イオン注入方法およびその装置
【課題】 基板の面内に様々なドーズ量分布を形成することができる方法を提供する。
【解決手段】 このイオン注入方法は、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、イオンビーム4の走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板2をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、かつ注入工程として、イオンビーム4の走査速度を、基板2の一端から他端にかけて、第1の走査速度、それとは異なる第2の走査速度および第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板2の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する。
【解決手段】 このイオン注入方法は、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、イオンビーム4の走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板2をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、かつ注入工程として、イオンビーム4の走査速度を、基板2の一端から他端にかけて、第1の走査速度、それとは異なる第2の走査速度および第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板2の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、基板(例えば半導体基板)の面内において一様でないドーズ量(単位面積当たりの注入イオン数)分布を形成するイオン注入方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のイオン注入技術では、基板の面内に均一にイオン注入を行うことが主体であったけれども、近年、一つの基板の面内に、一様でない所望のパターンのドーズ量分布を形成したいという要望が生じている。一様でないドーズ量分布は、不均一なドーズ量分布、または、ドーズ量が複数の領域において互いに異なるドーズ量分布、というように換言することができる。
【0003】
例えば、近年は、LSI、メモリー等の半導体デバイス製造における処理工程が複雑化し、かつ半導体基板が大型化して非常に高価になっており、半導体デバイス製造の歩留まり向上が非常に重要になっている。即ち、一つの基板をできる限り有効に活用することが非常に重要になっている。これを実現するために、半導体デバイスを製造する複数の工程の内のイオン注入工程において、ドーズ量分布を、基板の面内で意図的に不均一にすることによって、基板の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性の補正を行うこと(これを、APC:アドバンスト プロセス コントロールと呼ぶ。)や、特性(例えば、FETのしきい値電圧Vth)を意図的に変化させることへの強い要望がある。
【0004】
このような要望に関連する技術として、特許文献1には、基板の中心部を境界にして、上下および/または左右に異なるドーズ量分布を形成するイオン注入技術が記載されている。
【0005】
【特許文献1】特開2003−132835号公報(段落0011−0014、図4)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1に記載の技術は、必ず基板の中心部を境界としてドーズ量分布を異ならせることしかできないので、基板の面内に多様なドーズ量分布を形成することはできない。
【0007】
ところが、前述した半導体デバイスの特性補正や特性変化を行うことは、基板の中心部を境界にして行うとは限らず、処理工程の状況等の様々な条件に応じて、当該特性補正や特性変化を行う領域を変えなければならないので、特許文献1に記載の技術では、上述した近年の要望に十分に応えることはできない。
【0008】
そこでこの発明は、基板の面内に様々なドーズ量分布を形成することができるイオン注入方法およびその装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この発明に係るイオン注入方法の一つは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、かつ前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴としている。
【0010】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、かつ前記制御装置は、前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴としている。
【0011】
この発明に係るイオン注入方法の他のものは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、かつ前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴としている。
【0012】
この発明に係るイオン注入装置の他のものは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、かつ前記制御装置は、前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【0013】
請求項1および請求項2に記載の発明によれば、イオンビームの走査速度を第1の走査速度、第2の走査速度および第1の走査速度というようにステップ状に変化させるイオン注入と、基板のステップ回転とを実施するので、基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することができる。
【0014】
請求項3および請求項4に記載の発明によれば、基板の駆動速度を第1の駆動速度、第2の駆動速度および第1の駆動速度というようにステップ状に変化させるイオン注入と、基板のステップ回転とを実施するので、基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1は、この発明に係るイオン注入方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。図2は、図1のイオン注入装置の基板周りの一例を拡大して示す概略側面図である。
【0016】
このイオン注入装置は、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれるものであり、イオンビーム4を電界または磁界によってX方向(例えば水平方向)に往復走査することと、基板(例えば半導体基板)2をX方向と実質的に直交するY方向(例えば垂直方向)に機械的に往復駆動することとを併用して、基板2の全面にイオン注入を行う構成をしている。なお、ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置は、例えば、特開2001−143651号公報、特開2001−185071号公報にも記載されている。
【0017】
このイオン注入装置は、より具体的には、イオンビーム4を引き出すイオン源10と、このイオン源10から引き出されたイオンビーム4から特定のイオン種を選別して導出する質量分離マグネット12と、この質量分離マグネット12から導出されたイオンビーム4を加速または減速する加速管14と、この加速管14から導出されたイオンビーム4を整形するQレンズ16と、このQレンズ16から導出されたイオンビーム4から特定エネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器18と、このエネルギー分離器18から導出されたイオンビーム4を電界または磁界によって前記X方向に往復走査する走査器20と、この走査器20から導出されたイオンビーム4を電界または磁界によって曲げ戻して走査器20と協働してイオンビーム4の平行走査を行う、即ち平行なイオンビーム4を作るビーム平行化器24とを備えている。
【0018】
ビーム平行化器24から導出されたイオンビーム4は、注入室26内において、ホルダ28に保持されている前記基板2に照射され、それによって基板2にイオン注入が行われる。その際、基板2は、駆動装置32によって、前記Y方向に往復駆動される。この基板2の往復駆動とイオンビーム4の往復走査との協働によって、基板2の全面にイオン注入を行うことができる。
【0019】
その場合、基板2のY方向の駆動速度vは、特許文献1にも記載されているように、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、イオンビーム4のビーム電流密度Jに反比例するように制御される。換言すれば、J/vが一定になるように制御される。そのようにすると、基板2へのイオン注入中に仮にイオンビーム4のビーム電流密度Jが変化しても、この変化を駆動速度vで補償して、基板2に対するドーズ量に変化が生じるのを防止することができる。即ち、基板2に対して所定のドーズ量でイオン注入を行うことができる。
【0020】
更にこのイオン注入装置は、基板2をホルダ28と共に、基板2の中心部2aを中心にして回転(例えば図2中の矢印Bに示す時計方向に回転)させる回転装置30を備えている。駆動装置32は、この回転装置30、ホルダ28および基板2の全体をY方向に往復駆動する。
【0021】
イオンビーム4の前記走査は、走査電源22から走査器20に供給される走査出力(例えば走査電圧または走査電流)P(t)によって制御される。(t)は、時間tの関数であることを表している。この走査電源22および走査器20によって、イオンビーム4をX方向に往復走査する走査装置を構成している。
