JP5467430B2 - イオン注入機に用いる装置及びイオン注入を実行する方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入装置、特に、半導体ウエハ等の加工物を一度に１つづつ処理するシリアル型イオン注入装置に関する。

異なる設計のイオン注入装置が、本発明の譲受人であるアクセリステクノロジーズ社を含む多数の供給会社から市販されて利用可能である。２つの商業的に利用可能な注入機がモデル型式ＭＣ３及び８２５０として市販されている。これらの装置は、一群のウエハまたは一度に１つづつ個々のウエハに作動させるイオンビームを作り出す。

イオン注入装置の１つの応用は、イオン不純物を用いて半導体ウエハをドープするのに用いられてイオンビームによって処理される領域内に半導体材料を作り出す。このようなウエハに制限されるものではないが、本発明は、このようなドーピング処理において、特に有効であり、加工物及びウエハの用語は、ここでは、この利用において相互に交換可能である。単一ウエハのイオン注入機は、半導体素子を製造するために現在利用可能であり、ウエハの全表面をイオン注入するように設計されている。単一のウエハ上に多分割、分割ロットの素子が作れるように、異なるイオン種またはドーズ量またはエネルギーを用いて、ウエハの異なる領域にイオン注入できることが望ましい。

同一のウエハの異なる領域に多数のイオン注入を行うことは、処理現像費用を減少させる機会を与え、また同一のウエハ上に全ての処理が実行されるので、試験の制御を改善する。イワサワ(Iwasawa)他に付与された米国特許第６,７５０，４６２号は、Ｘ方向にイオンビームをスキャンさせ、Ｙ方向に基板を機械的に駆動させるイオン注入方法に関係している。イオン注入ステップは、基板の異なるドーズ量で２つの注入領域に対してそれぞれイオンを注入することを特徴としており、このステップは、基板の中央で基板の駆動速度を変えることによって、複数回実行される。

本発明は、シリコンウエハ等の加工物をシリアル式にイオン注入するための構造を有するイオン注入機に関する。シリアル式は、１度に１つの加工物をイオン注入することを意味する。本発明の１つの実施形態では、イオン源とイオン注入室を有するイオン注入機に用いる装置であって、該装置は、
(a)イオン注入室内を移動するリボン型の薄いイオンビームを生じさせるために、イオンをスキャン動作の端から端に走査するビーム形成構造体と、
(b)前記イオン注入室内に、円形の加工物を配置するための加工物支持体と、
(c)前記加工物に制御されたビーム処理を生じさせるため、前記加工物支持体を前記薄いイオンビームの中を通って前後に移動するための駆動体と、
(d)注入が可変なスキャン速度か、または、均一なスキャン速度かを決定する手段と、
(e)制御装置とを含み、
該制御装置は、均一な注入を選択した場合に、
i)前記加工物の幅よりも小さい幅にイオンビームの幅を減少するために、スキャン動作の端から端への走査範囲を制限する前記ビーム形成構造体に接続され、これにより、前記加工物のイオンビーム処理を前記加工物の特定領域に制限する第１制御出力と、
ii)前記駆動体に接続され、前記加工物の前後移動を特定の量に制御する第２制御出力を含み、前記第１、第２制御出力により、前記イオンビームを前記加工物の全表面よりも小さい領域に衝突させるように操作可能であり、
更に、制御装置は、
1)イオンビームの大きさを制限し、かつ、前記加工物支持体の前後移動を制限して、前記イオンビームがスキャンサイクル中に、前記円形の加工物の選択された１つの４分円にイオンを注入させ、
2)前記加工物の他の４分円上に付加的なスキャンサイクルを実行し、前後移動のスキャン速度の速さを調整することによって、前記ウエハの異なる４分円において、ドーズ量を異なる値に制御することを特徴とする。

イオン注入機の例示的な実施形態では、イオン注入室に入るイオンの薄いリボンビームを供給する。加工物支持体は、イオン注入室内に加工物を配置し、１つの駆動体が加工物支持体をイオンの薄いビームの中を通って前後に移動させ、加工物の制御されたビーム処理を実行する。

１つの制御装置がリボンビームの大きさを最大量未満に制限するように接続された第１制御出力を与え、これにより、加工物のイオン処理を、加工物の特定領域に制限する。この制御装置は、また、加工物支持体の前後移動を制御するために、駆動体に接続された第２制御出力を与える。この結果、イオンビームが加工物の制御された部分に衝突する。

