JP2003132835A - イオン注入方法およびその装置 - Google Patents

イオン注入方法およびその装置

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JP2003132835A JP2001328662A JP2001328662A JP2003132835A JP 2003132835 A JP2003132835 A JP 2003132835A JP 2001328662 A JP2001328662 A JP 2001328662A JP 2001328662 A JP2001328662 A JP 2001328662A JP 2003132835 A JP2003132835 A JP 2003132835A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる
複数の注入領域を形成するものであって、過注入領域を
発生させずに済み、かつビーム電流の減少を防止しつつ
ドーズ量の遷移領域の幅を小さくすることができ、しか
も制御が簡単であるイオン注入方法等を提供する。 【解決手段】 このイオン注入方法は、イオンビーム４
をＸ方向に往復走査することと、基板２をＸ方向と直交
するＹ方向に機械的に往復駆動することとを併用するも
のである。そして、基板２を駆動する速度を基板２の中
心部２ａで変更することによって、基板２を互いにドー
ズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う
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角度だ
け回転させる回転工程を１回ずつ実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一つの基板の面
内に互いにドーズ量（単位面積当たりの入射イオン数）
の異なる複数の注入領域を形成するイオン注入方法およ
びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、一つの基板の面内に互いにドーズ
量の異なる複数の注入領域を形成したいという要望が生
じている。これは、例えば、イオン注入装置の調整や、
特性の異なる半導体デバイスを製造すること等におい
て、必要とする基板の数や工程等を減らす上で有効だか
らである。
【０００３】このような要望に応えるためのイオン注入
方法の一例が、特開２０００−１５０４０７号公報に記
載されている。
【０００４】この従来のイオン注入方法は、図１２Ａ〜
Ｃに示すように、イオンビーム４を縦横の２方向に（即
ち２次元に）走査するラスタースキャン方式において、
基板２の中央でイオンビーム４の走査方向を反転させる
方法を用いて、基板２の面内の１／４領域ごとにドーズ
量を変えてイオン注入を行うものである。ドーズ量の変
更は、イオンビーム４の走査速度の変更によって行われ
る。これによって、一つの基板２の面内に互いにドーズ
量の異なる四つの注入領域が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のイオン注入
方法では、基板２の中央でイオンビーム４の走査方向を
反転させており、この反転の前後にイオンビーム４は減
速→静止→反対方向への加速という過程を経るために、
基板２の中央でのイオンビーム４の走査速度が遅くな
り、図１３に示すように、他よりも過剰に注入される過
注入領域６が基板２の中央に直線状に発生する。この過
注入領域６の幅Ｗ1 は、スポット状のイオンビーム４の
直径をｄ0 としたとき、必ずｄ0 よりも大きくなる。
【０００６】仮に何らかの方法で上記課題を回避できた
としても、上記従来のイオン注入方法では、図１４に示
すように、四つの注入領域の各境界部に、ドーズ量が連
続的に変化している遷移領域８が発生する。これは、イ
オンビーム４が有限の大きさを持っているためであり、
その直径をｄ0 としたとき、遷移領域８の幅Ｗ2 はｄ 0
に達する。
【０００７】基板２の全表面の内で、半導体デバイス形
成等に実際に使用することができるのは、上記過注入領
域６や遷移領域８以外の部分であるから、有効利用でき
る領域を広くするためには、イオンビーム４の直径ｄ0
を小さくしなければならない。しかし、直径ｄ0 を小さ
くすると、イオンビーム４の断面積が小さくなってイオ
ンビーム４のビーム電流は著しく小さくなり、基板２の
処理に非常に長い時間を要するようになる。従って、こ
れは実用的ではない。
【０００８】また、上記従来のイオン注入方法は、イオ
ンビーム４を縦横の２次元に走査するラスタースキャン
方式を前提としているが、現在の（将来もそうであろ
う）イオン注入方法（装置）の主流は、例えば特開２０
０１−１４３６５１号公報、特開２００１−１８５０７
１号公報等に記載されているような、イオンビームの電
磁気的な走査と基板の機械的な駆動とを併用することに
よって、基板の全面にイオン注入を行うハイブリッドス
キャン方式であり、これに上記従来の方法をそのまま適
用することはできない。
【０００９】仮にハイブリッドスキャン方式のものに、
上記従来のイオン注入方法の考え方を適用できたとして
も、イオンビームの走査と基板の駆動の両方を通常のハ
イブリッドスキャン方式のものとは異ならせなければな