【0022】
ホルダ28の上流側および下流側には、図2にのみ示すけれども、イオンビーム4を受けてそのX方向のビーム電流密度分布を計測して、走査出力P(t)の波形整形等に用いられる前段多点ファラデー38および後段多点ファラデー39が設けられている。両多点ファラデー38、39は、複数のファラデーカップをX方向に並べたものである。後段多点ファラデー39はイオンビーム4のビームライン上に固定されている。前段多点ファラデー38およびホルダ28は、Y方向に駆動されて、必要なときにのみイオンビーム4のビームライン上に置かれる。なお、これと同様の多点ファラデーは、前記特開2001−143651号公報にも記載されている。
【0023】
両多点ファラデー38、39による計測値は、制御装置36に与えられる。制御装置36は、上記計測値および各種設定値に基づいて、(1)走査装置(この実施形態では具体的には走査電源22。以下同様)を制御して、イオンビーム4のX方向の走査速度sを後述するように制御する機能、(2)駆動装置32を制御して、ホルダ8上の基板2のY方向の駆動速度vを前述したように制御すると共に後述するように制御する機能、(3)回転装置30を制御して、基板2をその中心部2aを中心にして後述するように回転させる制御を行う機能、(4)前記走査装置、駆動装置32および回転装置30を制御して、後述するように複数回の注入工程とその合間の回転工程とを実施する制御を行う機能、(5)更にこの実施形態では、後述するように走査出力P(t)の波形整形を行う機能、等の機能を有している。
【0024】
上記のようなイオン注入装置において、基板2の面内に多様なドーズ量分布を形成するイオン注入方法の例を説明する。
【0025】
例えば、基板2のY方向の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビーム4のX方向の走査速度sを所定のパターンで変化させることによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成する。基板2の駆動速度vをビーム電流密度に反比例するように制御するのは、前述したように、イオンビーム4の万一のビーム電流密度の変動を補償するためであり、イオンビーム4のビーム電流密度に変動がなければ、基板2の駆動速度vは一定となる。なお、これ以下で取り上げている基板2の駆動速度vやイオンビーム4の走査速度sは、イオンビーム4が基板2に入射する領域内におけるものである。当該領域外では、これらの速度s、vは、基板2に対するドーズ量に影響しないからである。
【0026】
この場合に、イオンビーム4の走査速度sを変化させる位置および変化させる程度、即ち走査速度sを変化させるパターンの例を、図3〜図7に示す。
【0027】
図3の例は、イオンビーム4の走査速度sを、ステップ状の一形態してと、s1 、s2 、s3 (=s1 )と凹状に変化させる場合である。この例ではs2 <s1 であるが、これと反対にs2 >s1 にして凸状に変化させても良い。s1 ≠s3 にしても良い。また、より多くの段階に変化させても良い。なお、ステップ状と言っても、現実には、時間ゼロで走査速度sを変化させることはできないので、若干の遷移区間を伴う(以下においても同様)。
【0028】
基板2に対するドーズ量は、イオンビーム4のビーム電流密度を一定とすると、イオンビーム4の走査速度sに反比例する。即ち、走査速度sとドーズ量とは反対の関係にあり、走査速度sが大きい領域ではドーズ量は小さくなり、走査速度sが小さい領域ではドーズ量は大きくなる。なお、基板2の駆動速度vに比べれば、イオンビーム4の走査速度sは遙かに大きくて速いので、イオンビーム4が基板2上をX方向に1回走査されている間のイオンビーム4のビーム電流密度は、一定と考えても妥当である。
【0029】
従って、図3の例の場合は、図9に示す例のように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に(こうなるのは、ここでは基板2の駆動速度vを上記のように制御して、Y方向においてはドーズ量に変化が生じないようにしているからである)、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。各領域R1 〜R3 におけるドーズ量の相対関係は上記のとおりである。
【0030】
なお、図9〜図14に示す基板2のオリエンテーションフラット2bは、後述するように基板2を回転させたときの位置関係を分かりやすくするために例示したものであり、当該オリエンテーションフラット2bと注入領域との位置関係は、特定のものに限定されるものではない。
【0031】
図4の例は、イオンビーム4の走査速度sを、ステップ状の他の形態として、s4 >s5 >s6 にして段階的に変化させる場合である。これと反対に、s4 <s5 <s6 に変化させても良い。また、より多くの段階に変化させても良い。
【0032】
図4の例の場合も、図9に示す例のように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。但し、各領域R1 〜R3 におけるドーズ量の相対関係は、図3の場合とは異なる。
【0033】
図5の例は、イオンビーム4の走査速度sを、連続して滑らかに変化させる一形態として、直線状に変化させる場合である。傾きは、図示例とは反対でも良い。また、傾きをより大きくしても良いし、より小さくしても良い。
【0034】
図5の例の場合は、基板2の面内に、図5とは反対の傾きでドーズ量が連続的に変化したドーズ量分布が形成される。
【0035】
図6の例は、イオンビーム4の走査速度sを、連続して滑らかに変化させる他の形態として、曲線状に変化させる場合である。図6の例は谷状の曲線であるが、これとは反対に山状の曲線でも良い。
【0036】
図6の例の場合は、基板2の面内に、図6とは反対の傾きでドーズ量が連続的に変化したドーズ量分布が形成される。
【0037】
図7の例は、イオンビーム4の走査速度sを、s7 、s8 、s9 と3段階の腰折れ状に変化させる場合である。傾きは、図示例とは反対でも良い。また、より多くの段階に変化させても良い。
【0038】
図7の例の場合も、図9に示す例のように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。但し、各領域R1 〜R3 におけるドーズ量の相対関係は、図3および図4の場合とは異なる。
【0039】
制御装置36は、前記走査装置を制御して、上記のようにイオンビーム4の走査速度sを変化させる制御を行うことができる。
【0040】
上記各例のように、基板2のY方向の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビーム4のX方向の走査速度sを変化させることによって、基板2の面内において、一様でないドーズ量分布を形成することができる。しかも、当該走査速度sを変化させるパターンを適宜選定することによって、基板2の面内に多様なドーズ量分布を形成することが可能になる。必ずしも基板2の中心部2aをドーズ量変化の境界にする必要はない。従って、例えば、基板2の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性補正や特性変化をイオン注入によって行うこと等にも臨機応変に対応することができる。
【0041】
基板2に対するドーズ量は、イオンビーム4のビーム電流密度を一定とすると、基板2の駆動速度vにも反比例する。従って、イオンビーム4のX方向の走査速度sを一定に保ちつつ、基板2のY方向の駆動速度vを所定のパターンで変化させることによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成しても良い。
【0042】
この場合において、基板2の駆動速度vを変化させる位置および変化させる程度、即ち駆動速度vを変化させるパターンの例としては、上記図3〜図7において、縦軸を基板2の駆動速度vと読み替え、横軸をY方向における基板上の位置と読み替えれば良く、そのようにすれば、上記説明内容をこの場合にも適用することができる。
【0043】
制御装置36は、駆動装置32を制御して、上記のように基板2の駆動速度vを変化させる制御を行うこともできる。
【0044】
このように、イオンビーム4のX方向の走査速度sを一定に保ちつつ、基板2のY方向の駆動速度vを所定のパターンで変化させることによっても、基板2の面内において、一様でないドーズ量分布を形成することができる。しかも、当該駆動速度vを変化させるパターンを適宜選定することによって、基板2の面内に多様なドーズ量分布を形成することが可能になる。必ずしも基板2の中心部2aをドーズ量変化の境界にする必要はない。従って、例えば、基板2の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性補正や特性変化をイオン注入によって行うこと等にも臨機応変に対応することができる。
【0045】
イオンビーム4の走査速度sを例えば上記例のように変化させることと、基板2の駆動速度vを例えば上記例のように変化させることとを併用することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。そのようにすると、基板2の面内でX方向およびY方向の両方においてドーズ量分布を変化させることができるので、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0046】
制御装置36は、前記走査装置および駆動装置32を制御して、上記のようにイオンビーム4の走査速度sおよび基板2の駆動速度vを変化させる制御を行うこともできる。
【0047】
更に、イオンビーム4の走査速度sおよび基板2の駆動速度vの少なくとも一方を変化させることと、基板2をその中心部2aを中心にして回転させることとを併用することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。
