JP4471008B2 - イオン注入方法およびイオン注入装置 - Google Patents

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Description

この発明は、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状（これは、シート状または帯状と呼ぶこともできる）のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることとを併用して、前記基板にイオン注入を行うイオン注入方法およびイオン注入装置に関する。この明細書においては、イオンビームの走査と区別しやすいように、基板を機械的に走査することをスキャンと呼んでいる。
この種のイオン注入装置の従来例を図９に示す。このイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム４と、基板（例えば半導体基板）２を基板駆動装置１０によってイオンビーム４の主面４ｂ（図１１参照）に交差する方向に機械的にスキャンすることとを併用して、基板２に（例えばその全面に）イオン注入を行う構成をしている。
イオンビーム４は、例えば、図１１を参照して、図示しないビーム走査器による電界または磁界によるＸ方向（例えば水平方向）の走査を経て、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向（例えば垂直方向）の寸法よりも大きいリボン状をしている。走査前のイオンビーム４の断面形状は、例えば、図１１中に符号４ａで示すような、小さな楕円形、円形などの形状をしている。イオンビーム４は、上記のようなＸ方向の走査を経ることなく（例えばイオン源から引き出したイオンビーム自体が）、Ｘ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きいリボン状をしていても良い。
基板駆動装置１０は、この例では、基板２を保持するホルダ１２と、ホルダ１２を基板２と共に基板２の中心部２ａを中心にして矢印Ａに示すように（またはその逆方向に）回転させるモータ１４（これを、後述するモータ１６と区別するためにツイストモータと呼ぶ）と、ホルダ１２を基板２、ツイストモータ１４と共に矢印Ｂに示すように駆動して（往復回転させて）、ホルダ１２および基板２の傾き角度θを変化させるモータ１６（これを、上記ツイストモータ１４と区別するためにチルトモータと呼ぶ）とを有している。傾き角度θは、例えば、垂直に対して０度（即ちホルダ１２が垂直状態）から９０度（即ちホルダ１２が水平状態）の範囲で変化させることができる。
基板駆動装置１０は、更に、ホルダ１２、基板２等を、矢印Ｃに示すように、スキャンの一端（例えば下端）２０と他端（例えば上端）２２との間を往復するように機械的にスキャンして、基板２をイオンビーム４の主面４ｂと交差する方向（例えばＹ方向）に機械的にスキャンするスキャン装置１８を有している。基板２のスキャン方向は、図中の矢印Ｃ方向（Ｙ方向）に限らず、基板２の表面に平行にスキャンする場合もある。この明細書において、基板２の１スキャンとは、片道のスキャンのことを言う。
なお、上記基板駆動装置１０とほぼ同様の構成の基板駆動装置が、特許文献１に記載されている。
ホルダ１２に対する基板２の入れ換え（例えばイオン注入後の基板２とイオン注入前の基板２との入れ換え）は、例えば図１０に示すように、スキャンの一端２０においてホルダ１２を実質的に水平状態にして行われる。
基板２に対するイオン注入においては、イオンビーム４のビーム電流、基板２へのドーズ量、および、基板２のスキャン回数を算出するための基準となる基準スキャン速度を用いて、例えば数１またはそれと数学的に等価の式に従って、基板２のスキャン回数を算出する。当該算出されたスキャン回数は、通常は小数点以下を有する帯小数となるため、小数点以下を切り捨てた整数値のスキャン回数を算出してそれを実際に用いるスキャン回数とする。例えば、算出されたスキャン回数が３．４７２回の場合は、実際に用いるスキャン回数は３回とする。そして、当該実際に用いるスキャン回数を用いて、例えば数２またはそれと数学的に等価の式に従って、実際に用いるスキャン速度を算出し、従来はこのようにして算出されたスキャン回数およびスキャン速度に従って、基板２に対してイオン注入を行っていた。
Figure 0004471008
Figure 0004471008
上記数１、数２中の電気素量は、１．６０２×１０-19 ［Ｃ］である。係数は、当該イオン注入装置固有の係数である。後述する数４においても同様である。
従来のイオン注入方法（装置）による場合の基板２のスキャン回数およびスキャン速度の一例を図１２に示す。図１２は、ドーズ量を固定とし、ビーム電流を減少させた場合のスキャン回数とスキャン速度の推移をグラフにしたものである。基準スキャン速度は３２０ｍｍ／ｓｅｃとした。得られるドーズ量を一定とするために、ビーム電流の減少に伴ってスキャン回数を増加させている。しかも、ビーム電流を大幅に減少させる場合は、スキャン回数を大幅に増加させている。ビーム電流を固定とし、ドーズ量を増大させた場合も同様の傾向となる。
特開２００４−９５４３４号公報（段落００１０−００１７、図６）
上記基板２のスキャンの両端付近においては、スキャンを折り返すために、必ず基板を減速および加速する必要があり、この加減速のためにロス時間が発生する。これを図１３を参照して詳述すると、上記ロス時間は、１スキャン分の時間の内で、基板２への注入時間以外のロスとなる時間（これは１スキャン当たり２回発生する）の合計のことである。このロス時間は、スキャンを折り返す前の減速時間および折り返した後の加速時間が大部分であり、これに、基板２のオーバースキャン（基板２がイオンビーム４外に確実に位置するように基板２を少し余分にスキャンすること）のためのオーバースキャン時間（これも１スキャン当たり２回発生する）を加えたものである。このロス時間は、例えば、基準スキャン速度が３２０ｍｍ／ｓｅｃの場合で１スキャン当たり約０．４秒、２００ｍｍ／ｓｅｃの場合で１スキャン当たり約０．５秒である。
なお、この明細書において、スキャン速度というのは、上記注入時間およびオーバースキャン時間におけるスキャン速度のことを言う。
