JP2006313732A - 不均一イオン注入装置及び不均一イオン注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの異なる領域に異なるドーズで不純物イオンが注入されるようにする不均一イオン注入装置及び不均一イオン注入方法を提供する。
【解決手段】本発明の不均一イオン注入装置は、ウエハの全体領域のうち少なくとも２箇所以上の複数の領域にそれぞれ重なる複数のワイドイオンビームからなるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、ワイドイオンビーム生成器により形成されたワイドイオンビームが照射される間に、ウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、を備える。複数のワイドイオンビームのうち少なくとも一つのワイドイオンビームは、少なくともいずれか他のワイドイオンビームと異なるドーズを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体製造装置及び製造方法に係り、特に、ウエハの異なる領域に異なるドーズで不純物イオンが注入されるようにする不均一イオン注入装置及び不均一イオン注入方法に関する。

一般に、半導体素子、特にＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のような半導体メモリ素子を製造するためには、多数の単位工程が行わなければならない。単位工程は、積層工程、蝕刻工程、イオン注入工程などを含み、通常、ウエハ単位に行われる。なかでも、イオン注入工程は、強い電場によりボロン、ヒ素などのようなドーパントイオンを加速させてウエハ表面を通らせる工程技術であって、このようなイオン注入により物質の電気的な特性を変化させることができる。

このようなイオン注入工程を行うのに使用される従来のイオン注入装置の概略を、図１に示す。

図１を参照すると、従来のイオン注入装置は、四極（quadrupole）の磁極組立体１１０、Ｘ−スキャナ１２０、ビーム平衡器１３０及び加速器１４０を備えてなる。四極の磁極組立体１１０は、イオンビームソース（図示せず）から送られてきたイオンビーム１０２を拡大及び縮小させるためのもので、４つの磁極間のすき間内に磁場を生成させる四つの磁極を有する。この四極の磁極組立体１１０は、２つのＳ極及びＮ極をそれぞれ有する第１磁極組立体１１１及び第２磁極組立体１１２からなる。Ｘ−スキャナ１２０は、イオンビーム１０２がウエハ１０１に均一に広がるように、Ｘ方向にイオンビーム１０２をスキャニングする。ビーム平衡器１３０は、イオンビーム１０２の光経路を平行にする役割を担う。また、加速器１４０は、帯電された粒子を加速させるためのもので、場合によってはＸ−スキャナ１２０の前段に配置されても良い。このように構成される従来のイオン注入装置により、イオンビーム１０２がＸ方向にスキャニングしながらウエハ１０１の表面に照射されるが、このときに、ウエハ１０１の全表面にわたってイオン注入がなされるように、ウエハ１０１はＹ方向に移動する。

図２は、ウエハ１０１をＹ方向にスキャニングするようにする装置を示す図である。

図２を参照すると、ウエハ１０１を支持する支持台（図示せず）は、Ｙ駆動軸２１０に連結され、Ｙ駆動軸２１０は、駆動装置２２０に連結される。駆動装置２２０の動作によりＹ駆動軸２１０は、図面において矢印２１１で表したように、Ｙ方向に移動し、これによりウエハ１０１もまたＹ方向に移動する。このようにウエハ１０１はＹ方向に移動する間に、イオンビーム１０２はＸ方向にスキャニングしながらウエハ１０１内に照射される。この過程で、ウエハ１０１の前後にそれぞれ配置される第１イオンビーム検出器２３１及び第２イオンビーム検出器２３２により注入される不純物イオンのドーズ（dose）を検出してドーズ制御のための情報として提供する。

しかしながら、このような従来のイオン注入装置を用いてイオン注入工程を行うと、ウエハ１０１の全領域にほぼ同じ濃度の不純物イオンが注入される。これは、イオン注入工程だけを考慮する時には好ましい現象であるが、他の単位工程と関連して考慮すると、むしろ好ましくない現象にもなり得る。すなわち、様々な単位工程を行うにおいて、工程結果、例えば、積層される膜質の厚さや蝕刻される度合などは、ウエハ全体面積にわたって均一となるわけではない。これは、各単位工程が持っている多くの変数を正確に制御できないことに起因する。したがって、予想できないか、または正確に制御されない工程変数による工程誤差が常に存在しているのである。

その一例に、ゲート電極を形成する際に、ウエハの位置別にゲート電極の幅を表す臨界寸法（Critical Dimension；以下、‘ＣＤ’という。）が異なってくることがある。例えば、ウエハの中心部ではゲート電極のＣＤが相対的に大きいのに対し、ウエハの周縁部ではゲート電極のＣＤが相対的に小さいことがある。もちろん、逆の場合も発生することができる。上にも述べたように、このような違いは、様々な単位工程が持っている多くの変数を正確に制御できないことに起因する。このようにゲート電極のＣＤがウエハの周縁部に比べて中心部においてより大きい場合には、素子のしきい電圧はウエハの周縁部よりもウエハの中心部において相対的に高くなる。もちろん、逆の場合には、素子のしきい電圧は、ウエハの周縁部よりもウエハの中心部において相対的に低くなる。

このウエハの位置別ゲート電極のＣＤの違いは、素子の集積度が増加するほどより深刻な問題につながる。例えば、最小許容可能なゲート電極のＣＤが２００nmであり、±１０％のＣＤばらつきのみを不良として判定する場合に、収率減少は深刻な問題とされないが、最小許容可能なゲート電極のＣＤが１００nmである場合には、±１０％のＣＤばらつきを不良として判定すると、収率減少が深刻な問題として台頭する。したがって、最小許容可能なゲート電極のＣＤが１００nmである場合には、不良と判定するＣＤばらつきをさらに小さい範囲、例えば±５％に設定すべきであるが、これに伴う工程マージンの減少により収率減少は依然として大きな問題として残る。

したがって、近来は、単位工程の限界によるウエハ内におけるゲート電極のＣＤの違いを認める代わりに、その違いの差だけ不均一にイオンを注入してウエハ全体的に均一な特性を有するようにする不均一イオン注入方法が採用されている。すなわち、ウエハ中心部におけるゲートＣＤが、ウエハの周縁部におけるゲートＣＤよりも大きい場合、ウエハの中心部では相対的に高いしきい電圧を表し、ウエハの周縁部では相対的に低いしきい電圧を表すことになる。したがって、この場合には、ウエハの中心部には相対的に高い濃度で不純物イオンを注入し、ウエハの周縁部には相対的に低い濃度で不純物イオンを注入する不均一イオン注入を行い、全体的に均一なしきい電圧特性が表れるようにする。その逆の場合には、すなわち、ウエハ中心部におけるゲートＣＤがウエハの周縁部におけるゲートＣＤよりも小さい場合には、ウエハの中心部では相対的に低いしきい電圧を表し、ウエハの周縁部では相対的に高いしきい電圧を表すので、ウエハの中心部には相対的に低い濃度で不純物イオンを注入し、ウエハの周縁部には相対的に高い濃度で不純物イオンを注入する不均一イオン注入を行うことによって、全体的に均一なしきい電圧特性が表れるようにする。

米国特許第６，８７０，１７０号明細書 米国特許第４，８５５，６０４号明細書

しかしながら、これまで提案されてきた不均一イオン注入方法の大部分は、高濃度でドーピングされる領域と低濃度でドーピングされる領域間の境界を表す境界線が不明瞭に形成される等の諸問題を抱えており、実際工程には適用し難かった。

