラズマシャワー装置、６２…プラズマ生成室、６４…引出開口、７１…第１電極、７２…第２電極、７３…第３電極、７４…開口、８６…制御部。

Claims (18)

1. ウェハに照射されるイオンビームに電子を供給するよう構成されるプラズマシャワー装置を備えるイオン注入装置であって、前記プラズマシャワー装置は、
   前記イオンビームに供給される電子が引き出される引出開口を有するプラズマ生成室と、
   前記引出開口と連通する開口を有し、前記プラズマ生成室の電位を基準として第１電圧が印加される第１電極と、
   前記イオンビームを挟んで前記第１電極と対向する位置に配置され、前記プラズマ生成室の電位を基準として第２電圧が印加される第２電極と、
   前記第１電圧および前記第２電圧をそれぞれ独立に制御して前記プラズマシャワー装置の動作モードを切り替える制御部と、を含むことを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記制御部は、前記イオンビームのビーム条件に応じて、前記第１電圧および前記第２電圧の少なくとも一方を変更して前記動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
3. 前記制御部は、前記イオンビームのビーム電流値に応じて、前記動作モードを切り替え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。
4. 前記制御部は、前記イオンビームのビームエネルギーに応じて、前記動作モードを切り替え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。
5. 前記制御部は、前記イオンビームのイオン種に応じて、前記動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
6. 前記動作モードは、前記第１電圧および前記第２電圧の少なくとも一方が負である第１モードと、前記第１電圧および前記第２電圧の少なくとも一方が正である第２モードと、を含む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。
7. 前記第１モードは、前記第１電圧が負であり、
   前記第２モードは、前記第１電圧が正であることを特徴とする請求項６に記載のイオン注入装置。
8. 前記第１モードは、前記第２電圧が負であることを特徴とする請求項６または７に記載のイオン注入装置。
9. 前記第２モードは、前記第２電圧が負であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
10. 前記第１モードは、前記イオンビームのビーム電流値が所定値以上である場合に選択される高電流モードであり、
    前記第２モードは、前記イオンビームのビーム電流値が前記所定値未満である場合に選択される低電流モードであることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
11. 前記制御部は、前記第１電圧および前記第２電圧の絶対値がそれぞれ０．１Ｖ以上５０Ｖ以下となるように前記第１電圧および前記第２電圧をそれぞれ独立に制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
12. 前記イオン注入装置は、前記プラズマシャワー装置より上流側に設けられるビームスキャナをさらに備え、
    前記ビームスキャナは、ビーム進行方向と直交する所定のビームスキャン方向に前記イオンビームを往復スキャンするよう構成され、
    前記第１電極および前記第２電極は、前記ビーム進行方向および前記ビームスキャン方向の双方と直交する方向に対向するように配置されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
13. 前記プラズマシャワー装置は、前記イオンビームを挟んで前記ビームスキャン方向に対向するように配置され、前記プラズマ生成室の電位を基準として第３電圧が印加される一対の第３電極をさらに含み、
    前記制御部はさらに、前記第３電圧を制御して前記動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１２に記載のイオン注入装置。
14. 前記制御部は、前記第１電圧と正負が同じとなるように前記第３電圧を制御することを特徴とする請求項１３に記載のイオン注入装置。
15. 前記制御部は、前記第１電圧と同じ電圧となるように前記第３電圧を制御することを特徴とする請求項１３に記載のイオン注入装置。
16. 前記ビームスキャナは、ウェハが位置する注入領域と、前記注入領域外の非注入領域とを含む範囲にわたって前記イオンビームを往復スキャンするよう構成され、
    前記イオン注入装置は、前記プラズマシャワー装置より下流側に配置され、前記非注入領域にてウェハ注入中の前記イオンビームのビーム電流量をモニタするよう構成されるサイドカップをさらに備え、
    前記制御部はさらに、前記サイドカップの筐体に前記プラズマ生成室の電位を基準として印加される第４電圧を制御して前記動作モードを切り替えることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
17. 前記制御部は、前記第１電圧と正負が同じとなるように前記第４電圧を制御することを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入装置。
18. ウェハに照射されるイオンビームに電子を供給するよう構成されるプラズマシャワー装置を備えるイオン注入装置を用いたイオン注入方法であって、
    前記プラズマシャワー装置は、
    前記イオンビームに供給される電子が引き出される引出開口を有するプラズマ生成室と、
    前記引出開口と連通する開口を有し、前記プラズマ生成室の電位を基準として第１電圧が印加される第１電極と、
    前記イオンビームを挟んで前記第１電極と対向する位置に配置され、前記プラズマ生成室の電位を基準として第２電圧が印加される第２電極と、を含み、
    前記イオン注入方法は、前記イオンビームのビーム条件に応じて、前記第１電圧および前記第２電圧をそれぞれ独立に制御して前記プラズマシャワー装置の動作モードを切り替えることを特徴とするイオン注入方法。

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