スキャン回数が増加すると、上記スキャン端付近での基板の加減速回数も増加し、その結果、上記ロス時間が多く累積して、スループットを低下させる。
そこでこの発明は、スキャン端付近での基板の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることを主たる目的としている。
この発明に係るイオン注入方法の一つは、前記イオンビームのビーム電流および前記基板へのドーズ量を用いて、かつ前記基板のスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出ステップと、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度判断ステップと、前記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、前記ビーム電流および前記ドーズ量を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出ステップと、前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断ステップおよび前記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す繰り返しステップと、前記実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入ステップとを備えていることを特徴としている。
この発明に係るイオン注入装置の一つは、（ａ）前記イオンビームのビーム電流および前記基板へのドーズ量を用いて、かつ前記基板のスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出処理と、（ｂ）基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度判断処理と、（ｃ）前記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、前記ビーム電流および前記ドーズ量を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出処理と、（ｄ）前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断処理および前記修正スキャン速度算出処理を繰り返す繰り返し処理と、（ｅ）前記実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入処理とを行う機能を有している制御装置を備えていることを特徴としている。
上記イオン注入方法またはイオン注入装置によれば、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、スキャン端付近での基板の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制することができる。
上記スキャン速度判断ステップまたはスキャン速度判断処理の代わりに、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出し、許容スキャン範囲内であればそのときのスキャン回数が偶数か奇数かを判断して、偶数の場合は当該スキャン回数および前記スキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、奇数の場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度・回数判断ステップまたはスキャン速度・回数判断処理をそれぞれ採用しても良い。
上記スキャン速度算出ステップまたはスキャン速度算出処理において、基板のスキャン回数の初期値を１とする代わりに２としても良い。
上記スキャン速度算出ステップまたはスキャン速度算出処理において、基板のスキャン回数の初期値を１とする代わりに２とし、かつ上記スキャン速度判断ステップまたはスキャン速度判断処理において、スキャン回数を１増加させる代わりに２増加させて修正後のスキャン回数を算出するようにしても良い。
この発明に係るイオン注入方法の他のものは、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることと、２以上の整数をｍとすると前記基板にイオンビームが当たっていない間に前記基板をその中心部を中心にして３６０／ｍ度ずつ回転させて、前記基板の１回転分を前記２以上の整数ｍの注入ステップに分けてイオン注入を行うこととを併用して、前記基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、前記イオンビームのビーム電流、前記基板へのドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、かつ前記基板の１注入ステップ当たりのスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出ステップと、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときの１注入ステップ当たりのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合は１注入ステップ当たりのスキャン回数を１増加させて修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出するスキャン速度判断ステップと、前記修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出した場合は、当該修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数、前記ビーム電流、前記ドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出ステップと、前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断ステップおよび前記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す繰り返しステップと、前記１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入ステップとを備えていることを特徴としている。
