イオン注入装置及びイオン注入方法
【課題】ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような２次元イオン注入量面内分布を実現するイオン注入方法を提供する。
【解決手段】メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオン注入する注入方法を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返すことにより、ウエハ面内全面領域にイオン注入しながら、２次元イオン注入量面内分布を実現する。
【解決手段】メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオン注入する注入方法を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返すことにより、ウエハ面内全面領域にイオン注入しながら、２次元イオン注入量面内分布を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置及びイオン注入方法に関し、より詳しくは、イオン注入装置のイオン注入量制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、ウエハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエ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、イオン注入装置と呼ばれる。イオン注入装置は、イオン源によってイオン化されその後加速されたイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームをビーム走査、ウエハ走査、またはそれらの組み合わせにより、半導体ウエハ全面に照射する機能を持つ。
【０００３】
半導体製造工程では、ウエハ全面に同一性能の半導体チップを作成する目的から、通常、ウエハ面内に均一な条件を作り込む必要がある。イオン注入工程においても、ウエハの全領域で注入されるイオン注入量が均一になるように、イオン注入装置を制御することが通常である。
【０００４】
ところが、いくつかの半導体製造工程では、原理的にウエハ面内に均一な条件を作り込むことが困難になってきている。特に最近、半導体チップの微細化が飛躍的に進んでおり、ウエハ面内に均一な条件を作り込むことの困難性が増すとともに、その不均一性の程度も増している。このような条件下で、それ以外の工程で、ウエハ面内で均一な条件を作り込むと、結果的にウエハ全面に同一性能の複数の半導体チップを作成することができなくなる。例えばイオン注入工程で、ウエハ全領域で通常通りの面内イオン注入量が均一なイオン注入を行うと、結果として生じる、複数の半導体チップの電気的特性が同一でなくなり、同一性能の半導体チップの作成が不可能になる。
【０００５】
そこで、他の半導体製造工程でウエハ面内に均一な条件を作り込むことが出来ない場合に、そのウエハ面内ドーズ量不均一性に対応して、イオン注入装置を用いてウエハ全面にイオンビームを照射する工程において、意図的に不均一な２次元イオン注入量面内分布（以下では、「意図的に不均一な」を省略して、単に２次元イオン注入量面内分布と呼ぶことがある）を作成し、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正することが考えられる。その際に重要なことは、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンに、共に対応できる機能を有するイオン注入装置及びイオン注入方法でなければならないことである。
【０００６】
ウエハ面内に２次元イオン注入量面内分布を作成する方法の例としては、イオンビームによる走査速度及び半導体ウエハの走査速度（メカニカル走査速度）をコントロールする方法が提案されている。（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−８６５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のイオン注入方法では、イオンビームによる走査速度及び半導体ウエハの走査速度のみをコントロールしている。この場合、走査速度のコントロール範囲が限られ、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布は実現化できない。
【０００９】
特許文献１のイオン注入方法はまた、その目的は１枚のウエハ上にイオン注入量が異なる領域を作成することであり、ウエハ面内に実現化できるイオン注入量のパターンが限られ、他の半導体製造工程の２次元不均一形状パターンに対応できる２次元イオン注入量面内分布の作成機能を有しているわけではない。
【００１０】
本発明の課題は、上記の問題を解消してウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化することである。
【００１１】
本発明の具体的な課題は、以下の内容を実現できるようにすることである。
【００１２】
１．ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化する。
【００１３】
２．他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能を有すること。
【００１４】
３．他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の２次元不均一形状パターンに対応できる機能を有すること。
【００１５】
４．上記ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能と、２次元不均一形状パターンに対応できる機能が、互いに独立に制御できること。例えば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合にも、その２次元不均一形状パターンを変化させることができ、またその逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができること。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込む装置に適用される。
【００１７】
この発明に係るイオン注入方法の一つは、上記イオンビーム走査機能とウエハ走査機能を備えるイオン注入装置において、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオンビームを注入することを特徴としている。
【００１８】
さらに、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長は、ウエハ全体の長さ（直径）より短く、かつ連続可変であり、加えて、ビーム走査速度も連続可変にコントロールできることもまた、その特徴の一つである。
【００１９】
この発明に係るイオン注入方法では、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオンを注入する注入動作を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返し、結果としてウエハ全面にイオンを注入する。
【００２０】
この発明に係るイオン注入方法では、必要に応じて、上記メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度に加えて、ウエハをメカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御し、面内イオン注入量分布の微調整を行う。
【００２１】
ここで、この発明に係るイオン注入方法では、必要に応じて、ウエハ全面にわたる少量のイオン注入量での均一なイオン注入を追加し、面内イオン注入量分布の微調整を行うこともまた、その特徴の一つである。
【００２２】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込むイオン注入装置において、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオンを注入する装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することができる。
【００２４】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できるイオン注入方法を得ることができる。
【００２５】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能を有するイオン注入装置が実現化できる。
【００２６】
本発明によれば、他の半導体製造工程の２次元不均一形状パターンに対応できるイオン注入方法を得ることができる。
【００２７】
本発明によれば、他の半導体製造工程の２次元不均一形状パターンに対応できる機能を有するイオン注入装置が実現化できる。
【００２８】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応でき、かつ、２次元不均一形状パターンに対応できるイオン注入方法を得ることができる。例えば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合にも、その２次元不均一形状パターンを変化させることができ、またその逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができるイオン注入方法を得ることができる。
【００２９】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能と、２次元不均一形状パターンに対応できる機能を同時に満たすイオン注入装置が実現化できる。例えば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合にも、その２次元不均一形状パターンを変化させることができ、またその逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができるイオン注入装置が実現化できる。
【００３０】
本発明によれば、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用され得るイオン注入装置の一例の概略構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のイオン注入装置のウエハ周りの一例の概略構成を拡大して示す側面図である。
【図３】イオンビーム走査方法とウエハ走査方法について説明するための図である。
【図４】従来行われてきたウエハ面内ドーズ量均一性を実現するイオン注入について説明するための図である。
【図５】本発明による、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長のコントロールについて説明するための図である。
【図６】本発明による、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハにイオンビームを照射するイオン注入方法について説明するための図である。
【図７】本発明による、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長の可変性について説明するための図である。
