JP2007324487A - ビーム処理装置及びビーム処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 回転ディスクの回転速度が低くても被処理物に対するビーム照射の均一性を低下させることの無いビーム処理装置及びビーム処理方法を提供する。
【解決手段】 ビーム処理装置は、複数のウェハ１１０を回転ディスク１００上に装着してディスク軸を中心に回転ディスクを回転させるよう構成するとともに、回転ディスクをディスク軸と直交する方向に往復運動させるよう構成し、ウェハに対し、回転ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせることにより、ビームを照射する。回転ディスクは、内側オーバースキャン位置と外側オーバースキャン位置との間で往復スキャンするよう構成されている。ビーム処理装置は制御手段を備え、この制御手段は、回転ディスクの単位時間当たりの回転数と、往復スキャンのスキャン速度及び往復スキャン回数と、ビームの計測ビーム幅の測定値もしくはビームのビーム幅の既定値とに基づいて、ビームサイズにかかわらず、ウェハに対し必ずビームが重ね照射されるように制御する機能を持つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光や電子、イオン等のビーム（粒子ビーム）を、被処理物に対して均一に照射するためのビーム処理装置及びビーム処理方法に関する。
電子やイオン等のビームを被処理物に照射して処理する方法として、回転ディスクの同一円周上に複数個の被処理物を装着し、回転ディスクを回転させることにより、被処理物を、ビームを横切るようにスキャンする方法が知られている。この方法では、さらに回転ディスクをその半径方向に往復移動させて、被処理物全体にビームが照射されるようにするのが一般的であり、メカニカルスキャン方式と呼ばれている。このようなメカニカルスキャン方式の代表的な適用例としては、半導体の製造過程でシリコンウェハにイオンを注入するためのイオン注入装置がある。
図３を参照して、メカニカルスキャン方式によるイオン注入装置のうち、特に回転ディスク側について説明する。回転ディスク１００の外周に近い同一円周上に複数個のウェハ１１０が装着される。回転ディスク１００の回転によるスキャン方向と、回転ディスク１００の往復移動（図中、上下方向）によるスキャン方向は互いに直交するようにされ、ビーム１２０はウェハ１１０の移動経路の特定箇所に固定照射される。このような二方向のスキャンの組合せによりウェハ１１０の全面にイオンを均一に注入する。通常、回転ディスク１００の回転速度は回転ディスク１００の往復移動速度に比べて十分に大きいので、回転ディスク１００の回転によるスキャンは高速スキャンと呼ばれ、回転ディスク１００の往復移動によるスキャンは低速スキャンあるいはＹスキャンと呼ばれている。
ところで、回転ディスク１００は、通常、等速回転（角速度一定）であるため、回転ディスク１００の中心から見て、ビームが回転ディスク１００に当たっている半径方向の距離Ｒに比例して、高速スキャンのスキャン速度は速くなる。そのため、単に等速運動でＹスキャンを行うと、高速スキャンのスキャン速度が速い部分ではイオンの注入密度（濃度）が薄くなり、遅い部分では注入密度が濃くなる。これを補償するために、高速スキャンが早くなる（つまり距離Ｒが大きい）部分ではＹスキャンを遅くし、逆に高速スキャンが遅くなる（つまり距離Ｒが小さい）部分ではＹスキャンを早くして、両者の組合せによって注入量（ドーズ）を均一にすることも行われている。つまり、Ｙスキャンを、ビームが回転ディスク１００に当たっている半径方向の距離Ｒに反比例するように速度を変えながらスキャンしている。
このように回転ディスク１００の半径方向の距離Ｒに反比例してＹスキャンの速度を変化させる方法は、（１／Ｒ）スキャンと呼ばれ、回転ディスクを用いたバッチ処理式のイオン注入装置のほとんどで採用されている（例えば、特許文献１参照）。
なお、Ｙスキャンは、ある一定のストロークで繰り返される。このストロークは、回転ディスク１００が図中下方向に移動することによりビームが回転ディスク１００の外周側でウェハ１１０から外れる位置（以下、これ外側オーバースキャン位置と呼ぶ）、回転ディスク１００が図中上方向に移動することによりビームが回転ディスク１００の内周側でウェハ１１０から外れる位置（以下、これを内側オーバースキャン位置と呼ぶ）とで規定される。図３で言えば、はじめにビームが外側オーバースキャン位置にあったとすると、回転ディスク１００は、回転状態でビームが内側オーバースキャン位置に到達するまで上方に駆動される。ビームが内側オーバースキャン位置に到達すると、回転ディスク１００のＹスキャンの方向が反転され、回転ディスク１００は下方に駆動される。ビームが外側オーバースキャン位置に到達すると、回転ディスク１００のＹスキャンの方向が反転され、回転ディスク１００は上方に駆動される。この往復動作１回が１Ｙスキャン（１往復スキャン）とされる。
一方、回転ディスク１００の位置決め制御のために、回転ディスク１００の所定位置には初期位置検出部１０１が設けられ、回転ディスク１００の外周近傍には初期位置検出部１０１を検出するための目標部検出器（図示せず）が設置される。目標部検出器からの検出信号は、回転ディスク１００を駆動するモータを制御する機能を持つ制御部（図示せず）に送られ、制御部はこの検出信号を用いて回転ディスク１００の位置決め制御を行う（例えば、特許文献２参照）。