らないので、イオンビームの走査装置と基板の駆動装置
の両方を変更して、イオンビームをその走査途中で瞬時
に方向反転させると共に、基板をその駆動途中でイオン
ビームの方向反転に同期して小刻みに、かつ瞬時に駆動
および停止することができるようにする必要があり、そ
れによって制御や機構が複雑になり、またコストも嵩む
など、容易ではない。
【００１０】そこでこの発明は、一つの基板の面内に互
いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成するもので
あって、過注入領域を発生させずに済み、かつビーム電
流の減少を防止しつつドーズ量の遷移領域の幅を小さく
することができ、しかも制御が簡単であるイオン注入方
法およびその装置を提供することを主たる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係る第１のイ
オン注入方法は、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、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方
法において、イオンビームを走査する速度および基板を
駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変更すること
によって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領
域に分けて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
して所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ（例
えば１回ずつ）実施することを特徴としている。
【００１２】この発明に係る第１のイオン注入装置は、
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、基板の全面にイオン注入を行う構成のイオン注入装
置において、基板をその中心部を中心にして回転させる
回転装置と、前記走査装置および前記駆動装置の内の一
方ならびに前記回転装置を制御して、イオンビームを走
査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基板
の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ
量の異なる二つの注入領域に分けて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角度だけ回転させる
回転工程をそれぞれ（例えば１回ずつ）実施する制御を
行う制御装置とを備えていることを特徴としている。
【００１３】これらの発明によれば、１回の注入工程に
よって基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に
分けてイオン注入を行うので、これと回転工程とを組み
合わせることによって、一つの基板の面内に互いにドー
ズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。
【００１４】より具体的には、注入工程の回数をｎ
1 （ｎ1 は２以上の整数）とすれば、回転工程の回数は
ｎ1 −１となり、このような注入工程および回転工程を
実施することによって、一つの基板の面内に互いにドー
ズ量の異なる注入領域を２ｎ1 個形成することができ
る。
【００１５】しかもこれらの発明では、イオンビームを
走査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基
板の中心部で変更するものであって、従来例のように基
板の面内でイオンビームの走査方向を反転させるもので
はなく、かつ基板にイオンビームが照射されている間に
基板を小刻みに駆動および停止するものでもないので、
即ち基板上でイオンビームが静止することはないので、
基板の面内に過注入領域を発生させずに済む。
【００１６】また、上記速度を変更する際には、基板の
面内にドーズ量の遷移領域が発生するけれども、この速
度を変更する方向は、従来例の２次元と違って１次元
（即ちイオンビームを走査するＸ方向または基板を駆動
するＹ方向のいずれかの１次元）であるので、イオンビ
ームの寸法を当該１次元（Ｘ方向またはＹ方向）におい
て小さくすることによって、遷移領域の幅を小さくする
ことができる。しかし、もう一つの次元におけるイオン
ビームの寸法は小さくする必要がなく、むしろ大きくし
ても良いので、イオンビームの断面積の減少を抑えて、
ビーム電流の減少を防止することができる。
【００１７】また、速度を変更する方向は上記のように
１次元であり、しかも速度を変更するだけであって従来
例のような瞬時の方向反転や瞬時の駆動・停止を行う必
要はなく、また基板を上記のように回転させることも、
それ自体は公知の簡単な技術によって行うことができ
る。従って、ハイブリッドスキャン方式の場合でも、上
記のような制御は簡単であり、かつ機構も複雑にせずに
済む。
【００１８】この発明に係る第２のイオン注入方法は、
イオンビームを電界または磁界によってＸ方向およびそ
れに直交するＹ方向にそれぞれ往復走査して、基板の全
面にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオン
ビームをＸ方向に走査する速度およびＹ方向に走査する
速度の内の一方を基板の中心部で変更することによっ
て、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分
けて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
所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ（例えば
１回ずつ）実施することを特徴としている。
【００１９】この発明に係る第２のイオン注入装置は、
イオンビームを電界または磁界によってＸ方向およびそ
れに直交するＹ方向にそれぞれ往復走査する走査装置を
備えていて、基板の全面にイオン注入を行う構成のイオ
ン注入装置において、基板をその中心部を中心にして回
転させる回転装置と、前記走査装置および前記回転装置
を制御して、イオンビームをＸ方向に走査する速度およ
びＹ方向に走査する速度の内の一方を基板の中心部で変
更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二
つの注入領域に分けて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角度だけ回転させる回転工程をそ
れぞれ（例えば１回ずつ）実施する制御を行う制御装置
とを備えていることを特徴としている。
【００２０】これらの発明の場合も、上記発明の場合と
ほぼ同様の作用効果を奏する。
【００２１】即ち、これらの発明によれば、１回の注入
工程によって基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入
領域に分けてイオン注入を行うので、これと回転工程と
を組み合わせることによって、一つの基板の面内に互い
にドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することがで
きる。
【００２２】しかも、イオンビームを走査する速度を基
板の中心部で変更するだけであって、従来例のようにイ
オンビームの走査方向を基板の面内で反転させるもので
はないので、即ち基板上でイオンビームが静止すること
はないので、基板の面内に過注入領域を発生させずに済
む。
【００２３】また、イオンビームを走査する速度を変更
する方向は、Ｘ方向またはＹ方向の１次元であるので、
イオンビームの寸法を当該次元においてのみ小さくする
ことによって、ビーム電流の減少を防止しつつ、遷移領
域の幅を小さくすることができる。
【００２４】また、イオンビームの走査速度を変更する
方向は上記のように１次元であり、しかも走査速度を変
更するだけであるので、制御は簡単である。また基板を
上記のように回転させることも、それ自体は公知の簡単
な技術によって行うことができる。従って、上記のよう
な制御は簡単であり、かつ機構も複雑にせずに済む。
【００２５】
【発明の実施の形態】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。
【００２６】このイオン注入装置は、ハイブリッドスキ
ャン方式のものであり、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。
【００２７】より具体的には、このイオン注入装置は、
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
ー分離マグネット１８と、このエネルギー分離マグネッ
ト１８から導出されたイオンビーム４をこの例では磁界
によって前記Ｘ方向に往復走査する走査マグネット２０
と、この走査マグネット２０から導出されたイオンビー
ム４を曲げ戻して走査マグネット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
を作る平行化マグネット２４とを備えている。
【００２８】平行化マグネット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。
【００２９】このようなハイブリッドスキャン方式のイ
オン注入装置において、通常は、基板２の全面に均一な
ドーズ量のイオン注入を行う。これは、基板２のＸ、Ｙ
両方向においてそれぞれ均一な注入が行われるように制
御することによって実現することができる。その方法は
公知であり、それを簡単に説明すれば次のとおりであ
る。
【００３０】まず、Ｘ方向に関しては、上記イオンビー
ム４は、その走査方向Ｘにおいてその濃度がほぼ一定で
あるとみなすことができる。これは、この種のイオン注
入装置においては妥当なものである。従って、イオンビ
ーム４をＸ方向に一定の速度で走査することによって、
Ｘ方向における均一な注入を実現することができる。
【００３１】Ｙ方向に関しては次のような制御を行う。
基板２の表面のある点へのドーズ量Ｄは、その点に照射
されたイオンビーム４のビーム電流密度Ｊ（ｔ）を照射
時間Ｔで積分した値に比例し、次式で表される。（ｔ）
は、時間ｔの関数であることを表している（以下同
様）。Ｃは比例定数である。
【００３２】
【数１】Ｄ＝Ｃ∫0 TＪ（ｔ）ｄｔ
【００３３】ある時刻ｔにおける基板２のＹ方向の駆動