【図８】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入方法を、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図９】ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長のみを可変とし、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１０】ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長のみを可変とし、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１１】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これを複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１２】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これを複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１３】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これを複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１４】本発明により実際に得られた、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布の一例を示す図である。
【図１５】本発明により実際に得られた、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することができることを示す、イオン注入量分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ここで、図１を参照して、本発明が適用され得るイオン注入装置の概略構成について説明する。本発明が適用され得るイオン注入装置は、イオン源１から引出電極２により引き出したイオンビームをウエハ７に至るビームライン上を通るよう構成し、該ビームラインに沿って、質量分析磁石装置３、質量分析スリット４、ビームスキャナー５、ウエハ処理室（イオン注入室）（図示省略）を順に配設している。ウエハ処理室内には、ウエハ７を保持するホルダ８を含む機構を備えたメカニカルスキャン装置が配設される。イオン源１から引き出されたイオンビームは、ビームラインに沿ってウエハ処理室のイオン注入位置に配置されたホルダ８上のウエハ７に導かれる。
【００３３】
イオンビームは、ビームスキャナー５を用いてビーム走査方向に走査され、パラレルレンズ６の機能により平行化された後、ウエハ７まで導かれる。本発明が適用されるイオン注入装置では、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハ７をメカニカルに走査して、イオンをウエハ７に打ち込む。図１では、ウエハ７は図面に対して垂直な方向に走査されると考えて良い。
【００３４】
図２は、図１のイオン注入装置のウエハ周りの一例の概略構成を拡大して示す側面図である。図２では、イオンビームは図面に対して垂直な面上で走査され、ホルダ８上に保持されているウエハ７に照射される。ホルダ８は昇降装置１０により図２の矢印Ａ方向に往復駆動され、その結果、ホルダ８上に保持されているウエハ７もまた、図２の矢印Ａ方向に往復駆動される。すなわち、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハ７をメカニカルに走査することにより、イオンをウエハ７全面に打ち込むことができる。
【００３５】
また、このイオン注入装置は、ホルダ８を矢印Ｂ方向に回転させる回転装置９が設置されている。その結果、ホルダ８上に保持されているウエハ７もまた、イオンビームに対して回転することになる。つまり、ウエハ７はその中心軸を中心として回転する。昇降装置１０は、ウエハ７とホルダ８に加え、この回転装置９も含め、図２の矢印Ａ方向に往復駆動させる。
【００３６】
ここで、図３を参照して、イオンビーム走査方法とウエハ走査方法について説明する。図３では、走査されるウエハ７と走査されるイオンビーム、及び昇降装置１０のみを記し、ホルダ、回転装置は記していない。この例では、イオンビームは横方向に走査され、ウエハ７は縦方向に走査される。図３に示すように、通常のイオン注入装置では、イオンビームの走査領域はウエハ直径を超え、メカニカルにウエハ７を走査する領域はウエハ７がイオンビーム照射領域（スキャンドイオンビームとして実線で示される領域）を通り抜けるよう制御される。
イオン注入装置の制御系は図示していないが、回転装置９、昇降装置１０を含むメカニカルスキャン装置、ビームスキャナー５における、例えばビーム走査速度の制御は、図示しない制御装置により行なわれる。このために、回転装置９の回転角度を検出するセンサー、昇降装置１０における昇降位置、昇降速度を検出するセンサー、ウエハ処理室内でイオンビームの計測を行うセンサー等の各種計測装置が設置され、制御装置は、これらの計測装置の計測結果を用いて制御動作を実行する。
【００３７】
本発明が適用され得るイオン注入装置は、いままで説明してきたように、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込む装置であるが、ウエハに注入されるイオン注入量を考える際には、イオンビームとウエハとの相対運動が問題となるので、理解の便宜上、あたかもウエハが静止していると仮定し、イオンの注入領域およびビーム走査速度を相対的に考えれば良い。
図４は、従来行われてきたウエハ面内ドーズ量均一性を実現するイオン注入について説明するための図である。図４では、縦方向、横方向とも、ウエハ７全面に亘ってイオン注入領域が広がっていることが理解できる。言い換えると、便宜的なイオンビーム注入領域範囲は、ウエハ形状を包含している。
【００３８】
従来行われてきた、標準的なウエハ面内ドーズ量均一性を実現するイオン注入では、ウエハ面上横方向の注入イオン量均一性を確保するために、イオンビームの走査速度はほぼ一定に保たれる。また、ウエハ面上縦方向の均一性を保つために、ウエハの走査速度、つまりメカニカル走査速度は、ほぼ一定に保たれる。
【００３９】
ウエハ面内に意図的に不均一な２次元イオン注入量面内分布（前述したように、以下では、「意図的に不均一な」を省略して、単に２次元イオン注入量面内分布と呼ぶ）を作成する方法の例としては、イオンビームの走査速度及び半導体ウエハの走査速度を制御する方法が考えられる。しかし、この場合、それぞれの走査速度の制御範囲が限られ、本発明の課題たる、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化することはできない。
【００４０】
本発明では、ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハにイオンビームを照射するイオン注入方法を用いるが、まず、図５を参照して、本発明による、ウエハ７を走査するウエハ走査領域長の制御について説明する。図５では、走査されるウエハ７と走査されるイオンビーム、及び昇降装置１０のみを記し、ホルダ、回転装置は記していない。この例では、イオンビームは横方向に走査され、ウエハは縦方向に走査される。
【００４１】
既に図３で説明したように、通常のイオン注入装置では、イオンビームの照射領域はウエハ直径を超え、メカニカルにウエハ７を走査する領域は、ウエハ７がイオンビーム照射領域を通り抜けるように制御される。これに対し、本発明では、イオンビームの照射領域は通常のイオン注入装置と同様にウエハ直径を超えるが、メカニカルにウエハ７を走査する領域は、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないように制御される。図５では、ウエハ７が二点鎖線で示す最下位置に到達した場合に、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないように記している。しかし、これは一例であり、ウエハ７が上記とは別の二点鎖線で示す最上位置に到達した場合に、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないようにしても良いし、ウエハ最下位置、ウエハ最上位置とも、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないようにしても良い。
【００４２】
ここで、図６を参照して、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンビームを照射するイオン注入方法について説明する。既に図４で説明したように、ウエハ７に注入されるイオン注入量を考える際には、理解の便宜上、あたかもウエハ７が静止していると仮定し、イオンビーム照射領域およびビーム走査速度を相対的に考えれば良いので、図６(a)でも、理解の便宜上、あたかもウエハ７が静止しているとして図示している。
【００４３】
既に図５で説明したように、本発明では、ウエハ７を走査するウエハ走査領域長は、連続的に変えることが出来るように構成している。従って、図６(a)では、横方向は、ウエハ全面に亘ってイオンビーム照射領域が広がっているが、縦方向はウエハ７の途中部分までしかイオン注入が行なわれていない。言い換えると、便宜的なイオンビーム照射領域の範囲は、ウエハ形状を包含しているわけではない。また、図６(b)で明らかなように、ウエハ横方向に関しては、イオンビームのビーム走査速度Ｖを連続可変にコントロールできるように構成している。図６(a)では、ウエハ走査領域長がウエハ中心部を越えているように描いているが、これは例示であり、ウエハ走査領域長はウエハ中心部を越えなくても良い。また、図６(b)で明らかなように、ビーム走査速度Ｖは、ウエハの中央部（ビーム走査範囲の中央部）で谷型（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５で示す）になるように制御（設定）しても良いし、逆にウエハの中央部で山型（Ｃ４）になるように制御（設定）しても良いし、ウエハの端部からウエハの中央部にかけて山と谷が複数個存在（Ｃ３）するように制御（設定）しても良いし、また、左右非対称でも良い。
【００４４】
ここで、図６(c)を参照して、ビーム走査速度Ｖとイオン注入量Ｄの関係について述べる。ビーム走査速度Ｖが大きい場合、当該イオンビーム照射領域で単位時間に注入されるイオン注入量Ｄとしては、そのビーム走査速度Ｖに逆比例し小さくなる。本発明において実際に制御しているのはビーム走査速度であるが、その目的はイオン注入量の制御であり、以降、特に明示する場合を除いては、イオン注入量を用いて議論を進める。
【００４５】
次に、図７を参照して、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長について説明する。本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長は可変に設定することができる。すなわち、ウエハ７を走査するウエハ走査領域長は、ウエハ半径より短く設定しても良いし、ウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定しても良い。
【００４６】
本発明によるイオン注入方法では、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長を変えているので、この段階ではウエハ縦方向にイオン注入がなされていない領域と、イオン注入がなされている領域が存在する。この二領域のイオン注入量の大きな差が、後で詳しく説明する、引き続いて行われるイオンビームに対するウエハ回転角を変えながら複数回繰り返す注入方法を実行した後に、最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現できる理由である。また、イオン注入がなされている領域では、ビーム走査速度変更に伴い、ウエハ横方向位置に依存して、意図的にイオン注入量に分布を生じさせることができる。この分布が、後で詳しく説明する、引き続いて行われるイオンビームに対するウエハ回転角を変えながら複数回繰り返す注入方法を実行した後に、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することができる理由である。
【００４７】
本発明では、引き続いて、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返す注入方法を用いる。