また、通常、ウェハ径は２００ｍｍ、３００ｍｍが主である。一方、ビームは、通常、断面形状が円形であるが、断面形状が水平方向に長い扁平形状の場合もある。断面円形のビームの場合にはその直径サイズ、断面扁平形状のビームの場合にはその上下方向サイズを、以下ではビームサイズと総称することとする。いずれにしても、ウェハ１１０に照射されるビームサイズはウェハ径より小さいのでイオン注入の均一性を良くするために、いわゆる重ね塗りと同じようなビームの重ね照射が行われる。これは、１つのウェハについて言えば、このウェハにおける連続した二回のビーム照射領域が一部重なるようにする方法であり、高速スキャンによるスキャン領域の一部が重なるようにＹスキャンを行うことで実現される。つまり、回転ディスク１００のある回転タイミングでウェハの一部領域にビームが照射されると、回転ディスク１００の次の回転でのビーム照射は上記一部領域と一部重なる領域ができるように照射される。以下では、この重なり領域をビーム重なり量と呼ぶことがある。
このような重ね照射方法を採用しているのは以下の理由による。なお、以下の説明では（１／Ｒ）スキャンは無視するものとする。
バッチ処理式のイオン注入装置において、回転ディスク１００を通常の高速の回転速度からその半分以下の低速の回転速度で回転させた場合に、Ｙスキャン速度を高速回転の場合と同じとすると、回転ディスク１００が―回転する間に動くＹスキャンの距離(スキャンピッチ)が大きくなる。
回転ディスク１００が一回転する間のスキャンピッチが大きくなると、ビーム照射におけるビーム重なり量が減少していくことになる。また、ビームサイズに関しては、ビームサイズが小さくなるほど、ビーム重なり量が減少していく。そして、スキャンピッチがある値を超えて大きくなり、あるいはビームサイズがある値を超えて小さくなると、ビーム重なり量はゼロを超えてまったく重ならずに離れていくことになる。
図３に「高速回転」として示すように、通常の高速のディスク回転（例えば、８００〜１２００ｒｐｍ）では回転ディスク１００が一回転する間のスキャンピッチＰＨがかなり小さく、ビームサイズが小さくなっても、ビームサイズがスキャンピッチＰＨ以下にならない限りビーム重なり量はゼロとはならない。それゆえ、毎回のＹスキャン開始時のディスク回転の回転開始位置がランダムな位置からであっても問題とならなかった。
特開２００６−６０１５９号公報 特許第２９０９９３２号公報
しかしながら、図２に「低速回転」として示すように、低速のディスク回転（例えば、１５０〜３００ｒｐｍ）では、Ｙスキャンの速度が変わらないものとすると、回転ディスク１００が―回転する間のスキャンピッチＰＬが大きくなる。この場合、ビームサイズが小さい条件などでは、ビーム重なりが無くなって注入ムラ（注入不均一性）を生じる可能性が予測される。Ｙスキャンとディスク回転は独立に制御されているため、ビーム重なり量がある程度得られるビームサイズでは、Ｙスキャンを複数回行えば、ランダムに注入されて、低速のディスク回転においても最終的には注入ムラは無くなると考えられる。
ところが、図４に示すように、タイミングによっては、Ｙスキャン開始時の回転ディスク１００の回転開始位置が前回の回転ディスク１００の回転開始位置と同期もしくは擬似同期してしまうことで、ウェハのある部分のみに注入が偏り、ＹスキャンがＮ回行われたとしても注入均一性が１％を超えてしまうように悪化する場合がある。これは特に、スキャンピッチＰ（＝Ｙスキャン速度×ディスク回転周期)に対してビームサイズＢｓが十分に大きくない場合（Ｐ≧Ｂｓ）、つまりビーム重なりがない場合に生じる。なお、図４は、回転ディスク１００がｉ回転する間にＹスキャン（往復スキャン）がＮ回実行される場合のウェハ１個についてビーム照射の推移を示している。図４の最終段に「最終的な注入状態」として示す照射状態（回転しているウェハ１１０を同じ通過地点で観察した状態）を、Ｙスキャンの回数５回までについて平面図で表すと、図５（ｂ）のようになり、ビーム重なりの無い領域ができている。なお、図４は理解し易くするために、誇張して示していることは言うまでも無い。
勿論、上記の問題点は、Ｙスキャン速度を小さくしてビーム重なりが生じるようにすることで解消されるが、この場合、新たな問題点、例えばＹスキャン速度低下に伴う処理速度の低下、ビーム照射時間が長くなることによるウェハの温度上昇といった問題点が生じる。したがって、スキャン速度を無制限に低下させるわけにはゆかないという事情もある。
そこで、本発明の課題は、回転ディスクの回転速度が低くても被処理物に対するビーム照射の均一性を低下させることの無いビーム処理装置及びビーム処理方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、上記課題を、処理速度をあまり低下させることなく達成できるようにすることにある。
本発明によるビーム処理装置は、複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射する。本ビーム処理装置において、前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成される。本ビーム処理装置においてはまた、前記ディスクの単位時間当たりの回転数と、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数と、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングと、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値と、に基づいて、前記被処理物に対して連続又は不連続に前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を必ず受けるよう制御する制御手段を備えた。
本ビーム処理装置においては、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値と処理ビームの断面上のスキャン方向上の一端位置および他端位置とを測定することにより設定することが好ましい。