本発明は上記問題を解決するためのもので、その目的は、ウエハの領域別に異なる濃度で不純物イオンを注入することによってウエハの全体にわたって均一な素子特性を有するようにするものの、高濃度の不純物イオン注入領域と低濃度の不純物イオン注入領域間の境界線が明瞭で滑らかに形成されるようにする不均一イオン注入装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記の不均一イオン注入装置を用いた不均一イオン注入方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一実施の形態による不均一イオン注入装置は、ウエハの全体領域のうち少なくとも２箇所以上の領域にそれぞれ照射される複数のワイドイオンビームからなるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、前記ワイドイオンビーム生成器により形成されたワイドイオンビームが照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、を備えることを特徴とする。

前記複数のワイドイオンビームのうち、少なくともいずれか一つのワイドイオンビームは、少なくともいずれか他のワイドイオンビームと異なるドーズを有することが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の他の実施の形態による不均一イオン注入装置は、ウエハの第１領域及び第２領域にそれぞれ照射される第１ワイドイオンビーム及び第２ワイドイオンビームからなるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、前記ワイドイオンビーム生成器により形成されたワイドイオンビームが照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、を備えることを特徴とする。

前記第１ワイドイオンビーム及び第２ワイドイオンビームは、互いに異なるドーズを有することが好ましい。

前記第１領域及び第２領域は、前記ウエハの全体面積の１/２に該当する領域であり得る。

この場合、前記第１領域及び第２領域は、垂直方向への境界線により区分されることができる。

この場合、前記第１領域は、前記境界線を基準に前記ウエハの周縁部に隣接する領域であり、前記第２領域は、前記境界線を基準に前記ウエハの中央に隣接する領域であり得る。

前記第１領域及び第２領域は、前記ウエハの全体面積に該当する領域であっても良い。

この場合、前記第１領域及び第２領域は、垂直方向への第１境界線及び第２境界線により区分されることができる。

この場合、前記第１領域は、前記第１境界線及び第２境界線を基準に前記ウエハの周縁部に隣接する領域であり、前記第２領域は、前記第１境界線及び第２境界線を基準に前記ウエハの中央に隣接する領域であり得る。

上記目的を達成するために、本発明の他の実施の形態による不均一イオン注入装置は、一連の複数個の単位第１マグネトロンから構成される第１マグネトロンと、これら単位第１マグネトロンと一定間隔だけ離れて相対向するように配置される一連の複数個の単位第２マグネトロンから構成される第２マグネトロンと、を備えてなり、前記第１マグネトロン及び第２マグネトロン間のウエハの領域に照射されるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、前記ワイドイオンビーム生成器により形成されるワイドイオンビームが照射されるウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、を備えることを特徴とする。

前記第１マグネトロンを構成する単位マグネトロンは、第１バイアスが印加される第１グループの第１単位マグネトロンと、前記第１バイアスと異なる大きさの第２バイアスが印加される第２グループの第１単位マグネトロンと、を含み、前記第２マグネトロンを構成する単位マグネトロンは、前記第１バイアスが印加される第１グループの第２単位マグネトロンと、前記第２バイアスが印加される第２グループの第２単位マグネトロンと、を含むことができる。

この場合、前記第１グループの第１単位マグネトロンと前記第１グループの第２単位マグネトロンとの間に、第１ドーズを有する第１ワイドイオンビームが生成され、前記第２グループの第１単位マグネトロンと前記第２グループの第２単位マグネトロンとの間には、前記第１ドーズと異なる大きさの第２ドーズを有する第２ワイドイオンビームが生成されるように、前記第１グループの第１単位マグネトロン及び第１グループの第２単位マグネトロンが相対向するように配置され、前記第２グループの第１単位マグネトロン及び前記第２グループの第２単位マグネトロンが相対向するように配置されることができる。

前記第１マグネトロンを構成する単位マグネトロンは、互いに離れて配置されて第１バイアスが印加される第１グループ及び第２グループの第１単位マグネトロンと、前記第１グループ及び第２グループの第１単位マグネトロンの間に配置されて前記第１バイアスと異なる大きさの第２バイアスが印加される第３グループの第１単位マグネトロンと、を有しても良い。

この場合、前記第１及び第２グループの第１単位マグネトロンと前記第１及び第２グループの第２単位マグネトロンとの間に、第１ドーズを有する第１ワイドイオンビームが生成され、前記第３グループの第１単位マグネトロン及び前記第３グループの第２単位マグネトロンとの間には、前記第１ドーズと異なる大きさの第２ドーズを有する第２ワイドイオンビームが生成されるように、前記第１及び第２グループの第１単位マグネトロンと第１及び第２グループの第２単位マグネトロンがそれぞれ相対向するように配置され、前記第３グループの第１単位マグネトロン及び前記第３グループの第２単位マグネトロンが相対向して配置されることができる。

上記他の目的を達成するために、本発明の一実施の形態による不均一イオン注入方法は、相異なる第１ドーズ及び第２ドーズを有する第１ワイドイオンビーム及び第２ワイドイオンビームからなるワイドイオンビームをウエハに照射する段階と、前記ワイドイオンビームが前記ウエハに照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させる段階と、を備える。

前記不均一イオン注入方法は、前記ワイドイオンビームと前記ウエハの全体面積のうち最大限でも半分以下の領域が重なるように前記ウエハを配置する段階をさらに備えることができる。

この場合、前記第１ワイドイオンビームは、前記ウエハの周縁部に隣接する領域と重なり、前記第２ワイドイオンビームは、前記ウエハの中心に隣接する領域と重なるようにすることができる。

また、前記不均一イオン注入方法は、前記ウエハを初期状態から上下または左右に一定距離だけ移動させて配置する段階をさらに備えることができる。

前記第１ワイドイオンビームは、前記第２ワイドイオンビームの両側に分けて形成されても良い。

この場合、前記ワイドイオンビームと前記ウエハの全体領域が重なるように前記ウエハを配置する段階をさらに備えることができる。

この場合、前記第１ワイドイオンビームは、前記ウエハの両縁部に隣接する領域と重なり、前記第２ワイドイオンビームは、前記ウエハの中心に隣接する領域に重なるようにすることができる。

さらに、前記ウエハを初期状態で上下または左右に一定距離だけ移動させて配置する段階を備えることができる。

前記ウエハは、２０〜１５００rpmの速度で回転されると好ましい。

前記ウエハは、複数回回転されることができる。

上記他の目的を達成するために、本発明の他の実施形態による不均一イオン注入方法は、相異なるドーズを有する複数のワイドイオンビームをウエハに照射する段階と、前記ワイドイオンビームが前記ウエハに照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させる段階と、を備えることを特徴とする 。

本発明による不均一イオン注入装置及びこれを用いたイオン注入方法によれば、ウエハを回転させながらそれぞれ異なるドーズのワイドイオンビームからなるワイドイオンビームをウエハに照射するため、異なる濃度で不純物イオンが注入される領域間の境界を滑らかな円形とすることができ、また、ワイドイオンビームに対するウエハの位置を適宜移動させられるため、それぞれ異なる濃度で不純物イオンが注入される領域の配置を適宜調節可能になるという利点が得られる。