図８を参照して、この注入方法について説明する。本発明が適用され得るイオン注入装置は、既に図２で説明したように、ホルダ８を回転させる回転装置９によってホルダ８を設定角度で間欠的に回転させ、その結果、ホルダ８上に保持されているウエハ７を、イオンビームに対して設定角度で間欠的に回転させることができる。しかし、ウエハ７に注入されるイオン注入量を考える際には、イオンビームとウエハ７との相対運動が問題となるので、理解の便宜上、あたかもウエハ７が静止していると仮定し、イオンビーム照射領域が回転していると考えて良い。図８ではウエハ７を静止させて示している。
【００４８】
既に図６で説明したように、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いるので、その結果として、１回の注入方法終了時には、ウエハ７内に、イオンを注入していない領域１２と、イオンの注入が行われている領域１３が生じる。ここで、イオンの注入が行われている領域１３では、本発明によるビーム走査速度の制御により、イオン注入量の面内分布１１が生じている。本発明では、引き続いてイオンビームに対するウエハ回転角を変え、回転停止後上記の注入動作を行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返す注入方法を用いる。ここで、複数回というのは、２〜ｎ回（ｎは正の整数）で、ウエハの３６０度をｎ分割した設定角度で定義される。図８(b)では、２回目の注入方法を一例として示している。１回目の注入動作でイオンが注入された領域１４は斜線でハッチングされて示されている。２回目の注入動作でも、１回目の注入動作と同様にメカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法が用いられるので、２回目の注入動作時にもウエハ７内に、その注入動作の際イオンが注入されていない領域と、注入量の面内分布を持ちながらイオンが注入された領域が生じる。１回目の注入動作と２回目の注入動作とではイオンビームに対するウエハ７の回転角が変化しているので（図８(b)では反時計回り方向に回転）、ウエハ７内のイオンが注入されていない領域は狭くなっていく。また、イオンが注入されている領域内ではイオン注入量の面内分布がさらに形作られていく。
【００４９】
本発明では、これら引き続いて行われる注入動作において、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長は特定回転角度ごとに連続、かつ可変に設定されるが、同一ウエハ走査領域長を用いても良い。また、ビーム走査方向のビーム走査速度も特定回転角度ごとに連続、かつ可変にコントロールされるが、同一のビーム走査速度パターンを用いても良い。
【００５０】
これらの注入動作を複数回繰り返すことによって、ウエハ面内全面領域にイオン注入しながら、ウエハ面内に２次元イオン注入量面内分布を実現化することができる。本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をコントロールしているので、最低イオン注入量と最大イオン注入量の比が大きくなるような、意図的に大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができる。具体的には、最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができる。
【００５１】
本発明によるイオン注入方法をさらに詳しく説明するために、まず、図９及び図１０を用いて、ウエハ７を回転させながら、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長のみを可変にする注入方法を説明する。なお、以下、図９から図１３までを用いた説明において、各図の(a)〜(d)はウエハ７を９０度（設定角度）時計回り方向に回転させ、回転停止後イオン注入を行なうという注入動作を４回繰り返した結果を示し、各図の(e)はウエハ７を４５度（設定角度）回転させ、回転停止後イオン注入を行なうという注入動作を８回繰り返した後の注入結果を示しているが、これらは説明のために便宜的に示しているにすぎず、限定を意図するものではない。また、図９から図１３までを用いた説明において、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長は、ウエハ回転角に依らず一定であるように書かれているが、これは説明のための便宜であって、限定を意図するものではない。さらに、図９から図１３までを用いた説明において、ビーム走査方向のビーム走査速度パターンは、ウエハ回転角に依らず一定であるように書かれているが、これも説明のための便宜であって、限定を意図するものではない。
【００５２】
図９では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定し、ウエハ走査領域長のみを可変にする注入方法を示している。この場合、図９(a)から図９(d)で判るように、ウエハ７を９０度ずつ時計回り方向に回転させて注入動作を続けるに従って、ウエハ７内のイオンが注入されていない領域が狭くなってゆく。ウエハ７を設定角度ずつ回転させながら一連の注入動作が終了した時の、ウエハ面内のイオン注入量分布は図９(e)のようになる。ここで重要なことは、図９のようにウエハ走査領域長のみを変更した場合には、一種類の変数のみを変更していることになるので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンとがある一定の関係を持ってしまう。
【００５３】
この事情は、図１０に示すように、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より短く設定し、ウエハ走査領域長のみを可変にする注入方法を用いた場合でも同様である。つまり、図１０(a)〜図１０(e)は、ウエハ走査領域長がウエハ半径より短く設定されている点を除いて、図９(a)〜図９(e)と同じである。
【００５４】
以上をまとめると、図９、図１０に示すイオン注入方法のように、仮にウエハ走査領域長のみを変更した場合には、一種類の変数のみを変更していることになるので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンとが互いに関連し、互いに自由に動かせなくなる。他の半導体製造工程のウエハ面内不均一性において、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンは重要な要素であり、それぞれの要求を独立して満たすことが出来ない場合には、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正するという目的に合致しなくなる。従って、仮にウエハ走査領域長のみを変更した場合には、本発明が解決しようとする課題たる、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正する目的で、大規模な不均一性を持つ２次元イオン注入量面内分布を実現化することはできない。
【００５５】
ここで、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、図８の注入方法において、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。従って、本発明の課題たる、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正するという目的に合致する。以下、判りやすく説明する。
【００５６】
図１１では、本発明による、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定し、ウエハ走査領域長を可変にするとともに、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より遅くした注入方法を示している。既に説明したように、イオン注入量Ｄはビーム走査速度Ｖに逆比例する。従って、図１１(a)のイオン注入では、ウエハ７内に、イオンを注入していない領域１２と、イオンの注入が行われている領域１３が生じ、かつ、イオンの注入が行われている領域１３では、ビーム走査速度Ｖの制御により、ビーム走査範囲の中央付近で、イオン注入量Ｄが多くなるようなイオン注入量面内分布が生じている。同様の注入動作を、ウエハ７を回転させ、その都度行なうことによって、ウエハ７内のイオンが注入されていない領域が狭くなっていく。前述したように、図１１(a)〜(d)はウエハ７を９０度ずつ時計回り方向に順に回転させて合計４回のイオン注入を行なった結果を示し、図１１(e)はウエハ７を４５度ずつ順に８回回転させながらイオン注入を行なった後のウエハ面内のイオン注入量分布を示している。
【００５７】
図１２では、本発明による、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定し、ウエハ走査領域長を可変にするとともに、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より速くした注入方法を示している。既に説明したように、イオン注入量はビーム走査速度に逆比例する。従って、図１２(a)のイオン注入では、ウエハ７内に、イオンを注入していない領域１２と、イオンの注入が行われている領域１３が生じ、かつ、イオンの注入が行われている領域１３では、ビーム走査速度の制御により、ビーム走査範囲の中央付近で、イオン注入量が少ないようなイオン注入量面内分布が生じている。図１２のメカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長は、図１１と同じ長さにしている。図１１(e)、図１２(e)において、ハッチングや破線、ドットの有無によるウエハ面内の濃淡はウエハ面内のドーズ量が不均一であること、つまりウエハ面内ドーズ量不均一性を示し、このような濃淡によって形成されるパターンは２次元不均一形状パターンを示す。従って、図１１(e)と図１２(e)から明らかに判るように、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長が同じ長さであっても、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。すなわち、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。
【００５８】
図１１と図１２では、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より遅くした注入方法と速くした注入方法を比較したが、ビーム走査速度の変更方法はこれに限定されるわけではない。すなわち、ビーム走査速度の変更方法として、その設定速度が段階的に増減する形態、あるいはランダムに増減する形態としても良い。また、図６(b)で説明したように、ビーム走査速度の山と谷の数を変更しても良い。さらに、一般にビーム走査速度のパターンを種々、変更しても良い。
【００５９】
図１３では、本発明による、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より短く設定し、ウエハ走査領域長を可変にするとともに、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より遅くした注入方法を示している。ここで、比較のために、図１１と図１３のビーム走査速度は同一にしている。図１１(e)と図１３(e)から明らかに判るように、ビーム走査速度が同一であっても、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。既に説明したように、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができるが、図１１と図１３の比較からもそのことが裏付けられる。
【００６０】