本ビーム処理装置においては、要求総ビーム照射量に応じて、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数を決定することが好ましい。
本ビーム処理装置においては、前記制御手段が、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、スキャン毎に規則的に遅らせることにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保される。
本ビーム処理装置においては、前記ディスクの近傍に前記ディスクの所定位置に設けられた初期位置検出部を前記ディスクの回転中に検出して検出信号を出力するための検出手段を備え、前記制御手段は前記検出信号を基準として前記反転開始タイミングを遅らせる。
本ビーム処理装置においては、前記制御手段が、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、スキャン毎に前記ディスクの回転周期Ｔを往復スキャン回数Ｎ（但し、前記ディスクの一回の往復スキャンを一往復スキャンとする）に基づいて設定される値Ｎｘで割った遅延時間（Ｔ／Ｎｘ）ずつ遅らせることにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保される。
本ビーム処理装置においては、前記往復スキャン回数Ｎが大きい場合には、往復スキャン回数がＮに近づくにつれて前記Ｎｘが段階的に大きくなるように設定されても良い。
本ビーム処理装置においては、前記制御手段が、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、乱数に基づいてランダムに制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしても良い。
本ビーム処理装置においては、前記制御手段が、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、プログラム化された前記ディスクの回転数と前記往復スキャン回数と前記スキャン速度及び計測ビーム幅との関係に基づいて制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしても良い。
本ビーム処理装置においては、前記制御手段が、前記ディスクの回転数と前記往復スキャン回数との関係をあらかじめテーブルデータとして保持しており、該テーブルデータに基づいて前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしても良い。
本発明によるビーム処理方法は、複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射する。本ビーム処理方法においては、前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成される。本ビーム処理方法においてはまた、前記ディスクの単位時間当たりの回転数と、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数と、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングと、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値と、に基づいて、前記被処理物に対して連続又は不連続に前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を必ず受けるようにすることを特徴とする。
本発明によるビーム処理装置は、前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、前記被処理物に対し毎回必ず前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より小さくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を決定したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定する制御手段を備えるものであっても良い。
本発明によるビーム処理装置はまた、前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、前記被処理物に対し前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のあるビーム照射を全スキャン往復回数の結果として必ず受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が処理ビームの計測ビーム幅の設定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より大きくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を選択したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定する制御手段を備えるものであっても良い。
本発明によるビーム処理方法は、前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、前記被処理物に対し毎回必ず前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より小さくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を決定したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定する方法であっても良い。
