イオン注入方法及びイオン注入装置
【課題】 安価で、注入量分布のパターンに多様性を持たせることができ、各注入領域間の注入分布が連続的でスムーズになるような不均一注入を行うことができる新規なイオン注入方法を提供する。
【解決手段】 イオン注入において、基板ＷをイオンビームＩＢが照射される面に交差する回転軸ＲＡを中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームＩＢの走査又は前記基板Ｗの並進移動の少なくとも一方を同時に行わせる。
【解決手段】 イオン注入において、基板ＷをイオンビームＩＢが照射される面に交差する回転軸ＲＡを中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームＩＢの走査又は前記基板Ｗの並進移動の少なくとも一方を同時に行わせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に不均一にイオン注入を行うイオン注入方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ウエハの値段は上昇しており、１枚のウエハからできるだけ無駄なくより多くの半導体素子を製造できることが求められる。そのような要請から、１枚のウエハから特性の異なる半導体素子を複数製造したり、半導体素子の特性を補償することによって歩留まりを改善したりするために、ウエハの全面にわざと不均一にイオンを注入するイオン注入方法が用いられている。
【０００３】
特性の異なる半導体素子を複数製造するためのイオン注入方法としては、特許文献１や特許文献２に記載されているイオン注入方法が挙げられる。特許文献１に記載のイオン注入方法は、ライン状のイオンビームをウエハの一端から他端まで走査するものである。一端から基板の中心位置まではある速度で走査し、基板の中心位置から他端までは別の速度で走査するように構成されており、イオンビームの走査が終わった後にウエハを９０度回転させて、再び同様のイオンビームの走査を繰り返し、イオン注入量の異なる領域を複数形成するものである。
【０００４】
特許文献２に記載のイオン注入方法も、ライン状のイオンビームをウエハの一端から他端まで複数回走査するものであり、シャッターによってイオンビームが照射される領域を制限し、ウエハの領域ごとのイオン注入量を変化させることができるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のイオン注入方法では、ウエハの中心位置でのみイオンビームの走査速度を切り替えるようにしているので、形成できるイオン注入量の異なる領域のパターンが限られてしまい、上述した要請に十分に応えることが難しい。また、特許文献２に記載のイオン注入方法では、イオン注入量の異なる領域を形成するために、シャッターやシャッターを制御するための機構を、通常のイオン注入装置に別に用意する必要があるため、その分コストが上昇してしまう。
【０００６】
一方、所望の特性を得ることが難しいウエハの周辺部の特性を補償し、歩留まりを改善するためのイオン注入方法としては、特許文献３に記載の方法が挙げられる。特許文献３のイオン注入方法は、イオンビームを走査する速度を、一端から第１中間点まで、第１中間点から第２中間点まで、第２中間点から他端までにおいて切り替えるようにして、１回のイオンビームの走査で３つのイオン注入量の異なる領域を形成する注入工程と、注入工程が終わった後にウエハを所定の角度だけ回転させる回転工程を有するものである。このイオン注入方法は注入工程と回転工程を交互に繰り返して、領域の分割数を増やしウエハ中央部の領域の形状を円形に近づけることによって近似的にドーナツ状のイオン注入分布を得るものである。
【０００７】
しかしながら、このイオン注入方法では、ウエハ中央部の領域を近似的に円形にしているだけなので、近似の誤差が出る領域の境界近傍における注入分布には、中心に比べるとばらつきが発生し、連続的な注入分布にならず、所望の注入量に設定することが難しい。
【特許文献１】特許３６９２９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９７１１号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、安価で、注入量分布のパターンに多様性を持たせることができ、各注入領域間の注入分布が連続的でスムーズになるような注入を行うことができる新規なイオン注入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本願発明のイオン注入方法は基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸ＲＡを中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方を同時に行わせることを特徴とする。
【００１０】
また、本願発明のイオン注入装置は基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸を中心として回転させる回転機構と、前記イオンビームを電界又は磁界によって走査するイオンビーム走査機構又は前記基板の並進移動させる並進移動機構の少なくとも一方を具備し、前記基板の回転と、前記イオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方とを同時に行わせる制御機構を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、基板を回転させながら、イオンビームを基板に走査させる又は前記基板を機械的に並進移動させているので、基板のイオン注入分布を連続ななめらかなものにすることができる。
【００１２】
また、基板の回転速度と、イオンビームの走査又は基板の並進移動の速度を調整することによって、イオンが注入される領域のパターンや注入量を変化させることができ、基板に様々な分布を有したイオン注入分布を形成することができるようになる。
【００１３】
さらに、不均一なイオン注入分布を形成するのにイオンビームを遮蔽するなどの余分な装置を設ける必要がないので、コストの増大を招く事無く不均一なイオン注入を行うことができる。
【００１４】
基板の回転中心付近には、全くイオン注入を行う事無く、ドーナツ状のイオン注入分布を形成するには、前記基板の回転中心から所定距離離間した位置にイオンビームを往復走査させることによって帯状イオンビームを形成すればよい。
【００１５】
基板の回転中心近傍にもイオン注入を行いつつ、基板の全面にドーナツ状のイオン注入分布を形成するには、前記基板の回転中心を通るようにイオンビームの往復走査によって帯状イオンビームを形成すればよい。
【００１６】
前記帯状イオンビームによるイオン注入の量を一定に保ち、基板の回転速度のみに依存した注入分布にするには、前記往復走査の速度の大きさを一定に保つようにしていればよい。このようなものであれば、回転中心から離れた位置ほど周速度が連続的に大きくなるので、よりなだらかなドーナツ状の注入分布を得ることができる。
【００１７】
ドーナツ状の分布だけでなく、様々な点対象な注入分布を形成するには、前記往復走査の速度の大きさを変化させればよい。往復走査の速度を変化させると、帯状イオンビームから基板に注入されるイオン量を速度のほぼ反比例させて制御することができるからである。
【００１８】
さらに別のドーナツ状の注入分布を得る具体的な方法としては、前記基板を並進移動させることによって、前記帯状イオンビームと回転中心との距離を変化させることがあげられる。
【００１９】
点対称なイオン注入分布のみでなく、さらに領域を分割し、様々な注入パターンを形成することができるようにするには、前記基板の回転角度が所定の角度になった場合に前記イオンビームの往復走査速度の大きさを変化させればよい。例えば、注入分布に点対称性に加えて、線対称性を加えることができるようになる。
【００２０】
イオン注入分布がなめらかな分布を持つようにイオン注入を行うためのより簡便な方法としては、前記イオンビームがスポット状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させるものであればよい。
【００２１】
細緻なイオン注入分布を簡単に形成するための具体的な方法としては、前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させることが挙げられる。
【００２２】
イオン注入分布がなめらかな分布を持つようにイオン注入を行うための簡便で効率的な方法としては、前記イオンビームが帯状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させればよい。
【００２３】
上述したような帯状のイオンビームによって簡単にイオン注入を行うための具体的な方法としては、前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させることが挙げられる。
【発明の効果】
【００２４】
このように、本願発明は、基板を回転させながら、同時にイオンビームを走査又は基板を並進移動させているので、形成されるイオン注入分布をなめらかな分布にすることができ、かつ、様々なパターンのイオン注入分布を形成することができる。しかも、様々なパターンのイオン注入を行うのに、シャッターなどの別の部材を用いる必要がないので、コストの増大を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１にはイオン注入装置１００の上面図が示してあり、図２には、図１の基板Ｗ周辺を拡大してある側面図が示してある。以下の説明では、鉛直方向をＹ軸、基板Ｗの回転軸ＲＡの延びる方向をＺ軸、基板Ｗの照射面内においてＹ軸と直交する軸をＸ軸として右手系をなすように設定した座標軸も用いながら説明を行う。