以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明の実施の形態は様々に変形することができ、本発明の範囲が後述される実施の形態により限定されるものと解釈されてはいけない。

図３は、本発明による不均一イオン注入装置を示す図である。

同図において、不均一イオン注入装置は、イオンビームソースから送られてきたイオンビーム３０１を拡大及び縮小させる四極の磁極組立体３１０と、四極の磁極組立体３１０から伝送されるイオンビームを、ワイドイオンビームの形態に変形して出射するワイドイオンビーム生成器３２０と、帯電された粒子を加速させる加速器３３０とを備えてなる。また、図示せぬが、ウエハ１０１を一定速度、例えば、略２０〜１５００rpmの速度で回転させられるウエハ回転装置も備える。

四極の磁極組立体３１０は、４個の磁極間のすき間内に磁場を生成させる四極の磁極を有する。このような四極の磁極組立体３１０は、２個のＳ極及びＮ極をそれぞれ有する第１磁極組立体３１１及び第２磁極組立体３１２からなる。

ワイドイオンビーム生成器３２０は、四極の磁極組立体３１０から出射されるイオンビーム３０１を、ワイド形態のイオンビームに変形して出射するものの、マルチポール（multi-pole）マグネトロンからなり、領域別に不純物イオンの濃度を異ならせることができる。ワイドイオンビーム生成器３２０の詳細は後述される。

加速器３３０は、帯電された粒子を加速させる機能を担うもので、場合によってはワイドイオンビーム生成器３２０の前段に配置されても良い。

図４は、図３の不均一イオン注入装置のワイドイオンビーム生成器の一例を示す図である。図５は、ウエハと図４のワイドイオンビーム生成器をＡ方向から見た図である。

図４及び図５を参照すると、一例によるワイドイオンビーム生成器４００は、上下に互いに一定間隔ｄだけ離れて配置される上部マグネトロン４１０と下部マグネトロン４２０とからなる。上部マグネトロン４１０と下部マグネトロン４２０間の間隔ｄは、少なくともウエハの直径よりも大きい。特に、図５に示すように、上部マグネトロン４１０の下部面は、ウエハ１０１の最上部面よりも上に配置され、下部マグネトロン４２０の上部面は、ウエハ１０１の最下部面よりも下に配置される。上部マグネトロン４１０の幅ｗ及び下部マグネトロン４２０の幅ｗとも、ウエハの半径程度に該当する大きさを有する。従って、本例によるワイドイオンビーム生成器４００により生成されるワイドイオンビーム３０２は、ウエハ１０１の全体面積のほぼ半分に該当する面積を有する。

上部マグネトロン４１０は、一体型でない複数個の単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅ，４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃが互いに並んで付着されてなる。本例において単位上部マグネトロンの個数は８であるが、これは一例に過ぎず、これよりも少なくても多くても良い。それぞれの単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅ，４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃにはそれぞれ電源（図示せず）が接続され、この電源からグループ別に異なる大きさの電圧が印加される。すなわち、第１上部グループ４１１の第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅには、相対的に小さい大きさの電圧が印加され、第２上部グループ４１２の第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃには、相対的に大きい大きさの電圧が印加されることができる。逆に、第１上部グループ４１１の第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅには、相対的に大きい大きさの電圧が印加され、第２上部グループ４１２の第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃには、相対的に小さい大きさの電圧が印加されても良い。

下部マグネトロン４２０もまた、上部マグネトロン４１０と同様に、一体型でない複数個の単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅ，４２２ａ，４２２ｂ及び４２２ｃが互いに並んで付着されてなる。それぞれの単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅ，４２２ａ，４２２ｂ及び４２２ｃにはそれぞれ電源（図示せず）が接続され、この電源からグループ別に異なる大きさの電圧が印加される。すなわち、第１下部グループ４２１の第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅには、相対的に小さい大きさの電圧が印加され、第２下部グループ４２２の第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ及び４２２ｃには、相対的に大きい大きさの電圧が印加されることができる。逆に、第１下部グループ４１１の第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅには、相対的に大きい大きさの電圧が印加され、第２下部グループ４１２の第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ及び４２２ｃには、相対的に小さい大きさの電圧が印加されても良い。

上部マグネトロン４１０の第１上部グループ４１１に含まれる第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅと下部マグネトロン４２０の第１下部グループ４２１に含まれる第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅのそれぞれは、垂直方向に一定間隔ｄだけ離れて相対向するように配置される。これと同様に、上部マグネトロン４１０の第２上部グループ４１２に含まれる第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ及び４１２ｃと下部マグネトロン４２０の第２下部グループ４２２に含まれる第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ及び４２２ｃのそれぞれもまた、垂直方向に一定間隔ｄだけ離れて相対向するように配置される。

したがって、第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅと第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅに相対的に高い電圧が印加され、第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃと第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃに相対的に低い電圧が印加される場合には、ワイドイオンビームのうち、第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅと第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅとの間のワイドイオンビームは、相対的に高いドーズを有するように形成され、第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃと第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃとの間のワイドイオンビームは、相対的に低いドーズを有するように形成される。

逆に、第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅと第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅに相対的に低い電圧が印加され、第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃと第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃに相対的に高い電圧が印加される場合には、ワイドイオンビームのうち、第１単位上部マグネトロン４１１ａ，…，４１１ｅと第１単位下部マグネトロン４２１ａ，…，４２１ｅとの間のワイドイオンビームは、相対的に低いドーズを有するように形成され、第２単位上部マグネトロン４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃと第２単位下部マグネトロン４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃとの間のワイドイオンビームは、相対的に高いドーズを有するように形成されることは勿論である。

本例が適用された不均一イオン注入装置では、上記の構造を有するワイドイオンビーム生成器４００を用いて、それぞれ異なるドーズのワイドイオンビームからなるワイドイオンビーム３０２をウエハ１０１に照射する。ワイドイオンビーム生成器４００により生成されるワイドイオンビーム３０２の面積に重なるウエハ１０１の面積は、ウエハ１０１の全体面積のほぼ１／２となる。従って、ワイドイオンビーム３０２内の不純物イオンは、ウエハ１０１の半分に該当する面積に対してのみ注入される。ワイドイオンビーム３０２がウエハ１０１に照射される間に、ウエハ１０１は、図５において矢印で示すように、一定方向に回転される。図面では時計方向に回転させる例を示しているが、反対方向である反時計回り方向に回転させても良い。すなわち、ウエハ１０１が回転しながら、ウエハ１０１の半分に該当する面積に対してのみ不純物イオンが注入され、特に、ワイドイオンビーム３０２がそれぞれ異なるドーズを有するワイドイオンビームから構成されているので、ウエハ１０１の中心部と周縁部にはそれぞれ異なる濃度の不純物イオンが注入される。

図６及び図７は、図４及び図５のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法を説明するための図である。

まず、図６を参照すると、相対的に低い第１ドーズの第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と、相対的に高い第２ドーズの第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２とからなるワイドイオンビーム３０２を形成する。第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１は、第１グループ４１１内の各単位上部マグネトロンと第１下部グループ４２１内の各単位下部マグネトロンにより生成され、第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２は、第２上部グループ４１２内の各単位上部マグネトロンと第２下部グループ４２２内の各単位下部マグネトロンにより生成される。図面では第１上部グループ４１１、第２上部グループ４１２、第１下部グループ４２１及び第２下部グループ４２２内の単位マグネトロンを具体的に示していないが、これは、図面の簡略化のためのもので、実際には、図４及び図５に示すように、複数個の単位マグネトロンが存在する。