速度をｖ（ｔ）、Ｙ方向の距離をＨとすると、ｖ（ｔ）
は次式で表される。但し、ｄＨは微小な時間ｄｔの間に
駆動した距離である。
【００３４】
【数２】ｖ（ｔ）＝ｄＨ／ｄｔ
【００３５】これから、上記数１は次のように表され
る。
【００３６】
【数３】Ｄ＝Ｃ∫0 H｛Ｊ（ｔ）／ｖ（ｔ）｝ｄＨ
【００３７】即ち、たとえビーム電流密度Ｊ（ｔ）が変
動しても、Ｊ（ｔ）／ｖ（ｔ）が一定になるようにｖ
（ｔ）を制御すれば、着目している点へのドーズ量Ｄを
目標値に保つことができる。この制御を基板２のＹ方向
の全域に亘って行う。これによって、ビーム電流密度Ｊ
（ｔ）の変動の影響を受けずに、Ｙ方向における均一な
注入を実現することができる。この実施例の装置では、
基板２に照射されるイオンビーム４のビーム電流密度Ｊ
（ｔ）をファラデー３４で間接的に測定してそれを制御
装置３６に与える。制御装置３６は、与えられたビーム
電流密度Ｊ（ｔ）を用いて、駆動装置３２を制御して、
駆動速度ｖ（ｔ）を上記のように制御する。
【００３８】以上が、従来から行われている、基板２の
全面に均一なドーズ量のイオン注入を行う方法である。
【００３９】次に、この発明に従って、一つの基板２の
面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成す
る方法および装置の例を説明する。
【００４０】このような注入を行うために、この例で
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の矢印Ｂ方向）させる回転
装置３０を備えている。上記駆動装置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。この回転装置３０による回転も、この例で
は上記制御装置３６によって制御される。
【００４１】注入領域分割のためには、基板２のＹ方向
の駆動速度を変更する場合と、イオンビーム４のＸ方向
の走査速度を変更する場合とがある。ここではまず前者
の例を詳しく説明し、後で後者の例を説明する。
【００４２】図３および図４に、この発明に係るイオン
注入方法の一例を示す。
【００４３】まず、基板２のＹ方向の駆動速度を基板２
の中心部２ａで変更することによって、例えば基板２の
上半分にイオンビーム４が照射されるときの駆動速度を
ｖA、下半分のそれをｖB （≠ｖA ）とすることによっ
て、図４Ａに示すように、基板２を互いにドーズ量の異
なる二つの注入領域ＲA およびＲB （それぞれのドーズ
量はＤA およびＤB ）に分けてイオン注入を行う注入工
程４０を実施する。この明細書で上下は、Ｙ方向におけ
る上下を意味する。
【００４４】基板２のＹ方向の駆動速度を基板２の中心
部２ａで変更するということは、換言すれば、イオンビ
ーム４が基板２の中心部２ａに照射される位置に基板２
がある（来た）ときに、基板２のＹ方向の駆動速度を変
更するということである。基板２がそのような位置に来
たか否かは、駆動装置３２の制御を行う制御装置３６
は、駆動装置３２への制御指令によって、あるいは駆動
装置３２からのフィードバック情報によって、容易に把
握することができる。
【００４５】なお、上記各駆動速度の場合のドーズ量
は、具体的には、前記数３で表される。また、基板２の
駆動速度を上記のように変更する前および後における駆
動速度の制御は、上記のように、Ｊ（ｔ）／ｖ（ｔ）が
一定になるように制御する。以下に述べる他の注入工程
においても同様である。
【００４６】次いで、イオンビーム４が基板２に当たっ
ていない間に、例えば基板２がイオンビーム４の位置よ
りも上方または下方に外れた所にある間に、基板２をそ
の中心部２ａを中心にして、例えば前記矢印Ｂ方向（反
時計回り）に、所定の角度θだけ回転させる回転工程４
１を実施する。この回転角度θを９０度とすると、その
結果は、図４Ｂとなる。
【００４７】次いで、基板２のＹ方向の駆動速度を基板
２の中心部２ａで変更することによって、例えば基板２
の上半分にイオンビーム４が照射されるときの駆動速度
をｖ C 、下半分のそれをｖD （≠ｖC ）とすることによ
って、図４Ｃに示すように、基板２を互いにドーズ量の
異なる二つの注入領域ＲC およびＲD （それぞれのドー
ズ量はＤC およびＤD ）に分けてイオン注入を行う注入
工程４１を実施する。
【００４８】その結果、基板２の面内では、上記二つの
注入工程４１および４２による注入結果が重なるので、
図４Ｃに示すように、基板２の面内には四つの注入領域
Ｒ1〜Ｒ4 が形成される。この各注入領域Ｒ1 〜Ｒ4 の
ドーズ量Ｄ1 〜Ｄ4 は次式で表される。
【００４９】
【数４】Ｄ1 ＝ＤA ＋ＤC Ｄ2 ＝ＤB ＋ＤC Ｄ3 ＝ＤB ＋ＤD Ｄ4 ＝ＤA ＋ＤD
【００５０】上記駆動速度は、ｖC ＝ｖA およびｖD ＝
ｖB でも良いけれども、そうするとＤC ＝ＤA およびＤ
D ＝ＤB となり、数４からも分かるように、Ｄ2 ＝Ｄ4
となって、注入領域Ｒ2 とＲ4 とはドーズ量が互いに同
じになる。これでも複数の注入領域形成を実現すること
はできるけれども、同じになることを避けるためには、
ｖC ≠ｖA およびｖD ≠ｖB の少なくとも一方を実現す
れば良い。例えば、ｖ C ≠ｖA とする。以下の例におい
ても同様である。
【００５１】なお、各注入工程４０または４２における
基板２の駆動は、片道１回に限られるものではなく、所