【００２６】
本実施形態のイオン注入装置１００は、例えば、半導体素子の製造において基板Ｗの周辺部の特性を補償することによって歩留まりを改善するために用いられるものである。なお、本実施形態では、基板Ｗとして円形のウエハＷにイオン注入を行う場合を例として説明を行っている。基板Ｗの形状は特に円形だけに限定されるものではない。
【００２７】
前記イオン注入装置１００は、基板ＷをイオンビームＩＢが照射される面に交差する回転軸ＲＡを中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームＩＢの走査又は前記基板Ｗの並進移動の少なくとも一方を同時に行わせることができるように構成してある。
【００２８】
より具体的には、前記イオン注入装置１００は、イオン源ＩＳから射出されたイオンビームＩＢを電界又は磁界によって偏向させて前記基板Ｗ上に走査する走査器１と、前記基板Ｗが取り付けられているテーブルＴを回転させる回転機構２と、前記テーブルＴを鉛直方向であるＹ軸方向に上下動させる並進移動機構３と、前記走査器１と前記回転機構２と前記並進移動機構３とを同時に動作させることが可能な制御機構Ｃと、を備えたものである。図１及び図２に示されるように、ウエハＷはその照射面が水平方向に向くように取り付けられており、イオンビームＩＢは走査器１によってＸ軸方向に走査され、ウエハＷは並進移動機構３によってＹ軸方向に走査され、回転機構２によってＺ軸を回転中心として回転するように構成してある。
【００２９】
前記走査器１は、スポット状のイオンビームＩＢを電界又は磁界によってＸ軸方向に往復走査することによって、帯状のイオンビームＩＢを形成するものである。ここで、帯状のイオンビームＩＢとは、走査器１によるスポット状のイオンビームＩＢを走査する速度が、後述するウエハＷの回転速度や並進移動速度に比べて十分に速いものであり、実質的に帯状として取り扱うことができるもののことを言う。特に帯状のイオンビームの中で、その短辺方向の幅がスポット状のイオンビームの直径と略等しいもののことをライン状のイオンビームと本明細書中では呼ぶこととする。本実施形態では、走査器１はＸ軸方向にのみイオンビームＩＢの走査を行うので、ライン状のイオンビームＩＢを形成している。
【００３０】
この走査器１は、イオンビームＩＢの走査を行うとともに、その走査する速度を変化させることによってウエハＷに注入するイオン注入量を変化させることができる。詳述すると、イオン注入量はイオンビームＩＢの照射時間に比例して大きくなる。これは、微視的に見るとイオンビームＩＢを走査する速度を大きくすると、速くウエハＷ上を通過してしまうので、ウエハＷ上の単位面積に照射されるイオン粒子の量は少なくなり、速度を小さくすると、ゆっくりと通過するので、ウエハＷ上の単位面積に照射されるイオンの量が多くなるからである。つまり、イオンビームＩＢとウエハＷとの間の相対速度の大きさと、イオン注入量の間には、反比例の関係があることが分かる。従って、Ｘ軸方向の走査速度を変化させることによって、ライン上におけるイオン注入量を任意に設定することができる。以下の説明では、分かりやすさのためライン上のイオン注入量の分布を主に示すが、この分布はＸ軸方向の走査速度を変化させることによって形成されているものであり、イオン注入量の分布からどのようにＸ軸方向の走査速度を変化させればよいかは上述したように反比例の関係から容易に算出することができるものである。なお、イオン注入強度がゼロになっている場合には、イオンビームの走査速度を非常に大きくし、注入量を無視できる程度にする、又はイオンビームの照射を一時的にストップするなどすればよい。
【００３１】
前記回転機構２は、ウエハＷが取り付けられているテーブルＴを回転させるものであり、例えば回転モータと、その回転角度を検出する角度検出器とから構成されるものである。前記角度検出器は回転角を検出するとともに、その差分を用いて回転速度を算出するために用いるものであり、その回転速度は一定速度に保つ、あるいは、変化させることができる。
【００３２】
前記並進移動機構３は、例えばモータによって前記テーブルＴをＹ軸方向に移動させるものであり、前記ライン状のイオンビームＩＢが照射面に照射されている半径方向の位置を変えるために用いる。
【００３３】
前記制御機構Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、ディスプレイなどの出力機器、キーボードやマウスなどの入力機器等を備えた、例えば汎用のコンピュータや、あるいは専用に製造された制御ボードなどから構成されるものであり、前記メモリに記憶されたプログラムに従って各機器の制御を行うものである。この制御機構Ｃは、各機器を単に同時に動作させるだけでなく、プログラムによってそれぞれの走査速度、回転速度、移動速度、回転角を関連付けてそれぞれの機器の動きを同期させて動作させることができるようにも構成してある。
【００３４】
ここで、同期させるとは例えば並進移動機構３によるウエハＷの半径方向の移動速度とウエハＷの回転速度との間に所定の関係を持たせることなどを言う。より具体的には、ライン状のイオンビームＩＢがウエハＷの半径方向に相対移動して１回走査される間のウエハＷが回転する回転数などが挙げられる。すなわち、ウエハＷの回転速度と、イオンビームＩＢの走査速度又は並進移動機構３によるウエハＷの並進移動速度の少なくとも一方を同期させることによって、上述したようなウエハＷへのイオンビームの走査回数と、ウエハの回転回数との間の関係を規定し、所望のイオン注入分布を得ることができるようにしてある。
【００３５】
次に、具体的なイオン注入の方法について説明を行う。
図３に示すように、ライン状のイオンビームＩＢの中心をウエハＷの中心から所定距離離間させた位置にＸ軸方向の往復走査によって形成し、Ｙ軸方向には移動させず、前記ウエハＷを一定の回転速度ωで回転させている場合について説明する。
【００３６】
具体的には、走査器１によってスポット状のイオンビームＩＢをＸ軸方向に走査するとともに、同時に回転機構２がウエハＷを回転軸ＲＡを中心として回転させてイオン注入を行っている。
【００３７】
イオンビームＩＢのＸ軸方向に走査する走査速度の大きさをイオンビームＩＢを照射する区間において一定に保ち、図４に示すようにイオンビームを照射する区間においてライン上のイオンビームＩＢのイオン注入量を一定とした場合のウエハＷ上のイオン注入量分布を図５に示す。以下の説明では、簡単のため、ライン上のイオンビームＩＢのイオン注入量についてはイオン注入強度と呼ぶ。また、ウエハＷ上のイオン注入分布については、斜視図とＸ軸方向の断面図を併せて表記しており、斜視図には、細線でイオン注入量の等高線を示してある。図５から分かるように、回転軸ＲＡを中心とした点対称のイオン注入分布が形成され、しかも、連続的にイオンの注入分布が変化していることがわかる。また、ライン状のイオンビームＩＢの内側の端から回転中心までの半径√２ｒ0よりも小さい内円領域には、全くイオンビームＩＢが照射されないのでイオン注入量は略ゼロとなる。加えて、周辺領域はライン状のイオンビームＩＢがある部分のイオン注入量が突出して多く、外側へ行くほどイオン注入量が減少していることが分かる。これは、走査速度が一定に保たれており、ライン状のイオンビームＩＢが照射するイオンの量はライン上では一定になっているものの、ウエハＷの回転によって外側ほど周方向の速度は大きくなるため外側に単位面積あたりに照射されるイオンの量が減少するからである。
【００３８】
イオンビームＩＢのＸ軸方向に走査する速度の大きさを変化させて、イオン注入強度を図６に示すように外周部へ行くほど多くなるようにした場合におけるウエハＷ上のイオン注入分布の結果を図７に示す。このとき、イオン注入強度の変化率は外周部へ行くほど大きくなるようにしてある。より具体的にはライン状ビームの中間点から外周部までのイオン注入量が半径を変数とした指数関数で表され、その指数が１よりも大きい場合におけるウエハＷ上のイオン注入量の分布である。式として表すと例えば、以下のようになる。
【００３９】
【数１】
ただし、r0≦｜ｘ｜≦Ｒ0 式（１）
なお、0≦｜ｘ｜≦ｒ0にてＩ(x)＝0
【００４０】
ここで、Ｉ(x)はＸ軸方向のライン状ビームのイオン注入量、Ｉ0はイオン注入量の変換係数、ｘはライン状ビーム上におけるＸ軸方向の座標、Ｒ0はウエハＷの半径、ｒ0は回転中心からライン状ビームの中心までの半径である。
【００４１】
図７に示すウエハＷ上のイオン注入分布のように、前述した指数関数の指数ａをウエハＷの回転速度ωに対して適切に選ぶことによって、ウエハＷの半径方向の変化率が略一定になるようにすることができる。また回転速度ωに対して、イオンビームＩＢのＸ軸方向の往復走査させる速度を非常に大きくし、ウエハＷの回転回数を非常に多くすれば、平均化効果によってより回転対称でなだらかな変化を有したイオン注入分布を得ることができる。
【００４２】
前述した式（１）において指数ａを１より小さくした場合のライン上のイオン注入強度を図８に示す。さらに、この場合のウエハＷ上のイオン注入分布を図９に示す。ここでも、ａを適切に選ぶことによって、イオン注入が行われた領域の注入量をほぼ等しくし、図９に示されるような中空円柱状のイオン注入分布を形成することができる。