一般的な制御は、プログラマブルコントローラに含まれ、この制御の中には、異なる方法をプログラムする能力がある。この柔軟性により、イオン注入機の性能を評価する手段として、例えば、不均一なイオン注入を可能にする。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、添付する図面とともに、以下により詳細に説明される。

図１は、本発明の譲受人によって販売されているアクセリス製ＭＣ−３型の中電流イオン注入機等のイオン注入機１０の概略図である。このようなイオン注入機は、ウエハを選択的にドーピングするためのシリコンウエハ等の加工物をイオンビーム処理するために用いられる。このようなイオン注入機において、正のイオンは、イオン源から注入ステーションへのビーム径路を移動した後、加工物に衝突する。図１に示されるイオン注入機１０は、中電流イオン注入機であり、本発明に用いることができる、イオンビームのイオンを加速するライナックを有する高エネルギー注入機を含んでいる。

例示のイオン注入機１０は、イオン源材料から発生するイオンを放出するためのイオン源１２を含む。一般的なイオン源材料は、イオン源ハウジング１４内に噴射されるガスまたはイオンのプラズマを生じさせるために気化した固体のいずれかである。一般的に、このようなイオン源１２は、従来技術として知られているように、イオンを引き出す引出し電極を含み、イオンが、ハウジング１４を出てビーム径路に沿ってイオン源から出るようにする。

図１に示すイオン注入機１０は、イオン源の下流に配置されたイオン経路に沿って軌道から離れるように曲げるための質量分析磁石２０を含む。同一イオンの異なる種が、イオン源１２内に生じ、質量分析磁石がこれらのイオン種間のイオンを分別する。不要な質量のイオンは、この分析磁石により除かれ、質量分析磁石２０を通過するイオンは、加工物のビーム処理に用いられる単一種のイオンとなる。

イオン注入機１０は、質量分析磁石２０に続いてイオンをインターセプトするために配置されたビームスキャンニング構造体３０を含み、制御された方法で、イオンを左右に走査させ、ある幅を有するリボンのようなイオンビームを形成する。公知の設計において、ビームスキャンニング構造体は、概略１５ｃｍの長さで５ｃｍだけ離間した２つの走査プレート間に作り出される静電界を用いる。このプレートの分離は、２つの走査電極の出口端で約７．５ｃｍの分離に広がる。電圧は、制御された±５ＫＶの大きさまで、時間的に変化する電圧が、各プレートに接続された適当な増幅器に加えられ、全体のプレート分離電圧は１０ＫＶとなる。適当なのこぎり波が制御電子機器２６（図５参照）に加えられ、制御された周波数で端から端までイオンを掃引する。リボンビームを作り出す他の手段として、時間的に変化する磁界及びイオン種を区別する前にイオン源に存在するビームを形成する構造体が用いられる。

図１に示された例示的な構造に戻ると、このシステムは、レンズ構造体４０を含み、この構造体は、スキャン構造体３０から、発散経路に沿って移動するイオンを受け入れ、レンズ構造体４０からイオンが離れるための平行なイオン軌道を作り出すために湾曲した電極間のギャップを横切って加速されてイオンを曲げる。レンズ構造体に続いて、ビームを作り上げるイオンがほぼ平行な方向に移動して、そして、薄いリボンまたはリボン形状のビーム４２を形成する（図２を参照）。

このビーム４２は、その電荷によりイオンを下方に偏向するエネルギーフィルタ４４を通過する。この下方への偏向は、フィルタ４４に入る前の上流ビームの形成中にビーム内に入る中性粒子を取り除く。

ウエハ２４は、加工物支持体１００によってイオン注入室５０内に移動可能に支持される。加工物２４（一般的にウエハ）は、ロードロック５４によって注入室５０内に挿入され、そして、真空ロボット５３によってウエハクランプ１０２に移動される。注入室の外側で、ウエハは、ロボット５６によって操作され、このロボットは、貯蔵カセット５８から未処理ウエハを引き出し、処理済ウエハを第２カセット６０にまたは引き出された同一のカセットに戻すことができる。

一般的に、リボン型イオンビーム４２の大きさは、加工物２４の全体の注入表面にイオン注入するのに十分である。即ち、加工物２４が３００ｍｍの直径を有すると、制御電子機器２６は、走査電極３０を適切に励起して、イオン注入室に入るリボン型イオンビーム４２の水平幅Ｗ（図２参照）が少なくとも３００ｍｍになるようにする。以下で説明するように、イオンビーム４２の大きさは、特定の注入制御に対してより狭い寸法に選択的に制限される。