この発明に係るイオン注入装置の他のものは、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることと、２以上の整数をｍとすると前記基板にイオンビームが当たっていない間に前記基板をその中心部を中心にして３６０／ｍ度ずつ回転させて、前記基板の１回転分を前記２以上の整数ｍの注入ステップに分けてイオン注入を行うこととを併用して、前記基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、（ａ）前記イオンビームのビーム電流、前記基板へのドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、かつ前記基板の１注入ステップ当たりのスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出処理と、（ｂ）基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときの１注入ステップ当たりのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合は１注入ステップ当たりのスキャン回数を１増加させて修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出するスキャン速度判断処理と、（ｃ）前記修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出した場合は、当該修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数、前記ビーム電流、前記ドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出処理と、（ｄ）前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断処理および前記修正スキャン速度算出処理を繰り返す繰り返し処理と、（ｅ）前記１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入処理とを行う機能を有している制御装置を備えていることを特徴としている。
上記イオン注入方法またはイオン注入装置によれば、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、１注入ステップ当たりのスキャン回数が可能な限り少ない回数でイオン注入を行うことができる。従って、スキャン端付近での基板の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制することができる。
上記注入ステップ数を偶数にしても良い。
請求項１、２、５、６に記載の発明によれば、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、スキャン端付近での基板の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
請求項３、４、７、８に記載の発明によれば、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、スキャン端付近での基板の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
更に、基板の実用スキャン回数を必ず偶数にすることができる。その結果、スキャン回数が奇数になる場合の余分な１スキャン分の移動時間によるロス時間を無くすることができるので、この観点からもスループットを向上させることができる。
請求項９、１０に記載の発明によれば、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、１注入ステップ当たりのスキャン回数が可能な限り少ない回数でイオン注入を行うことができる。従って、スキャン端付近での基板の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
請求項１１、１２に記載の発明によれば、注入ステップ数が偶数であるので、１注入ステップ当たりのスキャン回数が奇数、偶数のいずれであっても、総スキャン回数を必ず偶数にすることができる。その結果、総スキャン回数が奇数になる場合の余分な１スキャン分の移動時間によるロス時間を無くすることができるので、この観点からもスループットを向上させることができる。
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実施形態を示す側面図である。図９〜図１１に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
このイオン注入装置は、前述した従来のイオン注入装置の構成に加えて、以下に述べるような演算制御を行う機能を有している制御装置３０と、上記イオンビーム４のビーム電流を測定するビーム電流測定器３２とを備えている。
制御装置３０には、イオンビーム４のビーム電流および基板２へのドーズ量が与えられる。より具体的には、この実施形態では、イオンビーム４のビーム電流は、ビーム電流測定器３２で測定した測定値が与えられる。上記ドーズ量は、設定値として与えられる。
ビーム電流測定器３２は、例えばファラデーカップであり、基板２へのイオン注入の妨げにならない位置において（例えばリボン状のイオンビーム４のＸ方向における一端付近において）、基板２へのイオン注入中のイオンビーム４を受けてそのビーム電流を測定するものである。
制御装置３０は、基板駆動装置１０を、より具体的にはそれを構成するスキャン装置１８、ツイストモータ１４およびチルトモータ１６を制御する機能を有している。より具体的には、制御装置３０は、以下に述べるような演算制御を行って、以下に述べるようなイオン注入方法を実施する機能を有している。その例をまず図２を参照して説明する。
制御装置３０には、上記のように、イオンビーム４のビーム電流および基板２へのドーズ量が与えられる（ステップ１００）。また、スキャン回数の初期値として１が与えられる（例えば設定される。ステップ１０１）。そしてこれらを用いて、例えば前述した数２またはそれと数学的に等価の式に従って、上記ドーズ量を実現するための、基板駆動装置１０（より具体的にはそのスキャン装置１８）による基板２のスキャン速度を算出する（ステップ１０２）。このステップ１００〜１０２が、スキャン速度算出ステップを構成している。