本例のように、相対的に低い第１ドーズの第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と相対的に高い第２ドーズの第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２を形成するためには、第１上部グループ４１１内の第１単位上部マグネトロンと第１下部グループ４２１内の第１単位下部マグネトロンには相対的に低い電圧を印加し、第２上部グループ４１２内の第２単位上部マグネトロンと第２下部グループ４２２内の第２単位下部マグネトロンには相対的に高い電圧を印加する。もし、ドーズを反対にしたい場合には、印加される電圧の大きさを変えれば良い。

上記のような条件でイオン注入を行うと、図５及び図６に示すように、ワイドイオンビーム３０２と重なるウエハ１０１の左側に対してのみイオン注入がなされる。この場合、第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２の境界に該当する垂直線により、ウエハ１０１に注入される不純物イオンの濃度はウエハ１０１の周縁部に隣接する領域と中心に隣接する領域とに区別される。つまり、第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１によりウエハ１０１の周縁部に隣接する領域には相対的に低い第１ドーズの不純物イオンが注入され、第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２によりウエハ１０１の中心に隣接する領域には相対的に高い第２ドーズの不純物イオンが注入される。

このようなイオン注入がウエハ１０１の全体面積にわたってなされるようにするためには、ワイドイオンビーム３０２がウエハ１０１に照射される間に、ウエハ１０１を、図面において矢印で表すように、一定方向に回転させる。回転速度は、略２０〜１５００rpmとする。イオン注入がなされる間にウエハ１０１が連続して回転することによって、ウエハ１０１の全領域にわたってイオン注入がなされる。このようにウエハ１０１を回転させながら、ワイドイオンビーム３０２をウエハ１０１に照射すると、図７に示すように、ウエハ１０１の不純物イオンが注入された領域は、相対的に高い濃度の不純物イオンが注入される第１領域１０１−１と、相対的に低い濃度の不純物イオンが注入される第２領域１０１−２とに区分される。ここで、第１領域１０１−１は、ウエハ１０１の中心領域であり、第２領域１０１−２は、ウエハ１０１の周縁領域である。第１領域１０１−１は、ウエハ１０１が３６０゜回転する間に継続して第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２によりイオン注入された領域である。第２領域１０１−２は、ウエハ１０１が３６０゜回転する間に、一区間では第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１によりイオン注入がなされ、他の区間では第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２によりイオン注入がなされた領域である。従って、イオン注入が完全に終わった後には、第１領域１０１−１における不純物イオンの濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度に比べてより高くなる。

このように、ウエハ１０１を回転させながらワイドイオンビーム３０２をウエハ１０１に照射する一連の過程は、連続的に行われる。従って、ウエハ１０１の全領域にわたって不純物イオンが連続して注入され、その結果、第１領域１０１−１と第２領域１０１−２との境界線は滑らかな円形となる。ここでは、ウエハ１０１の回転を３６０゜回転、すなわち１回転としたが、それより多い複数回回転にしても良い。ウエハ１０１が多く回転するほど、第１領域１０１−１と第２領域１０１−２との境界線は一層円形となることは当然である。

図８は、図３の不均一イオン注入装置のワイドイオンビーム生成器の他の例を示す図である。図９は、ウエハと図８のワイドイオンビーム生成器をＡ方向から見た図である。

図８及び図９を参照すると、本例によるワイドイオンビーム生成器５００もまた、上下に互いに一定間隔ｄ’だけ離れて配置される上部マグネトロン５１０と下部マグネトロン５２０とから構成される。上部マグネトロン５１０と下部マグネトロン５２０間の間隔ｄ’は少なくともウエハ１０１の直径よりも大きいという点では、上記一例によるワイドイオンビーム生成器４００の場合と同様である。従って、本例でも、上部マグネトロン５１０の下部面は、ウエハ１０１の最上部面よりも上に配置され、下部マグネトロン５２０の上部面は、ウエハ１０１の最下部面よりも下に配置される。しかしながら、上部マグネトロン５１０の幅ｗ’及び下部マグネトロン５２０の幅ｗ’とも、略ウエハ１０１の直径に該当する大きさを有する点では上記一例によるワイドイオンビーム生成器４００の場合と異なっている。従って、本例によるワイドイオンビーム生成器５００により生成されたワイドイオンビーム３０２’は、ウエハ１０１の全体面積よりも大きい断面積を有し、ウエハ１０１の全体面積に重なる。

上部マグネトロン５１０は、一体型でない複数個の単位上部マグネトロン５１１ａ，…，５１１ｅ，５１２ａ，…，５１２ｅ，５１３ａ，５１３ｂ及び５１３ｃが並んで互いに付着されてなる。第１単位上部マグネトロン５１１ａ，…，５１１ｅと第２単位上部マグネトロン５１２ａ，…，５１２ｅは両端部に配置されてそれぞれ第１上部グループ５１１及び第２上部グループ５１２を構成し、それらの間には第３単位上部マグネトロン５１３ａ，５１３ｂ，５１３ｃが第３上部グループ５１３として配置される。それぞれの単位上部マグネトロン５１１ａ，…，５１１ｅ，５１２ａ，…，５１２ｅ，５１３ａ，５１３ｂ及び５１３ｃにはそれぞれ電源（図示せず）が接続され、この電源からグループ別に異なる大きさの電圧が印加される。すなわち、第１単位上部マグネトロン５１１ａ，…，５１１ｅ及び第２単位上部マグネトロン５１２ａ，…，５１２ｅには相対的に小さい大きさの電圧が印加され、第３単位上部マグネトロン５１３ａ，５１３ｂ及び５１３ｃには相対的に大きい大きさの電圧が印加される。逆の場合も成立することは当然である。

下部マグネトロン５２０もまた、一体型でない複数個の単位下部マグネトロン５２１ａ，…，５２１ｅ，５２２ａ，…，５２２ｅ，５２３ａ，５２３ｂ及び５２３ｃが並んで互いに付着されてなる。第１単位下部マグネトロン５２１ａ，…，５２１ｅと第２単位下部マグネトロン５２２ａ，…，５２２ｅは両端部に配置されてそれぞれ第１下部グループ５２１及び第２下部グループ５２２を構成し、それらの間には第３単位下部マグネトロン５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃが第３下部グループ５２３として配置される。それぞれの単位下部マグネトロン５２１ａ，…，５２１ｅ，５２２ａ，…，５２２ｅ，５２３ａ，５２３ｂ及び５２３ｃにはそれぞれ電源（図示せず）が接続され、この電源からグループ別に異なる大きさの電圧が印加される。すなわち、第１単位下部マグネトロン５２１ａ，…，５２１ｅ及び第２単位下部マグネトロン５２２ａ，…，５２２ｅには相対的に小さい大きさの電圧が印加され、第３単位下部マグネトロン５２３ａ，５２３ｂ及び５２３ｃには相対的に大きい大きさの電圧が印加される。逆の場合も成立することは当然である。