望のドーズ量が得られるように、上記駆動速度の変更を
それぞれ行いながら、複数回繰り返すようにしても良
い。以下の例においても同様である。
【００５２】上記のような注入工程を合計３回（即ち注
入工程４０、４２および４４）、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２回（即ち回
転工程４１および４３）実施する例を図５に示す。更
に、上記のような注入工程を合計４回（即ち注入工程４
０、４２、４４および４６）、その各注入工程の合間に
上記なような回転工程を１回ずつ、合計３回（即ち回転
工程４１、４３および４５）実施する例を図６に示す。
【００５３】注入工程の合計の回数をｎ1 （これは２以
上の整数）とすると、回転工程の合計の回数ｎ2 および
形成される注入領域の数Ｎの関係は次式で表される。
【００５４】
【数５】ｎ2 ＝ｎ1 −１
【００５５】
【数６】Ｎ＝２ｎ1
【００５６】また、各回転工程における基板２の回転角
度θ［度］を次式を満たすものにすれば、形成される複
数の注入領域の面積を互いに等しくすることができる。
【００５７】
【数７】θ＝３６０／Ｎ
【００５８】これらの、図３、図５および図６の例の場
合の関係を表１にまとめて示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】上記のような制御は、即ち上記のような注
入工程および回転工程の制御は、この例では、上記制御
装置３６によって行われる。制御装置３６には、そのた
めに必要な情報が取り込まれる。
【００６１】上記実施例（イオン注入方法およびイオン
注入装置）では、基板２を駆動する速度を基板２の中心
部２ａで変更するものであって、従来例のように基板２
の面内でイオンビーム４の走査方向を反転させるもので
はなく、かつ基板２にイオンビーム４が照射されている
間に基板２を小刻みに駆動および停止するものでもない
ので、即ち基板２上でイオンビーム４が静止することは
ないので、基板２の面内に過注入領域を発生させずに済
む。
【００６２】ドーズ量の遷移領域に関しては、図４では
各注入領域の境界を直線で示したけれども、厳密に見れ
ば、各注入領域間には、ドーズ量が連続的に変化してい
る遷移領域が発生する。これは、基板２の上記のような
駆動速度の変更は、ほぼ瞬時に完了するけれども、その
速度が変わりつつある間にもイオンビーム４が基板２に
照射されるからである。しかしこの基板２の駆動速度の
変更は、通常は、イオンビーム４が基板２を片道走査す
る程度の時間内に完了することができるので、この遷移
領域の幅は、基板２の駆動速度が変更されるＹ方向にお
けるイオンビーム４の寸法をｗY （図７参照）とする
と、ほぼｗY に等しい。従って、この寸法ｗY を、例え
ば図７に示す例のように小さくすることによって、遷移
領域の幅を小さくすることができる。
【００６３】前述した従来のイオン注入方法では、前述
したように、遷移領域の幅を小さくするためには、２次
元走査のＸ、Ｙ両方向におけるイオンビーム４の寸法を
小さくする必要がある。即ち、イオンビーム４の断面積
を小さくする必要がある。しかし、イオンビームの電流
密度は空間電荷効果によって制限されるため、面積の小
さなイオンビーム４のビーム電流は小さく制限される。
従って前記従来技術においては、遷移領域の幅を小さく
すると、基板２の処理に使えるビーム電流が小さくな
り、実用的でなくなる。
【００６４】これに対して、上記実施例では、上記のよ
うに、遷移領域の幅を小さくするためにはＹ方向におけ
るイオンビーム４の寸法ｗY だけを小さくすれば良く、
もう一つの次元における、即ちＸ方向におけるイオンビ
ーム４の寸法ｗX は小さくする必要がなく、むしろ大き
くしても良い。例えば図７に示す例のように、イオンビ
ーム４の断面形状をｗX ＞ｗY の長円形にしても良いの
で、イオンビームの面積の減少を抑えて、基板２の処理
に使えるビーム電流の減少を防止することができる。従
って実用的である。
【００６５】上記のようなイオンビーム４の寸法（断面
形状）の変更は、例えば、前記Ｑレンズ１６によって行
うことができる。
【００６６】また、上記実施例では、速度を変更する方
向は上記のようにＹ方向の１次元であり、しかも基板２
のＹ方向の駆動速度を変更するだけであって従来例のよ
うなイオンビーム４の瞬時の方向反転や、基板２の瞬時
の駆動・停止を行う必要はなく、また基板２を上記のよ
うに回転させることも、それ自体は公知の簡単な技術に
よって行うことができる。従って、ハイブリッドスキャ
ン方式の場合でも、上記のような制御は簡単であり、か
つ機構も複雑にせずに済む。
【００６７】次に、一つの基板２の面内に互いにドーズ
量の異なる四つの注入領域Ｓ1 〜Ｓ 4 を形成する場合の
より具体例を図８を参照して説明する。
【００６８】ここでは、第１の注入工程ではＢ1 方向を
下にして、注入領域Ｓ1 とＳ2 とを互いに同じドーズ量
で注入し、注入領域Ｓ3 とＳ4 とを互いに同じドーズ量
で注入する。それに続く回転工程では、Ｂ2 方向が下に
なるように、基板２を反時計方向に９０度回転させる。
それに続く第２の注入工程では、注入領域Ｓ2 とＳ3と
を互いに同じドーズ量で注入し、Ｓ1 とＳ4 とを互いに
同じドーズ量で注入する。
【００６９】駆動装置３２による基板２の駆動速度ｖ