図１３に示すように、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長がウエハ半径より短く設定された場合には、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返す注入動作を実施した後、ウエハ中央部にイオンを注入していない領域が発生する。この領域は、最低イオン注入量がゼロの場合とみなし、そのままイオン注入量が無い領域として、一連の注入動作を終了しても良いし、必要に応じて、ウエハ全面にわたる少量のイオン注入量での均一なイオン注入を追加し、面内イオン注入量分布の微調整を行っても良い。
【００６１】
本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができるが、第三のコントロール要素として、さらにウエハをメカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御し、面内イオン注入量分布の微調整を行っても良い。この場合、ウエハ７をメカニカルに走査するメカニカル走査速度を制御することによって、メカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御しても良いし、ビーム走査の周期を変更、制御することによって、メカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御しても良いし、さらに、ウエハ上にイオンビームを照射する時間を間欠的に間引くことによって、メカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御しても良い。
【００６２】
以上もう一度まとめると、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。従って、本発明の課題たる、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正するという目的に合致する。
【００６３】
勿論、既に述べたように、最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化できる理由は、主として、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を変えていることに起因する。従って、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を可変にすることによって、大まかな２次元イオン注入量面内分布のパターンを実現化し、ビーム走査方向のビーム走査速度を可変にすることにより、詳細な２次元イオン注入量面内分布を実現していると考えることもできる。
【００６４】
以上のように、本発明により、ウエハ全面にイオンビームを照射する場合に、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正する目的で、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができるイオン注入が可能となる。
【００６５】
以下に、本発明により、実際に具体的な課題が解決された一例を示す。
【００６６】
図１４は、本発明により実際に得られたイオン注入量面内分布の一例を示す。この例では、測定数値が小さいほど実際のイオン注入量はその数値に反比例して多くなっている。図１４の例では、ウエハ中央部のイオン注入量が少なく、ウエハ端部のイオン注入量が多くなっている。図１４には、ウエハの２次元面内分布の測定数値を２次元的に示す１５ａとともに、ウエハ面内で直交する２方向上の測定数値分布１５ｂ、１５ｃを示している。
【００６７】
図１４に明らかに示されているように、測定数値の最大値と最小値の比は５倍を超えている。既に説明したように、この測定数値は実際のイオン注入量に反比例しているので、図１４の例では、実際のウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比は５倍以上であることが示されている。図１４は一例であるが、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現できていることが判る。
【００６８】
図１５を参照して、本発明により実際に得られたイオン注入量分布の例を示す。図１５では、ウエハ内のある直線上の測定数値のプロット１６ａ、１６ｂ、１６ｃを表している。図１４と同様に、この例でも、測定数値が小さいほど実際のイオン注入量はその数値に反比例して多くなっている。図１５の例でも、ウエハ中央部のイオン注入量が少なく、ウエハ端部のイオン注入量が多くなっている。
【００６９】
図１５のプロット１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を同一にしながら、ビーム走査速度を種々変化させた注入方法を、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返した注入動作の例である。図１５から明らかなように、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合に、その２次元不均一形状パターンを変化させることができる。
【００７０】
図１５はウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができることの一例である。既に、図１１と図１３を用いて説明したように、図１５に示した状況とは逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができることは言うまでもない。
【００７１】
さらに、一般に、図１５は、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を可変にすることによって、大まかな２次元イオン注入量面内分布のパターンを実現化し、ビーム走査方向のビーム走査速度を可変にすることにより、詳細な２次元イオン注入量面内分布を実現化している例であると言える。
【００７２】
以上、本発明により、ウエハ全面にイオンビームを照射する場合に、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正する目的で、大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができることが、実際に示されている。
【００７３】
これまで、少なくとも一つの例示的実施形態を説明してきたが、上記説明は、単なる例であって、限定を意図しない。
【符号の説明】
【００７４】
１ イオン源
２ 引出電極
３ 質量分析磁石装置
４ 質量分析スリット
５ ビームスキャナー
６ パラレルレンズ
７ ウエハ
８ ホルダ
９ 回転装置
１０ 昇降装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置及びイオン注入方法に関し、より詳しくは、イオン注入装置のイオン注入量制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、ウエハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエ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、イオン注入装置と呼ばれる。イオン注入装置は、イオン源によってイオン化されその後加速されたイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームをビーム走査、ウエハ走査、またはそれらの組み合わせにより、半導体ウエハ全面に照射する機能を持つ。
【０００３】
半導体製造工程では、ウエハ全面に同一性能の半導体チップを作成する目的から、通常、ウエハ面内に均一な条件を作り込む必要がある。イオン注入工程においても、ウエハの全領域で注入されるイオン注入量が均一になるように、イオン注入装置を制御することが通常である。
【０００４】
ところが、いくつかの半導体製造工程では、原理的にウエハ面内に均一な条件を作り込むことが困難になってきている。特に最近、半導体チップの微細化が飛躍的に進んでおり、ウエハ面内に均一な条件を作り込むことの困難性が増すとともに、その不均一性の程度も増している。このような条件下で、それ以外の工程で、ウエハ面内で均一な条件を作り込むと、結果的にウエハ全面に同一性能の複数の半導体チップを作成することができなくなる。例えばイオン注入工程で、ウエハ全領域で通常通りの面内イオン注入量が均一なイオン注入を行うと、結果として生じる、複数の半導体チップの電気的特性が同一でなくなり、同一性能の半導体チップの作成が不可能になる。
【０００５】
そこで、他の半導体製造工程でウエハ面内に均一な条件を作り込むことが出来ない場合に、そのウエハ面内ドーズ量不均一性に対応して、イオン注入装置を用いてウエハ全面にイオンビームを照射する工程において、意図的に不均一な２次元イオン注入量面内分布（以下では、「意図的に不均一な」を省略して、単に２次元イオン注入量面内分布と呼ぶことがある）を作成し、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正することが考えられる。その際に重要なことは、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンに、共に対応できる機能を有するイオン注入装置及びイオン注入方法でなければならないことである。
【０００６】
ウエハ面内に２次元イオン注入量面内分布を作成する方法の例としては、イオンビームによる走査速度及び半導体ウエハの走査速度（メカニカル走査速度）をコントロールする方法が提案されている。（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−８６５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のイオン注入方法では、イオンビームによる走査速度及び半導体ウエハの走査速度のみをコントロールしている。この場合、走査速度のコントロール範囲が限られ、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布は実現化できない。
【０００９】
特許文献１のイオン注入方法はまた、その目的は１枚のウエハ上にイオン注入量が異なる領域を作成することであり、ウエハ面内に実現化できるイオン注入量のパターンが限られ、他の半導体製造工程の２次元不均一形状パターンに対応できる２次元イオン注入量面内分布の作成機能を有しているわけではない。
【００１０】
本発明の課題は、上記の問題を解消してウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化することである。
【００１１】
本発明の具体的な課題は、以下の内容を実現できるようにすることである。
【００１２】
１．ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化する。
【００１３】
２．他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能を有すること。
【００１４】
３．他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の２次元不均一形状パターンに対応できる機能を有すること。
【００１５】
４．上記ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能と、２次元不均一形状パターンに対応できる機能が、互いに独立に制御できること。例えば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合にも、その２次元不均一形状パターンを変化させることができ、またその逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができること。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込む装置に適用される。
【００１７】
この発明に係るイオン注入方法の一つは、上記イオンビーム走査機能とウエハ走査機能を備えるイオン注入装置において、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオンビームを注入することを特徴としている。