【００４３】
なお、ウエハＷの中心部にイオン注入が行われない領域をより簡単に作りつつ、イオン注入分布がなめらかな分布を持つようにするには、0≦｜ｘ｜≦ｒ0においてもイオン注入を行うようにすれば良い。このようにすればライン状のイオンビームＩＢがウエハＷの中心から離れている距離ｒ0の内円領域にはイオンビームが照射されないのでイオン注入分布がゼロとなるとともに、ライン上のイオンビーム注入強度に不連続な部分がなくなるので、イオンビームＩＢの走査の設定が非常に簡単になる。言い換えると、ウエハＷに照射されているイオンビームＩＢの注入強度分布を全域に亘って連続に形成しておくだけで、ウエハＷにおいてイオンビームＩＢが形成されている外側のみに任意のイオン注入分布を形成することを簡単な計算や制御方法によって行えるようになる。
【００４４】
次に、図１０に示すようにライン状のイオンビームＩＢが回転中心を通るように形成され、同時にウエハＷを回転させるイオン注入方法について説明する。なお、この場合でもＹ軸方向についてはイオンビームＩＢ及びウエハＷを移動させていない。
【００４５】
ライン上のイオン注入強度が図１１に示されるように回転中心から半径ｒ0までは増加し、半径ｒ0からウエハＷの半径Ｒ0までは減少するような分布を有している場合のウエハＷ上のイオン注入分布について図１２に示す。
【００４６】
図１２に示されるように、半径ｒ0の円の内部にもイオン注入をしつつ回転中心について対称なイオン注入分布を得ることができる。言い換えると、ライン状のイオンビームＩＢをウエハＷの中心を通るように形成又は照射すれば、ウエハＷの全域に亘ってイオン注入を行うことができる。
【００４７】
また、先ほどのライン状のイオンビームＩＢを回転中心から離間させた場合と同様に、式（１）を拡張して使用し、指数ａを調節することによって図７のように斜面の半径方向の変化率を一定にする、あるいは、図９のような円筒形状のイオン注入分布にすることもできる。言い換えると、イオンビームＩＢの走査速度を調節し、イオン注入強度をウエハＷの回転速度に合わせて調節することによって、直線のイオン注入分布を得ることができる。
【００４８】
ライン状のイオンビームＩＢをウエハＷの中心に形成した場合のその他のイオン注入方法について説明する。
【００４９】
イオンビームＩＢの走査速度を外周部分で遅くし、内周部分で早くする、すなわち、図１３に示すようにウエハＷの外周部分には、多くのイオンを注入し、内周部分には注入されるイオンの量を少なくするようにイオン注入強度を設定する。このとき、ウエハＷの回転速度ωは一定である。
【００５０】
イオン注入強度の分布について、式を用いて表すと以下のようになる。
【数２】
なお、図１３の実施例ではa＝１の場合を示している。
【００５１】
この場合のイオン注入分布は図１４のようになり、ウエハＷ上の全域に亘って一定量のイオンを注入することができる。この結果について直感的な説明を行うと、ウエハＷ上の各地点の回転速度は外側に行くほど大きくなり、注入されるイオンの量が少なくなるので、図１３及び式（２）に示されるようなイオン注入強度を与えると、相殺しあい、全域に亘って一定量のイオンを注入することができるということになる。ここで、０≦｜ｘ｜≦Ｓ／２におけるイオン注入強度Ｉ１及びＳは、イオン注入が終了するときに、ウエハＷの回転中心近傍の領域におけるイオン注入量が他の領域のイオン注入量と略等しくなるように設定してある。
【００５２】
次に、２段階にイオン注入強度を変化させた場合のイオン注入方法について説明する。図１５に示すように、内側では、前述した実施例のように直線状に中心部ではイオン注入量を少なくし、外側へ行くほどイオン注入量が多くなるようにイオン注入強度を変化させ、外周部では内周部よりも大きな変化率でイオン注入強度を変化させている。具体的に式によって記述すると、
【数３】
となる。この実施例ではａ＝１として直線状の分布としており、S<<R0とする。この場合、図１６に示すようなウエハＷの内周部は一定量のイオン注入を行うとともに、外周部では変化率一定で外周部に行くほどイオン注入量を大きくしていくような分布を形成することができる。
【００５３】
次に、図１７に示すように、ライン状のイオンビームＩＢをウエハＷの外周に形成するとともに、Ｙ軸負方向へウエハＷを移動させることによってライン状のビームを外周からある半径まで走査しつつ、同時にウエハＷを回転させるイオン注入方法について説明する。
【００５４】
このイオン注入方法では、ウエハＷ上におけるライン状のイオンビームＩＢの中心の軌跡は図１８に示されるように螺旋を描くことになる。ここで、イオンビームＩＢのＸ軸方向の走査速度の大きさは常に一定になるように制御してあり、すなわち、ライン上の注入量分布は一定値になるようにしてある。また、ウエハＷのＹ軸方向への並進移動速度に対して、ウエハＷの回転速度は非常に大きく設定してある。つまり、イオンビームＩＢの１回の走査に対して、ウエハＷの回転回数は非常に多くなり、十分に回転対称なイオン注入分布が得られるようにしてある。
【００５５】
図１８に示すように、螺旋の間隔が等間隔になるようにＹ軸方向の並進移動と、ウエハＷの回転を同期させてある。具体的に式として記述すると以下のようになる。
【数４】
【数５】
【００５６】
ここで、θはウエハＷの回転角度、ｙはライン状のイオンビームＩＢのｙ座標、ｔは時間、Ｔはイオン注入の終了時刻。
【００５７】
このような式（４）、式（５）に基づいてイオン注入を行うと、図１９に示されるように、外周部に最もイオン注入が行われ、内側へなだらかにイオン注入量が減少していく。このようになるのは、外側から内側へライン状のイオンビームＩＢがウエハＷに対して相対移動していくので、外側部分は相対速度が大きいため１回のイオン注入量が少ないものの、内側よりもイオン注入される回数が多くなるために結果としてより多くのイオンが注入されることになるからである。
【００５８】
図１８と同様に、図２０ではウエハＷ上におけるライン状のイオンビームＩＢの中心の軌跡が螺旋を描く様子が記載されている。図２０は内側へ行くほど螺旋の間隔が短くなる点で、図１８と異なる。このようにすると図２１のように中空円筒形状のイオン注入分布を形成することができる。この場合の具体的なＹ軸方向の移動量について以下のようになる。なお、回転角度については式（５）と同様であり、ライン状のイオンビームＩＢがウエハＷの内側から外側へ移動する場合について記述する。
【数６】
【００５９】
次に、図１０に示されるように、ウエハＷの回転中心を通るようにライン状のイオンビームＩＢを形成させながら、同時にウエハＷを一定速度で回転させておき、ウエハＷの回転角度が所定の角度になったときに、イオンビームＩＢのＸ軸方向の走査速度を変化させるようにするイオン注入方法について説明する。
【００６０】
図２２に示すように、ウエハＷが９０度回転するごとに、イオンビームＩＢのＸ軸方向の走査速度を高速から低速、低速から高速に切り替えるようにする。すると、図２３に示すように、回転中心について点対称であり、かつ、線対称な４つの領域を有したイオン注入分布を得ることができる。また、回転速度又は走査速度を切り替える角度を小さくすれば、より多くの領域を形成することができる。
【００６１】
前述した実施例では、ある角度領域の全域に亘って同じイオン注入強度によってイオン注入を行い、ウエハＷの円周方向にイオン注入量が異なる領域を複数形成したが、ある角度領域内においてイオンビームＩＢの半径方向の走査速度に分布を与えることによって、イオンビーム強度をウエハＷの半径方向の位置に基づいて変化させても構わない。この場合、ある角度領域内で一定量のイオンを注入するだけでなく、前述してきたように半径方向にもイオン注入分布を変化させることもできる。すなわち、角度によるイオン注入量の切り替えにより、ウエハＷの周方向のイオン注入分布を変化させ、イオンビームの注入強度を変化させておくことによって半径方向にもイオン注入分布を変化させることによって、様々な注入分布を得ることができる。
【００６２】
より具体的には、図２４に示すように、例えば、ウエハＷをθ1からθ2まで回転させているある角度領域において、イオンビームの注入強度を半径ｒ1までの内円領域では低強度に、半径ｒ1からｒ2までの円環領域を高強度に、半径ｒ2から半径Ｒ0の円環領域では前記内円領域と同じイオン注入分布となるような強度にすればよい。そして、ウエハＷをθ2以上に回転させている領域では、全体のイオン注入強度を図２２に示したようにある倍率で低下させる又は増加させるなどすれば、ウエハＷの半径方向のイオン注入分布を４種類に分けるとともに、ウエハＷの円周方向のイオン注入分布も変化させウエハＷの中心に対して点対称なイオン注入分布にするなどできる。さらに、中心に対して点対称なイオン注入分布になる以外にも、周方向のイオン注入強度を切り替える角度を様々に変化させたり、角度領域ごとに半径ｒ1やｒ2の値を変化させて半径方向のイオン注入強度を変化させたり、半径方向のイオン注入強度が異なる領域の数を変化させるようにイオン注入強度を変化させても構わない。
【００６３】
このように本実施形態のイオン注入装置１００及びイオン注入方法によれば、ウエハＷを回転機構２によって回転させながら、同時に走査器１によってイオンビームＩＢをＸ軸方向に走査し、ライン状のイオンビームＩＢを形成する、又は、並進移動機構３によってウエハＷをＹ軸方向に移動させるので、ウエハＷに形成されるイオン注入分布を連続的で滑らかなものとすることができる。
【００６４】