次に、基板２のスキャン速度、より具体的には上記算出したスキャン速度または後述する修正後のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断する（ステップ１０３）。この許容スキャン速度範囲は、例えば、スキャン装置１８によって実現可能な速度範囲である。例えば、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上３２０ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲である。
そして、スキャン速度が許容スキャン速度範囲内にあれば、そのときのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ実用（即ち、実際に用いる。以下同様）スキャン回数および実用スキャン速度とし（ステップ１０４）、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断する（ステップ１０５）。仮に後でスキャン回数を増やしても、スキャン速度を大きくすることになるだけであるので、許容スキャン速度範囲内に入れることはできないからである。この場合は、例えば、注入条件（ビーム電流、ドーズ量）を変える等して、再びステップ１００からやり直せば良い。上記スキャン速度が許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合は、スキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出する（ステップ１０６）。このステップ１０３〜１０６が、スキャン速度判断ステップを構成している。
そして、上記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、上記ビーム電流およびドーズ量を用いて、例えば前述した数２またはそれと数学的に等価の式に従って、上記ドーズ量を実現するための基板２の修正後のスキャン速度を算出する（ステップ１０７）。これが、修正スキャン速度算出ステップである。
そして、上記修正後のスキャン速度を算出した場合は、ステップ１０３に戻って、当該修正後のスキャン速度について上記スキャン速度判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が上記許容スキャン速度範囲内に入るまで、上記スキャン速度判断ステップおよび上記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す。これが繰り返しステップである。これによって、スキャン回数は、初期値の１から１ずつ増加させられる。
以上によって、実用スキャン回数および実用スキャン速度が得られるので（ステップ１０４）、これらに従って基板２にイオン注入を行う（ステップ１０８）。これがイオン注入ステップである。
なお、イオンビーム４のビーム電流は、この実施形態のように、設定値ではなく、ビーム電流測定器３２による測定値とするのが好ましい。そのようにすると、一つの基板２に対するイオン注入中に仮にビーム電流が変動しても、ビーム電流に正比例してスキャン速度を変化させる制御を行うことができ、それによって、ビーム電流の変動の影響を受けずに、Ｙ方向における均一なイオン注入を実現することができるからである。このようにスキャン速度をビーム電流に正比例させる制御を行うことは、例えば、特開平３−１１４１２８号公報（２頁左上欄参照）、特許第３６９２９９９号公報（段落００３７参照）にも記載されている。
上記ステップ１０８におけるイオン注入には、（ａ）一つの基板２に対して常に上記スキャン速度でイオン注入を行う場合と、（ｂ）上記実用スキャン速度を基準にして、一つの基板２に対するイオン注入中にスキャン速度を上記のようにビーム電流に正比例させる制御を併用してイオン注入を行う場合の両方がある。上記ステップ１０８における「実用スキャン速度に従って」という文言は、この（ａ）、（ｂ）の両方の場合を含む意味で使用している。後述する他の実施形態におけるイオン注入（ステップ１０８、１１８）においても同様である。
制御装置３０は、この実施形態では、上記スキャン速度算出ステップと同じ内容のスキャン速度算出処理、上記スキャン速度判断ステップと同じ内容のスキャン速度判断処理、上記修正スキャン速度算出ステップと同じ内容の修正スキャン速度算出処理、上記繰り返しステップと同じ内容の繰り返し処理および上記イオン注入ステップと同じ内容のイオン注入処理を行う機能を有している。更に、基板２に対するイオン注入中にスキャン速度を上記のようにビーム電流に正比例させる制御を行う機能を有している。
この実施形態のイオン注入方法（装置）によれば、基板２のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、前述したスキャン端付近での基板２の加減速時間を主体とするロス時間（例えば１スキャン当たり０．４秒〜０．５秒程度）の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
なお、スキャン回数を少なくすると、同じドーズ量を実現するためにスキャン速度は小さくなるけれども（数２参照）、基板２への注入時間は変わらないので、この観点からスループットを低下させることはない。これを例を挙げて説明すると、所望のドーズ量をあるビーム電流で注入するのに必要な注入時間が例えば６秒であると仮定する。それを１秒ずつ６回に分けて注入しても、２秒ずつ３回に分けて注入しても、注入時間の合計は６秒で変わらない。
スループットを測定した結果を簡単に例示すると、９回のスキャン回数を３回にすることによってスループットは約７％向上し、７回のスキャン回数を３回にすることによってスループットは約５％向上した。
次に、他の実施形態を、図３〜図５および図８を参照して説明する。図２と同一または相当する部分には同一符号を付しており、以下においては図２との相違点を主体に説明する。