本発明によるビーム処理方法はまた、前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のあるビーム照射を全スキャン往復回数の結果として必ず受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が処理ビームの計測ビーム幅の設定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より大きくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を選択したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定する方法であっても良い。
本発明の最も好ましい態様においては、上記の問題を解決するために、Ｙスキャンの反転開始タイミングを制御することで、ビーム照射におけるビーム重なりを毎回必ず確保するとともに、ビーム重なり量を被処理物に均等に配分するよう構成して、ディスク回転とＹスキャンが、ビーム照射の均一性に問題となるディスク回転とＹスキャンの関係とならない（同期もしくは擬似同期をしない)ようにし、被処理物に対するビーム照射を均一に行うことができるようにしている。
本発明によれば、ディスクの回転速度が低い場合であっても、処理速度を大幅に低下させることなく被処理物にビームを均一に照射することができる。
以下に、本発明によるビーム処理装置及びビーム処理方法について説明するが、本発明の好ましい実施形態の要旨は回転ディスクの単位時間当たりの回転数と、Ｙスキャン（往復スキャン）のＹスキャン速度及びＹスキャン回数と、前述した内側オーバースキャン位置と外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での回転ディスクの反転開始タイミングと、ビームの計測ビーム幅の測定値もしくはビームのビーム幅の既定値とに基づいて、ウェハに対し連続又は不連続にビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を必ず行うこと、特にそのためのＹスキャンの制御形態にあり、メカニカルスキャン方式を採用したバッチ処理式のビーム処理装置であれば既存のどのようなビーム処理装置にも適用可能である。それゆえ、以下では、本発明をメカニカルスキャン方式を採用したバッチ処理式のイオン注入装置に適用した実施形態について説明するが、その基本構成は、周知のように、イオン源、質量分析磁石装置、イオンビーム加速／減速装置、イオンビーム偏向装置、ウェハチャンバー等から成るものであるので、詳しい図示、説明は省略する。なお、ビームの計測ビーム幅の測定値というのはビームプロファイルの計測手段により計測されたビームサイズのことである。一方、ビームの計測ビーム幅の既定値というのは、本イオン注入装置に対して各イオン種（Ａｓ、Ｐ、Ｂ等）、ビームエネルギー、ビーム電流値の設定に基づいて、テスト評価を行った時のビームプロファイルの計測手段により計測されたビーム幅サイズの測定値の平均のデータを基に設定した値のことである。
本実施形態によるイオン注入装置においても、回転ディスク側について説明すると、図３をそのまま引用することができる。つまり、回転ディスク１００の外周に近い同一円周上に複数個のウェハ１１０が装着される。回転ディスク１００の回転によるスキャン方向と、回転ディスク１００の往復移動（図中、上下方向）によるＹスキャン方向は互いに直交するようにされ、ビーム１２０はウェハ１１０の移動経路の特定箇所に固定照射される。このような二方向のスキャンの組合せによりウェハ１１０の全面にイオンを均一に注入する。
このために、本実施形態によるイオン注入装置は、図示しないが、回転ディスク１００を駆動する回転駆動系とそれを制御するための回転駆動制御系、回転ディスク１００をＹスキャンさせるＹスキャン駆動系とそれを制御するためのＹスキャン駆動制御系等の各種制御系を統括する主制御系を制御手段として備える。
図１を参照して、本実施形態における主制御系の制御動作のうち、本発明にかかる制御動作、つまり回転ディスク１００の回転数と、Ｙスキャン速度及びＹスキャン回数と、回転ディスク１００の反転開始タイミングと、ビームの計測ビーム幅の測定値もしくはビームのビーム幅の既定値とに基づいて、ビームサイズにかかわらず、ウェハ１１０に対し必ずビームが重ね照射されるように制御する動作について説明する。
図１は、回転ディスク１００の回転周期Ｔ、Ｙスキャンの回数Ｎが５回の場合について、図４と同様、ウェハ１個におけるビーム照射の推移を示している。図１の最終段に「５スキャンの合計」として示すように、回転しているウェハ１１０を同じ通過地点で観察すると、ビーム照射がウェハ１１０の直径全域について均一に重なるようにされている。しかも、重なり領域がビーム照射領域の半分となるようにしている。この重なり領域はビーム照射領域の半分以上とすることが好ましい。
このようにするために、あらかじめ定められた制御プログラムによりＹスキャンの制御が以下のように実行される。
１．回転ディスク１００の回転周期Ｔ（１回転に要する時間）をＹスキャン回数Ｎ（外側オーバースキャン位置と内側オーバースキャン位置との間を１往復で１Ｙスキャンとする）で割った時間（Ｔ／Ｎ）だけ、スキャン開始基準位置（オーバースキャン位置）での反転開始タイミングを、毎回、ディスクシンク信号を基準として遅らせることにより、強制的にずらしてゆく。これにより、偶然同期してしまう現象を回避している。ここで、ディスクシンク信号というのは、前述した目標部検出器から得られる初期位置検出部１０１（図３）の検出信号のことであり、本実施形態ではこの検出信号をＹスキャンの反転開始タイミングを決定するために用いている。