また、イオンビームＩＢをＸ軸方向に走査する速度の大きさや、切り替えるタイミングを調整する、あるいは、Ｙ軸方向へのウエハＷの移動速度を変化させることによって、様々な回転中心について対称な不均一なイオン注入分布を得ることができる。
【００６５】
加えて、イオンビームＩＢとウエハＷの相対移動だけで様々な不均一なイオン注入分布を得うることができるので、新たにイオンビームＩＢを遮蔽するための部材を設けるなどする必要がなく、コストの増大を防ぐことができる。
【００６６】
なお、本願発明は、前記実施形態に限られるものではない。
【００６７】
例えば、前記実施形態ではライン状のイオンビームをＹ軸方向に相対移動させるのにウエハＷを移動させていたが、走査器によってイオンビームをＹ軸方向に走査しても構わない。
【００６８】
イオンビームはスポット状のものだけに限られず、イオン源自体が帯状のイオンビームを照射するものであり、ウエハＷを回転させながら、半径方向にイオンビームを相対移動するようにしても構わない。また、このときイオンビームの強度をウエハ上に照射している位置に応じて変化させるようにしても構わない。
【００６９】
ライン状のイオンビームではなく、ある程度の短辺方向の幅を有した帯状のイオンビームであっても構わない。
【００７０】
イオンビームのウエハＷ上の軌跡が螺旋状になるようにウエハＷやイオンビームを走査する場合には、イオンビームはスポット状のものであっても構わない。
【００７１】
イオン注入強度の調整を行うのは、イオンビームの走査速度のみに限られない。例えば、イオンビームの強度を制御しても良いし、スポット径を変更するなどしてもよい。
【００７２】
ウエハの回転と、イオンビームの走査又はウエハの並進移動の少なくとも一方を同期させるのは、例えば、ウエハが１回転する間にイオンビームがウエハ上を１回走査するように同期する、または、ウエハが１回転する間にイオンビームがウエハ上を２回走査するなど、様々な関係を持たせることが挙げられる。
【００７３】
イオンビームの走査速度、ウエハの並進移動速度、回転移動速度のいずれかを同期させながら、走査速度以外の要素によってイオンビームの注入強度を変化させても構わない。このようなものであれば、点対象なイオン注入分布だけでなく、周方向にもイオン注入分布を変化させたものとすることができ、より様々な形状のイオン注入を行うことができる。
【００７４】
走査によって帯状やライン状のイオンビームを形成している場合でも、引き出し電圧を調整することを併用してイオンビーム注入強度を制御しても構わない。
【００７５】
イオンビームの注入量を検出するファラデーカップなどの検出器を備えておき、検出されたイオン注入量に基づいて、注入分布を制御するようにしても構わない。検出器によって逐次注入量を検出しておき、フィードバック制御を行うようにすれば、さらに正確な注入分布を形成することが出来るようになる。
【００７６】
イオンビームの注入強度を変化させる方法としては、イオン源の引き出し電極の電圧を変化させる、ウエハ上にイオンビームが照射される位置に基づいて開口量を制御される開口部材をビームライン上に設けておき、照射されるイオンビームのスポット径や帯状ビームの幅を調節することでイオン注入量を調節する、イオンビーム自体の強度を制御するなど、様々な方法が考えられる。
【００７７】
イオンビームと基板が相対移動する方向は、図面視で下から上でも、上から下でもどちらでもよい。同様のイオン注入分布を得ることが出来る。
【００７８】
ウエハ上に照射される帯状やライン状のイオンビームの長手方向の長さはウエハの直径以上である必要は無い。ウエハ上の一部分にかかるものであればよい。すなわち、半径未満の長さのイオンビームでもあってもかまわない。
【００７９】
その他、本願発明の趣旨に反しない限り、種々の変形が可能であり、各イオン注入方法を適宜組み合わせるなどしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置の模式的上面図。
【図２】同実施形態に係るイオン注入装置のウエハ周辺の拡大側面図。
【図３】本発明のイオン注入方法に係る一実施形態を説明する模式図。
【図４】イオンビームのイオン注入強度の一例を示す模式的グラフ。
【図５】図４のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図６】イオンビームのイオン注入強度の別の例を示す模式的グラフ。
【図７】図６のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図８】イオンビームのイオン注入強度のさらに別の例を示す模式的グラフ。
【図９】図８のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１０】本発明のイオン注入方法に係る別の実施形態を説明する模式図。
【図１１】イオンビームのイオン注入強度の異なる例を示す模式的グラフ。
【図１２】図１１のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１３】イオンビームのイオン注入強度のさらに異なる例を示す模式的グラフ。
【図１４】図１３のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１５】イオンビームのイオン注入強度のさらに別の異なる例を示す模式的グラフ。
【図１６】図１５のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１７】本発明のイオン注入方法に係るさらに別の実施形態を説明する模式図。
【図１８】イオンビームのウエハ上における軌跡の一例を示す模式図。
【図１９】イオンビームが図１８の軌跡を描いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図２０】イオンビームのウエハ上における軌跡の別の例を示す模式図。
【図２１】イオンビームが図２０の軌跡を描いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図２２】ウエハの回転角度に応じて、イオン強度を変化させる場合の一例を示すグラフ。
【図２３】図２２のイオン強度を用いた場合のイオン注入分布を示す模式図。
【図２４】ウエハの回転角度とともに、イオンビームの位置に応じてイオンビーム強度を変化させた場合の一例を示す模式図。
【符号の説明】
【００８１】
１００・・・イオン注入装置
１・・・走査器
２・・・回転機構
３・・・並進移動機構
Ｃ・・・制御機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に不均一にイオン注入を行うイオン注入方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ウエハの値段は上昇しており、１枚のウエハからできるだけ無駄なくより多くの半導体素子を製造できることが求められる。そのような要請から、１枚のウエハから特性の異なる半導体素子を複数製造したり、半導体素子の特性を補償することによって歩留まりを改善したりするために、ウエハの全面にわざと不均一にイオンを注入するイオン注入方法が用いられている。
【０００３】
特性の異なる半導体素子を複数製造するためのイオン注入方法としては、特許文献１や特許文献２に記載されているイオン注入方法が挙げられる。特許文献１に記載のイオン注入方法は、ライン状のイオンビームをウエハの一端から他端まで走査するものである。一端から基板の中心位置まではある速度で走査し、基板の中心位置から他端までは別の速度で走査するように構成されており、イオンビームの走査が終わった後にウエハを９０度回転させて、再び同様のイオンビームの走査を繰り返し、イオン注入量の異なる領域を複数形成するものである。
【０００４】
特許文献２に記載のイオン注入方法も、ライン状のイオンビームをウエハの一端から他端まで複数回走査するものであり、シャッターによってイオンビームが照射される領域を制限し、ウエハの領域ごとのイオン注入量を変化させることができるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のイオン注入方法では、ウエハの中心位置でのみイオンビームの走査速度を切り替えるようにしているので、形成できるイオン注入量の異なる領域のパターンが限られてしまい、上述した要請に十分に応えることが難しい。また、特許文献２に記載のイオン注入方法では、イオン注入量の異なる領域を形成するために、シャッターやシャッターを制御するための機構を、通常のイオン注入装置に別に用意する必要があるため、その分コストが上昇してしまう。
【０００６】
一方、所望の特性を得ることが難しいウエハの周辺部の特性を補償し、歩留まりを改善するためのイオン注入方法としては、特許文献３に記載の方法が挙げられる。特許文献３のイオン注入方法は、イオンビームを走査する速度を、一端から第１中間点まで、第１中間点から第２中間点まで、第２中間点から他端までにおいて切り替えるようにして、１回のイオンビームの走査で３つのイオン注入量の異なる領域を形成する注入工程と、注入工程が終わった後にウエハを所定の角度だけ回転させる回転工程を有するものである。このイオン注入方法は注入工程と回転工程を交互に繰り返して、領域の分割数を増やしウエハ中央部の領域の形状を円形に近づけることによって近似的にドーナツ状のイオン注入分布を得るものである。
【０００７】
しかしながら、このイオン注入方法では、ウエハ中央部の領域を近似的に円形にしているだけなので、近似の誤差が出る領域の境界近傍における注入分布には、中心に比べるとばらつきが発生し、連続的な注入分布にならず、所望の注入量に設定することが難しい。