【００１８】
さらに、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長は、ウエハ全体の長さ（直径）より短く、かつ連続可変であり、加えて、ビーム走査速度も連続可変にコントロールできることもまた、その特徴の一つである。
【００１９】
この発明に係るイオン注入方法では、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオンを注入する注入動作を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返し、結果としてウエハ全面にイオンを注入する。
【００２０】
この発明に係るイオン注入方法では、必要に応じて、上記メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度に加えて、ウエハをメカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御し、面内イオン注入量分布の微調整を行う。
【００２１】
ここで、この発明に係るイオン注入方法では、必要に応じて、ウエハ全面にわたる少量のイオン注入量での均一なイオン注入を追加し、面内イオン注入量分布の微調整を行うこともまた、その特徴の一つである。
【００２２】
この発明に係るイオン注入装置の一つは、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込むイオン注入装置において、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時に制御しながらウエハにイオンを注入する装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することができる。
【００２４】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できるイオン注入方法を得ることができる。
【００２５】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能を有するイオン注入装置が実現化できる。
【００２６】
本発明によれば、他の半導体製造工程の２次元不均一形状パターンに対応できるイオン注入方法を得ることができる。
【００２７】
本発明によれば、他の半導体製造工程の２次元不均一形状パターンに対応できる機能を有するイオン注入装置が実現化できる。
【００２８】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応でき、かつ、２次元不均一形状パターンに対応できるイオン注入方法を得ることができる。例えば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合にも、その２次元不均一形状パターンを変化させることができ、またその逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができるイオン注入方法を得ることができる。
【００２９】
本発明によれば、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさに対応できる機能と、２次元不均一形状パターンに対応できる機能を同時に満たすイオン注入装置が実現化できる。例えば、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合にも、その２次元不均一形状パターンを変化させることができ、またその逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができるイオン注入装置が実現化できる。
【００３０】
本発明によれば、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が適用され得るイオン注入装置の一例の概略構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のイオン注入装置のウエハ周りの一例の概略構成を拡大して示す側面図である。
【図３】イオンビーム走査方法とウエハ走査方法について説明するための図である。
【図４】従来行われてきたウエハ面内ドーズ量均一性を実現するイオン注入について説明するための図である。
【図５】本発明による、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長のコントロールについて説明するための図である。
【図６】本発明による、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハにイオンビームを照射するイオン注入方法について説明するための図である。
【図７】本発明による、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長の可変性について説明するための図である。
【図８】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入方法を、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図９】ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長のみを可変とし、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１０】ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長のみを可変とし、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１１】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これを複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１２】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これを複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１３】本発明による、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これを複数回繰り返すイオン注入方式について説明するための図である。
【図１４】本発明により実際に得られた、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布の一例を示す図である。
【図１５】本発明により実際に得られた、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することができることを示す、イオン注入量分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ここで、図１を参照して、本発明が適用され得るイオン注入装置の概略構成について説明する。本発明が適用され得るイオン注入装置は、イオン源１から引出電極２により引き出したイオンビームをウエハ７に至るビームライン上を通るよう構成し、該ビームラインに沿って、質量分析磁石装置３、質量分析スリット４、ビームスキャナー５、ウエハ処理室（イオン注入室）（図示省略）を順に配設している。ウエハ処理室内には、ウエハ７を保持するホルダ８を含む機構を備えたメカニカルスキャン装置が配設される。イオン源１から引き出されたイオンビームは、ビームラインに沿ってウエハ処理室のイオン注入位置に配置されたホルダ８上のウエハ７に導かれる。
【００３３】
イオンビームは、ビームスキャナー５を用いてビーム走査方向に走査され、パラレルレンズ６の機能により平行化された後、ウエハ７まで導かれる。本発明が適用されるイオン注入装置では、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハ７をメカニカルに走査して、イオンをウエハ７に打ち込む。図１では、ウエハ７は図面に対して垂直な方向に走査されると考えて良い。
【００３４】
図２は、図１のイオン注入装置のウエハ周りの一例の概略構成を拡大して示す側面図である。図２では、イオンビームは図面に対して垂直な面上で走査され、ホルダ８上に保持されているウエハ７に照射される。ホルダ８は昇降装置１０により図２の矢印Ａ方向に往復駆動され、その結果、ホルダ８上に保持されているウエハ７もまた、図２の矢印Ａ方向に往復駆動される。すなわち、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハ７をメカニカルに走査することにより、イオンをウエハ７全面に打ち込むことができる。
【００３５】
また、このイオン注入装置は、ホルダ８を矢印Ｂ方向に回転させる回転装置９が設置されている。その結果、ホルダ８上に保持されているウエハ７もまた、イオンビームに対して回転することになる。つまり、ウエハ７はその中心軸を中心として回転する。昇降装置１０は、ウエハ７とホルダ８に加え、この回転装置９も含め、図２の矢印Ａ方向に往復駆動させる。
【００３６】
ここで、図３を参照して、イオンビーム走査方法とウエハ走査方法について説明する。図３では、走査されるウエハ７と走査されるイオンビーム、及び昇降装置１０のみを記し、ホルダ、回転装置は記していない。この例では、イオンビームは横方向に走査され、ウエハ７は縦方向に走査される。図３に示すように、通常のイオン注入装置では、イオンビームの走査領域はウエハ直径を超え、メカニカルにウエハ７を走査する領域はウエハ７がイオンビーム照射領域（スキャンドイオンビームとして実線で示される領域）を通り抜けるよう制御される。
イオン注入装置の制御系は図示していないが、回転装置９、昇降装置１０を含むメカニカルスキャン装置、ビームスキャナー５における、例えばビーム走査速度の制御は、図示しない制御装置により行なわれる。このために、回転装置９の回転角度を検出するセンサー、昇降装置１０における昇降位置、昇降速度を検出するセンサー、ウエハ処理室内でイオンビームの計測を行うセンサー等の各種計測装置が設置され、制御装置は、これらの計測装置の計測結果を用いて制御動作を実行する。
【００３７】
本発明が適用され得るイオン注入装置は、いままで説明してきたように、イオンビームをビーム走査方向に走査し、ビーム走査方向にほぼ直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込む装置であるが、ウエハに注入されるイオン注入量を考える際には、イオンビームとウエハとの相対運動が問題となるので、理解の便宜上、あたかもウエハが静止していると仮定し、イオンの注入領域およびビーム走査速度を相対的に考えれば良い。
図４は、従来行われてきたウエハ面内ドーズ量均一性を実現するイオン注入について説明するための図である。図４では、縦方向、横方向とも、ウエハ７全面に亘ってイオン注入領域が広がっていることが理解できる。言い換えると、便宜的なイオンビーム注入領域範囲は、ウエハ形状を包含している。
【００３８】
従来行われてきた、標準的なウエハ面内ドーズ量均一性を実現するイオン注入では、ウエハ面上横方向の注入イオン量均一性を確保するために、イオンビームの走査速度はほぼ一定に保たれる。また、ウエハ面上縦方向の均一性を保つために、ウエハの走査速度、つまりメカニカル走査速度は、ほぼ一定に保たれる。
【００３９】
ウエハ面内に意図的に不均一な２次元イオン注入量面内分布（前述したように、以下では、「意図的に不均一な」を省略して、単に２次元イオン注入量面内分布と呼ぶ）を作成する方法の例としては、イオンビームの走査速度及び半導体ウエハの走査速度を制御する方法が考えられる。しかし、この場合、それぞれの走査速度の制御範囲が限られ、本発明の課題たる、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化することはできない。
【００４０】