以下で説明するように、加工物支持アセンブリ１００は、加工物２４の所望の注入表面が、イオンで制御されて注入されるように、注入中、リボン型イオンビーム４２に対して加工物を支持すると共に移動させる。上述したように、スキャンニング技術に加えて、当業者には理解できるように、イオン注入室２２内のリボン型イオンビーム４２のリボン形状は、多数の別の方法で作り出すことができる。

加工物のシリアル式イオン注入に適用する従来のイオン注入機の詳細は、1990年12月4日にレイ(Ray)他に付与された米国特許第４，９７５，５８６号および1988年８月2日にマイロン(Myron)に付与された米国特許第４，７６１，５５９号に開示されている。特許'５８６及び特許'５９９は、本発明の譲受人に譲渡されて、参考としてそれぞれの全体がここに包含される。これらの特許における構造は、イワサワ他に従来の特許'４６２の図１２Ａ〜図１２Ｄに含まれる走査パターンを達成することができる。

従来のイオン注入において、加工物支持アセンブリ１００は、ロボット５３から移送された後の水平位置から、注入のために垂直又はこれに近い垂直位置に、加工物２４を回転する。加工物２４が垂直位置、即ち、イオンビーム４２に対して直交していると、注入角度、即ち入射角度は、0°である。望ましくないチャンネル効果を最小にするため、一般的に、小さい、ゼロでない注入角度が選択される。図１０に見られるように、加工物は、異なる角度を介して矢印１０１で示されるように回転することができる。図面に示された構造体の１つの特徴は、直線経路（図１０において矢印１０３で示された）に沿って走査する能力であり、これにより、加工物に衝突する前にイオン注入室を通過するイオンビーム４２の距離が、加工物の全ての領域に対してほぼ同一となる。

加工物支持アセンブリ１００は、また選択的にモータ１０５（図１１）を有する構造体を含むことができ、このモータは、ウエハ支持体に直交する加工物の中心を通過する軸線１０７の回りにほぼ３６０°加工物を回転させることができる。これにより、制御電子機器２６が、加工物に特定のねじり量を加えてウエハを方向付けすることができる。このようなねじりを加えるための構造は、図１１に関連して以下で詳細に説明する。

ロードロック５４及びイオン注入室内に配置される単一のウエハは、所望の真空にポンプダウンされる。加工物２４を把持するロボット５３が、イオン注入室２２内に加工物２４を運び、この加工物は、加工物支持体１００の静電クランプまたはチャック上に配置される。静電クランプ１０２は、作動して、加工物を保持し、注入室５０内で方向付けを行う。適切な静電クランプは、1995年7月25日にブレーク(Blake)他に付与された米国特許第５，４３６，７９０号及び1995年8月22日にブレーク(Blake)他に付与された米国特許第５，４４４，５９７号に開示され、これらの特許は、共に本発明の譲受人に譲渡されている。両特許は、参考としてその全体がここに包含される。加工物のイオン注入後、加工物支持体は、加工物を水平位置に戻し、そして、静電クランプ１０２が消磁されて加工物２４を解放し、真空ロボット５３によって取り除かれて、ロードロック５４に戻される。

加工物支持体１００は、制御電子機器２６によって作動される（図５）。この加工物支持体１００は、イオン注入中加工物２４を支持し、一方、イオン注入室２２内で、リボン型イオンビームに対して加工物２４の並進移動および回転（傾斜およびねじり）を与える。回転能力によって、加工物支持体１００は、有利なことに、イオンビームと加工物の注入表面との間の所望の注入角度、即ち入射角度の選択を可能にする。

この並進または直線移動の能力により、加工物支持体１００は、注入中の所望の注入角度に対して固定された平面内を加工物２４の注入表面が移動できるようにする。これにより、所望の注入角度を維持し、かつリボン型イオンビームが、注入室５０の入口から内側に入り、そして、加工物の注入表面に衝突する領域に移動する距離を維持することができる。さらに、ウエハ支持構造体の付加的な詳細は、アクセリス テクノロジーズ社に譲渡されかつその全体をここに参考として包含される米国特許第６,７４０，８９４号に記載されている。

加工物２４への注入中、加工物支持体１００は、全体の注入表面が所望のイオンでほぼ注入されるように、リボン型イオンビーム４２を横切る方向に加工物２４を移動する。図２の概略図で見られるように、加工物２４と衝突するリボン型イオンビーム４２は、加工物２４の直径より大きい、ｘ方向（図２）における最大幅Ｗを有し、その結果、加工物の全体を注入するのに、加工物をｘ方向に並進させることを要求されない。