【特許文献１】特許３６９２９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９７１１号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、安価で、注入量分布のパターンに多様性を持たせることができ、各注入領域間の注入分布が連続的でスムーズになるような注入を行うことができる新規なイオン注入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本願発明のイオン注入方法は基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸ＲＡを中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方を同時に行わせることを特徴とする。
【００１０】
また、本願発明のイオン注入装置は基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸を中心として回転させる回転機構と、前記イオンビームを電界又は磁界によって走査するイオンビーム走査機構又は前記基板の並進移動させる並進移動機構の少なくとも一方を具備し、前記基板の回転と、前記イオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方とを同時に行わせる制御機構を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、基板を回転させながら、イオンビームを基板に走査させる又は前記基板を機械的に並進移動させているので、基板のイオン注入分布を連続ななめらかなものにすることができる。
【００１２】
また、基板の回転速度と、イオンビームの走査又は基板の並進移動の速度を調整することによって、イオンが注入される領域のパターンや注入量を変化させることができ、基板に様々な分布を有したイオン注入分布を形成することができるようになる。
【００１３】
さらに、不均一なイオン注入分布を形成するのにイオンビームを遮蔽するなどの余分な装置を設ける必要がないので、コストの増大を招く事無く不均一なイオン注入を行うことができる。
【００１４】
基板の回転中心付近には、全くイオン注入を行う事無く、ドーナツ状のイオン注入分布を形成するには、前記基板の回転中心から所定距離離間した位置にイオンビームを往復走査させることによって帯状イオンビームを形成すればよい。
【００１５】
基板の回転中心近傍にもイオン注入を行いつつ、基板の全面にドーナツ状のイオン注入分布を形成するには、前記基板の回転中心を通るようにイオンビームの往復走査によって帯状イオンビームを形成すればよい。
【００１６】
前記帯状イオンビームによるイオン注入の量を一定に保ち、基板の回転速度のみに依存した注入分布にするには、前記往復走査の速度の大きさを一定に保つようにしていればよい。このようなものであれば、回転中心から離れた位置ほど周速度が連続的に大きくなるので、よりなだらかなドーナツ状の注入分布を得ることができる。
【００１７】
ドーナツ状の分布だけでなく、様々な点対象な注入分布を形成するには、前記往復走査の速度の大きさを変化させればよい。往復走査の速度を変化させると、帯状イオンビームから基板に注入されるイオン量を速度のほぼ反比例させて制御することができるからである。
【００１８】
さらに別のドーナツ状の注入分布を得る具体的な方法としては、前記基板を並進移動させることによって、前記帯状イオンビームと回転中心との距離を変化させることがあげられる。
【００１９】
点対称なイオン注入分布のみでなく、さらに領域を分割し、様々な注入パターンを形成することができるようにするには、前記基板の回転角度が所定の角度になった場合に前記イオンビームの往復走査速度の大きさを変化させればよい。例えば、注入分布に点対称性に加えて、線対称性を加えることができるようになる。
【００２０】
イオン注入分布がなめらかな分布を持つようにイオン注入を行うためのより簡便な方法としては、前記イオンビームがスポット状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させるものであればよい。
【００２１】
細緻なイオン注入分布を簡単に形成するための具体的な方法としては、前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させることが挙げられる。
【００２２】
イオン注入分布がなめらかな分布を持つようにイオン注入を行うための簡便で効率的な方法としては、前記イオンビームが帯状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させればよい。
【００２３】
上述したような帯状のイオンビームによって簡単にイオン注入を行うための具体的な方法としては、前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させることが挙げられる。
【発明の効果】
【００２４】
このように、本願発明は、基板を回転させながら、同時にイオンビームを走査又は基板を並進移動させているので、形成されるイオン注入分布をなめらかな分布にすることができ、かつ、様々なパターンのイオン注入分布を形成することができる。しかも、様々なパターンのイオン注入を行うのに、シャッターなどの別の部材を用いる必要がないので、コストの増大を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１にはイオン注入装置１００の上面図が示してあり、図２には、図１の基板Ｗ周辺を拡大してある側面図が示してある。以下の説明では、鉛直方向をＹ軸、基板Ｗの回転軸ＲＡの延びる方向をＺ軸、基板Ｗの照射面内においてＹ軸と直交する軸をＸ軸として右手系をなすように設定した座標軸も用いながら説明を行う。
【００２６】
本実施形態のイオン注入装置１００は、例えば、半導体素子の製造において基板Ｗの周辺部の特性を補償することによって歩留まりを改善するために用いられるものである。なお、本実施形態では、基板Ｗとして円形のウエハＷにイオン注入を行う場合を例として説明を行っている。基板Ｗの形状は特に円形だけに限定されるものではない。
【００２７】
前記イオン注入装置１００は、基板ＷをイオンビームＩＢが照射される面に交差する回転軸ＲＡを中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームＩＢの走査又は前記基板Ｗの並進移動の少なくとも一方を同時に行わせることができるように構成してある。
【００２８】
より具体的には、前記イオン注入装置１００は、イオン源ＩＳから射出されたイオンビームＩＢを電界又は磁界によって偏向させて前記基板Ｗ上に走査する走査器１と、前記基板Ｗが取り付けられているテーブルＴを回転させる回転機構２と、前記テーブルＴを鉛直方向であるＹ軸方向に上下動させる並進移動機構３と、前記走査器１と前記回転機構２と前記並進移動機構３とを同時に動作させることが可能な制御機構Ｃと、を備えたものである。図１及び図２に示されるように、ウエハＷはその照射面が水平方向に向くように取り付けられており、イオンビームＩＢは走査器１によってＸ軸方向に走査され、ウエハＷは並進移動機構３によってＹ軸方向に走査され、回転機構２によってＺ軸を回転中心として回転するように構成してある。
【００２９】
前記走査器１は、スポット状のイオンビームＩＢを電界又は磁界によってＸ軸方向に往復走査することによって、帯状のイオンビームＩＢを形成するものである。ここで、帯状のイオンビームＩＢとは、走査器１によるスポット状のイオンビームＩＢを走査する速度が、後述するウエハＷの回転速度や並進移動速度に比べて十分に速いものであり、実質的に帯状として取り扱うことができるもののことを言う。特に帯状のイオンビームの中で、その短辺方向の幅がスポット状のイオンビームの直径と略等しいもののことをライン状のイオンビームと本明細書中では呼ぶこととする。本実施形態では、走査器１はＸ軸方向にのみイオンビームＩＢの走査を行うので、ライン状のイオンビームＩＢを形成している。
【００３０】
この走査器１は、イオンビームＩＢの走査を行うとともに、その走査する速度を変化させることによってウエハＷに注入するイオン注入量を変化させることができる。詳述すると、イオン注入量はイオンビームＩＢの照射時間に比例して大きくなる。これは、微視的に見るとイオンビームＩＢを走査する速度を大きくすると、速くウエハＷ上を通過してしまうので、ウエハＷ上の単位面積に照射されるイオン粒子の量は少なくなり、速度を小さくすると、ゆっくりと通過するので、ウエハＷ上の単位面積に照射されるイオンの量が多くなるからである。つまり、イオンビームＩＢとウエハＷとの間の相対速度の大きさと、イオン注入量の間には、反比例の関係があることが分かる。従って、Ｘ軸方向の走査速度を変化させることによって、ライン上におけるイオン注入量を任意に設定することができる。以下の説明では、分かりやすさのためライン上のイオン注入量の分布を主に示すが、この分布はＸ軸方向の走査速度を変化させることによって形成されているものであり、イオン注入量の分布からどのようにＸ軸方向の走査速度を変化させればよいかは上述したように反比例の関係から容易に算出することができるものである。なお、イオン注入強度がゼロになっている場合には、イオンビームの走査速度を非常に大きくし、注入量を無視できる程度にする、又はイオンビームの照射を一時的にストップするなどすればよい。