本発明では、ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハにイオンビームを照射するイオン注入方法を用いるが、まず、図５を参照して、本発明による、ウエハ７を走査するウエハ走査領域長の制御について説明する。図５では、走査されるウエハ７と走査されるイオンビーム、及び昇降装置１０のみを記し、ホルダ、回転装置は記していない。この例では、イオンビームは横方向に走査され、ウエハは縦方向に走査される。
【００４１】
既に図３で説明したように、通常のイオン注入装置では、イオンビームの照射領域はウエハ直径を超え、メカニカルにウエハ７を走査する領域は、ウエハ７がイオンビーム照射領域を通り抜けるように制御される。これに対し、本発明では、イオンビームの照射領域は通常のイオン注入装置と同様にウエハ直径を超えるが、メカニカルにウエハ７を走査する領域は、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないように制御される。図５では、ウエハ７が二点鎖線で示す最下位置に到達した場合に、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないように記している。しかし、これは一例であり、ウエハ７が上記とは別の二点鎖線で示す最上位置に到達した場合に、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないようにしても良いし、ウエハ最下位置、ウエハ最上位置とも、ウエハ７がイオンビーム照射領域を完全には通り抜けないようにしても良い。
【００４２】
ここで、図６を参照して、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンビームを照射するイオン注入方法について説明する。既に図４で説明したように、ウエハ７に注入されるイオン注入量を考える際には、理解の便宜上、あたかもウエハ７が静止していると仮定し、イオンビーム照射領域およびビーム走査速度を相対的に考えれば良いので、図６(a)でも、理解の便宜上、あたかもウエハ７が静止しているとして図示している。
【００４３】
既に図５で説明したように、本発明では、ウエハ７を走査するウエハ走査領域長は、連続的に変えることが出来るように構成している。従って、図６(a)では、横方向は、ウエハ全面に亘ってイオンビーム照射領域が広がっているが、縦方向はウエハ７の途中部分までしかイオン注入が行なわれていない。言い換えると、便宜的なイオンビーム照射領域の範囲は、ウエハ形状を包含しているわけではない。また、図６(b)で明らかなように、ウエハ横方向に関しては、イオンビームのビーム走査速度Ｖを連続可変にコントロールできるように構成している。図６(a)では、ウエハ走査領域長がウエハ中心部を越えているように描いているが、これは例示であり、ウエハ走査領域長はウエハ中心部を越えなくても良い。また、図６(b)で明らかなように、ビーム走査速度Ｖは、ウエハの中央部（ビーム走査範囲の中央部）で谷型（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ５で示す）になるように制御（設定）しても良いし、逆にウエハの中央部で山型（Ｃ４）になるように制御（設定）しても良いし、ウエハの端部からウエハの中央部にかけて山と谷が複数個存在（Ｃ３）するように制御（設定）しても良いし、また、左右非対称でも良い。
【００４４】
ここで、図６(c)を参照して、ビーム走査速度Ｖとイオン注入量Ｄの関係について述べる。ビーム走査速度Ｖが大きい場合、当該イオンビーム照射領域で単位時間に注入されるイオン注入量Ｄとしては、そのビーム走査速度Ｖに逆比例し小さくなる。本発明において実際に制御しているのはビーム走査速度であるが、その目的はイオン注入量の制御であり、以降、特に明示する場合を除いては、イオン注入量を用いて議論を進める。
【００４５】
次に、図７を参照して、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長について説明する。本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長は可変に設定することができる。すなわち、ウエハ７を走査するウエハ走査領域長は、ウエハ半径より短く設定しても良いし、ウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定しても良い。
【００４６】
本発明によるイオン注入方法では、メカニカルにウエハを走査するウエハ走査領域長を変えているので、この段階ではウエハ縦方向にイオン注入がなされていない領域と、イオン注入がなされている領域が存在する。この二領域のイオン注入量の大きな差が、後で詳しく説明する、引き続いて行われるイオンビームに対するウエハ回転角を変えながら複数回繰り返す注入方法を実行した後に、最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現できる理由である。また、イオン注入がなされている領域では、ビーム走査速度変更に伴い、ウエハ横方向位置に依存して、意図的にイオン注入量に分布を生じさせることができる。この分布が、後で詳しく説明する、引き続いて行われるイオンビームに対するウエハ回転角を変えながら複数回繰り返す注入方法を実行した後に、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することができる理由である。
【００４７】
本発明では、引き続いて、ウエハ走査領域長とビーム走査速度を同時に制御するイオン注入を、イオンビームに対するウエハ回転角を変える毎に行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返す注入方法を用いる。
図８を参照して、この注入方法について説明する。本発明が適用され得るイオン注入装置は、既に図２で説明したように、ホルダ８を回転させる回転装置９によってホルダ８を設定角度で間欠的に回転させ、その結果、ホルダ８上に保持されているウエハ７を、イオンビームに対して設定角度で間欠的に回転させることができる。しかし、ウエハ７に注入されるイオン注入量を考える際には、イオンビームとウエハ７との相対運動が問題となるので、理解の便宜上、あたかもウエハ７が静止していると仮定し、イオンビーム照射領域が回転していると考えて良い。図８ではウエハ７を静止させて示している。
【００４８】
既に図６で説明したように、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、イオンビームのビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いるので、その結果として、１回の注入方法終了時には、ウエハ７内に、イオンを注入していない領域１２と、イオンの注入が行われている領域１３が生じる。ここで、イオンの注入が行われている領域１３では、本発明によるビーム走査速度の制御により、イオン注入量の面内分布１１が生じている。本発明では、引き続いてイオンビームに対するウエハ回転角を変え、回転停止後上記の注入動作を行い、これをウエハ１回転の間に複数回繰り返す注入方法を用いる。ここで、複数回というのは、２〜ｎ回（ｎは正の整数）で、ウエハの３６０度をｎ分割した設定角度で定義される。図８(b)では、２回目の注入方法を一例として示している。１回目の注入動作でイオンが注入された領域１４は斜線でハッチングされて示されている。２回目の注入動作でも、１回目の注入動作と同様にメカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法が用いられるので、２回目の注入動作時にもウエハ７内に、その注入動作の際イオンが注入されていない領域と、注入量の面内分布を持ちながらイオンが注入された領域が生じる。１回目の注入動作と２回目の注入動作とではイオンビームに対するウエハ７の回転角が変化しているので（図８(b)では反時計回り方向に回転）、ウエハ７内のイオンが注入されていない領域は狭くなっていく。また、イオンが注入されている領域内ではイオン注入量の面内分布がさらに形作られていく。
【００４９】
本発明では、これら引き続いて行われる注入動作において、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長は特定回転角度ごとに連続、かつ可変に設定されるが、同一ウエハ走査領域長を用いても良い。また、ビーム走査方向のビーム走査速度も特定回転角度ごとに連続、かつ可変にコントロールされるが、同一のビーム走査速度パターンを用いても良い。
【００５０】
これらの注入動作を複数回繰り返すことによって、ウエハ面内全面領域にイオン注入しながら、ウエハ面内に２次元イオン注入量面内分布を実現化することができる。本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をコントロールしているので、最低イオン注入量と最大イオン注入量の比が大きくなるような、意図的に大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができる。具体的には、最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができる。
【００５１】
本発明によるイオン注入方法をさらに詳しく説明するために、まず、図９及び図１０を用いて、ウエハ７を回転させながら、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長のみを可変にする注入方法を説明する。なお、以下、図９から図１３までを用いた説明において、各図の(a)〜(d)はウエハ７を９０度（設定角度）時計回り方向に回転させ、回転停止後イオン注入を行なうという注入動作を４回繰り返した結果を示し、各図の(e)はウエハ７を４５度（設定角度）回転させ、回転停止後イオン注入を行なうという注入動作を８回繰り返した後の注入結果を示しているが、これらは説明のために便宜的に示しているにすぎず、限定を意図するものではない。また、図９から図１３までを用いた説明において、ウエハをメカニカルに走査するウエハ走査領域長は、ウエハ回転角に依らず一定であるように書かれているが、これは説明のための便宜であって、限定を意図するものではない。さらに、図９から図１３までを用いた説明において、ビーム走査方向のビーム走査速度パターンは、ウエハ回転角に依らず一定であるように書かれているが、これも説明のための便宜であって、限定を意図するものではない。
【００５２】
図９では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定し、ウエハ走査領域長のみを可変にする注入方法を示している。この場合、図９(a)から図９(d)で判るように、ウエハ７を９０度ずつ時計回り方向に回転させて注入動作を続けるに従って、ウエハ７内のイオンが注入されていない領域が狭くなってゆく。ウエハ７を設定角度ずつ回転させながら一連の注入動作が終了した時の、ウエハ面内のイオン注入量分布は図９(e)のようになる。ここで重要なことは、図９のようにウエハ走査領域長のみを変更した場合には、一種類の変数のみを変更していることになるので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンとがある一定の関係を持ってしまう。
【００５３】
この事情は、図１０に示すように、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より短く設定し、ウエハ走査領域長のみを可変にする注入方法を用いた場合でも同様である。つまり、図１０(a)〜図１０(e)は、ウエハ走査領域長がウエハ半径より短く設定されている点を除いて、図９(a)〜図９(e)と同じである。
【００５４】
以上をまとめると、図９、図１０に示すイオン注入方法のように、仮にウエハ走査領域長のみを変更した場合には、一種類の変数のみを変更していることになるので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンとが互いに関連し、互いに自由に動かせなくなる。他の半導体製造工程のウエハ面内不均一性において、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンは重要な要素であり、それぞれの要求を独立して満たすことが出来ない場合には、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正するという目的に合致しなくなる。従って、仮にウエハ走査領域長のみを変更した場合には、本発明が解決しようとする課題たる、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正する目的で、大規模な不均一性を持つ２次元イオン注入量面内分布を実現化することはできない。