図３に示す実施形態は、図２のフローチャートにステップ１０９を加えたものである。即ち、上記ステップ１０３において基板２のスキャン速度が上記許容スキャン速度範囲内にあると判断したときは、そのときのスキャン回数が偶数か奇数かを判断して（ステップ１０９）、偶数の場合は上記ステップ１０４に進んで、当該スキャン回数および上記スキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、奇数の場合は上記ステップ１０６に進んでスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出する。
この図３に示す実施形態では、上記スキャン速度判断ステップの代わりに、上記ステップ１０３〜１０６およびステップ１０９で構成されるスキャン速度・回数判断ステップを有している。
制御装置３０は、図３に示す実施形態では、上記スキャン速度判断処理の代わりに、上記スキャン速度・回数判断ステップと同じ内容のスキャン速度・回数判断処理を行う機能を有している。
この図３に示す実施形態のイオン注入方法（装置）によれば、図２に示す実施形態の場合と同様に、基板２のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、前述したスキャン端付近での基板２の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
更に、基板２の実用スキャン回数を必ず偶数にすることができる。その結果、スキャン回数が奇数になる場合の余分な１スキャン分の移動時間によるロス時間を無くすることができるので、この観点からもスループットを向上させることができる。
この実用スキャン回数を偶数化することによる効果をより詳しく説明すると次のとおりである。
基板２のスキャン回数が奇数になる場合は、基板２へのイオン注入終了の際の基板２およびホルダ１２等の位置が、図１中に二点鎖線で示すように、スキャンの他端２２となる。そうなると、前述したようにホルダ１２に対する基板２の入れ換えの位置はスキャンの一端２０であるために（図１０も参照）、イオン注入後に基板２およびホルダ１２等を１スキャン分の距離だけ移動（この例では下降）させなければならない。この１スキャン分の移動時間が余分となりロス時間となる。このロス時間は、例えば、基板１枚当たり１秒〜１．６秒程度である。このロス時間がイオン注入のスループットを低下させる。
これに対して、実用スキャン回数を必ず偶数化することによって、上記１スキャン分の移動時間によるロス時間を無くすることができるので、スループットを向上させることができる。
図３に示す実施形態のように、低スキャン回数化と偶数化とを併用した場合のスループットを測定した結果を簡単に例示すると、９回のスキャン回数を４回にすることによってスループットは約１０％向上し、７回のスキャン回数を４回にすることによってスループットは約１０％向上した。
図４に示す実施形態は、図２のフローチャートのステップ１０１における初期値を２とするものである。
この実施形態のイオン注入方法（装置）の場合も、図２に示す実施形態の所で説明したように、基板２のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、前述したスキャン端付近での基板２の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
図５に示す実施形態は、図４のフローチャートのステップ１０６において、スキャン回数を１増加させる代わりに２増加させて修正後のスキャン回数を算出するものである。
この実施形態のイオン注入方法（装置）の場合も、図４に示す実施形態の所で説明したように、基板２のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、可能な限り少ないスキャン回数でイオン注入を行うことができる。従って、前述したスキャン端付近での基板２の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
更に、実用スキャン回数を必ず偶数にすることができるので、図３に示す実施形態の所で説明したように、スキャン回数が奇数になる場合の余分な１スキャン分の移動時間によるロス時間を無くして、スループットを向上させることができる。
この図５に示す実施形態のイオン注入方法（装置）による場合の基板２の実用スキャン回数および実用スキャン速度の一例を図６に示す。この図は、図１２と同様に、ドーズ量を固定とし、ビーム電流を減少させた場合の実用スキャン回数と実用スキャン速度の推移をグラフにしたものであり、ドーズ量は図１２の場合と同じにした。かつ、最大スキャン速度を、図１２の場合の基準スキャン速度と同じにした。ビーム電流の減少に伴ってスキャン回数は増加しているが、その増加は図２の場合に比べて遥かに小さく抑えられており、かつスキャン回数は必ず偶数であることが分かる。ビーム電流を固定とし、ドーズ量を増大させた場合も、同様の傾向になり、かつスキャン回数は偶数を保って増加する。
次に、ステップ注入を行う場合の実施形態について説明する。ステップ注入は、基板２にイオンビーム４が当たっていない間に、基板２をその中心部２ａを中心にして例えば矢印Ａ方向（またはその逆方向）に３６０／ｍ度ずつ回転させて、基板の１回転分を複数（即ち２以上の整数）ｍの注入ステップに分けてイオン注入を行うものである。即ちｍは注入ステップ数である。この注入方式は、ステップ回転注入と呼ばれることもある。基板２の上記回転には、この実施形態では基板駆動装置１０のツイストモータ１４を用いる。
１注入ステップ当たりのスキャン回数ｎは、１以上の整数である。従って総スキャン回数Ｎは次式で表される。
［数３］
Ｎ＝ｍｎ［回］
例えば図７は、注入ステップ数ｍが２、１注入ステップ当たりのスキャン回数ｎが２、総スキャン回数Ｎが４の場合の例を示す。この場合は、第１の注入ステップにおいて基板２をスキャンＳ1 とＳ2 の２回スキャンし（図７Ａ）、次いで基板２を１８０（＝３６０／２）度回転させ（図７Ｂ）、次いで第２の注入ステップにおいて基板２をスキャンＳ3 とＳ4 の２回スキャンする（図７Ｃ）。スキャンＳ1 〜Ｓ4 は、この実施形態では基板駆動装置１０のスキャン装置１８を用いて行う。その詳細は前述したとおりである。
ステップ注入を行う場合のフローチャートを図８に示し、それについて、以下においては図２との相違点を主体に説明する。
