JPH10283973A - ウエハメカニカルスキャン方法及びイオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオンビームスキャン方式がとれない大電流又
は高エネルギーのイオン注入装置における枚葉式に適し
たウエハメカニカルスキャン方法及びこのメカニカルス
キャン方法を用いたイオン注入装置を提供する。 【解決手段】ウエハ保持ステージを一方の方向にスキャ
ンさせると共に、該ウエハ保持ステージに保持されたウ
エハの中心を軸にして該ウエハ保持ステージを自転させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、イオン注入装置等に用い
られるウエハのメカニカルスキャン方法及び該メカニカ
ルスキャン方法を用いたイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ウエハのシリコン基板内に不純物
を所望の濃度でかつ正確な深さで注入する技術として、
不純物をイオン化し、そのイオンを電界により加速して
注入するイオン注入方法が、広く用いられている。

【０００３】このイオン注入装置の基本概要を図４に示
す。図４に示したイオン注入装置は、ビームに対してウ
エハをスキャンさせるメカニカルスキャン方式である。
イオンソース部にて生成されたイオンは、引き出し電極
に印加された電圧により引き出される。引き出されたイ
オンは、質量分析機により質量数の違いが分析され、必
要とするイオンが選別される。目的のイオン種のみが存
在することとなったイオンビームが試料室にセットされ
たウエハに照射される。

【０００４】ウエハに照射されるイオンビームは、図５
（ａ）に示すように、狭い領域を照射するので、図５
（ｂ）に示すように、何らかの手段を用いてイオンビー
ムに対してウエハをスキャンしてウエハ全面に均一にイ
オンビームを照射する必要がある。

【０００５】イオン注入のスキャン方式としては、ウエ
ハに対してイオンビームをスキャンさせる方式と、上記
のようなイオンビームに対してウエハをスキャンさせる
メカニカルスキャン方式と、その両方を用いるハイブリ
ットスキャン方式の３方式がある。

【０００６】ところが、大電流又は高エネルギーのイオ
ン注入装置では、イオンビームをスキャンさせることは
非常に困難であるため、メカニカルスキャン方式が採用
されている。

【０００７】メカニカルスキャン方式では、図６に示す
ように、ディスク又はドラムに複数のウエハを載置し、
ディスク又はドラムをＸ方向又はＹ方向にスキャンさせ
ると共に、ディスク又はドラムを回転させながらウエハ
に対してイオンビームを照射するバッチ式の注入機構が
採用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなバッチ式の処理システムでは、小枚数処理の時のス
ループットが低くなって、生産性が悪いという問題があ
る。そのため、ウエハ毎に最適なイオン注入を高スルー
プットで行える枚葉式のイオン注入装置が要望されてい
る。

【０００９】本発明は、かかる要望に鑑みなされたもの
で、イオンビームスキャン方式がとれない大電流又は高
エネルギーのイオン注入装置における枚葉式に適したウ
エハメカニカルスキャン方法及びこのメカニカルスキャ
ン方法を用いたイオン注入装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、イオン注入装置等においてウエハにビーム
を均一に照射させるためのウエハのスキャン方法であっ
て、ウエハ保持ステージを一方の方向にスキャンさせる
と共に、該ウエハ保持ステージに保持されたウエハの中
心を軸にして該ウエハ保持ステージを自転させることを
特徴とするウエハメカニカルスキャン方法を提供する。

【００１１】また、本発明は、ウエハ保持ステージに保
持されたウエハにイオンビームを照射するイオン照射機
構と、該ウエハ保持ステージを一方の方向にスキャンす
るスキャン機構と、該ウエハ保持ステージに保持された
ウエハの中心を軸にして該ウエハ保持ステージを自転さ
せる自転機構とを具備することを特徴とするイオン注入
装置を提供する。

【００１２】本発明のウエハメカニカルスキャン方法
は、ウエハを一方向にスキャンさせると共に、ウエハを
自転せしめることにより、ウエハ全面に固定されたビー
ムを均一に照射する。この方法によれば、ウエハに対し
渦巻き状にビームを照射することになり、ウエハ毎にビ
ームを照射する枚葉式を実現できる。

【００１３】この方法は、ウエハに対して渦巻き状にビ
ームを照射するので、ウエハ中心部と周辺部での注入量
差をなくすため、スキャンの角速度を一定にするスキャ
ン制御又は自転制御が必要となる。

【００１４】また、本発明のイオン注入装置は、ウエハ
の一方向へのスキャン機構と自転機構を具備するので、
かかるウエハメカニカルスキャン方法を実現できる。

【００１５】上記注入量をウエハ全面で均一化するた
め、本装置では、スキャン位置信号及び／又は注入電流
信号に基づいてスキャン制御又は自転制御を行うことが
好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら具体的に説明するが、本発明は下記の実施例
に限定されるものではない。

