KR102004540B1 - 이온주입방법 및 이온주입장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼로의 이온주입 전에, 이온 빔의 2차원 빔 형상을 측정하고, 측정된 2차원 빔 형상을 이용하여 2차원 빔 형상을 타원형상에 근사시키고, 반도체 웨이퍼 외주의 적어도 일부의 영역에 대해, 상기 타원형의 빔 외주와 반도체 웨이퍼 외주의 공통접선을 이용하여, 이온 빔의 조사범위를 설정함으로써, 주입조사영역을 조정한다.

Description

이온주입방법 및 이온주입장치{Ion implantation method and ion implantation apparatus}

본 출원은, 2011년 12월 19일에 출원된 일본 특허출원 제2011-277427호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은 이온주입에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이온주입장치에 있어서의 이온 빔에 의한 주입조사영역의 제어수법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에서는, 도전성을 변화시킬 목적, 반도체 웨이퍼의 결정구조를 변화시킬 목적 등을 위해, 반도체 웨이퍼에 이온을 조사(照射), 주입(注入)하는 공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이 공정에서 사용되는 장치는 이온주입장치라고 불린다. 이온주입장치는, 이온원(源)에서 발생한 이온을 가속하여, 가속된 이온 빔을 형성하는 기능과, 그 이온 빔을 빔 스캔, 웨이퍼 스캔, 또는 그들의 조합에 의하여, 반도체 웨이퍼 전체면에 조사하는 기능을 가진다. 이 경우, 반도체 웨이퍼에 어느 정도 이온을 주입할지에 대해서는, 반도체 설계에 따라 정해져 있으며, 일단 반도체 설계가 정해진 후에는, 그것을 변경하는 것은 곤란하다.

반도체 제조공정에서 사용되는, 이온원에서 발생한 이온을 이온 빔으로서 웨이퍼까지 수송하는 이온주입장치에는 여러 가지 종류가 있다. 그 한 종류로서, 웨이퍼의 저속(slow) 스캔(저속 주사(走査))과 이온 빔의 고속(fast) 스캔(고속 주사)을 조합한 이온주입장치가 있다. 웨이퍼의 저속 스캔에서는, 웨이퍼를 기계적(mechanical)으로 저속 스캔(슬로우 이동)시키는 방향이 웨이퍼 저속 스캔 방향으로서 설정된다. 한편, 이온 빔의 고속 스캔에서는, 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향으로, 이온 빔을 고속 스캔시키는 방향이 빔 스캔 방향(또는 고속 스캔 방향)으로서 설정된다. 이로써, 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 왕복운동하도록 기계적 구동되는 웨이퍼에 대해서, 빔 스캔 방향으로 왕복스캔되는 이온 빔이 조사된다. 이러한 이온주입장치는 하이브리드 스캔 이온주입장치라고 불린다.

또한, 다른 한 종류로서, 웨이퍼의 저속 스캔과 웨이퍼의 고속 스캔을 조합한 2차원의 기계적 웨이퍼 스캔에 의한 이온주입장치가 있다. 웨이퍼의 기계에 의한 저속 스캔에서는, 웨이퍼를 기계적으로 저속 스캔(슬로우 이동)시키는 방향이 웨이퍼 저속 스캔 방향으로서 설정된다. 한편, 웨이퍼의 기계에 의한 고속 스캔에서는 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향으로, 웨이퍼를 기계적으로 고속 스캔(슬로우 이동보다 빠르게 패스트 이동)시키는 웨이퍼 고속 스캔 방향이, 상기의 하이브리드 스캔 이온주입장치의 빔 스캔 방향과 동일한 방향으로서 설정된다. 이로써, 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 왕복운동하면서, 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 고속 스캔 방향으로도 왕복운동하도록 구동되는 웨이퍼에 대해서, 이온 빔(정지(static) 이온 빔)이 조사된다. 이러한 이온주입장치는, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치라고 불린다.

후술하는 바와 같이, 본 발명은, 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치의 어느 것에도 적용될 수 있다.

반도체 제조공정에서는, 반도체 웨이퍼 생산성(이하, 웨이퍼 생산성이라 약칭함)이 중요시된다. 이미 설명한 바와 같이, 어느 반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼에 주입해야 하는 이온주입량은 정해져 있다. 그러므로, 웨이퍼 생산성을 높이기 위해서는, 반도체 웨이퍼에 수송되는 이온량을 증대시키거나, 혹은 반도체 웨이퍼에 효율적으로 이온을 주입할 필요가 있다.

후술하는 바와 같이, 본 발명은, 반도체 웨이퍼로의 효율적인 이온주입에 관한 것이다.