図２及び図３に見られるように、加工物支持体１００は、注入室５０の側壁５０ａに固定される。この加工物支持体１００は、注入角度（傾斜）を制御する回転部材１１０と、統合並進部材１５０とを含んでいる。加工物支持体の回転部材１１０は、イオン注入室５０に固定された回転ターンテーブルアセンブリからなる。１つの好ましい実施形態では、回転部材１１０は、イオン注入室に固定されたスピンドル軸受支持ハウジング１１２と、この支持ハウジング１１２に回転可能に取り付けられた回転駆動機構１２０とを含む。支持ハウジング１１２は、注入室に固定され、好ましくは、注入室の側壁に固定されて、注入室の側壁の開口内に伸びている。

回転部材１１０は、支持ハウジング１１２内に配置されたスピンドル軸受装置と、これによって回転可能に支持された中空傾斜軸シャフト１２３とを含んでいる。図２に見られるように、傾斜軸シャフト１２３は、注入室内部領域に伸びている。回転部材１１０は、また、スピンドル軸受装置の距離を置いた軸受組１１６ａ、１１６ｂの間に配置された強磁性流体による回転真空シール装置１３０を含んでいる。

回転駆動機構１２０は、回転サーボモータ１２２を含み、このモータは、制御電子機器２４からの制御信号に応答して、正確に、傾斜軸シャフト１２３を回転させ、これにより、加工物２４を所望の注入角度に回転させる。傾斜軸シャフト１２３の角度位置は、制御電子機器２６に適当な回転エンコーダ１２６によって監視されかつ記録される。サーボモータ１２２は、従来の設計であり、また、例えば、直結駆動サーボモータまたはギア減速されたサーボモータとすることができる。中央開口またはボア１２４は、傾斜軸シャフト１２３を貫いて伸び、並進部材１５０に導かれる電気配線等の設備を可能にする。この中央ボア１２４は、排気された注入室の内部領域と異なり、大気圧力となっている。

傾斜軸シャフト１２３は、軸受アセンブリによって支持ハウジング１１２内に回転可能に支持され、この軸受アセンブリは、２つの離間配置された軸受１１６a、１１６ｂを含み、各々は、軸受ケージに支持され、インナーレースとアウターレースの間に配置されたボール又はローラー軸受等の通常の機械的軸受アセンブリからなる。

代わりに、軸受アセンブリ１１６は、異なる形式の軸受アセンブリ、例えば、比接触ガス軸受アセンブリ又は当業者によって知られている他の形式の軸受アセンブリであってもよい。

磁気流体シール装置１３０の強磁性流体シールは、気体、蒸気、及びイオン注入室５０に入る他の汚染物質に対して、静的及び動的な状態下で密封したシールを与える。さらに、シーリング媒体は流体であるので、シール装置１３０の静的部分と回転可能なシャフト１２３との間に低摩擦がある。磁気流体シール装置１３０のための適当な中空シャフトカートリッジ取付用真空フィードスルー及び中空軸フランジ取付用フィードスルーが、ニューハンプシャー州 03060−3075 ナシュラ サイモンストリート ４０に在所するフェロテック（USA）社（http://www.fero.com/usa/sealing）から市販されている。磁気流体シール装置は、1981年10月6日にエゼキール(Ezekiel)に付与された米国特許第４，２９３，１３７号に開示され、この特許は、参考としてここに、全体が包含されている。

加工物支持体１００は、さらに、並進部材または往復移動部材１５０を含み、この部材は、注入室の内部領域内に配置される。図４に最も良く見られるように、並進部材１５０は、回転可能な傾斜軸シャフト１２３に取付けられた支持フレーム１５２と、この支持フレーム１５２に対して直線移動するためのリニア軸受アセンブリ１６０を介して機械的に連結されたカートリッジ１５４とを含む。並進部材１５０は、選択された注入角度に一致する平面に沿って加工物２４を直線的に並進移動させる。

図２に最も良く見られるように、カートリッジ１５４は、加工物保持アセンブリ２００を支持する２つのフランジ１５５を含む。加工物ホルダアセンブリ２００は、支持アーム２０６を含み、このアームの一端が、カートリッジ１５４に取り付けられる。アームの他端では、支持アーム２０６が加工物保持アセンブリ２００の加工物ホルダー２０８を支持する。加工物ホルダー２０８は、静電クランプ１０２を支持し、次に、リボン型イオンビーム４２を通って加工物２４が移動するように支持する。