第１単位上部マグネトロン５１１ａ，…，５１１ｅ及び第２単位上部マグネトロン５１２ａ，…，５１２ｅは、第１単位下部マグネトロン５２１ａ，…，５２１ｅ及び第２単位下部マグネトロン５２２ａ，…，５２２ｅとそれぞれ垂直方向に一定間隔ｄ’だけ離れて相対向するように配置される。同様に、第３単位上部マグネトロン５１３ａ，５１３ｂ及び５１３ｃと第３単位下部マグネトロン５２３ａ，５２３ｂ及び５２３ｃのそれぞれも垂直方向に一定間隔ｄ’だけ離れて相対向するように配置される。

従って、第１単位上部マグネトロン５１１ａ，…，５１１ｅと第１単位下部マグネトロン５２１ａ，…，５２１ｅに相対的に低い電圧が印加されると、それらの間には相対的に低いドーズの第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１が形成される。同様に、第２単位上部マグネトロン５１２ａ，…，５１２ｅと第２単位下部マグネトロン５２２ａ，…，５２２ｅに相対的に低い電圧が印加されると、それらの間にもまた相対的に低いドーズの第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２が形成される。一方、第３単位上部マグネトロン５１３ａ，５１３ｂ，５１３ｃと第３単位下部マグネトロン５２３ａ，５２３ｂ，５２３ｃに相対的に低い電圧が印加されると、それら間には相対的に高いドーズの第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３が形成される。逆に、第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１と第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２が相対的に高いドーズを有するようにし、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３が相対的に低いドーズを有するようにすることも可能である。

本例が適用される不均一イオン注入装置においても上記構造を有するワイドイオンビーム生成器５００を用いてそれぞれ異なるドーズのワイドイオンビームを有するワイドイオンビーム３０２'をウエハ１０１に照射する。ワイドイオンビーム生成器５００により生成されるワイドイオンビーム３０２'の面積に重なるウエハ１０１の面積は、ウエハ１０１の全体面積となる。ワイドイオンビーム３０２'がウエハ１０１に照射される間に、ウエハ１０１は、図９において矢印で示すように、一定方向に回転される。図面には時計回り方向に回転させる例が示されているが、反対方向である反時計回り方向に回転させても良い。すなわち、ウエハ１０１が回転しながら、ウエハ１０１の全体面積に対して不純物イオンが注入され、特に、ワイドイオンビーム３０２'がそれぞれ異なるドーズを有するワイドイオンビームから構成されているので、ウエハ１０１の中心部と周縁部には異なる濃度の不純物イオンが注入される。

具体的に説明すると、ウエハ１０１が回転し始まる初期状態では、ワイドイオンビーム３０２'は、相対的に低い第１ドーズの第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２と、相対的に高い第２ドーズの第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３とを含む。上にも述べたように、第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１は、第１上部グループ５１１内の第１単位上部マグネトロンと第１下部グループ５２１内の第１単位下部マグネトロンにより生成され、第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２は、第２上部グループ５１２内の第２単位上部マグネトロンと第２下部グループ５２２内の第２単位下部マグネトロンにより生成される。また、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３は、第３上部グループ５１３内の第３単位上部マグネトロンと第３下部グループ５２３内の第３単位下部マグネトロンにより生成される。

本例のように、相対的に低い第１ドーズの第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２と、相対的に高い第３ドーズの第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３を生成するためには、第１及び第２上部グループ５１１，５１２内の第１及び第２単位上部マグネトロンと第１及び第２下部グループ５２１，５２２内の第１及び第２単位下部マグネトロンには相対的に低い電圧を印加し、第３上部グループ５１３内の第３単位上部マグネトロンと第３下部グループ５２３内の第３単位下部マグネトロンには相対的に高い電圧を印加する。仮に、ドーズを反対にしたい場合には、印加される電圧の大きさを変えれば良い。

前記のような条件でイオン注入を行うと、ウエハ１０１の全体面積に対してイオン注入がなされる。この場合、第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１と第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３との境界に対応する垂直線と、第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２と第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３の境界に対応する垂直線により、ウエハ１０１に注入される不純物イオンの濃度は、ウエハ１０１の左右側の周縁領域と中心領域とに区別される。つまり、第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２によりウエハ１０１の左右側の周縁領域には相対的に低い第１ドーズの不純物イオンが注入され、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３によりウエハ１０１の中心領域には相対的に高い第２ドーズの不純物イオンが注入される。

このようなイオン注入は、ウエハ１０１の回転によりウエハ１０１の全領域にわたって同一に行われる。ウエハ１０１が３６０゜回転する間に、上記のイオン注入が連続して行われることによって、図７に示すように、ウエハ１０１内の不純物イオンが注入された領域は、相対的に高い濃度の不純物イオンが注入される第１領域１０１−１と相対的に低い濃度の不純物イオンが注入される第２領域１０１−２とに区分される。ここで、第１領域１０１−１は、ウエハ１０１の中心領域であり、第２領域１０１−２は、ウエハ１０１の周縁部領域である。第１領域１０１−１は、ウエハ１０１が３６０゜回転する間に、継続して第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３によりイオン注入がなされた領域である。第２領域１０１−２は、ウエハ１０１が３６０゜回転する間に、一区間では第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１によりイオン注入がなされ、他の区間では第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２によりイオン注入がなされ、さらに他の区間では第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３によりイオン注入がなされた領域である。従って、イオン注入が完全に終わった後には、第１領域１０１−１における不純物イオンの濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度に比べてより高くなる。

このように、ウエハ１０１を回転させながらワイドイオンビーム３０２'をウエハ１０１に照射する一連の過程は、連続的に行われる。従って、ウエハ１０１の全領域にわたって不純物イオンが連続して注入され、その結果、第１領域１０１−１と第２領域１０１−２との境界線は滑らかな円形となる。ここでは、ウエハ１０１の回転を３６０゜回転、すなわち１回転としたが、それより多い複数回の回転にしても良い。ウエハ１０１が多く回転するほど、第１領域１０１−１と第２領域１０１−２との境界線は、より滑らかな円形となることは当然である。

図１０及び図１１は、本発明の一実施の形態による不均一イオン注入装置を用いた不均一イオン注入方法の第１例を説明するための図である。

図１０及び図１１を参照すると、本例で使用する不均一イオン注入装置は、図４及び図５に示したワイドイオンビーム生成器４００を採用している。従って、本例においてワイドイオンビーム生成器４００についての説明は省かれる。本例による不均一イオン注入方法では、ワイドイオンビーム生成器４００に対するウエハ１０１の位置を変更した状態で、図面中の矢印方向にウエハ１０１を回転させながら、ワイドイオンビーム生成器４００により生成されたワイドイオンビーム３０２を連続してウエハ１０１に照射する。

具体的に説明すると、ウエハ１０１のフラットゾーン（flat zone）１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置をＹ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の上部の一部領域、すなわち上部マグネトロン４１０の上部に在る領域は、ワイドイオンビーム３０２と重ならず、よって、この領域には不純物イオンが注入されない。一方、ウエハ１０１の残り領域の一部、すなわち、上部マグネトロン４１０と下部マグネトロン４２０との間に在る領域のうち左側の半分領域はワイドイオンビーム３０２と重なり、よって、この領域にのみ不純物イオンが注入される。