【0048】
そのようにすると、基板2の中心部2aを中心とする回転方向においてもドーズ量分布を変化させることができるので、基板の面内により一層多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0049】
基板2を回転させる場合、基板2を所定の回転角度θずつステップ状に回転させても良いし、所定の回転角度θ内を連続して滑らかに回転させても良い。前者の方が、基板2の面内におけるドーズ量分布の境界は明確になる。回転角度θは、例えば、0<θ≦360°で任意である。
【0050】
また、基板2を、イオンビーム4が基板2に当たっていない間に回転させても良いし、当たっている間に回転させても良い。前者の方が、基板2の面内におけるドーズ量分布の境界は明確になる。
【0051】
制御装置36は、回転装置30を制御して、上記のような基板2の回転の制御をも行うことができる。
【0052】
また、例えば図8に示す工程の例のように、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、基板2の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビーム4の走査速度sをステップ状に変化させて基板2にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビーム4が基板2に当たっていない間に、基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。図8の例は、上記のような注入工程を4回(即ち、注入工程40、42、44および46)、その各注入工程の合間に上記のような回転工程を1回ずつ、合計3回(即ち、回転工程41、43および45)実施する場合を示す。
【0053】
そのようにすると、イオンビーム4の走査速度sをステップ状に変化させてイオン注入を行う複数回の注入工程と、各注入工程の合間に基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけステップ回転させる回転工程とを実施するので、基板2の中心部2aを中心とする回転対称なドーズ量分布を形成することができ、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0054】
制御装置36は、前記走査装置、駆動装置32および回転装置30を制御して、上記のような注入工程および回転工程の制御を行うこともできる。
【0055】
前記注入工程として、イオンビーム4の走査速度sを、図3に示すように、基板2の一端から他端にかけて、s1 、s2 (≠s1 )およびs3 (=s1 )にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板2を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板2の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成するようにしても良い。制御装置36は、このような制御を行うこともできる。
【0056】
イオンビーム4の走査速度sを図3に示すようにs1 、s2 (≠s1 )およびs3 (=s1 )とステップ状に変化させ、かつ上記回数nを4とした場合に、即ち図8に示す工程の場合に、基板2の面内に形成されるドーズ量分布を、図9〜図12を参照して、順を追って説明する。基板2の回転方向の位置は、前述したようにオリエンテーションフラット2bを参照すると分かりやすい。なお、イオンビーム4の走査速度sは、前述したように、現実には若干の遷移区間を伴って変化し、かつ、走査される前のイオンビーム4の断面寸法(スポットサイズ)は、現実には所定の大きさを有しているけれども、以下においては、説明を簡単にするために、イオンビーム4の走査速度sは遷移区間を伴わずに変化し、かつイオンビーム4の断面寸法は点状であると仮定して説明する。
【0057】
まず、第1回目の注入工程40を実施することによって、図9に示すように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。このとき、1回の注入工程によって注入するように設定された設定ドーズ量を、走査速度s1 (=s3 )の領域でd1 、走査速度s2 の領域でd2 とすると、上記工程によって、基板2の面内の各領域R1 、R2 、R3 に注入されたドーズ量D1 、D2 、D3 は、それぞれ、次式となる。
【0058】
[数1]
D1 =d1
D2 =d2
D3 =d1
【0059】
次いで、第1回目の回転工程41を実施した後に第2回目の注入工程42を実施することによって、図10に示すように、基板2の面内に、格子状に、ドーズ量の異なる領域R4 〜R12が形成される。これは、図9のドーズ量分布と、それを90度回転させたものとを、互いに重ね合わせたものに相当する。これまでの工程によって、各領域R4 〜R12に注入されたドーズ量D4 〜D12は、それぞれ、次式となる。
【0060】
[数2]
D4 =2d2
D5 =d1 +d2
D6 =2d1
D7 =d1 +d2
D8 =2d1
D9 =d1 +d2
D10=2d1
D11=d1 +d2
D12=2d1
【0061】
以下同様に、第2回目の回転工程43を実施した後に第3回目の注入工程44を実施することによって、図11に示す状態となり、これまでの工程によって各領域R4 〜R12に注入されたドーズ量D4 〜D12は、それぞれ、次式となる。
【0062】
[数3]
D4 =3d2
D5 =d1 +2d2
D6 =3d1
D7 =2d1 +d2
D8 =3d1
D9 =d1 +2d2
D10=3d1
D11=2d1 +d2
D12=3d1
【0063】
更に、第3回目の回転工程45を実施した後に第4回目の注入工程46を実施することによって、イオン注入処理は完了する。その結果、図12に示す状態となり、これまでの工程によって各領域R4 〜R12に注入されたドーズ量D4 〜D12は、それぞれ、次式となる。
【0064】
[数4]
D4 =4d2
D5 =2d1 +2d2
D6 =4d1
D7 =2d1 +2d2
D8 =4d1
D9 =2d1 +2d2
D10=4d1
D11=2d1 +2d2
D12=4d1
【0065】
上記図12および数4から分かるように、上記のようなイオン注入によって、中央領域R4 とそれを囲む外周領域R5 〜R12とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することができる。
【0066】
ここで、現実的なイオン注入方法(装置)に話を移すと、前述したように、イオンビーム4の走査速度sは若干の遷移区間を伴って変化し、かつイオンビーム4の断面寸法(スポットサイズ)は所定の大きさを有している(例えば、直径が70〜80mm程度の円形状をしている)。その結果、上記各領域R4 〜R12の境界付近において、ドーズ量はなだらかに変化したものとなる。従って、中央領域R4 は円形に近くなり、四隅の領域R6 、R8 、R10、R12は非常に小さくなり、その結果、円形に近くドーズ量が4d2 の中央領域R4 と、それを囲みドーズ量が2d1 +2d2 の円環状の外周領域とから成るドーズ量分布が形成される。上記のように、ドーズ量をなだらかに(滑らかに)変化させる観点からは、イオンビーム4の断面寸法は、ある程度大きくする方が好ましい。
【0067】
上記のようにして実際に得られたドーズ量分布の例を図13および図14に示す。両図において、−記号はドーズ量が少ないことを示し、+記号はドーズ量が多いことを示し、□記号はドーズ量が中間であることを示している。
【0068】
図13は、図9に対応している。但し、図13の例では、基板2のオリエンテーションフラット2bがX方向に対して22度傾いた状態でイオン注入を行っている(図14も同様)。実際に、Y方向に沿って川の字状にドーズ量分布が得られていることが分かる。また、前述したとおり、中央の領域R2 のドーズ量はd2 、その両側の領域R1 およびR3 のドーズ量はd1 となっている。
【0069】
図14は、図12に対応している。但し、オリエンテーションフラット2bの位置が図13と一致するように図示している。実際に、円形に近くドーズ量が多い中央領域R4 と、それを囲みドーズ量が少ない円環状の外周領域R13とから成るドーズ量分布が形成されていることが分かる。また、前述したとおり、中央領域R4 のドーズ量は4d2 、外周領域R13のドーズ量は2d1 +2d2 となっている。
【0070】
基板2の面内において、例えば図14に示す例のような、中央領域R4 とそれを囲む外周領域R13とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成したい場合、中央領域R4 および外周領域R13の目標ドーズ量をそれぞれDA およびDB とし、前述したように1回の注入工程におけるイオンビーム4の第1の走査速度s1 および第2の走査速度s2 による設定ドーズ量をそれぞれd1 およびd2 としたとき、両設定ドーズ量d1 およびd2 を次式に設定することによって、上記目標ドーズ量DA およびDB を容易に達成(実現)することができる。
【0071】
[数5]
d1 =(2DB −DA )/n
d2 =DA /n
【0072】
例えば、円形の基板2の直径を20cm(8インチ)、円形の中央領域のドーズ量DA を2.0×1013個/cm2 、円環状の外周領域のドーズ量DB を1.9×1013個/cm2 、前記注入工程の回数nを4、かつ基板2を90度ずつ回転させることを注入条件とする場合、上記数5に従って、設定ドーズ量d1 を4.5×1012個/cm2 、設定ドーズ量d2 を5.0×1012個/cm2 に設定してイオン注入を行うことによって、上記目標ドーズ量DA およびDB を容易に実現することができる。上記回数n、設定ドーズ量d1 およびd2 等は、制御装置36に設定すれば良い。1回の回転工程における回転角度360/n度は、制御装置36内で演算させれば良い。