図４を参照すると、カートリッジ１５４は、リニア軸受アセンブリ１６０によって支持フレーム１５２に対して直線移動するように支持される。軸受アセンブリ１６０は、好ましくは、固定支持体１５２の外側面に固定される、一対の離間した、平行な直線レール支持体１６２、１６４と、カートリッジ１５４の内側面１７６に固定された４つの軸受すべり面１６８，１７０，１７２，１７４（図４）とを含む。複数のボール又はローラー軸受は、４つの軸受すべり面１６８，１７０，１７２，１７４の各々に配置される。２つの離間配置されたすべり面１６８，１７０の軸受は、レール支持体１６４に対して軸受されかつレール支持体に沿って転がり、また、２つの離間配置されたすべり面１７２，１７４の軸受は、レール支持体１６４に対して軸受されかつレール支持体に沿って転がり、これにより、固定支持体１５２と注入室２２に対して、カートリッジ１５４の直線移動を与える。

図３における支持フレーム１５２に対してカートリッジ１５４の直線運動は、リニアサーボモータ１８０を含むリニアモータアセンブリによって達成され、このサーボモータは、カートリッジ１５４の内側に面する段差部分１８２と支持フレーム１５２との間に配置される。モータ１８０に関する更なる詳細は、上述の米国特許'８９４
に開示されている。上記モータ１８０等のモータは、従来のイオン注入機に用いられ、当業者に知られているように、モータを作動させて制御電子機器から出力される信号の形及び大きさにより、所謂低速スキャン動作のための速度制御と方向制御の両方が達成される。

図１１は、チャック上のウエハ２４を選択的に回転させるための選択的な構造が示されている。この図では、軸受２２１内に取り付けられたシャフト２２０は、プーリー２２２に連結され、プーリー２２２は、モータ１０５のシャフト２２４からの回転出力に応じて回転する。また、モータ１０５は、プーリー２２６を回転させて、ベルト２３０を動かす。このモータは、ウエハ２４をほぼ１回転回転させる。ベルト３３０及びプーリーの領域は、大気圧であり、シャフト２２０は、注入室５０内の排気された領域に対してシールされて伸びている。

イオン源からイオン注入室にイオンを移動させるとき、イオンは、制御電子機器２６の制御の下で走査電極３０によって制御された方法でスキャンされる。この制御されたイオンの偏向は、イオン源によって放射されるイオンのスキャンニングを端から端まで生じさせ、イオンの薄いビームを注入室内に移動させる。イオンがイオン注入室に到達すると、イオンは、加工物、一般的に、イオン注入室内に移動可能に配置された、加工物支持体上のウエハに衝突する。電極３０によって与えられるスキャンニングと同時に、電子制御装置は、加工物に制御されたビーム処理を生じさせるために、イオンの薄いビームを通って加工物支持アセンブリ２００を上下に移動させる。

制御電子機器２６は、走査電極３０に接続された第１制御出力２６aを含み、端から端までのイオンビームのスキャンニングを最大量未満に制限する。図６Ｂを見ると、本発明のこの構成は、例えば、左半分、即ち、加工物２４の４分円ＡとＣの特定のサブ領域に加工物のイオン処理を制限するのに用いることができる。駆動モータ１８０に接続した第２制御出力２６ｂは、端から端までのイオンビームのスキャンニングを制御しながら、加工物を前後移動を調整し、イオンビームを加工物上の特定のサブ領域に衝突させる。例えば、図７において、イオンビーム４２によって注入される４分円Ａ内のサブ領域２１０を示す。この注入領域は、ビームを作り上げるイオンのスキャンニングと、機械的な低速スキャン動作の両方を制限することによって達成される。４分円における同様の注入は、注入機の回転能力を利用して、正確な同一のスキャンパターン（おそらく、異なるエネルギーで）を用いて達成することができる。代わりに、回転を用いることなく、４分円Ｂにおける同様な領域は、低速スキャン動作を維持する間、スキャン電圧を調整することによって注入することができる。

このシステムは、ウエハの各半分（Ａ＋Ｂ及びＣ＋Ｄ）を注入することによって各４分円において異なるドーズ量を注入することができる。加工物ウエハをウエハの中心に直交する軸１０７回りに９０°回転することによって、新しい頂部及び底部の半部分（Ａ＋Ｃ及びＢ＋Ｄ）に２つ以上のドーズ量を重畳させることができる。累積された各４分円におけるドーズ量は、それぞれ結合された注入に対して異なっている。

スキャンニングの大きさの制限（ｘスキャン方向の開始点及び終了点を制限する幾何学的期間での）が、処理パラメータの制御と関連して実行され、加工物の注入領域の特定のサブ領域内で注入の均一と受け入れ可能なドーズ量を確実にする。