ワイドイオンビーム３０２は、第１上部グループ４１１及び第１下部グループ４２１により相対的に低い（または、高い）ドーズを有するように形成される第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と、第２上部グループ４１２及び第２下部グループ５１２により相対的に高い（または、低い）ドーズを有するように形成される第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２とからなる。従って、ワイドイオンビーム３０２を上記のようにウエハ１０１の一定領域に照射されるように配置した状態でウエハ１０１を回転させることによって、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入される。

第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１が第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２よりも低いドーズを有する場合、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも高く、これと逆の場合には、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも低い。ここで、第１領域１０１−１は、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆ側に偏って配置されているが、これは、ウエハ１０１の初期配置状態がＹ方向に一定距離だけ上向配置された状態であるためである。このようにウエハ１０１の初期配置状態をＹ方向に適宜調節することによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置を、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆに適宜偏らせることができる。

図１２及び図１３は、本発明の一実施の形態による不均一イオン注入装置を用いた不均一イオン注入方法の第２例を説明するための図である。

図１２及び図１３を参照すると、本例で使用する不均一イオン注入装置もまた、図４及び図５に示したワイドイオンビーム生成器４００を採用している。従って、本例においてもワイドイオンビーム生成器４００についての説明は省かれる。本例による不均一イオン注入方法において、ワイドイオンビーム生成器４００に対するウエハ１０１の位置を変更した状態で、図面中の矢印方向にウエハ１０１を回転させながら、ワイドイオンビーム生成器４００により生成されたワイドイオンビーム３０２を連続してウエハ１０１に照射する。

具体的に説明すると、ウエハ１０１のフラットゾーン（flat zone）１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置をＹ方向と逆の方向、つまり−Ｙ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の下部の一部領域、すなわち下部マグネトロン４２０の下側に在る領域はワイドイオンビーム３０２と重ならず、よって、この領域には不純物イオンが注入されない。一方、ウエハ１０１の残り領域の一部、すなわち上部マグネトロン４１０と下部マグネトロン４２０との間に在る領域のうち左側の半分領域は、ワイドイオンビーム３０２と重なり、よって、この領域にのみ不純物イオンが注入される。相対的に低い（または、高い）ドーズを有するように形成される第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と、相対的に高い（または、低い）ドーズを有するように形成される第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２とからなるワイドイオンビーム３０２を、上記のようにウエハ１０１の一定領域に照射されるように配置した状態でウエハ１０１を回転させることによって、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入される。ここで、第１領域１０１−１はウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆ側とは反対方向に偏って配置され、これは、ウエハ１０１の初期配置状態が−Ｙ方向に一定の距離だけ下向配置された状態であるためである。このようにウエハ１０１の初期配置状態を-Ｙ方向に適宜調節することによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆの反対方向に向かって適宜偏らせることができる。

図１４及び図１５は、本発明の一実施の形態による不均一イオン注入装置を用いた不均一イオン注入方法の第３例を説明するための図である。

図１４及び図１５を参照すると、本例で使用する不均一イオン注入装置もまた、図４及び図５に示したワイドイオンビーム生成器４００を採用している。従って、本例においてもワイドイオンビーム生成器４００についての説明は省かれる。本例による不均一イオン注入方法において、ワイドイオンビーム生成器４００に対するウエハ１０１の位置を変更した状態で、図面中の矢印方向にウエハ１０１を回転させながら、ワイドイオンビーム生成器４００により生成されたワイドイオンビーム３０２を連続してウエハ１０１に照射する。

具体的に説明すると、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置をＸ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の右側領域及び左側領域の中央に隣接する一定領域は、ワイドイオンビーム３０２と重ならず、よって、この領域には不純物イオンが注入されない。一方、ウエハ１０１の残りの左側領域はワイドイオンビーム３０２と重なり、よって、この領域にのみ不純物イオンが注入される。相対的に低い（または、高い）ドーズを有するように形成される第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と、相対的に高い（または、低い）ドーズを有するように形成される第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２とからなるワイドイオンビーム３０２を、上記のようにウエハ１０１の一定領域に照射されるように配置した状態でウエハ１０１を回転させることによって、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入される。ここで、第１領域１０１−１はウエハ１０１の−Ｘ方向である左側方向へより偏るように配置され、これは、ウエハ１０１の初期配置状態がＸ方向に一定の距離だけ左向配置された状態であるためである。このようにウエハ１０１の初期配置状態をＸ方向に適宜調節することによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１の左側に適宜偏らせることができる。

図１６及び図１７は、本発明の一実施の形態による不均一イオン注入装置を用いた不均一イオン注入方法の第４例を説明するための図である。

図１６及び図１７を参照すると、本例で使用する不均一イオン注入装置もまた、図４及び図５に示したワイドイオンビーム生成器４００を採用している。従って、本例においてもワイドイオンビーム生成器４００についての説明は省かれる。本例による不均一イオン注入方法において、ワイドイオンビーム生成器４００に対するウエハ１０１の位置を変更した状態で、図面中の矢印方向にウエハ１０１を回転させながら、ワイドイオンビーム生成器４００により生成されたワイドイオンビーム３０２を連続してウエハ１０１に照射する。

具体的に説明すると、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置を−Ｘ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の右側領域の一部と左側領域の一部がワイドイオンビーム３０２と重ならず、よってこの領域には不純物イオンが注入されない。一方、不純物イオンが注入されないウエハ１０１の右側領域の一部と左側領域の一部との間の領域は、ワイドイオンビーム３０２と重なり、よってこの領域にのみ不純物イオンが注入される。相対的に低い（または、高い）ドーズを有するように形成される第１ワイドイオンビーム３０２ａ−１と、相対的に高い（または、低い）ドーズを有するように形成される第２ワイドイオンビーム３０２ａ−２とからなるワイドイオンビーム３０２を、上記のようにウエハ１０１の一定領域に照射されるように配置した状態でウエハ１０１を回転させることによって、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２に、それぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入される。ここで、第１領域１０１−１は、ウエハ１０１のＸ方向側である右側方向へより偏るように配置され、これは、ウエハ１０１の初期配置状態が−Ｘ方向に一定の距離だけ右向配置された状態であるためである。このようにウエハ１０１の初期配置状態を−Ｘ方向に適宜調節することによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１の右側に適宜偏らせることができる。

図１８乃至図２１は、本発明の他の実施の形態による不均一イオン注入装置を用いた不均一イオン注入方法の様々な例を説明するための図である。図１８乃至図２１に示す不均一イオン注入装置は、図８及び図９に示したワイドイオンビーム生成器５００を採用しており、従って、以下ではワイドイオンビーム生成器５００についての重複説明は省かれる。

まず、図１８に示す例は、図１１に示すように、ウエハ１０１の第１領域１０１−１を下部に偏らせるためのものである。つまり、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置をＹ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の上部の一部領域、すなわち上部マグネトロン５１０の上部に在る領域はワイドイオンビーム３０２'と重ならず、よってこの領域には不純物イオンが注入されない。一方、ウエハ１０１の残り領域、すなわち、上部マグネトロン５１０と下部マグネトロン５２０との間に在る領域はワイドイオンビーム３０２'と重なり、よってこの領域にのみ不純物イオンが注入される。ワイドイオンビーム３０２は、第１上部グループ５１１及び第１下部グループ５２１と第２上部グループ５１２及び第２下部グループ５２２により相対的に低い（または、高い）ドーズを有するように形成される第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２と、第３上部グループ５１３及び第３下部グループ５２３により相対的に高い（または、低い）ドーズを有するように形成される第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３とを含む。第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３は中央に配置され、第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２は、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３の両側にそれぞれ配置される。