２．なお、Ｙスキャン回数Ｎが多くなりすぎると、遅延時間(Ｔ／Ｎ)が小さくなりすぎて実際の制御が困難になるため、以下のようにすることが望ましい。
Ｙスキャンについてある回数Ｎ’を決め、回転周期ＴをＮ’以上２Ｎ’未満（これをＮｘとする）で割るようにする。つまり、Ｙスキャン回数Ｎが大きい場合には、Ｙスキャン回数がＮに近づくにつれてＮｘが段階的に大きくなるようにする。但し、実際の制御ソフトウェアでは、仮想的に、回転ディスク１００の回転数２００ｒｐｍで８１５ｒｐｍと同等のスキャンピッチになるようにＮ’＝４にしている。従って、Ｙスキャン回数Ｎ＝４〜７では、遅延時間はそのままＴ／Ｎとする。一方、Ｙスキャン回数Ｎ＝８の場合には、遅延時間Ｔ／４を２セットとし、Ｙスキャン回数Ｎ＝９〜１１スキャンでは遅延時間Ｔ／４を１セットと遅延時間Ｔ／（Ｎ−４）を１セットといったように制御する。なお、ここでは回転ディスク１００の回転数２００ｒｐｍをターゲットにしていることからＮ’＝４にしているだけで、絶対的な意味はない。
３．Ｙスキャンの反転開始タイミングの制御方法としては以下の２通りある。
３−１．内側オーバースキャン位置のみ、あるいは外側オーバースキャン位置のみで反転開始タイミングをとる。
３−２．内側オーバースキャン位置と外側オーバースキャン位置の両方で反転開始タイミングをとる。両方で反転開始タイミングをとる方法の方がより注入ムラを改善する効果が高いことは言うまでも無い。
４．上記制御においてＹスキャン速度を低下させる必要は無いが、実際の制御では、Ｙスキャン速度はビーム電流の変化に応じて変えられ、また（１／Ｒ）スキャンでもＹスキャン速度が変化するので、このＹスキャン速度の変化をも考慮した制御が行われることが望ましいことは言うまでも無い。
次に、本実施形態の作用について説明する。
１）ウェハ１１０に対する要求総ビーム照射量に応じて、Ｙスキャンのスキャン速度およびＹスキャン回数Ｎが決められる。
２）回転ディスク１００の回転周期ＴとＹスキャン回数Ｎから遅延時間Ｔｄｅｌａｙ＝Ｔ／Ｎが決められる。
３）ビームプロファイルを測定し、内側及び外側のオーバースキャン位置が決められる。具体的には、ビームの計測ビーム幅の測定値とビームの断面上のスキャン方向上の一端位置および他端位置とを測定することにより内側及び外側のオーバースキャン位置が設定される。
４）内側オーバースキャン位置、外側オーバースキャン位置のうち、少なくとも内側オーバースキャン位置で回転ディスク１００回転のタイミングをディスクシンク信号でとる。
５）１スキャン目はそのままスタートし、２スキャン目以降から遅延時間Ｔｄｅｌａｙずつオーバースキャン位置からのスタートタイミング（反転開始タイミング）を規則的に遅らせていく。その結果、３スキャン目ではスタート時点から２Ｔｄｅｌａｙの遅延、４スキャン目ではスタート時点から３Ｔｄｅｌａｙの遅延となる。なお、Ｎスキャン目ではスタート時点のディスクシンク位置に戻るようにすることが望ましい。
図１の最終段に「５スキャンの合計」として示す照射状態（回転しているウェハ１１０を同じ通過地点で観察した状態）を平面図で表すと、図５（ａ）のようになり、ビームが必ず重なるようになっている。
６）その結果、偶然同期するリスクが下がるため、注入均―性が改善される。
なお、要求総ビーム照射量とＹスキャンのスキャン速度およびＹスキャン回数Ｎとの関係をあらかじめテーブルとして用意しておくことが好ましい。
図２には、回転ディスク１００が１回転する間の複数の各ウェハ１１０に対するビームの照射軌跡を示す。
以上のように、本実施形態においては、回転ディスクの回転数が１５０〜３００ｒｐｍ程度の低速度であっても、回転ディスクの回転毎にビーム照射の重なりを必ず確保するようにしたことにより、Ｙスキャン速度を大幅に低下させること無く、イオン注入の均一性を１％を超えない程度に維持することができる。
なお、上記説明は好ましい実施形態についての説明であり、以下のような形態でも良い。
内側オーバースキャン位置と外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での回転ディスク１００の反転開始タイミングを、スキャン毎に規則的に遅らせることにより、ウェハ１１０に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにする。ここで、規則的にというのは、スキャン毎にビームサイズの１／２と同じピッチＰｚずつ、Ｐｚ×Ｎ≧ストロークピッチ（Ｙスキャンのストローク距離）となるようにすることを意味する。勿論、反転開始タイミングは、ディスクシンク信号を基準として決められる。
Ｙスキャンにおける回転ディスク１００の反転開始タイミングを、乱数に基づいてランダムに制御するようにする。
回転ディスク１００の反転開始タイミングを、プログラム化された回転ディスク１００の回転数ｒとＹスキャン回数ｎとＹスキャンのスキャン速度ｖ及び計測ビーム幅ｗとの関係を示す関数Ｚ＝ｆ（ｒ、ｎ、ｖ、ｗ）に基づいて制御する。
回転ディスク１００の回転数とＹスキャン回数とスキャン速度及び計測ビーム幅との関係をあらかじめテーブルデータとして保持し、このテーブルデータに基づいて回転ディスク１００の反転開始タイミングを制御する。これらの関係は注入条件により変化するが、一例を挙げれば以下の通りである。
注入条件：総必要ドーズ量 Ａ ｉｏｎ／ｃｍ−２［イオン種 Ｐ、ビームエネルギー５０ｋｅＶ、ビーム電流値１０ｍＡ］
回転ディスク回転数：１５０〜８００ＲＰＭ
Ｙスキャン回数：１〜１００往復回
Ｙスキャン速度：０．１〜１０ｃｍ／ｓｅｃ
計測ビーム幅：１〜１００ｍｍ
回転ディスク１００の回転数が４００ｒｐｍ以下の場合、以下の式に基づく不均一性のリスク低減判断指数を目安として用いる。つまり、不均一性のリスク低減判断指数と均一性測定値により、「目標均一性％」の目安とする。
均一性のリスク＝発生時の不均一性の大きさ×発生の確率＝
（ビームサイズ／スキャンピッチ）×√Ｙスキャン回数