単一ウエハ上に多数の注入を行うための別のアプローチは、選択可能な低速の走査速度の速度プロフィールで実行することからなる。この例における低速スキャンは、支持構造体１００を上下に移動するモータ駆動体に関係する。注入されたドーズ量は、イオン注入の方法の一部を形成する選択可能な特定のドーズ量の制限に従って、低速スキャンの一端から他端に単調に増加する。これは、モータ１８０の走査速度を変えることによって達成される。ドーズ量を増加させるために、走査速度が低速にされ（ウエハの一部分がビームを通過する時間を多くして）、また、ドーズ量を減少させるために、走査速度を高速にする。

さらに、高速スキャンの終わりに僅かな時間増分でビームを保持することができ、この増分を、ウエハが低速スキャン方向において直線的速度でスキャンするときに、減少させる。これは、付加的な時間的増分を用いて等しくビームの高さに比較した、各高速スキャン掃引の間では、ウエハを動かすことができないことを示している。
即ち、システムにおいて、高速で水平のスキャン周波数は約1000Hzであり、機械的な垂直スキャン周波数は、１Hzの大きさとなるように容易に達成される。ドーズ量は、単調に、又は高速スキャン掃引の間に加えられた間隔または遅れに基づいた別のプログラムされたパターンによって再び増加するであろう。

上記注入から絶えず変化したドーズ量により、従来行われてきたように、離散的な小さなドーズ量の増分を行うよりも、より正確な最適な素子性能を生じさせるドーズ量を選択することを可能にする。このような評価を実行するために、マスクが用いられ、加工物の異なる領域に半導体素子を作り出す。異なる強さのドーズ量が加工物に注入された後、完成した素子の性能、また、ドーズ量が最高の性能または最適な性能を与えるかを試験することができる。簡単な例として、異なるドーズ量は、各４分円に注入することができ、そして、各４分円に素子が製造され、それぞれの性能に対して評価される。

低速及び高速のスキャン方向のための開始点と終了点の選択
システムは、補正係数を用いてスキャン波形を修正することにより、ビームを調整し、かつ均一なフラックスを発生させる。走査電極に加えられる波形は、スキャンパターンの中央から左側（または右側）の部分からなるように尖端が断ち切られる。適当な側面上の２つのドーズカップ２３０,２３２の１つによってドーズ量がモニターされる。図９は、ウエハ２４の前にあるエンドステーションに配置されたドーズ量監視装置を示し、この装置は、注入中にオーバースキャン電流を監視するために、走査されたビーム４２の側に配置された２つの小さいカップ２３０，２３２からなる。エネルギーシールド板２３４が、ビームの部分（頂部から底部まで）を妨げるために、側面からビーム４２内に挿入され、注入のエネルギーを制御する。

ウエハの左側及び右側に配置されたカップ２３０，２３２の各々にカップの較正が独立してなされ、一方、従来の注入機上に行われる振幅の合計の代わりに十分な幅でスキャンする。１つのカップで測定されたフラックスは、概略２倍であり、スキャン領域が半分にまで減少され、その結果、注入時間がウエハ全体を注入するのに比較して減じられる。ドーズ量の計算は、単一のドーズカップによって測定されたフラックスに基づく通常のルーチンに従う。制御電子機器のソフトウエアは、ウエハの丁度左側及び丁度右側の部分への注入を特定するための方法におけるフィールドを有する。

低速スキャン方向
モータ１８０により、ビームがウエハの中心に到達し、そして逆方向に戻るまで、スキャンの一端から加工物を走査させる。不均一のドーズ量領域は、獲得されたビームの高さと距離にあり、一方向のスキャンを停止させ、そして、モータを駆動して所望の走査速度で加工物を反対側に移動させる。両方のドーズ量カップが用いられ、同一の各図の低速スキャンで、全体のウエハに必要な注入が行われる。制御電子機器２６のプログラマブルコントローラで実行するソフトウエアは、ウエハの頂部または底部の半分内に注入を特定するように作られるフィールドを含む。

選択可能なドーズ量プロフィール
プロフィールを制御するために高速スキャナーを用いる場合
通常の高速スキャン周波数が１０００Ｈｚの場合、ウエハを横切る各ストライプは、５００μ秒間隔である。スキャンの各端部で５００μ秒の遅れがあると、低速の走査速度が変化しない場合、２つのファクターによりドーズ量が減少する。これは、縞模様の危険がないように密接したスキャンを可能にする。１つの例示的な方法は、ウエハを直線的に横切るスキャンの各端部での遅れが、０〜５００マイクロ秒に増加するとき、一定のＹ方向の走査速度でオープンループで作動させる。ドーズ量は、通常のドーズ量から通常の１／２に頂部から底部へ直線的にドーズ量が変化する。また、非直線的なドーズ量分布が生じる。