다만, 반도체 웨이퍼에 효율적으로 이온주입을 행할 때에는, 웨이퍼 면내에서 동일 품질(특성)의 반도체 디바이스를 제조하기 위하여, 통상, 반도체 웨이퍼의 전체면에 동일량의 이온주입을 행해야 한다. 바꾸어 말하면, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성이 확보되어야 한다. 따라서, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시키는 것이 요구된다.

하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 이미 설명한 바와 같이, 이온 빔을 빔 스캔 방향으로 왕복 빔 스캔하고, 빔 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 반도체 웨이퍼를 기계적 스캔(이동)하여, 이온을 반도체 웨이퍼에 주입한다. 여기서, 반도체 웨이퍼로의 효율적인 이온주입을 고려할 때에는, 이후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 고정하고, 이온 빔의 상대적인 거동을 고려하면 된다. 이는, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에서도 마찬가지이다. 이 경우, 반도체 웨이퍼로의 효율적인 이온주입의 한 방법으로서, 반도체 웨이퍼의 형상에 맞추어, 이온 빔의 스캔범위(조사범위)를 제어하는 수법을 생각할 수 있다.

여기서, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서, 반도체 웨이퍼의 형상에 맞추어, 이온 빔의 스캔범위를 제어하는 수법으로서, 반도체 웨이퍼의 외형범위를 넘은 지지부재 상에서의 스캔범위가 동일해지도록 제어하는 수법이 제안되어 있다(특허문헌 1). 지지부재는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 것이며, 반도체 웨이퍼를 지지한 상태에서 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 왕복운동하도록 구동된다.

일본 특허공개공보 2009－146757호

특허문헌 1에 개시된 수법은, 지지부재 상으로부터의 2차전자 공급에 의한 이온주입의 주입각도 격차를 저감시킬 목적으로 채용되어 있어서, 반도체 웨이퍼로의 이온주입 효율을 높이는 목적과는 상이하다. 따라서, 특허문헌 1에 개시된 수법은, 웨이퍼 생산성 향상을 위해서는, 불충분하다.

특허문헌 1에 개시된 수법에서는, 이온 빔의 주입조사영역이 2차원적 형상을 이루고 있는 것에 대해 고려되어 있지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼의 좌우방향 단부에서의 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성이 악화된다. 또한, 이러한 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성의 악화를 피하기 위하여, 반도체 웨이퍼의 외형범위를 넘은 지지부재 상에서의 이온 빔의 스캔범위를 넓힌 경우에는, 웨이퍼 생산성향상의 목적은 달성되지 않는다.

특허문헌 1에 개시된 수법에서는, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서, 기준이 되는 빔 위치가 반도체 웨이퍼의 상하방향 중심위치로부터 시프트하는 경우가 있는 것에 대해, 고려되어 있지 않아, 반도체 웨이퍼의 상하방향 단부에서의 이온주입량의 면내 균일성이 악화되어 버린다. 또한, 이 이온주입량의 면내 균일성 악화를 피하기 위하여, 반도체 웨이퍼의 외형범위를 넘은 지지부재 상의 이온 빔의 스캔범위를 넓혔을 경우에는, 웨이퍼 생산성향상의 목적은 달성되지 않는다.

특허문헌 1에 개시된 수법에서는, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서, 반도체 웨이퍼의 지지부재 상에서의 이온 빔의 스캔면적이 동일해지도록 제어하고 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼로의 이온주입 효율을 높이기 위해서는, 상기의 스캔면적 일정제어로는 목적을 달성할 수 없고, 2차적으로 반도체 웨이퍼로의 이온주입 효율이 높아지는 경우가 있는데 그친다.

본 발명의 과제는, 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서, 이온 빔의 주입조사영역의 2차원 형상에 대응하면서, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고, 또한 반도체 웨이퍼의 생산성을 향상시키는 것이다.

본 발명은, 상기 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 적용된다.