【００３１】
前記回転機構２は、ウエハＷが取り付けられているテーブルＴを回転させるものであり、例えば回転モータと、その回転角度を検出する角度検出器とから構成されるものである。前記角度検出器は回転角を検出するとともに、その差分を用いて回転速度を算出するために用いるものであり、その回転速度は一定速度に保つ、あるいは、変化させることができる。
【００３２】
前記並進移動機構３は、例えばモータによって前記テーブルＴをＹ軸方向に移動させるものであり、前記ライン状のイオンビームＩＢが照射面に照射されている半径方向の位置を変えるために用いる。
【００３３】
前記制御機構Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、ディスプレイなどの出力機器、キーボードやマウスなどの入力機器等を備えた、例えば汎用のコンピュータや、あるいは専用に製造された制御ボードなどから構成されるものであり、前記メモリに記憶されたプログラムに従って各機器の制御を行うものである。この制御機構Ｃは、各機器を単に同時に動作させるだけでなく、プログラムによってそれぞれの走査速度、回転速度、移動速度、回転角を関連付けてそれぞれの機器の動きを同期させて動作させることができるようにも構成してある。
【００３４】
ここで、同期させるとは例えば並進移動機構３によるウエハＷの半径方向の移動速度とウエハＷの回転速度との間に所定の関係を持たせることなどを言う。より具体的には、ライン状のイオンビームＩＢがウエハＷの半径方向に相対移動して１回走査される間のウエハＷが回転する回転数などが挙げられる。すなわち、ウエハＷの回転速度と、イオンビームＩＢの走査速度又は並進移動機構３によるウエハＷの並進移動速度の少なくとも一方を同期させることによって、上述したようなウエハＷへのイオンビームの走査回数と、ウエハの回転回数との間の関係を規定し、所望のイオン注入分布を得ることができるようにしてある。
【００３５】
次に、具体的なイオン注入の方法について説明を行う。
図３に示すように、ライン状のイオンビームＩＢの中心をウエハＷの中心から所定距離離間させた位置にＸ軸方向の往復走査によって形成し、Ｙ軸方向には移動させず、前記ウエハＷを一定の回転速度ωで回転させている場合について説明する。
【００３６】
具体的には、走査器１によってスポット状のイオンビームＩＢをＸ軸方向に走査するとともに、同時に回転機構２がウエハＷを回転軸ＲＡを中心として回転させてイオン注入を行っている。
【００３７】
イオンビームＩＢのＸ軸方向に走査する走査速度の大きさをイオンビームＩＢを照射する区間において一定に保ち、図４に示すようにイオンビームを照射する区間においてライン上のイオンビームＩＢのイオン注入量を一定とした場合のウエハＷ上のイオン注入量分布を図５に示す。以下の説明では、簡単のため、ライン上のイオンビームＩＢのイオン注入量についてはイオン注入強度と呼ぶ。また、ウエハＷ上のイオン注入分布については、斜視図とＸ軸方向の断面図を併せて表記しており、斜視図には、細線でイオン注入量の等高線を示してある。図５から分かるように、回転軸ＲＡを中心とした点対称のイオン注入分布が形成され、しかも、連続的にイオンの注入分布が変化していることがわかる。また、ライン状のイオンビームＩＢの内側の端から回転中心までの半径√２ｒ0よりも小さい内円領域には、全くイオンビームＩＢが照射されないのでイオン注入量は略ゼロとなる。加えて、周辺領域はライン状のイオンビームＩＢがある部分のイオン注入量が突出して多く、外側へ行くほどイオン注入量が減少していることが分かる。これは、走査速度が一定に保たれており、ライン状のイオンビームＩＢが照射するイオンの量はライン上では一定になっているものの、ウエハＷの回転によって外側ほど周方向の速度は大きくなるため外側に単位面積あたりに照射されるイオンの量が減少するからである。
【００３８】
イオンビームＩＢのＸ軸方向に走査する速度の大きさを変化させて、イオン注入強度を図６に示すように外周部へ行くほど多くなるようにした場合におけるウエハＷ上のイオン注入分布の結果を図７に示す。このとき、イオン注入強度の変化率は外周部へ行くほど大きくなるようにしてある。より具体的にはライン状ビームの中間点から外周部までのイオン注入量が半径を変数とした指数関数で表され、その指数が１よりも大きい場合におけるウエハＷ上のイオン注入量の分布である。式として表すと例えば、以下のようになる。
【００３９】
【数１】
ただし、r0≦｜ｘ｜≦Ｒ0 式（１）
なお、0≦｜ｘ｜≦ｒ0にてＩ(x)＝0
【００４０】
ここで、Ｉ(x)はＸ軸方向のライン状ビームのイオン注入量、Ｉ0はイオン注入量の変換係数、ｘはライン状ビーム上におけるＸ軸方向の座標、Ｒ0はウエハＷの半径、ｒ0は回転中心からライン状ビームの中心までの半径である。
【００４１】
図７に示すウエハＷ上のイオン注入分布のように、前述した指数関数の指数ａをウエハＷの回転速度ωに対して適切に選ぶことによって、ウエハＷの半径方向の変化率が略一定になるようにすることができる。また回転速度ωに対して、イオンビームＩＢのＸ軸方向の往復走査させる速度を非常に大きくし、ウエハＷの回転回数を非常に多くすれば、平均化効果によってより回転対称でなだらかな変化を有したイオン注入分布を得ることができる。
【００４２】
前述した式（１）において指数ａを１より小さくした場合のライン上のイオン注入強度を図８に示す。さらに、この場合のウエハＷ上のイオン注入分布を図９に示す。ここでも、ａを適切に選ぶことによって、イオン注入が行われた領域の注入量をほぼ等しくし、図９に示されるような中空円柱状のイオン注入分布を形成することができる。
【００４３】
なお、ウエハＷの中心部にイオン注入が行われない領域をより簡単に作りつつ、イオン注入分布がなめらかな分布を持つようにするには、0≦｜ｘ｜≦ｒ0においてもイオン注入を行うようにすれば良い。このようにすればライン状のイオンビームＩＢがウエハＷの中心から離れている距離ｒ0の内円領域にはイオンビームが照射されないのでイオン注入分布がゼロとなるとともに、ライン上のイオンビーム注入強度に不連続な部分がなくなるので、イオンビームＩＢの走査の設定が非常に簡単になる。言い換えると、ウエハＷに照射されているイオンビームＩＢの注入強度分布を全域に亘って連続に形成しておくだけで、ウエハＷにおいてイオンビームＩＢが形成されている外側のみに任意のイオン注入分布を形成することを簡単な計算や制御方法によって行えるようになる。
【００４４】
次に、図１０に示すようにライン状のイオンビームＩＢが回転中心を通るように形成され、同時にウエハＷを回転させるイオン注入方法について説明する。なお、この場合でもＹ軸方向についてはイオンビームＩＢ及びウエハＷを移動させていない。
【００４５】
ライン上のイオン注入強度が図１１に示されるように回転中心から半径ｒ0までは増加し、半径ｒ0からウエハＷの半径Ｒ0までは減少するような分布を有している場合のウエハＷ上のイオン注入分布について図１２に示す。
【００４６】
図１２に示されるように、半径ｒ0の円の内部にもイオン注入をしつつ回転中心について対称なイオン注入分布を得ることができる。言い換えると、ライン状のイオンビームＩＢをウエハＷの中心を通るように形成又は照射すれば、ウエハＷの全域に亘ってイオン注入を行うことができる。
【００４７】
また、先ほどのライン状のイオンビームＩＢを回転中心から離間させた場合と同様に、式（１）を拡張して使用し、指数ａを調節することによって図７のように斜面の半径方向の変化率を一定にする、あるいは、図９のような円筒形状のイオン注入分布にすることもできる。言い換えると、イオンビームＩＢの走査速度を調節し、イオン注入強度をウエハＷの回転速度に合わせて調節することによって、直線のイオン注入分布を得ることができる。
【００４８】
ライン状のイオンビームＩＢをウエハＷの中心に形成した場合のその他のイオン注入方法について説明する。
【００４９】
イオンビームＩＢの走査速度を外周部分で遅くし、内周部分で早くする、すなわち、図１３に示すようにウエハＷの外周部分には、多くのイオンを注入し、内周部分には注入されるイオンの量を少なくするようにイオン注入強度を設定する。このとき、ウエハＷの回転速度ωは一定である。
【００５０】
イオン注入強度の分布について、式を用いて表すと以下のようになる。
【数２】
なお、図１３の実施例ではa＝１の場合を示している。
【００５１】
この場合のイオン注入分布は図１４のようになり、ウエハＷ上の全域に亘って一定量のイオンを注入することができる。この結果について直感的な説明を行うと、ウエハＷ上の各地点の回転速度は外側に行くほど大きくなり、注入されるイオンの量が少なくなるので、図１３及び式（２）に示されるようなイオン注入強度を与えると、相殺しあい、全域に亘って一定量のイオンを注入することができるということになる。ここで、０≦｜ｘ｜≦Ｓ／２におけるイオン注入強度Ｉ１及びＳは、イオン注入が終了するときに、ウエハＷの回転中心近傍の領域におけるイオン注入量が他の領域のイオン注入量と略等しくなるように設定してある。
【００５２】
次に、２段階にイオン注入強度を変化させた場合のイオン注入方法について説明する。図１５に示すように、内側では、前述した実施例のように直線状に中心部ではイオン注入量を少なくし、外側へ行くほどイオン注入量が多くなるようにイオン注入強度を変化させ、外周部では内周部よりも大きな変化率でイオン注入強度を変化させている。具体的に式によって記述すると、
【数３】