（ｔ）については、駆動速度の比例定数Ｋを用いた形で
次のように表現する。このＫの取り得る値は、理論的に
は、０より大きい正の数であるが、実用的には１の近傍
の値になるであろう。より具体的には、例えば、１の±
数十％程度の範囲内になるであろう。
【００７０】
【数８】ｖK （ｔ）＝ｖ（ｔ）／Ｋ
【００７１】従ってドーズ量Ｄは、駆動速度に反比例す
るから、次式のように表される。
【００７２】
【数９】ＤK ＝Ｋ・Ｄ
【００７３】上記比例定数Ｋの値を、制御装置３６で制
御する。具体的には、前述したように、基板２の中心部
２ａでこの比例定数Ｋの値を変更することによって、基
板２のＹ方向の駆動速度を変更する。
【００７４】図８の例で、第１の注入工程における基板
２の下半分における（即ち基板２の下半分にイオンビー
ム４が照射されている状態における）比例定数Ｋの値を
１とし、基板２の上半分における比例定数Ｋの値をｘと
したとき、注入領域Ｓ3 およびＳ4 におけるドーズ量を
ａと表現すると、注入領域Ｓ1 およびＳ2 におけるドー
ズ量はｘ・ａとなる。
【００７５】同様に、第２の注入工程における基板２の
下半分における比例定数Ｋの値を１とし、基板２の上半
分における比例定数Ｋの値をｙとしたとき、注入領域Ｓ
1 およびＳ4 におけるドーズ量をａと表現すると、注入
領域Ｓ2 およびＳ3 におけるドーズ量はｙ・ａとなる。
ここでは、第１の注入工程と第２の注入工程とで、基板
２のＹ方向の駆動回数は同じにすることにしている。
【００７６】以上の結果をまとめると表２のようにな
る。
【００７７】
【表２】
【００７８】上記各注入領域Ｓ1 〜Ｓ4 の合計のドーズ
量を、それぞれ、αＤ、βＤ、γＤおよびＤと呼ぶこと
にすると、次式となる。
【００７９】
【数１０】（ｘ＋１）ａ＝αＤ （ｘ＋ｙ）ａ＝βＤ （１＋ｙ）ａ＝γＤ ２ａ＝Ｄ
【００８０】これらの式を解くと、次式が成り立つ。
【００８１】
【数１１】ｘ＝２α−１ ｙ＝２γ−１ ただし、α−β＋γ＝１
【００８２】従って、各注入領域Ｓ1 〜Ｓ4 の希望のド
ーズ量αＤ、βＤ、γＤおよびＤを使って、上記駆動速
度の比例定数Ｋのより具体的な値ｘおよびｙを表すこと
ができる。逆に言えば、駆動装置３２による基板２のＹ
方向の駆動速度を上記ｘおよびｙに従って変化させるこ
とによって、各注入領域Ｓ1 〜Ｓ4 におけるドーズ量を
制御することができる。ただし、完全に自由に制御でき
るわけではなく、α−β＋γ＝１という制約を受ける。
【００８３】上記原理を使って、どの程度ドーズ量を制
御することができるかの例を以下に示す。
【００８４】例えば、ドーズ量を最大１０％程度の幅内
で変化させる場合を挙げる。（ｘ，ｙ）＝（１．０６，
１．１２）を使用すると、（α，β，γ）＝（１．０
３，１．０９，１．０６）となり、基本ドーズ量の１．
００倍、１．０３倍、１．０６倍および１．０９倍の四
つの注入領域が、１枚の基板２内で実現される。
【００８５】ドーズ量を最大３０％程度の幅内で変化さ
せる場合を挙げる。（ｘ，ｙ）＝（１．２０，１．４
０）を使用すると、（α，β，γ）＝（１．１０，１．
３０，１．２０）となり、基本ドーズ量の１．００倍、
１．１０倍、１．２０倍および１．３０倍の四つの注入
領域が、１枚の基板２内で実現される。
【００８６】更に大きな変化をさせることも可能であ
る。（ｘ，ｙ）＝（１．８０，２．６０）を使用する
と、（α，β，γ）＝（１．４０，２．２０，１．８
０）となり、基本ドーズ量の１．００倍、１．４０倍、
１．８０倍および２．２０倍の四つの注入領域が、１枚
の基板２内で実現される。
【００８７】次に、イオンビーム４をＸ方向に走査する
速度を基板２の中心部２ａで変更することによって、注
入領域を分割する例を図９〜図１１を参照して説明す
る。
【００８８】通常のイオン注入方法および装置では、前
記走査マグネット２０と共に走査装置を構成する走査電
源２２から走査マグネット２０に供給する走査出力Ｐ
（ｔ）（これは、走査器がこの例のように走査マグネッ
ト２０である場合は走査電流、走査器が走査電極の場合
は走査電圧）の波形は、基本的には、図１０Ａ中に２点
鎖線で示すような傾きが一定の三角形をしており、基板
２上でのイオンビーム４の走査速度ｓ（ｔ）は一定であ
る。
【００８９】これに対して、この実施例では、図１０Ａ
中に実線で示すように、走査出力Ｐ（ｔ）の傾きを、基
板２の中心部２ａで変化させる。この例では、図９の左
半分の走査領域Ｅ1 よりも右半分の走査領域Ｅ2 におけ
る傾きを小さくする。その結果、図１０Ｂに示すよう
に、走査領域Ｅ1 よりも走査領域Ｅ2 の方がイオンビー
ム４の走査速度ｓ（ｔ）は小さくなる。従って、走査領
域Ｅ1 よりも走査領域Ｅ 2 の方がドーズ量は大きくな
る。なお、ここでは、走査速度ｓ（ｔ）の符号は、図９
においてイオンビーム４が右向きに走査される場合をプ
ラス、左向きに走査される場合をマイナスとしている。
【００９０】制御装置３６は、この実施例では、基板２
のＹ方向の前記のような駆動速度を変更する制御を行う
代わりに、走査電源２２を制御して、走査出力Ｐ（ｔ）
の傾きを上記のように変更する制御を行う。イオンビー
ム４が基板２の中心部２ａに来たことは、当該イオンビ
ーム４の走査を行う走査電源２２自身が把握している。
【００９１】一方、基板２は、Ｙ方向に、制御装置３６
による制御下で前述したようにＪ（ｔ）／ｖ（ｔ）が一