【0073】
上記図14は、上記のような条件でイオン注入を行った結果のものであり(図13はその第1回目の注入工程後のものである)、ドーズ量は目標どおり、中央領域R4 では2.0×1013個/cm2 、外周領域R13では1.9×1013個/cm2 が得られた。中央領域の半径は約6.5cmであった。
【0074】
また、例えば図8に示す工程の例と同様にして、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、基板2の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように相対的に細かく制御しつつ、基板2の駆動速度vをステップ状に相対的に大きく変化させて基板2にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビーム4が基板2に当たっていない間に、基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。図8の例は、上記のような注入工程を4回(即ち、注入工程40、42、44および46)、その各注入工程の合間に上記のような回転工程を1回ずつ、合計3回(即ち、回転工程41、43および45)実施する場合を示す。
【0075】
そのようにすることによっても、基板2の駆動速度vをステップ状に変化させてイオン注入を行う複数回の注入工程と、各注入工程の合間に基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけステップ回転させる回転工程とを実施するので、基板2の中心部2aを中心とする回転対称なドーズ量分布を形成することができ、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0076】
制御装置36は、前記走査装置、駆動装置32および回転装置30を制御して、上記のような注入工程および回転工程の制御を行うこともできる。
【0077】
前記注入工程として、基板2の駆動速度vを、図3に示すイオンビームの走査速度sの場合と同様に、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、v1 、v2 (≠v1 )およびv3 (=v1 )にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板2を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板2の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成するようにしても良い。この場合も、具体的には、上述したイオンビーム4の走査速度sをステップ状に変化させる場合と同様に、円形に近い中央領域と、それを囲む円環状の外周領域とから成るドーズ量分布が形成される。制御装置36は、このような制御を行うこともできる。
【0078】
また、この場合も、前記中央領域および外周領域の目標ドーズ量をそれぞれDA およびDB とし、1回の注入工程による前記第1の駆動速度および第2の駆動速度による設定ドーズ量をそれぞれd1 およびd2 としたとき、前記数5を適用して設定ドーズ量d1 およびd2 を設定することができ、それによって、目標ドーズ量DA およびDB を容易に達成(実現)することができる。
【0079】
イオンビーム4の走査速度sを例えば上記例のようにステップ状に変化させることと、基板2の駆動速度vを例えば上記例のようにステップ状に変化させることとを併用することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。そのようにすると、基板2の面内でX方向およびY方向の両方においてドーズ量分布を変化させることができるので、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。制御装置36は、このような制御を行うこともできる。
【0080】
なお、注入工程の回数nは上記4に限られるものではない。前述したように2以上の整数で任意である。回数nを大きくするほど、中央領域R4 はより円形に近づき、その外周領域R13はより円環状に近づく。例えば、nを5、6、7または8等としても良い。
【0081】
また、図3〜図7に例示したもの等のようにイオンビーム4の走査速度を変化させる場合、および/または、基板2の駆動速度vを変化させる場合、これらの速度変化パターンを前記制御装置36に設定して、当該制御装置36によって、前記走査電源22および/または駆動装置32を制御することによって、当該速度変化を実現するようにしても良い。
【0082】
上記速度変化パターンは、具体的には、基板2とイオンビーム4との位置関係を示す位置情報と、その位置での速度情報とから成る。この速度情報は、各速度の値そのものでも良いし、基準となる速度およびそれからの偏差量(または変化率)でも良い。
【0083】
また、上記速度変化パターンが、例えば図3、図4に示す例のようなステップ状の場合、あるいは図7に示す例のような腰折れ状の場合、高次(例えば4次)の近似曲線またはスプライン関数を用いて速度変化の曲線を作成して、速度変化の変曲点をなくしたり目立たなくするのが好ましい。そのようにすると、基板2の面内における異なるドーズ量間のドーズ量の変化をより滑らかにすることができる。このような処理を、制御装置36に行わせても良い。
【0084】
基板2上で実際に得られるイオンビーム4のX方向の走査速度sの各値は、(1)前記前段多点ファラデー38を用いて計測される前段多点ファラデー38上のX方向の複数点における走査速度sの情報、(2)前記後段多点ファラデー39を用いて計測される後段多点ファラデー39上のX方向の複数点における走査速度sの情報、および(3)両多点ファラデー38、39と基板2表面との間の距離を用いて、補間法によって求めることができる。この演算を、制御装置36に行わせても良い。
【0085】
また、設定したイオンビーム4の走査速度sと、基板2上で実際に得られる走査速度sとがずれている場合は、制御装置36によって走査電源22を制御して、当該ずれをなくするように、走査電源22から走査器20に供給する走査出力P(t)の波形を整形するようにしても良い。
【0086】
なお、上記のようなイオン注入は、通常は基板2の全面に行うけれども、必要に応じて、基板2の面内の一部分に行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【0087】
【図1】この発明に係るイオン注入方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図2】図1のイオン注入装置の基板周りの一例を拡大して示す概略側面図である。
【図3】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図4】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図5】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図6】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図7】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図8】この発明に係るイオン注入方法の一例を示す工程図である。
【図9】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図10】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図11】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図12】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図13】第1回目の注入工程後に実際に得られたドーズ量分布の一例を示す図であり、図9に対応している。
【図14】第4回目の注入工程後に実際に得られたドーズ量分布の一例を示す図であり、図12に対応している。
【符号の説明】
【0088】
2 基板
4 イオンビーム
20 走査器
22 走査電源
28 ホルダ
30 回転装置
32 駆動装置
36 制御装置
【技術分野】
【0001】
この発明は、基板(例えば半導体基板)の面内において一様でないドーズ量(単位面積当たりの注入イオン数)分布を形成するイオン注入方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のイオン注入技術では、基板の面内に均一にイオン注入を行うことが主体であったけれども、近年、一つの基板の面内に、一様でない所望のパターンのドーズ量分布を形成したいという要望が生じている。一様でないドーズ量分布は、不均一なドーズ量分布、または、ドーズ量が複数の領域において互いに異なるドーズ量分布、というように換言することができる。
【0003】
例えば、近年は、LSI、メモリー等の半導体デバイス製造における処理工程が複雑化し、かつ半導体基板が大型化して非常に高価になっており、半導体デバイス製造の歩留まり向上が非常に重要になっている。即ち、一つの基板をできる限り有効に活用することが非常に重要になっている。これを実現するために、半導体デバイスを製造する複数の工程の内のイオン注入工程において、ドーズ量分布を、基板の面内で意図的に不均一にすることによって、基板の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性の補正を行うこと(これを、APC:アドバンスト プロセス コントロールと呼ぶ。)や、特性(例えば、FETのしきい値電圧Vth)を意図的に変化させることへの強い要望がある。