このように構成されるワイドイオンビーム３０２'にウエハ１０１の上部が重ならないようにウエハ１０１を配置した状態で、ウエハ１０１を回転させながらワイドイオンビーム３０２'をウエハ１０１に照射する。こうすると、図１１に示すように、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入され、特に、第１領域１０１−１はウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆ側へより偏るように形成される。第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２が第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３よりも低いドーズを有する場合、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも高く、その逆の場合には、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも低い。このようにウエハ１０１の初期配置状態をＹ方向に適宜調節することによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆに適宜偏らせることができる。

次に、図１９に示す例は、図１３に示すように、ウエハ１０１の第１領域１０１−１を上部に偏らせるためのものである。つまり、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置を−Ｙ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の下部領域、すなわち下部マグネトロン５２０の下部に在る領域はワイドイオンビーム３０２'と重ならず、よってこの領域には不純物イオンが注入されない。一方、ウエハ１０１の残り領域、すなわち上部マグネトロン５１０と下部マグネトロン５２０との間に在る領域は、ワイドイオンビーム３０２'と重なり、よってこの領域にのみ不純物イオンが注入される。

このようにワイドイオンビーム３０２'にウエハ１０１の下部が重ならないようにウエハ１０１を配置した状態で、ウエハ１０１を回転させながらワイドイオンビーム３０２'をウエハ１０１に照射する。こうすると、図１３に示すように、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入され、特に、第１領域１０１−１は、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆの反対側へより偏るように形成される。第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２が、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３よりも低いドーズを有する場合、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも高く、その逆の場合には、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも低い。このようにウエハ１０１の初期配置状態をＹ方向と反対方向の−Ｙ方向に適宜調節することによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆの反対側に適宜偏らせることができる。

次いで、図２０に示す例は、図１５に示すように、ウエハ１０１の第１領域１０１−１を左側に偏らせるためのものである。つまり、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置をＸ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の右側領域の一部領域は、ワイドイオンビーム３０２'と重ならず、よってこの領域には不純物イオンが注入されない。一方、不純物イオンが注入されない右側の一部領域以外のウエハ１０１の残り領域は、ワイドイオンビーム３０２'と重なり、よってこの領域にのみ不純物イオンが注入される。

このようにワイドイオンビーム３０２'にウエハ１０１の右側領域の一部領域が重ならないようにウエハ１０１を配置した状態で、ウエハ１０１を回転させながらワイドイオンビーム３０２'をウエハ１０１に照射する。こうすると、図１５に示すように、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入され、特に、第１領域１０１−１はウエハ１０１の左側へより偏るように形成される。第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２が、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３よりも低いドーズを有する場合、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも高く、その逆の場合には、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも低い。このようにウエハ１０１の初期配置状態をＸ方向に適宜移動させることによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１の左側に適宜偏らせることができる。

また、図２１に示す例は、図１７に示すように、ウエハ１０１の第１領域１０１−１を右側に偏らせるためのものである。つまり、ウエハ１０１のフラットゾーン１０１ｆが下部にくるようにウエハ１０１を配置するとともに、ウエハ１０１の全体的な位置を−Ｘ方向に一定距離だけ移動させる。こうすると、ウエハ１０１の左側領域の一部領域はワイドイオンビーム３０２'と重ならず、よってこの領域には不純物イオンが注入されない。一方、不純物イオンが注入されない左側の一部領域以外のウエハ１０１の残り領域は、ワイドイオンビーム３０２'と重なり、よってこの領域にのみ不純物イオンが注入される。

このようにワイドイオンビーム３０２'にウエハ１０１の左側領域の一部領域が重ならないようにウエハ１０１を配置した状態で、ウエハ１０１を回転させながらワイドイオンビーム３０２'をウエハ１０１に照射する。こうすると、図１７に示すように、円形の境界線１０１ａにより区分されるウエハ１０１の第１領域１０１−１と第２領域１０１−２にそれぞれ異なるドーズの不純物イオンが注入され、特に、第１領域１０１−１はウエハ１０１の右側へより偏るように形成される。第１ワイドイオンビーム３０２ｂ−１及び第２ワイドイオンビーム３０２ｂ−２が、第３ワイドイオンビーム３０２ｂ−３よりも低いドーズを有する場合、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも高く、その逆の場合には、第１領域１０１−１における不純物濃度が第２領域１０１−２における不純物濃度よりも低い。このようにウエハ１０１の初期配置状態を−Ｘ方向に適宜移動させることによって、ウエハ１０１の第１領域１０１−１の位置をウエハ１０１の右側に適宜偏らせることができる。

図２２は、従来のイオン注入により表れるしきい電圧の累積確率と、本発明による不均一イオン注入により表れるしきい電圧の累積確率を比較するために示すグラフである。

図２２に示すように、従来のイオン注入により表れるしきい電圧の累積確率（Ａ）は、相対的に広い範囲（Ａ１）で表れるのに対し、本発明による不均一イオン注入により表れるしきい電圧の累積確率（Ｂ）は、相対的に狭い範囲（Ｂ１）で表れる。従って、本発明ではウエハ全体にわたってしきい電圧の不均一性が改善されたことがわかる。

以上では本発明を具体例に挙げて説明してきたが、本発明は、これら具体例に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、当分野で通常の知識を持つ者によって各種の変形が可能であることは言うまでもない。

従来のイオン注入装置を概略的に示す図である。 図１のウエハに対するＹ方向スキャナ装置を説明するための図である。 本発明によるイオン注入装置を概略的に示す図である。 図３に適用されるワイドイオンビーム生成器の一例を示す図である。 図４のワイドイオンビーム生成器とウエハをＡ方向から見た図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法を説明するための図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法を説明するための図である。 図３に適用されるワイドイオンビーム生成器の他の例を示す図である。 図８のワイドイオンビーム生成器とウエハをＡ方向から見た図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第１例を説明するための図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第１例を説明するための図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第２例を説明するための図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第２例を説明するための図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第３例を説明するための図である。 図４のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第３例を説明するための図である。 図３のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第４例を説明するための図である。 図３のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の第４例を説明するための図である。 図８のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の様々な例を説明するための図である。 図８のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の様々な例を説明するための図である。 図８のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の様々な例を説明するための図である。 図８のワイドイオンビーム生成器を用いた不均一イオン注入方法の様々な例を説明するための図である。 従来のイオン注入により表れるしきい電圧の累積確率と本発明による不均一イオン注入により表れるしきい電圧の累積確率を比較するためのグラフである。

符号の説明

１０１ ウエハ、１０２・３０１ ビーム、１１０、３１０ 磁極組立体、１２０ Ｘ−スキャナ、２１０ Ｙ駆動軸、２２０ 駆動装置、３０２ ワイドイオンビーム、３２０・４００ ワイドイオンビーム生成器、４１０ 上部マグネトロン、４２０ 下部マグネトロン。