制御装置３０には、この実施形態では、イオンビーム４のビーム電流、基板２へのドーズ量および注入ステップ数が与えられる（ステップ１１０）。また、１注入ステップ当たりのスキャン回数の初期値として１が与えられる（例えば設定される。ステップ１１１）。
そしてこれらを用いて、例えば次の数４またはそれと数学的に等価の式に従って、上記ドーズ量を実現するための、基板駆動装置１０（より具体的にはそのスキャン装置１８）による基板２のスキャン速度を算出する（ステップ１１２）。このステップ１１０〜１１２が、スキャン速度算出ステップを構成している。
Figure 0004471008
ステップ１１３、１１５は、図２のステップ１０３、１０５とそれぞれ実質的に同じである。
そして、スキャン速度が許容スキャン速度範囲内にあれば、そのときの１注入ステップ当たりのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および実用スキャン速度とし（ステップ１１４）、上記スキャン速度が許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合は、１注入ステップ当たりのスキャン回数を１増加させて修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出する（ステップ１１６）。このステップ１１３〜１１６が、スキャン速度判断ステップを構成している。
そして、上記修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出した場合は、当該修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数、上記ビーム電流およびドーズ量を用いて、例えば上記数４またはそれと数学的に等価の式に従って、上記ドーズ量を実現するための基板２の修正後のスキャン速度を算出する（ステップ１１７）。これが、修正スキャン速度算出ステップである。
そして、上記修正後のスキャン速度を算出した場合は、ステップ１１３に戻って、当該修正後のスキャン速度について上記スキャン速度判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が上記許容スキャン速度範囲内に入るまで、上記スキャン速度判断ステップおよび上記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す。これが繰り返しステップである。これによって、１注入ステップ当たりのスキャン回数は、初期値の１から１ずつ増加させられる。
以上によって、１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および実用スキャン速度が得られるので（ステップ１１４）、これらに従って基板２にイオン注入を行う（ステップ１１８）。これがイオン注入ステップである。
制御装置３０は、この実施形態では、上記スキャン速度算出ステップと同じ内容のスキャン速度算出処理、上記スキャン速度判断ステップと同じ内容のスキャン速度判断処理、上記修正スキャン速度算出ステップと同じ内容の修正スキャン速度算出処理、上記繰り返しステップと同じ内容の繰り返し処理および上記イオン注入ステップと同じ内容のイオン注入処理を行う機能を有している。更に、基板２に対するイオン注入中にスキャン速度を上記のようにビーム電流に正比例させる制御を行う機能を有している。
この実施形態のイオン注入方法（装置）によれば、基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内に入るという条件下で、１注入ステップ当たりのスキャン回数が可能な限り少ない回数でイオン注入を行うことができる。従って、前述したスキャン端付近での基板２の加減速時間を主体とするロス時間の累積を抑制して、スループットを向上させることができる。
上記ステップ１１０において与えられる注入ステップ数を偶数にしても良い。そのようにすると、１注入ステップ当たりのスキャン回数が奇数、偶数のいずれであっても、総スキャン回数を必ず偶数にすることができる。その結果、総スキャン回数が奇数になる場合の前述した余分な１スキャン分の移動時間によるロス時間を無くすることができるので、この観点からもスループットを向上させることができる。その詳細は図３の実施形態の所で説明したとおりである。
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実施形態を示す側面図である。 この発明に係るイオン注入方法の一実施形態を示すフローチャートである。 この発明に係るイオン注入方法の他の実施形態を示すフローチャートである。 この発明に係るイオン注入方法の更に他の実施形態を示すフローチャートである。 この発明に係るイオン注入方法の更に他の実施形態を示すフローチャートである。 この発明に係るイオン注入方法による場合の基板のスキャン回数およびスキャン速度の一例を示す図である。 ステップ注入の一例を示す概略図である。 この発明に係るイオン注入方法の更に他の実施形態を示すフローチャートである。 従来の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側面図である。 基板の入れ換え時の基板駆動装置の状態の一例を示す図である。 リボン状のイオンビームの例を部分的に示す斜視図である。 従来のイオン注入方法による場合の基板のスキャン回数およびスキャン速度の一例を示す図である。 基板の１スキャンにおける速度の推移の一例を示す概略図である。
符号の説明
２ 基板
４ イオンビーム
１０ 基板駆動装置
１２ ホルダ
１４ モータ（ツイストモータ）
１６ モータ（チルトモータ）
１８ スキャン装置
３０ 制御装置

Claims (12)

  1. Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることとを併用して、前記基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
    前記イオンビームのビーム電流および前記基板へのドーズ量を用いて、かつ前記基板のスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出ステップと、