【００１７】図１は本発明のウエハメカニカルスキャン
方法を説明する概念図である。上述したイオン注入装置
等で発生されたイオンビームがウエハに注入される。こ
のときの注入角度は任意に設定することができる。この
イオンビームは、ビームスキャンが困難な大電流又は高
エネルギーであり、例えばイオンビーム電流が１ｍＡ以
上の大電流イオン注入機、あるいは２００ｋｅＶ以上の
高エネルギーイオン注入機に対して本発明方法が好適に
適用される。この固定されたイオンビームに対して本発
明方法では、ウエハを一方向にスキャンさせると共に、
ウエハをウエハの中心を軸として自転せしめる。スキャ
ンの幅はウエハの半径の距離で足りる。このようなウエ
ハのスキャン方法では、例えばウエハの中心部から周辺
部にイオンビームを走査させる場合、図１に示すよう
に、ウエハの中心部から渦巻き状の注入パターンでウエ
ハの周辺部に向かって走査することになる。なお、ウエ
ハの周辺部から中心部に向かって走査することも可能で
ある。渦巻き状の注入パターンであるから、自転速度と
スキャン速度が一定の場合、ウエハの中心部から周辺部
に向かうに従い走査速度が速くなり、イオン注入量が周
辺部に行くに従い減少してしまう。そのため、角速度を
一定にして注入量をウエハ全面に亘って一定にするよう
に、自転速度かスキャン速度、あるいは両方を制御する
必要がある。これについては後述する。

【００１８】図２は、本発明にかかるイオン注入装置の
構成の一例を示す概略図である。図２では、本発明の特
徴であるウエハのスキャン装置の構成を示しており、他
の構成は省略しているが、このイオン注入装置は、イオ
ンビーム照射装置その他を具備し、真空装置にこれらの
装置が収納されている。

【００１９】イオンビーム照射装置は、図４に示したも
のと同様であり、イオンソース部にて生成されたイオン
は、引き出し電極に印加された電圧により引き出され
る。引き出されたイオンは、質量分析機により質量数の
違いが分析され、必要とするイオンが選別される。目的
のイオン種のみが存在することとなったイオンビームが
試料室のウエハ保持ステージにセットされたウエハに照
射される。本イオン注入装置は、例えばイオンビーム電
流が１ｍＡ以上の大電流イオン注入機、あるいは２００
ｋｅＶ以上の高エネルギーイオン注入機であり、ウエハ
に対してイオンビームを走査しない。このような大電流
イオン注入機は、例えばソース・ドレイン形成、コンタ
クト抵抗を下げるための注入などの高濃度領域（１０¹⁵
ａｔｏｍｓ／ｃｍ²）の注入に用いられる。また、高エ
ネルギーイオン注入機は、例えばＭＯＳのしきい値電圧
の制御、マスクＲＯＭのデータの書き込み等に用いられ
る。

【００２０】ウエハを保持するウエハ保持ステージは、
ウエハ自転用モーターによりウエハの中心を軸として所
定の速度で回転するようになっている。また、このウエ
ハ自転機構とウエハ保持ステージは、スキャンモーター
によりＸ方向あるいはＹ方向に所定の速度でウエハの約
半径の距離スキャンされるようになっている。

【００２１】スキャンモーターは、スキャン駆動電源に
より所定のスキャン速度になるように制御される。ま
た、本イオン注入装置は注入電流測定ユニットを有し、
種々の設定値や検知器からの信号を処理してスキャン駆
動電源に制御信号を送る。スキャン駆動電源はこの制御
信号に基づいてスキャンモーターを制御された速度で駆
動する。また、スキャンモーターは、スキャン位置信号
を逐次注入量測定ユニットに送るようになっている。

【００２２】また、ウエハ保持ステージの前面に突き出
し、引き込み可能にイオンビーム計測機構（ファラデ
ィ）が設けられ、注入前に突き出されてウエハ保持ステ
ージの前面に配置され、イオンビームの電流を測定し、
測定したイオンビーム電流信号を注入電流測定ユニット
に送るようになっている。このファラディは、注入前に
注入に影響を与えないように引き込むようになってい
る。また、ビーム電流の増減による注入量差を補正する
ため、ウエハに注入されたイオン電流を例えばウエハに
流入する電流量から検知してこれを注入電流信号として
注入電流測定ユニットに送るようになっている。

【００２３】次に、このようなメカニカルスキャン機構
による注入量の制御と注入均一性の制御について説明す
る。注入量の制御は、予め注入電流測定ユニットに必要
なドーズ量を入力して設定しておく。そして、ファラデ
ィによって計測されたイオンビーム電流信号とドーズ量
設定値から注入電流測定ユニットが終了スキャン回数と
基準となるスキャン速度を計算し、計算されたスキャン
回数になったときに注入を終了するように制御する。こ
れにより、注入量の制御が行われる。

【００２４】また、上述したように、ウエハの自転と一
方向へのスキャンによるメカニカルスキャン方法では、
渦巻き状にイオンビームがウエハを走査するため、イオ
ン注入の走査速度における角速度を一定にし、つまり中
心部では速く、周辺部ではゆっくりしたスキャンスピー
ドにし、注入量（一般にはドーズ量と呼ぶ）がウエハ全
面で一定になるように、自転速度かスキャン速度、ある
いは両方を制御する必要がある。更に、ビーム電流の増
減による注入量差をなくす必要がある。