【0004】
このような要望に関連する技術として、特許文献1には、基板の中心部を境界にして、上下および/または左右に異なるドーズ量分布を形成するイオン注入技術が記載されている。
【0005】
【特許文献1】特開2003−132835号公報(段落0011−0014、図4)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1に記載の技術は、必ず基板の中心部を境界としてドーズ量分布を異ならせることしかできないので、基板の面内に多様なドーズ量分布を形成することはできない。
【0007】
ところが、前述した半導体デバイスの特性補正や特性変化を行うことは、基板の中心部を境界にして行うとは限らず、処理工程の状況等の様々な条件に応じて、当該特性補正や特性変化を行う領域を変えなければならないので、特許文献1に記載の技術では、上述した近年の要望に十分に応えることはできない。
【0008】
そこでこの発明は、基板の面内に様々なドーズ量分布を形成することができるイオン注入方法およびその装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この発明に係るイオン注入方法の一つは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、かつ前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴としている。
【0010】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、かつ前記制御装置は、前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴としている。
【0011】
この発明に係るイオン注入方法の他のものは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、かつ前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴としている。
【0012】
この発明に係るイオン注入装置の他のものは、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、かつ前記制御装置は、前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【0013】
請求項1および請求項2に記載の発明によれば、イオンビームの走査速度を第1の走査速度、第2の走査速度および第1の走査速度というようにステップ状に変化させるイオン注入と、基板のステップ回転とを実施するので、基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することができる。
【0014】
請求項3および請求項4に記載の発明によれば、基板の駆動速度を第1の駆動速度、第2の駆動速度および第1の駆動速度というようにステップ状に変化させるイオン注入と、基板のステップ回転とを実施するので、基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1は、この発明に係るイオン注入方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。図2は、図1のイオン注入装置の基板周りの一例を拡大して示す概略側面図である。
【0016】
このイオン注入装置は、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれるものであり、イオンビーム4を電界または磁界によってX方向(例えば水平方向)に往復走査することと、基板(例えば半導体基板)2をX方向と実質的に直交するY方向(例えば垂直方向)に機械的に往復駆動することとを併用して、基板2の全面にイオン注入を行う構成をしている。なお、ハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置は、例えば、特開2001−143651号公報、特開2001−185071号公報にも記載されている。
【0017】
このイオン注入装置は、より具体的には、イオンビーム4を引き出すイオン源10と、このイオン源10から引き出されたイオンビーム4から特定のイオン種を選別して導出する質量分離マグネット12と、この質量分離マグネット12から導出されたイオンビーム4を加速または減速する加速管14と、この加速管14から導出されたイオンビーム4を整形するQレンズ16と、このQレンズ16から導出されたイオンビーム4から特定エネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器18と、このエネルギー分離器18から導出されたイオンビーム4を電界または磁界によって前記X方向に往復走査する走査器20と、この走査器20から導出されたイオンビーム4を電界または磁界によって曲げ戻して走査器20と協働してイオンビーム4の平行走査を行う、即ち平行なイオンビーム4を作るビーム平行化器24とを備えている。
【0018】
ビーム平行化器24から導出されたイオンビーム4は、注入室26内において、ホルダ28に保持されている前記基板2に照射され、それによって基板2にイオン注入が行われる。その際、基板2は、駆動装置32によって、前記Y方向に往復駆動される。この基板2の往復駆動とイオンビーム4の往復走査との協働によって、基板2の全面にイオン注入を行うことができる。
【0019】
その場合、基板2のY方向の駆動速度vは、特許文献1にも記載されているように、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、イオンビーム4のビーム電流密度Jに反比例するように制御される。換言すれば、J/vが一定になるように制御される。そのようにすると、基板2へのイオン注入中に仮にイオンビーム4のビーム電流密度Jが変化しても、この変化を駆動速度vで補償して、基板2に対するドーズ量に変化が生じるのを防止することができる。即ち、基板2に対して所定のドーズ量でイオン注入を行うことができる。
【0020】
更にこのイオン注入装置は、基板2をホルダ28と共に、基板2の中心部2aを中心にして回転(例えば図2中の矢印Bに示す時計方向に回転)させる回転装置30を備えている。駆動装置32は、この回転装置30、ホルダ28および基板2の全体をY方向に往復駆動する。
【0021】
イオンビーム4の前記走査は、走査電源22から走査器20に供給される走査出力(例えば走査電圧または走査電流)P(t)によって制御される。(t)は、時間tの関数であることを表している。この走査電源22および走査器20によって、イオンビーム4をX方向に往復走査する走査装置を構成している。
【0022】
ホルダ28の上流側および下流側には、図2にのみ示すけれども、イオンビーム4を受けてそのX方向のビーム電流密度分布を計測して、走査出力P(t)の波形整形等に用いられる前段多点ファラデー38および後段多点ファラデー39が設けられている。両多点ファラデー38、39は、複数のファラデーカップをX方向に並べたものである。後段多点ファラデー39はイオンビーム4のビームライン上に固定されている。前段多点ファラデー38およびホルダ28は、Y方向に駆動されて、必要なときにのみイオンビーム4のビームライン上に置かれる。なお、これと同様の多点ファラデーは、前記特開2001−143651号公報にも記載されている。
【0023】
両多点ファラデー38、39による計測値は、制御装置36に与えられる。制御装置36は、上記計測値および各種設定値に基づいて、(1)走査装置(この実施形態では具体的には走査電源22。以下同様)を制御して、イオンビーム4のX方向の走査速度sを後述するように制御する機能、(2)駆動装置32を制御して、ホルダ8上の基板2のY方向の駆動速度vを前述したように制御すると共に後述するように制御する機能、(3)回転装置30を制御して、基板2をその中心部2aを中心にして後述するように回転させる制御を行う機能、(4)前記走査装置、駆動装置32および回転装置30を制御して、後述するように複数回の注入工程とその合間の回転工程とを実施する制御を行う機能、(5)更にこの実施形態では、後述するように走査出力P(t)の波形整形を行う機能、等の機能を有している。
【0024】
上記のようなイオン注入装置において、基板2の面内に多様なドーズ量分布を形成するイオン注入方法の例を説明する。
【0025】
例えば、基板2のY方向の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビーム4のX方向の走査速度sを所定のパターンで変化させることによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成する。基板2の駆動速度vをビーム電流密度に反比例するように制御するのは、前述したように、イオンビーム4の万一のビーム電流密度の変動を補償するためであり、イオンビーム4のビーム電流密度に変動がなければ、基板2の駆動速度vは一定となる。なお、これ以下で取り上げている基板2の駆動速度vやイオンビーム4の走査速度sは、イオンビーム4が基板2に入射する領域内におけるものである。当該領域外では、これらの速度s、vは、基板2に対するドーズ量に影響しないからである。
【0026】
この場合に、イオンビーム4の走査速度sを変化させる位置および変化させる程度、即ち走査速度sを変化させるパターンの例を、図3〜図7に示す。
【0027】
図3の例は、イオンビーム4の走査速度sを、ステップ状の一形態してと、s1 、s2 、s3 (=s1 )と凹状に変化させる場合である。この例ではs2 <s1 であるが、これと反対にs2 >s1 にして凸状に変化させても良い。s1 ≠s3 にしても良い。また、より多くの段階に変化させても良い。なお、ステップ状と言っても、現実には、時間ゼロで走査速度sを変化させることはできないので、若干の遷移区間を伴う(以下においても同様)。