更に、本発明は以下のような態様で実施されても良い。
（第１の態様）
回転ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、ウェハに対し毎回必ずビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を受けるように、回転ディスクの一回転の所要時間に進むＹスキャンの距離がビームの計測ビーム幅の測定値もしくはビームのビーム幅の既定値より小さくなるようＹスキャンのスキャン速度を設定して、Ｙスキャン回数を決定したあとに、Ｙスキャンの反転開始タイミングを設定する制御手段を備えるビーム処理装置。
（第２の態様）
回転ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、ウェハに対しビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のあるビーム照射を全スキャン往復回数の結果として必ず受けるように、回転ディスクの一回転の所要時間に進むＹスキャンの距離がビームの計測ビーム幅の設定値もしくはビームのビーム幅の既定値より大きくなるようＹスキャンのＹスキャン速度を設定して、Ｙスキャン回数を選択したあとに、Ｙスキャンの反転開始タイミングを設定する制御手段を備えるビーム処理装置。
（第３の態様）
回転ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、ウェハに対し毎回必ずビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を受けるように、回転ディスクの一回転の所要時間に進むＹスキャンの距離がビームの計測ビーム幅の測定値もしくはビームのビーム幅の既定値より小さくなるようＹスキャンのＹスキャン速度を設定して、Ｙスキャン回数を決定したあとに、Ｙスキャンの反転開始タイミングを設定するビーム処理方法。
（第４の態様）
回転ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のあるビーム照射を全スキャン往復回数の結果として必ず受けるように、回転ディスクの一回転の所要時間に進むＹスキャンの距離がビームの計測ビーム幅の設定値もしくはビームのビーム幅の既定値より大きくなるようＹスキャンのＹスキャン速度を設定して、Ｙスキャン回数を選択したあとに、Ｙスキャンの反転開始タイミングを設定するビーム処理方法。
図１は、本発明によるＹスキャン制御により実現される、ウェハに対するビーム重ね照射を説明するための図である。 図２は、本発明により、回転ディスクが１回転する間の複数の各ウェハに対するビームの照射軌跡を示す。 図３は、本発明が適用される、イオン注入装置における回転ディスク側を説明するための図である。 図４は、従来のＹスキャン動作によって生じるイオン注入の不均一性を説明するための図である。 図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１に示した本発明によるＹスキャン動作、図４に示した従来のＹスキャン動作によりウェハに照射されたビームの重なりについて説明するための図である。
符号の説明
１００ 回転ディスク
１０１ 初期位置検出部
１１０ ウェハ
１２０ ビーム

Claims (26)

  1. 複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射するビーム処理装置において、
    前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成され、
    前記ディスクの単位時間当たりの回転数と、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数と、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングと、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値と、に基づいて、
    前記被処理物に対して連続又は不連続に前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を必ず受けるよう制御する制御手段を備えたことを特徴とするディスク回転とディスクの往復スキャンによるビーム処理装置。
  2. 前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値と処理ビームの断面上のスキャン方向上の一端位置および他端位置とを測定することにより設定することを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
  3. 要求総ビーム照射量に応じて、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のビーム処理装置。
  4. 前記制御手段は、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、スキャン毎に規則的に遅らせることにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
  5. 前記ディスクの近傍には前記ディスクの所定位置に設けられた初期位置検出部を前記ディスクの回転中に検出して検出信号を出力するための検出手段を備え、
    前記制御手段は前記検出信号を基準として前記反転開始タイミングを遅らせることを特徴とする請求項４に記載のビーム処理装置。