【００２５】上記イオン注入装置では、スキャンモータ
ーからのスキャン位置信号で角速度を制御し、注入電流
信号によりビーム電流を制御するようになっている。こ
れらのスキャン位置信号と注入電流信号は注入電流測定
ユニットに入力され、注入電流測定ユニットは、前述の
基準となるスキャンスピードとの比較を行い、これらの
２つの信号からスキャンスピードを計算し、スキャン駆
動電源にスキャンスピード制御信号を送り、スキャン駆
動電源はこの信号に基づいてスキャンモーターを制御さ
れたスピードで駆動する。これにより、注入量がウエハ
全面に亘って均一化される。

【００２６】上記説明ではスキャンスピードを制御する
ことにより注入均一性の制御を行っているが、スキャン
位置信号に基づいてウエハ自転用モーターを制御して自
転速度を制御することによっても注入均一性の制御が可
能である。

【００２７】また、上記説明では一枚のウエハ処理して
いるが、２枚以上のウエハを並列させて連続処理も可能
である。

【００２８】更に、上記装置では、Ｘ軸、又はＹ軸に平
行に直線的にスキャンするように説明しているが、スキ
ャン方法は種々考えられる。例えば図３に示すように、
一端側のスイング軸を中心にしてスイングするスイング
アームの先端部にウエハ保持ステージを自転可能に設
け、振り子状のスイング動作をさせる機構も採用するこ
とができる。サーボモーター等でスイングアームをスイ
ング軸を中心とした所定の角速度で回転させ、イオンビ
ームに対して自転しているウエハ保持ステージを偏心さ
せてスキャンさせることができる。この場合のスキャン
スピードは、スイングアームの角度を検出し、これをス
キャン位置信号として注入電流測定ユニットに送り、ス
キャン速度を制御できる。

【００２９】このようなウエハメカニカルスキャン機構
を具備するイオン注入装置は、メカニカルスキャン方式
を行わざるを得なかった大電流又は高エネルギーイオン
注入において、枚葉式を実現できる。その結果、小ロッ
ト処理時に精密なイオン注入制御が行えると共に、生成
したイオンビームを有効にウエハに注入でき、スループ
ットが向上する。また、他のＣＶＤ装置やスパッタリン
グ装置と連結して連続処理が可能となり、汚染の防止や
スループット上有利である。

【００３０】

【発明の効果】本発明のウエハメカニカルスキャン方法
によれば、ウエハを自転せしめると共に一方向にスキャ
ンすることにより、枚葉式を実現でき、ウエハ毎にビー
ム照射を精密に制御できる。

【００３１】また、本発明のイオン注入装置は、かかる
ウエハメカニカルスキャン方法を採用しているため、枚
葉式を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハメカニカルスキャン方法を説明
する概略図である。

【図２】本発明のイオン注入装置のメカニカルスキャン
部の構成を示す構成図である。

【図３】本発明におけるスキャンの一方法を示す斜視図
である。

【図４】メカニカルスキャン方式のイオン注入装置の概
要を示す構成図である。

【図５】ウエハをスキャンさせることによりウエハ全面
にイオンを注入することを説明する概念図である。

【図６】従来のディスク方式のイオン注入装置のディス
クを示す平面図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン注入装置等においてウエハにビーム
   を均一に照射させるためのウエハのスキャン方法であっ
   て、 ウエハ保持ステージを一方の方向にスキャンさせると共
   に、 該ウエハ保持ステージに保持されたウエハの中心を軸に
   して該ウエハ保持ステージを自転させることを特徴とす
   るウエハメカニカルスキャン方法。
2. 【請求項２】上記ウエハ保持ステージのスキャン速度及
   び自転速度の一方又は両方を制御することによりビーム
   をウエハ全面に均一に照射させる請求項１記載のウエハ
   メカニカルスキャン方法。
3. 【請求項３】ウエハ保持ステージに保持されたウエハに
   イオンビームを照射するイオン照射機構と、 該ウエハ保持ステージを一方の方向にスキャンするスキ
   ャン機構と、 該ウエハ保持ステージに保持されたウエハの中心を軸に
   して該ウエハ保持ステージを自転させる自転機構とを具
   備することを特徴とするイオン注入装置。
4. 【請求項４】上記ウエハ保持ステージのスキャン位置信
   号に基づいてスキャン速度又は自転速度を制御するスキ
   ャン制御手段を具備する請求項３記載のイオン注入装
   置。
5. 【請求項５】上記スキャン制御手段が、更に照射ビーム
   により生ずる注入電流信号に基づいてスキャン速度又は
   自転速度を制御する請求項４記載のイオン注入装置。
6. 【請求項６】一端側のスイング軸を中心としてスイング
   するスイングアームの他端側に自転可能に上記ウエハ保
   持ステージが設けられ、該スイングアームのスイングに
   より該保持ステージを一方の方向にスキャンするスキャ
   ン機構を具備する請求項３記載のイオン注入装置。