定になるように駆動されている。
【００９２】上記のようなイオンビーム走査と基板駆動
との併用による１回の注入工程によって、図１１に示す
ように、基板２を互いにドーズ量の異なる（この例では
ＤE＜ＤF ）二つの注入領域ＲE およびＲF を形成する
ことができる。両者のドーズ量ＤE 、ＤF の差は、走査
出力Ｐ（ｔ）の傾きの差によって制御することができ
る。
【００９３】このような注入工程を複数回実施すると共
に、その各注入工程の合間に前述したような基板２の回
転工程を１回ずつ実施することによって、図３〜図６に
示した例の場合と同様に、一つの基板２の面内に互いに
ドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができ
る。この場合も、数５〜数７および表１が適用される。
【００９４】上記のように走査出力Ｐ（ｔ）の傾きを基
板２の中心部２ａで変えることは、公知の技術によって
簡単に実現することができる。例えば、走査電源２２
を、任意の波形の信号を発生させる信号発生器と、その
信号を増幅して走査出力Ｐ（ｔ）を出力するアンプとを
用いて構成することによって、簡単に実現することがで
きる。
【００９５】この実施例（イオン注入方法およびイオン
注入装置）の場合も、上記実施例の場合と同様の効果を
奏する。即ち、イオンビーム４を走査する速度を基板２
の中心部２ａで変更するものであって、従来例のように
基板２の面内でイオンビーム４の走査方向を反転させる
ものではないので、即ち基板２上でイオンビーム４が静
止することはないので、基板２の面内に過注入領域を発
生させずに済む。
【００９６】ドーズ量の遷移領域に関しては、イオンビ
ーム４の走査速度が変更されるＸ方向におけるイオンビ
ーム４の寸法ｗX を、例えば図９に示す例のように小さ
くすることによって、遷移領域の幅を小さくすることが
できる。ビーム電流の減少は、イオンビーム４のＹ方向
の寸法ｗY を大きくすることによって防止することがで
きる。
【００９７】また、イオンビーム４の走査速度の変更や
基板２の前述したような回転は、上述したように簡単に
行うことができるので、制御や機構を複雑にせずに済
む。
【００９８】以上は、ハイブリッドスキャン方式の場合
の例であるけれども、上記のような技術は、イオンビー
ム４をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ往復走査して、基
板２の全面にイオン注入を行うラスタースキャン方式の
イオン注入方法およびイオン注入装置にも適用すること
ができる。ただしこの場合も、上記のような回転装置３
０は備えておく。上記制御装置３６は、この回転装置３
０およびイオンビーム４の上記走査を行う走査装置を制
御する。
【００９９】この場合は、例えば、注入工程において
は、イオンビーム４のＹ方向の走査速度は一定にしてお
いて、イオンビーム４のＸ方向の走査速度を、図９およ
び図１０を参照して上述したように、基板２の中心部２
ａで変更すれば良い。勿論その逆でも良い。
【０１００】また、基板２の回転は、イオンビーム４を
基板２から外している間に行えば良い。必要があれば、
基板２の所定角度の回転が完了するまで、イオンビーム
４の走査を、基板２外で止めれば良い。
【０１０１】このようなラスタースキャン方式のイオン
注入方法およびイオン注入装置の場合も、上記ハイブリ
ッドスキャン方式の場合とほぼ同様の作用効果を奏す
る。
【０１０２】即ち、１回の注入工程によって基板２を互
いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注
入を行うので、これと回転工程とを組み合わせることに
よって、一つの基板２の面内に互いにドーズ量の異なる
複数の注入領域を形成することができる。
【０１０３】しかも、イオンビーム４を走査する速度を
基板２の中心部２ａで変更するだけであって、従来例の
ようにイオンビーム４の走査方向を基板２の面内で反転
させるものではないので、即ち基板２上でイオンビーム
４が静止することはないので、基板２の面内に過注入領
域を発生させずに済む。
【０１０４】また、イオンビーム４を走査する速度を変
更する方向は、Ｘ方向またはＹ方向の１次元であるの
で、イオンビーム４の寸法を当該次元においてのみ小さ
くすることによって、ビーム電流の減少を防止しつつ、
遷移領域の幅を小さくすることができる。
【０１０５】また、イオンビーム４の走査速度を変更す
る方向は上記のように１次元であり、しかも走査速度を
変更するだけであるので、制御は簡単である。基板２の
回転は、前記のように公知の簡単な技術によって行うこ
とができる。従って、上記のような制御は簡単であり、
かつ機構も複雑にせずに済む。
【０１０６】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、一つの
基板の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を
形成することができる。しかも、過注入領域を発生させ
ずに済み、かつビーム電流の減少を防止しつつドーズ量
の遷移領域の幅を小さくすることができる。また、制御
も簡単である。
【図面の簡単な説明】