  6. 前記制御手段は、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、スキャン毎に前記ディスクの回転周期Ｔを往復スキャン回数Ｎ（但し、前記ディスクの一回の往復スキャンを一往復スキャンとする）に基づいて設定される値Ｎｘで割った遅延時間（Ｔ／Ｎｘ）ずつ遅らせることにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
  7. 前記ディスクの近傍には前記ディスクの所定位置に設けられた初期位置検出部を前記ディスクの回転中に検出して検出信号を出力するための検出手段を備え、
    前記制御手段は前記検出信号を基準として前記反転開始タイミングを遅らせることを特徴とする請求項６に記載のビーム処理装置。
  8. 前記往復スキャン回数Ｎが大きい場合には、往復スキャン回数がＮに近づくにつれて前記Ｎｘが段階的に大きくなるように設定されることを特徴とする請求項６又は７に記載のビーム処理装置。
  9. 前記制御手段は、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、乱数に基づいてランダムに制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
  10. 前記制御手段は、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、プログラム化された前記ディスクの回転数と前記往復スキャン回数と前記スキャン速度及び計測ビーム幅により、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
  11. 前記制御手段は、前記ディスクの回転数と前記往復スキャン回数との関係をあらかじめテーブルデータとして保持しており、該テーブルデータに基づいて前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のビーム処理装置。
  12. 複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射するビーム処理方法において、
    前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成され、
    前記ディスクの単位時間当たりの回転数と、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数と、前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングと、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値と、に基づいて、
    前記被処理物に対して連続又は不連続に前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を必ず受けるようにすることを特徴とするディスク回転とディスクの往復スキャンによるビーム処理方法。
  13. 前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値と処理ビームの断面上のスキャン方向上の一端位置および他端位置とを測定することにより設定することを特徴とする請求項１２に記載のビーム処理方法。
  14. 要求総ビーム照射量に応じて、前記往復スキャンのスキャン速度および往復スキャン回数を決定することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のビーム処理方法。
  15. 前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、スキャン毎に規則的に遅らせることにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分以上重なり領域が確保されることを特徴とする請求項１２に記載のビーム処理方法。
  16. 前記反転開始タイミングを遅らせる基準として、前記ディスクの所定位置に設けられた初期位置検出部を前記ディスクの回転中に検出して得られる検出信号を用いることを特徴とする請求項１５に記載のビーム処理方法。
  17. 前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、スキャン毎に前記ディスクの回転周期Ｔを往復スキャン回数Ｎ（但し、前記ディスクの一回の往復スキャンを一往復スキャンとする）に基づいて設定される値Ｎｘで割った遅延時間（Ｔ／Ｎｘ）ずつ遅らせることにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されることを特徴とする請求項１２に記載のビーム処理方法。
  18. 前記反転開始タイミングを遅らせる基準として、前記ディスクの所定位置に設けられた初期位置検出部を前記ディスクの回転中に検出して得られる検出信号を用いることを特徴とする請求項１７に記載のビーム処理方法。
  19. 前記往復スキャン回数Ｎが大きい場合には、往復スキャン回数がＮに近づくにつれて前記Ｎｘが段階的に大きくなるように設定することを特徴とする請求項１７又は１８に記載のビーム処理方法。
  20. 前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、乱数に基づいてランダムに制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されることを特徴とする請求項１２に記載のビーム処理方法。
  21. 前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを、プログラム化された前記ディスクの回転数と前記往復スキャン回数と前記スキャン速度及び計測ビーム幅との関係に基づいて制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されることを特徴とする請求項１２に記載のビーム処理方法。