【0028】
基板2に対するドーズ量は、イオンビーム4のビーム電流密度を一定とすると、イオンビーム4の走査速度sに反比例する。即ち、走査速度sとドーズ量とは反対の関係にあり、走査速度sが大きい領域ではドーズ量は小さくなり、走査速度sが小さい領域ではドーズ量は大きくなる。なお、基板2の駆動速度vに比べれば、イオンビーム4の走査速度sは遙かに大きくて速いので、イオンビーム4が基板2上をX方向に1回走査されている間のイオンビーム4のビーム電流密度は、一定と考えても妥当である。
【0029】
従って、図3の例の場合は、図9に示す例のように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に(こうなるのは、ここでは基板2の駆動速度vを上記のように制御して、Y方向においてはドーズ量に変化が生じないようにしているからである)、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。各領域R1 〜R3 におけるドーズ量の相対関係は上記のとおりである。
【0030】
なお、図9〜図14に示す基板2のオリエンテーションフラット2bは、後述するように基板2を回転させたときの位置関係を分かりやすくするために例示したものであり、当該オリエンテーションフラット2bと注入領域との位置関係は、特定のものに限定されるものではない。
【0031】
図4の例は、イオンビーム4の走査速度sを、ステップ状の他の形態として、s4 >s5 >s6 にして段階的に変化させる場合である。これと反対に、s4 <s5 <s6 に変化させても良い。また、より多くの段階に変化させても良い。
【0032】
図4の例の場合も、図9に示す例のように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。但し、各領域R1 〜R3 におけるドーズ量の相対関係は、図3の場合とは異なる。
【0033】
図5の例は、イオンビーム4の走査速度sを、連続して滑らかに変化させる一形態として、直線状に変化させる場合である。傾きは、図示例とは反対でも良い。また、傾きをより大きくしても良いし、より小さくしても良い。
【0034】
図5の例の場合は、基板2の面内に、図5とは反対の傾きでドーズ量が連続的に変化したドーズ量分布が形成される。
【0035】
図6の例は、イオンビーム4の走査速度sを、連続して滑らかに変化させる他の形態として、曲線状に変化させる場合である。図6の例は谷状の曲線であるが、これとは反対に山状の曲線でも良い。
【0036】
図6の例の場合は、基板2の面内に、図6とは反対の傾きでドーズ量が連続的に変化したドーズ量分布が形成される。
【0037】
図7の例は、イオンビーム4の走査速度sを、s7 、s8 、s9 と3段階の腰折れ状に変化させる場合である。傾きは、図示例とは反対でも良い。また、より多くの段階に変化させても良い。
【0038】
図7の例の場合も、図9に示す例のように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。但し、各領域R1 〜R3 におけるドーズ量の相対関係は、図3および図4の場合とは異なる。
【0039】
制御装置36は、前記走査装置を制御して、上記のようにイオンビーム4の走査速度sを変化させる制御を行うことができる。
【0040】
上記各例のように、基板2のY方向の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビーム4のX方向の走査速度sを変化させることによって、基板2の面内において、一様でないドーズ量分布を形成することができる。しかも、当該走査速度sを変化させるパターンを適宜選定することによって、基板2の面内に多様なドーズ量分布を形成することが可能になる。必ずしも基板2の中心部2aをドーズ量変化の境界にする必要はない。従って、例えば、基板2の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性補正や特性変化をイオン注入によって行うこと等にも臨機応変に対応することができる。
【0041】
基板2に対するドーズ量は、イオンビーム4のビーム電流密度を一定とすると、基板2の駆動速度vにも反比例する。従って、イオンビーム4のX方向の走査速度sを一定に保ちつつ、基板2のY方向の駆動速度vを所定のパターンで変化させることによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成しても良い。
【0042】
この場合において、基板2の駆動速度vを変化させる位置および変化させる程度、即ち駆動速度vを変化させるパターンの例としては、上記図3〜図7において、縦軸を基板2の駆動速度vと読み替え、横軸をY方向における基板上の位置と読み替えれば良く、そのようにすれば、上記説明内容をこの場合にも適用することができる。
【0043】
制御装置36は、駆動装置32を制御して、上記のように基板2の駆動速度vを変化させる制御を行うこともできる。
【0044】
このように、イオンビーム4のX方向の走査速度sを一定に保ちつつ、基板2のY方向の駆動速度vを所定のパターンで変化させることによっても、基板2の面内において、一様でないドーズ量分布を形成することができる。しかも、当該駆動速度vを変化させるパターンを適宜選定することによって、基板2の面内に多様なドーズ量分布を形成することが可能になる。必ずしも基板2の中心部2aをドーズ量変化の境界にする必要はない。従って、例えば、基板2の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性補正や特性変化をイオン注入によって行うこと等にも臨機応変に対応することができる。
【0045】
イオンビーム4の走査速度sを例えば上記例のように変化させることと、基板2の駆動速度vを例えば上記例のように変化させることとを併用することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。そのようにすると、基板2の面内でX方向およびY方向の両方においてドーズ量分布を変化させることができるので、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0046】
制御装置36は、前記走査装置および駆動装置32を制御して、上記のようにイオンビーム4の走査速度sおよび基板2の駆動速度vを変化させる制御を行うこともできる。
【0047】
更に、イオンビーム4の走査速度sおよび基板2の駆動速度vの少なくとも一方を変化させることと、基板2をその中心部2aを中心にして回転させることとを併用することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。
【0048】
そのようにすると、基板2の中心部2aを中心とする回転方向においてもドーズ量分布を変化させることができるので、基板の面内により一層多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0049】
基板2を回転させる場合、基板2を所定の回転角度θずつステップ状に回転させても良いし、所定の回転角度θ内を連続して滑らかに回転させても良い。前者の方が、基板2の面内におけるドーズ量分布の境界は明確になる。回転角度θは、例えば、0<θ≦360°で任意である。
【0050】
また、基板2を、イオンビーム4が基板2に当たっていない間に回転させても良いし、当たっている間に回転させても良い。前者の方が、基板2の面内におけるドーズ量分布の境界は明確になる。
【0051】
制御装置36は、回転装置30を制御して、上記のような基板2の回転の制御をも行うことができる。
【0052】
また、例えば図8に示す工程の例のように、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、基板2の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビーム4の走査速度sをステップ状に変化させて基板2にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビーム4が基板2に当たっていない間に、基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。図8の例は、上記のような注入工程を4回(即ち、注入工程40、42、44および46)、その各注入工程の合間に上記のような回転工程を1回ずつ、合計3回(即ち、回転工程41、43および45)実施する場合を示す。
【0053】
そのようにすると、イオンビーム4の走査速度sをステップ状に変化させてイオン注入を行う複数回の注入工程と、各注入工程の合間に基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけステップ回転させる回転工程とを実施するので、基板2の中心部2aを中心とする回転対称なドーズ量分布を形成することができ、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0054】
制御装置36は、前記走査装置、駆動装置32および回転装置30を制御して、上記のような注入工程および回転工程の制御を行うこともできる。
【0055】
前記注入工程として、イオンビーム4の走査速度sを、図3に示すように、基板2の一端から他端にかけて、s1 、s2 (≠s1 )およびs3 (=s1 )にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板2を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板2の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成するようにしても良い。制御装置36は、このような制御を行うこともできる。
【0056】