となる。この実施例ではａ＝１として直線状の分布としており、S<<R0とする。この場合、図１６に示すようなウエハＷの内周部は一定量のイオン注入を行うとともに、外周部では変化率一定で外周部に行くほどイオン注入量を大きくしていくような分布を形成することができる。
【００５３】
次に、図１７に示すように、ライン状のイオンビームＩＢをウエハＷの外周に形成するとともに、Ｙ軸負方向へウエハＷを移動させることによってライン状のビームを外周からある半径まで走査しつつ、同時にウエハＷを回転させるイオン注入方法について説明する。
【００５４】
このイオン注入方法では、ウエハＷ上におけるライン状のイオンビームＩＢの中心の軌跡は図１８に示されるように螺旋を描くことになる。ここで、イオンビームＩＢのＸ軸方向の走査速度の大きさは常に一定になるように制御してあり、すなわち、ライン上の注入量分布は一定値になるようにしてある。また、ウエハＷのＹ軸方向への並進移動速度に対して、ウエハＷの回転速度は非常に大きく設定してある。つまり、イオンビームＩＢの１回の走査に対して、ウエハＷの回転回数は非常に多くなり、十分に回転対称なイオン注入分布が得られるようにしてある。
【００５５】
図１８に示すように、螺旋の間隔が等間隔になるようにＹ軸方向の並進移動と、ウエハＷの回転を同期させてある。具体的に式として記述すると以下のようになる。
【数４】
【数５】
【００５６】
ここで、θはウエハＷの回転角度、ｙはライン状のイオンビームＩＢのｙ座標、ｔは時間、Ｔはイオン注入の終了時刻。
【００５７】
このような式（４）、式（５）に基づいてイオン注入を行うと、図１９に示されるように、外周部に最もイオン注入が行われ、内側へなだらかにイオン注入量が減少していく。このようになるのは、外側から内側へライン状のイオンビームＩＢがウエハＷに対して相対移動していくので、外側部分は相対速度が大きいため１回のイオン注入量が少ないものの、内側よりもイオン注入される回数が多くなるために結果としてより多くのイオンが注入されることになるからである。
【００５８】
図１８と同様に、図２０ではウエハＷ上におけるライン状のイオンビームＩＢの中心の軌跡が螺旋を描く様子が記載されている。図２０は内側へ行くほど螺旋の間隔が短くなる点で、図１８と異なる。このようにすると図２１のように中空円筒形状のイオン注入分布を形成することができる。この場合の具体的なＹ軸方向の移動量について以下のようになる。なお、回転角度については式（５）と同様であり、ライン状のイオンビームＩＢがウエハＷの内側から外側へ移動する場合について記述する。
【数６】
【００５９】
次に、図１０に示されるように、ウエハＷの回転中心を通るようにライン状のイオンビームＩＢを形成させながら、同時にウエハＷを一定速度で回転させておき、ウエハＷの回転角度が所定の角度になったときに、イオンビームＩＢのＸ軸方向の走査速度を変化させるようにするイオン注入方法について説明する。
【００６０】
図２２に示すように、ウエハＷが９０度回転するごとに、イオンビームＩＢのＸ軸方向の走査速度を高速から低速、低速から高速に切り替えるようにする。すると、図２３に示すように、回転中心について点対称であり、かつ、線対称な４つの領域を有したイオン注入分布を得ることができる。また、回転速度又は走査速度を切り替える角度を小さくすれば、より多くの領域を形成することができる。
【００６１】
前述した実施例では、ある角度領域の全域に亘って同じイオン注入強度によってイオン注入を行い、ウエハＷの円周方向にイオン注入量が異なる領域を複数形成したが、ある角度領域内においてイオンビームＩＢの半径方向の走査速度に分布を与えることによって、イオンビーム強度をウエハＷの半径方向の位置に基づいて変化させても構わない。この場合、ある角度領域内で一定量のイオンを注入するだけでなく、前述してきたように半径方向にもイオン注入分布を変化させることもできる。すなわち、角度によるイオン注入量の切り替えにより、ウエハＷの周方向のイオン注入分布を変化させ、イオンビームの注入強度を変化させておくことによって半径方向にもイオン注入分布を変化させることによって、様々な注入分布を得ることができる。
【００６２】
より具体的には、図２４に示すように、例えば、ウエハＷをθ1からθ2まで回転させているある角度領域において、イオンビームの注入強度を半径ｒ1までの内円領域では低強度に、半径ｒ1からｒ2までの円環領域を高強度に、半径ｒ2から半径Ｒ0の円環領域では前記内円領域と同じイオン注入分布となるような強度にすればよい。そして、ウエハＷをθ2以上に回転させている領域では、全体のイオン注入強度を図２２に示したようにある倍率で低下させる又は増加させるなどすれば、ウエハＷの半径方向のイオン注入分布を４種類に分けるとともに、ウエハＷの円周方向のイオン注入分布も変化させウエハＷの中心に対して点対称なイオン注入分布にするなどできる。さらに、中心に対して点対称なイオン注入分布になる以外にも、周方向のイオン注入強度を切り替える角度を様々に変化させたり、角度領域ごとに半径ｒ1やｒ2の値を変化させて半径方向のイオン注入強度を変化させたり、半径方向のイオン注入強度が異なる領域の数を変化させるようにイオン注入強度を変化させても構わない。
【００６３】
このように本実施形態のイオン注入装置１００及びイオン注入方法によれば、ウエハＷを回転機構２によって回転させながら、同時に走査器１によってイオンビームＩＢをＸ軸方向に走査し、ライン状のイオンビームＩＢを形成する、又は、並進移動機構３によってウエハＷをＹ軸方向に移動させるので、ウエハＷに形成されるイオン注入分布を連続的で滑らかなものとすることができる。
【００６４】
また、イオンビームＩＢをＸ軸方向に走査する速度の大きさや、切り替えるタイミングを調整する、あるいは、Ｙ軸方向へのウエハＷの移動速度を変化させることによって、様々な回転中心について対称な不均一なイオン注入分布を得ることができる。
【００６５】
加えて、イオンビームＩＢとウエハＷの相対移動だけで様々な不均一なイオン注入分布を得うることができるので、新たにイオンビームＩＢを遮蔽するための部材を設けるなどする必要がなく、コストの増大を防ぐことができる。
【００６６】
なお、本願発明は、前記実施形態に限られるものではない。
【００６７】
例えば、前記実施形態ではライン状のイオンビームをＹ軸方向に相対移動させるのにウエハＷを移動させていたが、走査器によってイオンビームをＹ軸方向に走査しても構わない。
【００６８】
イオンビームはスポット状のものだけに限られず、イオン源自体が帯状のイオンビームを照射するものであり、ウエハＷを回転させながら、半径方向にイオンビームを相対移動するようにしても構わない。また、このときイオンビームの強度をウエハ上に照射している位置に応じて変化させるようにしても構わない。
【００６９】
ライン状のイオンビームではなく、ある程度の短辺方向の幅を有した帯状のイオンビームであっても構わない。
【００７０】
イオンビームのウエハＷ上の軌跡が螺旋状になるようにウエハＷやイオンビームを走査する場合には、イオンビームはスポット状のものであっても構わない。
【００７１】
イオン注入強度の調整を行うのは、イオンビームの走査速度のみに限られない。例えば、イオンビームの強度を制御しても良いし、スポット径を変更するなどしてもよい。
【００７２】
ウエハの回転と、イオンビームの走査又はウエハの並進移動の少なくとも一方を同期させるのは、例えば、ウエハが１回転する間にイオンビームがウエハ上を１回走査するように同期する、または、ウエハが１回転する間にイオンビームがウエハ上を２回走査するなど、様々な関係を持たせることが挙げられる。
【００７３】
イオンビームの走査速度、ウエハの並進移動速度、回転移動速度のいずれかを同期させながら、走査速度以外の要素によってイオンビームの注入強度を変化させても構わない。このようなものであれば、点対象なイオン注入分布だけでなく、周方向にもイオン注入分布を変化させたものとすることができ、より様々な形状のイオン注入を行うことができる。
【００７４】
走査によって帯状やライン状のイオンビームを形成している場合でも、引き出し電圧を調整することを併用してイオンビーム注入強度を制御しても構わない。
【００７５】
イオンビームの注入量を検出するファラデーカップなどの検出器を備えておき、検出されたイオン注入量に基づいて、注入分布を制御するようにしても構わない。検出器によって逐次注入量を検出しておき、フィードバック制御を行うようにすれば、さらに正確な注入分布を形成することが出来るようになる。
【００７６】
イオンビームの注入強度を変化させる方法としては、イオン源の引き出し電極の電圧を変化させる、ウエハ上にイオンビームが照射される位置に基づいて開口量を制御される開口部材をビームライン上に設けておき、照射されるイオンビームのスポット径や帯状ビームの幅を調節することでイオン注入量を調節する、イオンビーム自体の強度を制御するなど、様々な方法が考えられる。
【００７７】
イオンビームと基板が相対移動する方向は、図面視で下から上でも、上から下でもどちらでもよい。同様のイオン注入分布を得ることが出来る。
【００７８】
ウエハ上に照射される帯状やライン状のイオンビームの長手方向の長さはウエハの直径以上である必要は無い。ウエハ上の一部分にかかるものであればよい。すなわち、半径未満の長さのイオンビームでもあってもかまわない。
【００７９】
その他、本願発明の趣旨に反しない限り、種々の変形が可能であり、各イオン注入方法を適宜組み合わせるなどしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置の模式的上面図。
【図２】同実施形態に係るイオン注入装置のウエハ周辺の拡大側面図。