    基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度判断ステップと、
    前記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、前記ビーム電流および前記ドーズ量を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出ステップと、
    前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断ステップおよび前記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す繰り返しステップと、
    前記実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入ステップとを備えていることを特徴とするイオン注入方法。
  2. Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることとを併用して、前記基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
    （ａ）前記イオンビームのビーム電流および前記基板へのドーズ量を用いて、かつ前記基板のスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出処理と、（ｂ）基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度判断処理と、（ｃ）前記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、前記ビーム電流および前記ドーズ量を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出処理と、（ｄ）前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断処理および前記修正スキャン速度算出処理を繰り返す繰り返し処理と、（ｅ）前記実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入処理とを行う機能を有している制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  3. Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることとを併用して、前記基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
    前記イオンビームのビーム電流および前記基板へのドーズ量を用いて、かつ前記基板のスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出ステップと、
    基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出し、許容スキャン範囲内であればそのときのスキャン回数が偶数か奇数かを判断して、偶数の場合は当該スキャン回数および前記スキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、奇数の場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度・回数判断ステップと、
    前記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、前記ビーム電流および前記ドーズ量を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出ステップと、
    前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度・回数判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入りかつ前記修正後のスキャン回数が偶数になるまで、前記スキャン速度・回数判断ステップおよび前記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す繰り返しステップと、
    前記実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入ステップとを備えていることを特徴とするイオン注入方法。
  4. Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることとを併用して、前記基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
    （ａ）前記イオンビームのビーム電流および前記基板へのドーズ量を用いて、かつ前記基板のスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出処理と、（ｂ）基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出し、許容スキャン範囲内であればそのときのスキャン回数が偶数か奇数かを判断して、偶数の場合は当該スキャン回数および前記スキャン速度をそれぞれ実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、奇数の場合はスキャン回数を１増加させて修正後のスキャン回数を算出するスキャン速度・回数判断処理と、（ｃ）前記修正後のスキャン回数を算出した場合は、当該修正後のスキャン回数、前記ビーム電流および前記ドーズ量を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出処理と、（ｄ）前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度・回数判断処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入りかつ前記修正後のスキャン回数が偶数になるまで、前記スキャン速度・回数判断処理および前記修正スキャン速度算出処理を繰り返す繰り返し処理と、（ｅ）前記実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入処理とを行う機能を有している制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  5. 前記スキャン速度算出ステップにおいて、前記基板のスキャン回数の初期値を１とする代わりに２とする請求項１記載のイオン注入方法。