イオンビーム4の走査速度sを図3に示すようにs1 、s2 (≠s1 )およびs3 (=s1 )とステップ状に変化させ、かつ上記回数nを4とした場合に、即ち図8に示す工程の場合に、基板2の面内に形成されるドーズ量分布を、図9〜図12を参照して、順を追って説明する。基板2の回転方向の位置は、前述したようにオリエンテーションフラット2bを参照すると分かりやすい。なお、イオンビーム4の走査速度sは、前述したように、現実には若干の遷移区間を伴って変化し、かつ、走査される前のイオンビーム4の断面寸法(スポットサイズ)は、現実には所定の大きさを有しているけれども、以下においては、説明を簡単にするために、イオンビーム4の走査速度sは遷移区間を伴わずに変化し、かつイオンビーム4の断面寸法は点状であると仮定して説明する。
【0057】
まず、第1回目の注入工程40を実施することによって、図9に示すように、基板2の面内に、Y方向に沿って川の字状に、ドーズ量の異なる領域R1 〜R3 が形成される。このとき、1回の注入工程によって注入するように設定された設定ドーズ量を、走査速度s1 (=s3 )の領域でd1 、走査速度s2 の領域でd2 とすると、上記工程によって、基板2の面内の各領域R1 、R2 、R3 に注入されたドーズ量D1 、D2 、D3 は、それぞれ、次式となる。
【0058】
[数1]
D1 =d1
D2 =d2
D3 =d1
【0059】
次いで、第1回目の回転工程41を実施した後に第2回目の注入工程42を実施することによって、図10に示すように、基板2の面内に、格子状に、ドーズ量の異なる領域R4 〜R12が形成される。これは、図9のドーズ量分布と、それを90度回転させたものとを、互いに重ね合わせたものに相当する。これまでの工程によって、各領域R4 〜R12に注入されたドーズ量D4 〜D12は、それぞれ、次式となる。
【0060】
[数2]
D4 =2d2
D5 =d1 +d2
D6 =2d1
D7 =d1 +d2
D8 =2d1
D9 =d1 +d2
D10=2d1
D11=d1 +d2
D12=2d1
【0061】
以下同様に、第2回目の回転工程43を実施した後に第3回目の注入工程44を実施することによって、図11に示す状態となり、これまでの工程によって各領域R4 〜R12に注入されたドーズ量D4 〜D12は、それぞれ、次式となる。
【0062】
[数3]
D4 =3d2
D5 =d1 +2d2
D6 =3d1
D7 =2d1 +d2
D8 =3d1
D9 =d1 +2d2
D10=3d1
D11=2d1 +d2
D12=3d1
【0063】
更に、第3回目の回転工程45を実施した後に第4回目の注入工程46を実施することによって、イオン注入処理は完了する。その結果、図12に示す状態となり、これまでの工程によって各領域R4 〜R12に注入されたドーズ量D4 〜D12は、それぞれ、次式となる。
【0064】
[数4]
D4 =4d2
D5 =2d1 +2d2
D6 =4d1
D7 =2d1 +2d2
D8 =4d1
D9 =2d1 +2d2
D10=4d1
D11=2d1 +2d2
D12=4d1
【0065】
上記図12および数4から分かるように、上記のようなイオン注入によって、中央領域R4 とそれを囲む外周領域R5 〜R12とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することができる。
【0066】
ここで、現実的なイオン注入方法(装置)に話を移すと、前述したように、イオンビーム4の走査速度sは若干の遷移区間を伴って変化し、かつイオンビーム4の断面寸法(スポットサイズ)は所定の大きさを有している(例えば、直径が70〜80mm程度の円形状をしている)。その結果、上記各領域R4 〜R12の境界付近において、ドーズ量はなだらかに変化したものとなる。従って、中央領域R4 は円形に近くなり、四隅の領域R6 、R8 、R10、R12は非常に小さくなり、その結果、円形に近くドーズ量が4d2 の中央領域R4 と、それを囲みドーズ量が2d1 +2d2 の円環状の外周領域とから成るドーズ量分布が形成される。上記のように、ドーズ量をなだらかに(滑らかに)変化させる観点からは、イオンビーム4の断面寸法は、ある程度大きくする方が好ましい。
【0067】
上記のようにして実際に得られたドーズ量分布の例を図13および図14に示す。両図において、−記号はドーズ量が少ないことを示し、+記号はドーズ量が多いことを示し、□記号はドーズ量が中間であることを示している。
【0068】
図13は、図9に対応している。但し、図13の例では、基板2のオリエンテーションフラット2bがX方向に対して22度傾いた状態でイオン注入を行っている(図14も同様)。実際に、Y方向に沿って川の字状にドーズ量分布が得られていることが分かる。また、前述したとおり、中央の領域R2 のドーズ量はd2 、その両側の領域R1 およびR3 のドーズ量はd1 となっている。
【0069】
図14は、図12に対応している。但し、オリエンテーションフラット2bの位置が図13と一致するように図示している。実際に、円形に近くドーズ量が多い中央領域R4 と、それを囲みドーズ量が少ない円環状の外周領域R13とから成るドーズ量分布が形成されていることが分かる。また、前述したとおり、中央領域R4 のドーズ量は4d2 、外周領域R13のドーズ量は2d1 +2d2 となっている。
【0070】
基板2の面内において、例えば図14に示す例のような、中央領域R4 とそれを囲む外周領域R13とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成したい場合、中央領域R4 および外周領域R13の目標ドーズ量をそれぞれDA およびDB とし、前述したように1回の注入工程におけるイオンビーム4の第1の走査速度s1 および第2の走査速度s2 による設定ドーズ量をそれぞれd1 およびd2 としたとき、両設定ドーズ量d1 およびd2 を次式に設定することによって、上記目標ドーズ量DA およびDB を容易に達成(実現)することができる。
【0071】
[数5]
d1 =(2DB −DA )/n
d2 =DA /n
【0072】
例えば、円形の基板2の直径を20cm(8インチ)、円形の中央領域のドーズ量DA を2.0×1013個/cm2 、円環状の外周領域のドーズ量DB を1.9×1013個/cm2 、前記注入工程の回数nを4、かつ基板2を90度ずつ回転させることを注入条件とする場合、上記数5に従って、設定ドーズ量d1 を4.5×1012個/cm2 、設定ドーズ量d2 を5.0×1012個/cm2 に設定してイオン注入を行うことによって、上記目標ドーズ量DA およびDB を容易に実現することができる。上記回数n、設定ドーズ量d1 およびd2 等は、制御装置36に設定すれば良い。1回の回転工程における回転角度360/n度は、制御装置36内で演算させれば良い。
【0073】
上記図14は、上記のような条件でイオン注入を行った結果のものであり(図13はその第1回目の注入工程後のものである)、ドーズ量は目標どおり、中央領域R4 では2.0×1013個/cm2 、外周領域R13では1.9×1013個/cm2 が得られた。中央領域の半径は約6.5cmであった。
【0074】
また、例えば図8に示す工程の例と同様にして、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、基板2の駆動速度vをイオンビーム4のビーム電流密度に反比例するように相対的に細かく制御しつつ、基板2の駆動速度vをステップ状に相対的に大きく変化させて基板2にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビーム4が基板2に当たっていない間に、基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。図8の例は、上記のような注入工程を4回(即ち、注入工程40、42、44および46)、その各注入工程の合間に上記のような回転工程を1回ずつ、合計3回(即ち、回転工程41、43および45)実施する場合を示す。
【0075】
そのようにすることによっても、基板2の駆動速度vをステップ状に変化させてイオン注入を行う複数回の注入工程と、各注入工程の合間に基板2をその中心部2aを中心にして所定の回転角度だけステップ回転させる回転工程とを実施するので、基板2の中心部2aを中心とする回転対称なドーズ量分布を形成することができ、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。
【0076】
制御装置36は、前記走査装置、駆動装置32および回転装置30を制御して、上記のような注入工程および回転工程の制御を行うこともできる。
【0077】
前記注入工程として、基板2の駆動速度vを、図3に示すイオンビームの走査速度sの場合と同様に、イオンビーム4が基板2に入射する領域内で、v1 、v2 (≠v1 )およびv3 (=v1 )にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板2を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板2の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成するようにしても良い。この場合も、具体的には、上述したイオンビーム4の走査速度sをステップ状に変化させる場合と同様に、円形に近い中央領域と、それを囲む円環状の外周領域とから成るドーズ量分布が形成される。制御装置36は、このような制御を行うこともできる。
【0078】
また、この場合も、前記中央領域および外周領域の目標ドーズ量をそれぞれDA およびDB とし、1回の注入工程による前記第1の駆動速度および第2の駆動速度による設定ドーズ量をそれぞれd1 およびd2 としたとき、前記数5を適用して設定ドーズ量d1 およびd2 を設定することができ、それによって、目標ドーズ量DA およびDB を容易に達成(実現)することができる。