プロフィールを制御するために低速の走査速度を用いる場合
注入セットアップの処理は、低速の走査速度と特定のドーズ量を達成するために必要とされるスキャンの全体数を計算する。ソフトウェアは、モータ１８０の速度を変えるために用いられ、ウエハの中央位置での走査速度を標準値に設定し、この標準値をウエハの頂部と底部での値が標準値＋頂部のＸ％−底部のＸ％にさせる。これは、ウエハを横切る２Ｘ％のリニアドーズ量の変動を与える。さらに、注入は、低速の走査速度プロフィールを用いてオープンループで走らせることができる。代わりに、ドーズ量プロフィールのレシピを特定することができ、クローズドループ制御としてドーズカップ電流を用いて、ドーズ量プロフィールを達成するために、機械的または低速の走査速度をＹ位置の関数として変化させる。

マルチ注入のチェーニング(chaining)
上記注入は、ウエハの種々の部分に、異なるドーズ量、注入角度、エネルギー、またはイオン種を受け入れることが可能である。ドーズ量または角度が、スキャンの間、異なる場合、ウエハチャック１０２からウエハを取り除くことなく,
ウエハの種々の部分を注入できるように作ることが有効である。イオン種又はエネルギーの変更は、多くのウエハ上で同一の連続する注入が行われる場合、ビームを再調整することは有効ではない。エネルギーの変化は、エネルギーシールド板２３４の位置を変えることによって実行でき、また、イオン種の変更は、異なるイオン源材料の置き換えによって作ることができる。これらの例では、一群のウエハ全体を処理するために、また、注入のためのイオン種またはエネルギーを変更するのにより有効である。

図８は、本発明の例示的な実施形態に従う加工物への注入を制御する方法のフローチャート図である。この方法は、制御電子機器２６によって開始２５０され、この制御電子機器は、一般的に、１つ以上の加工物を注入するための方法を得るプログラマブルコントローラの形式である。イオンビームを初期軌道に沿って移動するために、ステップ２６０でセットアップされ、または較正されて、特定の電流及びエネルギーのイオンを作り出す。リボン型ビームを横切る磁束密度は、移動するファラデープロファイラー２３１を用いるウエハの平面でのビームドーズ量をモニターし、かつ補正係数を用いてスキャン波形電子機器を調整する反復的な処理によって均一にされる。２つのファラデーカップ２２３０,２３２は、イオン注入中のビーム電流を監視するために使用される。これらの方法は、通常の(ウエハ全体を均一にする)イオン注入が実行され、また多数の領域が異なる形で注入される場合の仕方を示す。決定のステップ２７０では、通常の処理が実行されるかどうかを決定し、その処理ステップ２８０が生じた場合に、この方法がステップ３６０で終了する。

異なる領域が、異なるドーズ量で注入される場合、注入が変化するものであるかまたは均一なものであるかの決定２９０がなされる。もし、変化する場合、加工物の前後移動のスキャンプロフィールは、ステップ３００でセットアップされ、そして、端から端へのスキャンニングは、ステップ３１０で十分な範囲のスキャンニングにセットされる。最終的に、この注入は、ステップ３２０で実行される。

均一なスキャンニングが選択され、制御電子機器は、ステップ３３０で、マルチ領域の各々に対してｘ及びｙ方向における傾斜、回転、スキャンの範囲を設定する。次に注入ステップ３４０が生じ、マルチ注入の次に続く付加的な注入を行うかどうかステップ３５０で決定される。その場合、注入パラメータが調整され、そうでなければ、処理が終了３６０する。

本発明のいくつかの実施形態を、特殊性の度合いにより記載してきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲及び技術的思想の範囲に入る開示された例示的な設計から逸脱しない全ての修正例及び変形例を含むものとする。