Claims (26)

1. ウエハの全体領域のうち少なくとも２箇所以上の領域にそれぞれ照射される複数のワイドイオンビームからなるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、
   前記ワイドイオンビーム生成器により形成されたワイドイオンビームが照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、
   を備えることを特徴とする不均一イオン注入装置。
2. 前記複数のワイドイオンビームのうち、少なくともいずれか一つのワイドイオンビームは、少なくともいずれか他のワイドイオンビームと異なるドーズを有することを特徴とする請求項１に記載の不均一イオン注入装置。
3. ウエハの第１領域及び第２領域にそれぞれ照射される第１ワイドイオンビーム及び第２ワイドイオンビームからなるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、
   前記ワイドイオンビーム生成器により形成されたワイドイオンビームが照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、
   を備えることを特徴とする不均一イオン注入装置。
4. 前記第１ワイドイオンビーム及び第２ワイドイオンビームは、互いに異なるドーズを有することを特徴とする請求項３に記載の不均一イオン注入装置。
5. 前記第１領域及び第２領域は、前記ウエハの全体面積の１/２に該当する領域であることを特徴とする請求項３に記載の不均一イオン注入装置。
6. 前記第１領域及び第２領域は、垂直方向への境界線により区分されることを特徴とする請求項５に記載の不均一イオン注入装置。
7. 前記第１領域は、前記境界線を基準に前記ウエハの周縁部に隣接する領域であり、前記第２領域は、前記境界線を基準に前記ウエハの中央に隣接する領域であることを特徴とする請求項６に記載の不均一イオン注入装置。
8. 前記第１領域及び第２領域は、前記ウエハの全体面積に該当する領域であることを特徴とする請求項３に記載の不均一イオン注入装置。
9. 前記第１領域及び第２領域は、垂直方向への第１境界線及び第２境界線により区分されることを特徴とする請求項８に記載の不均一イオン注入装置。
10. 前記第１領域は、前記第１境界線及び第２境界線を基準に前記ウエハの周縁部に隣接する領域であり、前記第２領域は、前記第１境界線及び第２境界線を基準に前記ウエハの中央に隣接する領域であることを特徴とする請求項９に記載の不均一イオン注入装置。
11. 一連の複数個の単位第１マグネトロンから構成される第１マグネトロンと、これら単位第１マグネトロンと一定間隔だけ離れて相対向するように配置される一連の複数個の単位第２マグネトロンから構成される第２マグネトロンと、を備えてなり、前記第１マグネトロン及び第２マグネトロン間のウエハの領域に照射されるワイドイオンビームを形成するワイドイオンビーム生成器と、
    前記ワイドイオンビーム生成器により形成されるワイドイオンビームが照射されるウエハを一定方向に回転させるウエハ回転装置と、
    を備えることを特徴とする不均一イオン注入装置。
12. 前記第１マグネトロンを構成する単位マグネトロンは、第１バイアスが印加される第１グループの第１単位マグネトロンと、前記第１バイアスと異なる大きさの第２バイアスが印加される第２グループの第１単位マグネトロンと、を含み、
    前記第２マグネトロンを構成する単位マグネトロンは、前記第１バイアスが印加される第１グループの第２単位マグネトロンと、前記第２バイアスが印加される第２グループの第２単位マグネトロンと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の不均一イオン注入装置。
13. 前記第１グループの第１単位マグネトロンと前記第１グループの第２単位マグネトロンとの間に、第１ドーズを有する第１ワイドイオンビームが生成され、前記第２グループの第１単位マグネトロンと前記第２グループの第２単位マグネトロンとの間には、前記第１ドーズと異なる大きさの第２ドーズを有する第２ワイドイオンビームが生成されるように、前記第１グループの第１単位マグネトロン及び第１グループの第２単位マグネトロンが相対向するように配置され、前記第２グループの第１単位マグネトロン及び前記第２グループの第２単位マグネトロンが相対向するように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の不均一イオン注入装置。
14. 前記第１マグネトロンを構成する単位マグネトロンは、互いに離れて配置されて第１バイアスが印加される第１グループ及び第２グループの第１単位マグネトロンと、前記第１グループ及び第２グループの第１単位マグネトロンの間に配置されて前記第１バイアスと異なる大きさの第２バイアスが印加される第３グループの第１単位マグネトロンと、を有することを特徴とする請求項１１に記載の不均一イオン注入装置。
15. 前記第１及び第２グループの第１単位マグネトロンと前記第１及び第２グループの第２単位マグネトロンとの間に、第１ドーズを有する第１ワイドイオンビームが生成され、前記第３グループの第１単位マグネトロン及び前記第３グループの第２単位マグネトロンとの間には、前記第１ドーズと異なる大きさの第２ドーズを有する第２ワイドイオンビームが生成されるように、前記第１及び第２グループの第１単位マグネトロンと第１及び第２グループの第２単位マグネトロンがそれぞれ相対向するように配置され、前記第３グループの第１単位マグネトロン及び前記第３グループの第２単位マグネトロンが相対向して配置されることを特徴とする請求項１４に記載の不均一イオン注入装置。
16. 相異なる第１ドーズ及び第２ドーズを有する第１ワイドイオンビーム及び第２ワイドイオンビームからなるワイドイオンビームをウエハに照射する段階と、
    前記ワイドイオンビームが前記ウエハに照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させる段階と、を備えることを特徴とする不均一イオン注入方法。
17. 前記ワイドイオンビームと前記ウエハの全体面積のうち最大限でも半分以下の領域が重なるように前記ウエハを配置する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の不均一イオン注入方法。
18. 前記第１ワイドイオンビームは、前記ウエハの周縁部に隣接する領域と重なり、前記第２ワイドイオンビームは、前記ウエハの中心に隣接する領域と重なるようにすることを特徴とする請求項１７に記載の不均一イオン注入方法。
19. 前記ウエハを初期状態から上下または左右に一定距離だけ移動させて配置する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の不均一イオン注入方法。
20. 前記第１ワイドイオンビームは、前記第２ワイドイオンビームの両側に分けて形成されることを特徴とする請求項１６に記載の不均一イオン注入方法。
21. 前記ワイドイオンビームと前記ウエハの全体領域が重なるように前記ウエハを配置する段階をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の不均一イオン注入方法。
22. 前記第１ワイドイオンビームは、前記ウエハの両縁部に隣接する領域と重なり、前記第２ワイドイオンビームは、前記ウエハの中心に隣接する領域に重なるようにすることを特徴とする請求項２１に記載の不均一イオン注入方法。
23. 前記ウエハを初期状態で上下または左右に一定距離だけ移動させて配置する段階をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の不均一イオン注入方法。
24. 前記ウエハは、２０〜１５００rpmの速度で回転されることを特徴とする請求項１６に記載の不均一イオン注入方法。
25. 前記ウエハは、複数回回転されることを特徴とする請求項１６に記載の不均一イオン注入方法。
26. 相異なるドーズを有する複数のワイドイオンビームをウエハに照射する段階と、
    前記ワイドイオンビームが前記ウエハに照射される間に、前記ウエハを一定方向に回転させる段階と、
    を備えることを特徴とする不均一イオン注入方法。

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