  6. 前記制御装置における前記スキャン速度算出処理において、前記基板のスキャン回数の初期値を１とする代わりに２とする請求項２記載のイオン注入装置。
  7. 前記スキャン速度算出ステップにおいて、前記基板のスキャン回数の初期値を１とする代わりに２とし、かつ前記スキャン速度判断ステップにおいて、スキャン回数を１増加させる代わりに２増加させて修正後のスキャン回数を算出する請求項１記載のイオン注入方法。
  8. 前記制御装置における前記スキャン速度算出処理において、前記基板のスキャン回数の初期値を１とする代わりに２とし、かつ前記スキャン速度判断処理において、スキャン回数を１増加させる代わりに２増加させて修正後のスキャン回数を算出する請求項２記載のイオン注入装置。
  9. Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることと、２以上の整数をｍとすると前記基板にイオンビームが当たっていない間に前記基板をその中心部を中心にして３６０／ｍ度ずつ回転させて、前記基板の１回転分を前記２以上の整数ｍの注入ステップに分けてイオン注入を行うこととを併用して、前記基板にイオン注入を行うイオン注入方法において、
    前記イオンビームのビーム電流、前記基板へのドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、かつ前記基板の１注入ステップ当たりのスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出ステップと、
    基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときの１注入ステップ当たりのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合は１注入ステップ当たりのスキャン回数を１増加させて修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出するスキャン速度判断ステップと、
    前記修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出した場合は、当該修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数、前記ビーム電流、前記ドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出ステップと、
    前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断ステップの処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断ステップおよび前記修正スキャン速度算出ステップを繰り返す繰り返しステップと、
    前記１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入ステップとを備えていることを特徴とするイオン注入方法。
  10. Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームと、基板を前記イオンビームの主面に交差する方向に機械的にスキャンすることと、２以上の整数をｍとすると前記基板にイオンビームが当たっていない間に前記基板をその中心部を中心にして３６０／ｍ度ずつ回転させて、前記基板の１回転分を前記２以上の整数ｍの注入ステップに分けてイオン注入を行うこととを併用して、前記基板にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
    （ａ）前記イオンビームのビーム電流、前記基板へのドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、かつ前記基板の１注入ステップ当たりのスキャン回数の初期値を１として、前記ドーズ量を実現するための前記基板のスキャン速度を算出するスキャン速度算出処理と、（ｂ）基板のスキャン速度が所定の許容スキャン速度範囲内にあるか否かを判断して、許容スキャン範囲内にあればそのときの１注入ステップ当たりのスキャン回数およびスキャン速度をそれぞれ１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および実用スキャン速度とし、許容スキャン速度範囲の上限よりも大きい場合は処理を中断し、許容スキャン速度範囲の下限よりも小さい場合は１注入ステップ当たりのスキャン回数を１増加させて修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出するスキャン速度判断処理と、（ｃ）前記修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数を算出した場合は、当該修正後の１注入ステップ当たりのスキャン回数、前記ビーム電流、前記ドーズ量および前記注入ステップ数を用いて、前記ドーズ量を実現するための修正後のスキャン速度を算出する修正スキャン速度算出処理と、（ｄ）前記修正後のスキャン速度を算出した場合は、当該修正後のスキャン速度について前記スキャン速度判断処理を行って、当該修正後のスキャン速度が前記許容スキャン速度範囲内に入るまで、前記スキャン速度判断処理および前記修正スキャン速度算出処理を繰り返す繰り返し処理と、（ｅ）前記１注入ステップ当たりの実用スキャン回数および前記実用スキャン速度に従って前記基板にイオン注入を行うイオン注入処理とを行う機能を有している制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  11. 前記注入ステップ数が偶数である請求項９記載のイオン注入方法。
  12. 前記注入ステップ数が偶数である請求項１０記載のイオン注入装置。
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