図１は、本発明に従って構成されたイオン注入機の概略構成図である。 図２は、イオン注入室内に配置される加工物支持体を説明するイオン注入室の平面図である。 図３は、イオン注入室内に配置される加工物支持体を説明するイオン注入室の正面図である。 図４は、イオンビームに形作られたイオンが加工物に衝突しながら、加工物支持体を直線軌道通路に沿って移動するためのリニア軸受及びモータを占める断面図である。 図５は、図１のイオン注入機を用いるための、制御電子機器のブロック図である。 図６は、異なる４分円に適用される異なるドーズ量レシピを用いて、１／４に分割されたウエハ加工物の概略図である。 図７は、ウエハ加工物の２つの異なるサブ部分、即ちサブ領域上をイオンビームがスキャンする、ウエハ加工物の概略図である。 図８は、図６及び図７のウエハの部分への注入を制御するためのフローチャート図である。 図９は、イオンビームのドーズ量を監視するために取付けられた２つの線量測定用カップの斜視図である。 図１０は、異なる傾斜角度及びこの角度を用いて、スキャン方向を前後に移動することを示す概略図である。 図１１注入室内に加工物を取り付けるチャックを配置して、ねじれ角度をウエハ加工物に適用するためのシステムを示す概略図である。

Claims (6)

1. イオン源とイオン注入室を有するイオン注入機に用いる装置であって、該装置は、
   (a) イオン注入室内を移動するリボン型の薄いイオンビームを生じさせるために、イオンをスキャン動作の端から端に走査するビーム形成構造体と、
   (b) 前記イオン注入室内に、円形の加工物を配置するための加工物支持体と、
   (c) 前記加工物に制御されたビーム処理を生じさせるため、前記加工物支持体を前記薄いイオンビームの中を通って前後に移動するための駆動体と、
   (d) 注入が可変なスキャン速度か、または、均一なスキャン速度かを決定する手段と、
   (e) 制御装置とを含み、
   該制御装置は、均一な注入を選択した場合に、
   i) 前記加工物の幅よりも小さい幅にイオンビームの幅を減少するために、スキャン動作の端から端への走査範囲を制限する前記ビーム形成構造体に接続され、これにより、前記加工物のイオンビーム処理を前記加工物の特定領域に制限する第１制御出力と、
   ii) 前記駆動体に接続され、前記加工物の前後移動を特定の量に制御する第２制御出力を含み、前記第１、第２制御出力により、前記イオンビームを前記加工物の全表面よりも小さい領域に衝突させるように操作可能であり、
   更に、制御装置は、
   1) イオンビームの大きさを制限し、かつ、前記加工物支持体の前後移動を制限して、前記イオンビームがスキャンサイクル中に、前記円形の加工物の選択された１つの４分円にイオンを注入させ、
   2) 前記加工物の他の４分円上に付加的なスキャンサイクルを実行し、前後移動のスキャン速度の速さを調整することによって、前記ウエハの異なる４分円において、ドーズ量を異なる値に制御することを特徴とする装置。
2. 前記制御装置は、前記駆動体が不均一な速度で前記加工物支持体を前後移動させることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記加工物の領域において、前記注入室を通過する電流を監視するために、２つの電流センサが前記加工物支持体の対向側面に間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. ビームを作り出すイオンが加工物の処理表面に衝突する際の注入角度を調整するための傾斜駆動体をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記加工物の特定部分の処理を実行するために、前記加工物を１つの軸回りに回転させるためのねじり駆動体をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. イオン注入を実行する方法であって、
   イオンを発生して初期軌道に沿ってイオンを移動させ、
   制御された量でイオンを端から端まで走査して、リボン型の薄いイオンビームを作り出し、
   加工物の注入表面を横切る異なる位置に間隔を置いて配置した半導体素子を作り出すための構造を有する前記加工物を用意し、
   前記薄いイオンビームをインターセプトするために排気された室内に前記加工物を配置し、
   イオンが前記加工物の表面を横切って走査するとき、前記薄いイオンビームのイオンが前記加工物に衝突するように、前記加工物を前記薄いイオンビームの中を通って前後に移動させ、
   1) 加工物の前後移動は、不均一な移動速度で実行され、処理される加工物の制限された部分を横切って、不均一なドーズ量注入が達成されるか、或いは、
   2) 前記前後移動は、ステップ関数で適用され、前記移動の第１部分は、均一な速度であり、前記移動の第２部分は、異なる均一速度であるか、を決定し、
   不均一なドーズ量注入を選択した場合は、更に、前記薄いイオンビームを通る前記加工物の前後移動を制御して、前記加工物の注入表面上の異なる位置に異なる素子を形成するための注入ドーズ量を調整する、各ステップを有し、前記前後移動の制御は、
   i) 前記加工物の端から端への走査の範囲を、前記加工物の幅よりも小さい幅にイオンビームの幅を減少するために制限し、これにより、前記加工物のイオンビーム処理を前記加工物の特定領域に制限し、
   ii) 前記加工物の前後移動を特定の量に制御して、前記イオンビームを前記加工物の全表面よりも小さい領域に衝突させることを特徴とする方法。

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