【0079】
イオンビーム4の走査速度sを例えば上記例のようにステップ状に変化させることと、基板2の駆動速度vを例えば上記例のようにステップ状に変化させることとを併用することによって、基板2の面内において一様でないドーズ量分布を形成するようにしても良い。そのようにすると、基板2の面内でX方向およびY方向の両方においてドーズ量分布を変化させることができるので、基板2の面内により多様なドーズ量分布を形成することができる。制御装置36は、このような制御を行うこともできる。
【0080】
なお、注入工程の回数nは上記4に限られるものではない。前述したように2以上の整数で任意である。回数nを大きくするほど、中央領域R4 はより円形に近づき、その外周領域R13はより円環状に近づく。例えば、nを5、6、7または8等としても良い。
【0081】
また、図3〜図7に例示したもの等のようにイオンビーム4の走査速度を変化させる場合、および/または、基板2の駆動速度vを変化させる場合、これらの速度変化パターンを前記制御装置36に設定して、当該制御装置36によって、前記走査電源22および/または駆動装置32を制御することによって、当該速度変化を実現するようにしても良い。
【0082】
上記速度変化パターンは、具体的には、基板2とイオンビーム4との位置関係を示す位置情報と、その位置での速度情報とから成る。この速度情報は、各速度の値そのものでも良いし、基準となる速度およびそれからの偏差量(または変化率)でも良い。
【0083】
また、上記速度変化パターンが、例えば図3、図4に示す例のようなステップ状の場合、あるいは図7に示す例のような腰折れ状の場合、高次(例えば4次)の近似曲線またはスプライン関数を用いて速度変化の曲線を作成して、速度変化の変曲点をなくしたり目立たなくするのが好ましい。そのようにすると、基板2の面内における異なるドーズ量間のドーズ量の変化をより滑らかにすることができる。このような処理を、制御装置36に行わせても良い。
【0084】
基板2上で実際に得られるイオンビーム4のX方向の走査速度sの各値は、(1)前記前段多点ファラデー38を用いて計測される前段多点ファラデー38上のX方向の複数点における走査速度sの情報、(2)前記後段多点ファラデー39を用いて計測される後段多点ファラデー39上のX方向の複数点における走査速度sの情報、および(3)両多点ファラデー38、39と基板2表面との間の距離を用いて、補間法によって求めることができる。この演算を、制御装置36に行わせても良い。
【0085】
また、設定したイオンビーム4の走査速度sと、基板2上で実際に得られる走査速度sとがずれている場合は、制御装置36によって走査電源22を制御して、当該ずれをなくするように、走査電源22から走査器20に供給する走査出力P(t)の波形を整形するようにしても良い。
【0086】
なお、上記のようなイオン注入は、通常は基板2の全面に行うけれども、必要に応じて、基板2の面内の一部分に行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【0087】
【図1】この発明に係るイオン注入方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図2】図1のイオン注入装置の基板周りの一例を拡大して示す概略側面図である。
【図3】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図4】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図5】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図6】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図7】イオンビームの走査速度を変化させるパターンの例を示す図である。
【図8】この発明に係るイオン注入方法の一例を示す工程図である。
【図9】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図10】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図11】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図12】基板の中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する場合を理論的に説明するための図である。
【図13】第1回目の注入工程後に実際に得られたドーズ量分布の一例を示す図であり、図9に対応している。
【図14】第4回目の注入工程後に実際に得られたドーズ量分布の一例を示す図であり、図12に対応している。
【符号の説明】
【0088】
2 基板
4 イオンビーム
20 走査器
22 走査電源
28 ホルダ
30 回転装置
32 駆動装置
36 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、
かつ前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項2】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、
前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、
かつ前記制御装置は、前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項3】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、
かつ前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項4】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、
前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、
かつ前記制御装置は、前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項1】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、
かつ前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項2】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、
前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、イオンビームの走査速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、
かつ前記制御装置は、前記注入工程として、イオンビームの走査速度を、基板の一端から他端にかけて、第1の走査速度、当該第1の走査速度とは異なる第2の走査速度および前記第1の走査速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項3】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施し、
かつ前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項4】
イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
前記基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、
前記走査装置、前記駆動装置および前記回転装置を制御して、イオンビームが基板に入射する領域内で、基板の駆動速度をイオンビームのビーム電流密度に反比例するように制御しつつ、基板の駆動速度をステップ状に変化させて基板にイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の回転角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えており、
かつ前記制御装置は、前記注入工程として、基板の駆動速度を、イオンビームが基板に入射する領域内で、第1の駆動速度、当該第1の駆動速度とは異なる第2の駆動速度および前記第1の駆動速度にステップ状に変化させる注入工程をn回(nは2以上の整数)実施すると共に、前記回転工程として、基板を360/n度ずつ回転させる回転工程を実施することによって、基板の面内において、中央領域とそれを囲む外周領域とでドーズ量の互いに異なるドーズ量分布を形成する制御を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2007−173248(P2007−173248A)
【公開日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−9056(P2007−9056)
【出願日】平成19年1月18日(2007.1.18)
【分割の表示】特願2004−46213(P2004−46213)の分割
【原出願日】平成16年2月23日(2004.2.23)
【出願人】(302054866)日新イオン機器株式会社 (161)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年1月18日(2007.1.18)
【分割の表示】特願2004−46213(P2004−46213)の分割
【原出願日】平成16年2月23日(2004.2.23)
【出願人】(302054866)日新イオン機器株式会社 (161)
【Fターム(参考)】
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