【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】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４】図３に示したイオン注入方法を基板を用いて示
す工程図である。
【図５】この発明に係るイオン注入方法の他の例を示す
工程図である。
【図６】この発明に係るイオン注入方法の更に他の例を
示す工程図である。
【図７】イオンビームの断面形状の一例を基板と共に示
す図である。
【図８】一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる四
つの注入領域を形成する場合のより具体例を説明するた
めの図である。
【図９】イオンビームを走査する速度を基板の中心部で
変更する場合のイオン注入方法の一例を説明するための
図である。
【図１０】イオンビームを走査する速度を基板の中心部
で変更する場合のイオン注入方法におけるイオンビーム
の走査出力（Ａ）および走査速度（Ｂ）の一例を示す図
である。
【図１１】図１０のイオン注入方法によって得られる注
入領域を示す図である。
【図１２】従来のイオン注入方法の一例を示す工程図で
ある。
【図１３】従来のイオン注入方法によって基板上に発生
する過注入領域を示す図である。
【図１４】従来のイオン注入方法によって基板上に発生
する遷移領域を示す図である。
【符号の説明】
２ 基板 ２ａ 中心部 ４ イオンビーム ２０ 走査マグネット ２２ 走査電源 ２８ ホルダ ３０ 回転装置 ３２ 駆動装置 ３６ 制御装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方法
    において、 イオンビームを走査する速度および基板を駆動する速度
    の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基
    板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイ
    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角
    度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することを特
    徴とするイオン注入方法。
  2. 【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、基板の全面にイオン注入を行う構成
    のイオン注入装置において、 基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、 前記走査装置および前記駆動装置の内の一方ならびに前
    記回転装置を制御して、イオンビームを走査する速度お
    よび基板を駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変
    更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二
    つの注入領域に分けて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いること
    を特徴とするイオン注入装置。
  3. 【請求項３】 イオンビームを電界または磁界によって
    Ｘ方向およびそれに直交するＹ方向にそれぞれ往復走査
    して、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方法に
    おいて、 イオンビームをＸ方向に走査する速度およびＹ方向に走
    査する速度の内の一方を基板の中心部で変更することに
    よって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域
    に分けて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
    て所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施す
    ることを特徴とするイオン注入方法。
  4. 【請求項４】 イオンビームを電界または磁界によって
    Ｘ方向およびそれに直交するＹ方向にそれぞれ往復走査
    する走査装置を備えていて、基板の全面にイオン注入を
    行う構成のイオン注入装置において、 基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、 前記走査装置および前記回転装置を制御して、イオンビ
    ームをＸ方向に走査する速度およびＹ方向に走査する速
    度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、
    基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けて
    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
    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いることを特徴とするイオン注
    入装置。
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