【図３】本発明のイオン注入方法に係る一実施形態を説明する模式図。
【図４】イオンビームのイオン注入強度の一例を示す模式的グラフ。
【図５】図４のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図６】イオンビームのイオン注入強度の別の例を示す模式的グラフ。
【図７】図６のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図８】イオンビームのイオン注入強度のさらに別の例を示す模式的グラフ。
【図９】図８のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１０】本発明のイオン注入方法に係る別の実施形態を説明する模式図。
【図１１】イオンビームのイオン注入強度の異なる例を示す模式的グラフ。
【図１２】図１１のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１３】イオンビームのイオン注入強度のさらに異なる例を示す模式的グラフ。
【図１４】図１３のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１５】イオンビームのイオン注入強度のさらに別の異なる例を示す模式的グラフ。
【図１６】図１５のイオン注入強度を用いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図１７】本発明のイオン注入方法に係るさらに別の実施形態を説明する模式図。
【図１８】イオンビームのウエハ上における軌跡の一例を示す模式図。
【図１９】イオンビームが図１８の軌跡を描いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図２０】イオンビームのウエハ上における軌跡の別の例を示す模式図。
【図２１】イオンビームが図２０の軌跡を描いた場合のウエハ上のイオン注入分布を示す模式図。
【図２２】ウエハの回転角度に応じて、イオン強度を変化させる場合の一例を示すグラフ。
【図２３】図２２のイオン強度を用いた場合のイオン注入分布を示す模式図。
【図２４】ウエハの回転角度とともに、イオンビームの位置に応じてイオンビーム強度を変化させた場合の一例を示す模式図。
【符号の説明】
【００８１】
１００・・・イオン注入装置
１・・・走査器
２・・・回転機構
３・・・並進移動機構
Ｃ・・・制御機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸を中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方を同時に行わせることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
前記基板の回転中心から所定距離離間した位置にイオンビームの往復走査によって帯状イオンビームを形成する請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項３】
前記基板の回転中心を通るようにイオンビームを往復走査させることによって帯状イオンビームを形成する請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項４】
前記往復走査の速度の大きさを一定に保つようにしている請求項２又は３記載のイオン注入方法
【請求項５】
前記往復走査の速度の大きさを変化させる請求項２又は３記載のイオン注入方法。
【請求項６】
前記基板を並進移動させることによって、前記帯状イオンビームと回転中心との距離を変化させる請求項２、３、４又は５記載のイオン注入方法。
【請求項７】
前記基板の回転角度が所定の角度になった場合に前記イオンビームの往復走査速度の大きさを変化させる請求項１、２、３、４、５又は６記載のイオン注入方法。
【請求項８】
前記イオンビームがスポット状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させる請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項９】
前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させる請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１０】
前記イオンビームが帯状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させる請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項１１】
前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させる請求項１０記載のイオン注入方法。
【請求項１２】
基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸を中心として回転させる回転機構と、
前記イオンビームを電界又は磁界によって走査するイオンビーム走査機構又は前記基板の並進移動させる並進移動機構の少なくとも一方を具備し、
前記基板の回転と、前記イオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方とを同時に行わせる制御機構を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１】
基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸を中心として回転させながら、電界又は磁界によるイオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方を同時に行わせることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
前記基板の回転中心から所定距離離間した位置にイオンビームの往復走査によって帯状イオンビームを形成する請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項３】
前記基板の回転中心を通るようにイオンビームを往復走査させることによって帯状イオンビームを形成する請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項４】
前記往復走査の速度の大きさを一定に保つようにしている請求項２又は３記載のイオン注入方法
【請求項５】
前記往復走査の速度の大きさを変化させる請求項２又は３記載のイオン注入方法。
【請求項６】
前記基板を並進移動させることによって、前記帯状イオンビームと回転中心との距離を変化させる請求項２、３、４又は５記載のイオン注入方法。
【請求項７】
前記基板の回転角度が所定の角度になった場合に前記イオンビームの往復走査速度の大きさを変化させる請求項１、２、３、４、５又は６記載のイオン注入方法。
【請求項８】
前記イオンビームがスポット状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させる請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項９】
前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させる請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１０】
前記イオンビームが帯状のビームであり、前記基板と前記イオンビームを相対移動させて、そのイオンビームと回転中心との距離を変化させる請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項１１】
前記基板を回転させながら並進移動させることのみによって、前記基板と前記イオンビームを相対移動させ、前記イオンビームのビーム強度を基板上の位置に応じて変化させる請求項１０記載のイオン注入方法。
【請求項１２】
基板をイオンビームが照射される面に交差する回転軸を中心として回転させる回転機構と、
前記イオンビームを電界又は磁界によって走査するイオンビーム走査機構又は前記基板の並進移動させる並進移動機構の少なくとも一方を具備し、
前記基板の回転と、前記イオンビームの走査又は前記基板の並進移動の少なくとも一方とを同時に行わせる制御機構を備えた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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−８６８２４（Ｐ２０１０−８６８２４Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５５３３（Ｐ２００８−２５５５３３）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【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２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【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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