  22. 前記ディスクの回転数と前記往復スキャン回数との関係をあらかじめテーブルデータとして用意し、該テーブルデータに基づいて前記内側オーバースキャン位置と前記外側オーバースキャン位置のうち少なくとも一方の位置での前記ディスクの反転開始タイミングを制御することにより、前記各被処理物に対するビーム照射領域に少なくとも半分の重なり領域が確保されることを特徴とする請求項１２に記載のビーム処理方法。
  23. 複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射するビーム処理装置において、
    前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成され、
    前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、
    前記被処理物に対し毎回必ず前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より小さくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を決定したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定する制御手段を備えたことを特徴とするディスク回転とディスクの往復スキャンによるビーム処理装置。
  24. 複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射するビーム処理装置において、
    前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成され、
    前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、
    前記被処理物に対し前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のあるビーム照射を全スキャン往復回数の結果として必ず受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が処理ビームの計測ビーム幅の設定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より大きくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を選択したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定する制御手段を備えたことを特徴とするディスク回転とディスクの往復スキャンによるビーム処理装置。
  25. 複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射するビーム処理方法において、
    前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成され、
    前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、
    前記被処理物に対し毎回必ず前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のある照射を受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より小さくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を決定したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定することを特徴とするディスク回転とディスクの往復スキャンによるビーム処理方法。
  26. 複数の被処理物をディスクの同一円周上に装着してディスク軸を中心に該ディスクを回転させるよう構成するとともに、該回転しているディスクを前記ディスク軸と直交する方向に一定の区間内を往復運動させるよう構成して、前記複数の被処理物に対し、該ディスクの回転と往復運動とを同時に行わせる回転スキャンにより、処理ビームを複数の被処理物に均一に照射するビーム処理方法において、
    前記ディスクは、前記処理ビームの照射が該ディスクの内側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる内側オーバースキャン位置と、前記処理ビームの照射が該ディスクの外側寄りにおいて前記被処理物の通過領域から外れる外側オーバースキャン位置とを、前記処理ビームの計測ビーム幅の測定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値に応じて設定し、処理ビームの一端位置となる内側オーバースキャン位置と処理ビームの他端位置となる外側オーバースキャン位置との設定したスキャン区間で往復スキャンするよう構成され、
    前記ディスクの単位時間当たりの回転数の選択設定に基づいて、
    前記処理ビームの以前の照射に対して少なくとも半分以上の重なり領域のあるビーム照射を全スキャン往復回数の結果として必ず受けるように、前記ディスクの一回転の所要時間に進む往復スキャンの距離が処理ビームの計測ビーム幅の設定値もしくは前記処理ビームのビーム幅の既定値より大きくなるよう前記往復スキャンのスキャン速度を設定して、往復スキャン回数を選択したあとに、往復スキャンの反転開始タイミングを設定することを特徴とするディスク回転とディスクの往復スキャンによるビーム処理方法。
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