【００５５】
ここで、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、図８の注入方法において、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。従って、本発明の課題たる、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正するという目的に合致する。以下、判りやすく説明する。
【００５６】
図１１では、本発明による、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定し、ウエハ走査領域長を可変にするとともに、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より遅くした注入方法を示している。既に説明したように、イオン注入量Ｄはビーム走査速度Ｖに逆比例する。従って、図１１(a)のイオン注入では、ウエハ７内に、イオンを注入していない領域１２と、イオンの注入が行われている領域１３が生じ、かつ、イオンの注入が行われている領域１３では、ビーム走査速度Ｖの制御により、ビーム走査範囲の中央付近で、イオン注入量Ｄが多くなるようなイオン注入量面内分布が生じている。同様の注入動作を、ウエハ７を回転させ、その都度行なうことによって、ウエハ７内のイオンが注入されていない領域が狭くなっていく。前述したように、図１１(a)〜(d)はウエハ７を９０度ずつ時計回り方向に順に回転させて合計４回のイオン注入を行なった結果を示し、図１１(e)はウエハ７を４５度ずつ順に８回回転させながらイオン注入を行なった後のウエハ面内のイオン注入量分布を示している。
【００５７】
図１２では、本発明による、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より長くかつウエハ直径より短く設定し、ウエハ走査領域長を可変にするとともに、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より速くした注入方法を示している。既に説明したように、イオン注入量はビーム走査速度に逆比例する。従って、図１２(a)のイオン注入では、ウエハ７内に、イオンを注入していない領域１２と、イオンの注入が行われている領域１３が生じ、かつ、イオンの注入が行われている領域１３では、ビーム走査速度の制御により、ビーム走査範囲の中央付近で、イオン注入量が少ないようなイオン注入量面内分布が生じている。図１２のメカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長は、図１１と同じ長さにしている。図１１(e)、図１２(e)において、ハッチングや破線、ドットの有無によるウエハ面内の濃淡はウエハ面内のドーズ量が不均一であること、つまりウエハ面内ドーズ量不均一性を示し、このような濃淡によって形成されるパターンは２次元不均一形状パターンを示す。従って、図１１(e)と図１２(e)から明らかに判るように、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長が同じ長さであっても、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。すなわち、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。
【００５８】
図１１と図１２では、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より遅くした注入方法と速くした注入方法を比較したが、ビーム走査速度の変更方法はこれに限定されるわけではない。すなわち、ビーム走査速度の変更方法として、その設定速度が段階的に増減する形態、あるいはランダムに増減する形態としても良い。また、図６(b)で説明したように、ビーム走査速度の山と谷の数を変更しても良い。さらに、一般にビーム走査速度のパターンを種々、変更しても良い。
【００５９】
図１３では、本発明による、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長をウエハ半径より短く設定し、ウエハ走査領域長を可変にするとともに、ビーム走査範囲の中央付近でのビーム走査速度を、他の位置より遅くした注入方法を示している。ここで、比較のために、図１１と図１３のビーム走査速度は同一にしている。図１１(e)と図１３(e)から明らかに判るように、ビーム走査速度が同一であっても、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。既に説明したように、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができるが、図１１と図１３の比較からもそのことが裏付けられる。
【００６０】
図１３に示すように、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長がウエハ半径より短く設定された場合には、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返す注入動作を実施した後、ウエハ中央部にイオンを注入していない領域が発生する。この領域は、最低イオン注入量がゼロの場合とみなし、そのままイオン注入量が無い領域として、一連の注入動作を終了しても良いし、必要に応じて、ウエハ全面にわたる少量のイオン注入量での均一なイオン注入を追加し、面内イオン注入量分布の微調整を行っても良い。
【００６１】
本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができるが、第三のコントロール要素として、さらにウエハをメカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御し、面内イオン注入量分布の微調整を行っても良い。この場合、ウエハ７をメカニカルに走査するメカニカル走査速度を制御することによって、メカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御しても良いし、ビーム走査の周期を変更、制御することによって、メカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御しても良いし、さらに、ウエハ上にイオンビームを照射する時間を間欠的に間引くことによって、メカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御しても良い。
【００６２】
以上もう一度まとめると、本発明では、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長と、ビーム走査方向のビーム走査速度を、同時にコントロールしながらウエハ７にイオンを注入する注入方法を用いているので、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができる。従って、本発明の課題たる、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正するという目的に合致する。
【００６３】
勿論、既に述べたように、最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現化できる理由は、主として、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を変えていることに起因する。従って、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を可変にすることによって、大まかな２次元イオン注入量面内分布のパターンを実現化し、ビーム走査方向のビーム走査速度を可変にすることにより、詳細な２次元イオン注入量面内分布を実現していると考えることもできる。
【００６４】
以上のように、本発明により、ウエハ全面にイオンビームを照射する場合に、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正する目的で、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができるイオン注入が可能となる。
【００６５】
以下に、本発明により、実際に具体的な課題が解決された一例を示す。
【００６６】
図１４は、本発明により実際に得られたイオン注入量面内分布の一例を示す。この例では、測定数値が小さいほど実際のイオン注入量はその数値に反比例して多くなっている。図１４の例では、ウエハ中央部のイオン注入量が少なく、ウエハ端部のイオン注入量が多くなっている。図１４には、ウエハの２次元面内分布の測定数値を２次元的に示す１５ａとともに、ウエハ面内で直交する２方向上の測定数値分布１５ｂ、１５ｃを示している。
【００６７】
図１４に明らかに示されているように、測定数値の最大値と最小値の比は５倍を超えている。既に説明したように、この測定数値は実際のイオン注入量に反比例しているので、図１４の例では、実際のウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比は５倍以上であることが示されている。図１４は一例であるが、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現できていることが判る。
【００６８】
図１５を参照して、本発明により実際に得られたイオン注入量分布の例を示す。図１５では、ウエハ内のある直線上の測定数値のプロット１６ａ、１６ｂ、１６ｃを表している。図１４と同様に、この例でも、測定数値が小さいほど実際のイオン注入量はその数値に反比例して多くなっている。図１５の例でも、ウエハ中央部のイオン注入量が少なく、ウエハ端部のイオン注入量が多くなっている。
【００６９】
図１５のプロット１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を同一にしながら、ビーム走査速度を種々変化させた注入方法を、イオンビームに対するウエハ回転角を変えながら、複数回繰り返した注入動作の例である。図１５から明らかなように、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさが同一である場合に、その２次元不均一形状パターンを変化させることができる。
【００７０】
図１５はウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさとその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を個別、独立に制御することができることの一例である。既に、図１１と図１３を用いて説明したように、図１５に示した状況とは逆に、２次元不均一形状パターンが同一である場合にも、そのウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさを変化させることができることは言うまでもない。
【００７１】
さらに、一般に、図１５は、メカニカルにウエハ７を走査するウエハ走査領域長を可変にすることによって、大まかな２次元イオン注入量面内分布のパターンを実現化し、ビーム走査方向のビーム走査速度を可変にすることにより、詳細な２次元イオン注入量面内分布を実現化している例であると言える。
【００７２】
以上、本発明により、ウエハ全面にイオンビームを照射する場合に、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正する目的で、大規模な２次元イオン注入量面内分布を実現することができることが、実際に示されている。
【００７３】
これまで、少なくとも一つの例示的実施形態を説明してきたが、上記説明は、単なる例であって、限定を意図しない。
【符号の説明】
【００７４】
１ イオン源
２ 引出電極
３ 質量分析磁石装置
４ 質量分析スリット
５ ビームスキャナー
６ パラレルレンズ
７ ウエハ
８ ホルダ
９ 回転装置
１０ 昇降装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームをビーム走査方向に走査し、前記ビーム走査方向に直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込むイオン注入方法において、
イオンビームに対するウエハ回転角を可変設定可能とし、
前記ウエハ回転角の設定角度を段階的に変更しながら、各設定角度にてウエハにイオン注入を行うよう構成し、ウエハ１回転の間の複数回の前記イオン注入動作の間に、それぞれの設定角度のイオン注入について、前記ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長を可変に設定するとともにイオンビームのビーム走査速度の変更を同時に行うことにより、ウエハにイオンを注入して、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ウエハ走査領域長の可変の設定長が、ウエハ直径より短いことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項３】
請求項１において、前記ウエハ走査領域長が、前記設定角度についてその特定角度ごとに連続して可変であるように設定することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】
請求項１において、前記イオンビームのビーム走査速度の変更を、前記ウエハ回転角の設定角度についてその特定角度ごとに、連続かつ可変に制御することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項５】
請求項１において、前記ウエハ走査領域長の可変設定と前記イオンビームのビーム走査速度の変更の二つの制御パラメータを同時に制御することによって、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
請求項５において、前記ウエハ走査領域長を可変に設定することによって、大まかな２次元イオン注入量面内分布のパターンを実現し、前記イオンビームのビーム走査速度を可変に制御することにより、詳細な２次元イオン注入量面内分布を実現化し、その結果として、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項７】
請求項１において、前記ウエハ回転角の各設定角度でのイオン注入において、非イオン注入領域を形成しながらウエハ面にイオン注入することにより、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような２次元イオン注入量面内分布を実現することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項８】
イオンビームをビーム走査方向に走査し、前記ビーム走査方向に直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込むイオン注入方法において、
イオンビームに対するウエハの回転角を可変設定可能とするとともに、前記ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長を可変設定可能とし、
前記ウエハの回転角の基準とする角度及び該基準とする角度から変更した一以上の設定角度にて、前記ウエハの一端側から設定した前記ウエハ走査領域長までの部分領域面に、ウエハ１回転の間にイオン注入を複数回に分割して行うよう構成するとともに、それぞれの設定角度のイオン注入について、前記ウエハ走査領域長の可変設定とイオンビームビーム走査速度の変更制御とを組み合わせて行うことにより、ウエハにイオンを注入して、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項９】
イオンビームをビーム走査方向に走査するビームスキャナーと、前記ビーム走査方向に直交する方向にウエハをメカニカルに走査するメカニカルスキャン装置を備え、イオンをウエハに打ち込むイオン注入装置において、
前記メカニカルスキャン装置はイオンビームに対するウエハ回転角を可変とする回転装置を備え、
少なくとも前記ビームスキャナー、メカニカルスキャン装置を制御する機能を持つ制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記回転装置を制御して前記イオンビームに対するウエハ回転角の設定角度を段階的に変更しながら、各設定角度にてウエハにイオン注入を行う一方、前記メカニカルスキャン装置を制御してウエハ１回転の間の複数回の前記イオン注入動作の間に、それぞれの設定角度のイオン注入について、前記ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長を可変に設定するとともに前記ビームスキャナーを制御してイオンビームのビーム走査速度の変更制御を同時に行うことにより、ウエハにイオンを注入するとともに、ウエハをメカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御して、面内イオン注入量分布の微調整を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記制御装置は、前記面内イオン注入量分布の微調整に加えて、ウエハ全面にわたる少量のイオン注入量での均一なイオン注入を追加し、面内イオン注入量分布の追加の微調整を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１】
イオンビームをビーム走査方向に走査し、前記ビーム走査方向に直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込むイオン注入方法において、
イオンビームに対するウエハ回転角を可変設定可能とし、
前記ウエハ回転角の設定角度を段階的に変更しながら、各設定角度にてウエハにイオン注入を行うよう構成し、ウエハ１回転の間の複数回の前記イオン注入動作の間に、それぞれの設定角度のイオン注入について、前記ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長を可変に設定するとともにイオンビームのビーム走査速度の変更を同時に行うことにより、ウエハにイオンを注入して、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ウエハ走査領域長の可変の設定長が、ウエハ直径より短いことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項３】
請求項１において、前記ウエハ走査領域長が、前記設定角度についてその特定角度ごとに連続して可変であるように設定することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】
請求項１において、前記イオンビームのビーム走査速度の変更を、前記ウエハ回転角の設定角度についてその特定角度ごとに、連続かつ可変に制御することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項５】
請求項１において、前記ウエハ走査領域長の可変設定と前記イオンビームのビーム走査速度の変更の二つの制御パラメータを同時に制御することによって、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
請求項５において、前記ウエハ走査領域長を可変に設定することによって、大まかな２次元イオン注入量面内分布のパターンを実現し、前記イオンビームのビーム走査速度を可変に制御することにより、詳細な２次元イオン注入量面内分布を実現化し、その結果として、ウエハ面内ドーズ量不均一性の大きさ、及びその２次元不均一形状パターンという、二つの制御量を独立に制御することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項７】
請求項１において、前記ウエハ回転角の各設定角度でのイオン注入において、非イオン注入領域を形成しながらウエハ面にイオン注入することにより、ウエハ面内の最低イオン注入量と最高イオン注入量の比が５倍以上になるような２次元イオン注入量面内分布を実現することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項８】
イオンビームをビーム走査方向に走査し、前記ビーム走査方向に直交する方向にウエハをメカニカルに走査して、イオンをウエハに打ち込むイオン注入方法において、
イオンビームに対するウエハの回転角を可変設定可能とするとともに、前記ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長を可変設定可能とし、
前記ウエハの回転角の基準とする角度及び該基準とする角度から変更した一以上の設定角度にて、前記ウエハの一端側から設定した前記ウエハ走査領域長までの部分領域面に、ウエハ１回転の間にイオン注入を複数回に分割して行うよう構成するとともに、それぞれの設定角度のイオン注入について、前記ウエハ走査領域長の可変設定とイオンビームビーム走査速度の変更制御とを組み合わせて行うことにより、ウエハにイオンを注入して、他の半導体製造工程のウエハ面内ドーズ量不均一性を補正することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項９】
イオンビームをビーム走査方向に走査するビームスキャナーと、前記ビーム走査方向に直交する方向にウエハをメカニカルに走査するメカニカルスキャン装置を備え、イオンをウエハに打ち込むイオン注入装置において、
前記メカニカルスキャン装置はイオンビームに対するウエハ回転角を可変とする回転装置を備え、
少なくとも前記ビームスキャナー、メカニカルスキャン装置を制御する機能を持つ制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記回転装置を制御して前記イオンビームに対するウエハ回転角の設定角度を段階的に変更しながら、各設定角度にてウエハにイオン注入を行う一方、前記メカニカルスキャン装置を制御してウエハ１回転の間の複数回の前記イオン注入動作の間に、それぞれの設定角度のイオン注入について、前記ウエハをメカニカルに走査する範囲を規定するウエハ走査領域長を可変に設定するとともに前記ビームスキャナーを制御してイオンビームのビーム走査速度の変更制御を同時に行うことにより、ウエハにイオンを注入するとともに、ウエハをメカニカルに走査する方向のドーズ量分布を制御して、面内イオン注入量分布の微調整を行うことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記制御装置は、前記面内イオン注入量分布の微調整に加えて、ウエハ全面にわたる少量のイオン注入量での均一なイオン注入を追加し、面内イオン注入量分布の追加の微調整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１５】
【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】
【公開番号】特開２０１３−４６１０（Ｐ２０１３−４６１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２２１６（Ｐ２０１１−１３２２１６）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００１８３１９６）株式会社ＳＥＮ (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００１８３１９６）株式会社ＳＥＮ (31)
【Ｆターム（参考）】
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