본 발명에 관한 이온주입방법의 하나는, 웨이퍼로의 이온주입 전에, 이온 빔의 2차원 단면 빔 형상을 미리 측정하고, 측정된 2차원 단면 빔 형상을 이용하여 2차원 단면 빔 형상을 타원형상에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 웨이퍼 외주의 공통접선을 이용하여, 상기 이온 빔의 조사범위를 설정함으로써, 주입조사영역을 규정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 이온주입방법의 하나는, 웨이퍼 외주의 전체영역에 있어서, 상기 타원형의 빔 외주와 웨이퍼 외주의 공통접선을 이용하여, 이온 빔의 주입조사영역을 규정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 이온주입방법의 다른 하나는, 웨이퍼로의 이온주입 중에 이온전류량 미소변동이 발생한 경우에도, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위하여, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 직경을 포함한 직선으로 2분할되는 주입조사영역의 편측이 사각형 형상이며, 다른 편측의 주입조사영역이, 상기 공통접선에 의하여 규정되는 형상인, 이온주입방법인 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 빔 스캔 방향(또는 웨이퍼 고속 스캔 방향)의 빔 스캔 종단위치를 단계적으로 복수 개 설정하여, 웨이퍼로의 이온주입을 중단하는 일 없이, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치에 따라, 상기 빔 스캔 종단위치의 설정치를 단계적으로 전환함으로써, 웨이퍼 전체면에 걸쳐 이온주입을 행하는 것도 또한, 특징의 하나이다.

여기서, 복수 개 설정된 빔 스캔 종단위치의 설정치를 단계적으로 전환하는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치 중, 적어도 하나는, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 빔 무게중심의 위치가 웨이퍼의 내부에 존재하는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치이고, 또한, 적어도 다른 하나는, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 빔 무게중심의 위치가 웨이퍼의 외부에 존재하는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치인 것도 또한, 특징의 하나이다.

본 발명에 관한 이온주입장치의 하나는, 웨이퍼로의 이온주입 전에 스캔된 이온 빔의 2차원 단면형상을 측정하는 측정장치와, 측정된 2차원 단면 빔 형상을 이용하여, 2차원 단면 빔 형상을 타원형상에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 웨이퍼 외주의 공통접선을 이용하여, 이온 빔의 조사범위를 설정하여, 주입조사영역을 규정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 이온주입장치의 하나는, 상기 제어부가, 웨이퍼 외주의 전체영역에 있어서, 상기 타원형의 빔 외주와 웨이퍼 외주의 공통접선을 이용하여, 주입조사영역을 규정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 이온주입장치의 다른 하나는, 웨이퍼로의 이온주입 중에 이온전류량 미소변동이 발생한 경우에도, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위하여, 상기 제어부가, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 직경을 포함한 직선으로 2분할되는 주입조사영역의 편측이 사각형 형상이며, 다른 편측의 주입조사영역이, 상기 공통접선에 의하여 규정되는 형상인 주입조사영역을 규정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서, 실제로 웨이퍼에 주입되는 이온 빔의 2차원 단면형상에 근거하는 빔 외주와 웨이퍼 외주와의 관계에 대응하면서, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고, 또한 반도체 웨이퍼의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치의 일례의 개략구성을 설명하기 위한 평면도(도 1a) 및 측면도(도 1b)이다.
도 2는, 도 1에 나타난 이온주입장치에 있어서의 기계적 스캔장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은, 하이브리드 스캔 이온주입장치의 이온주입동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 통상 이용되는 이온주입방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 통상 이용되는 이온주입방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명에 의한 이온주입의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명에 의한 이온주입의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명에 의한 이온주입의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 이온주입방법 중 하나를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 본 발명에 의한 이온주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서의 기계적 스캔장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치의 이온주입동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 본 발명은, 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치 어느 것에도 적용될 수 있다. 먼저, 도 1을 참조하여, 보다 구조가 복잡한 하이브리드 스캔 이온주입장치에 대해 설명한다. 도 1a는 평면도, 도 1b는 측면도이다. 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 이온원(源)(1)에서 발생한 이온을 인출전극(2)에 의하여 이온 빔으로서 인출하고, 인출한 이온 빔을 반도체 웨이퍼(10)에 이르는 빔 라인을 따라 수송하도록 구성하고 있다. 빔 라인을 따라, 질량분석 자석장치(3), 질량분석 슬릿(4), 빔 스캐너(5), 웨이퍼 처리실(이온주입실)을 배치하고 있다. 웨이퍼 처리실 내에는, 반도체 웨이퍼(10)를 지지하는 지지기구를 구비한 기계적 스캔장치(11)가 배치된다. 지지기구는 반도체 웨이퍼(10)를 지지하는 웨이퍼 홀더를 포함한다. 인출전극(2)을 통해 인출된 이온 빔은, 빔 라인을 따라 수송되어 웨이퍼 처리실의 이온주입위치에 배치된 웨이퍼 홀더 상의 반도체 웨이퍼(10)에 유도된다.

이온 빔은, 빔 스캐너(5)에 의하여 빔 스캔 방향(또는 고속 스캔 방향)으로 왕복스캔(조사)된다. 빔 스캐너(5)에 입사되는 이온 빔의 진행방향은 고정이지만, 빔 스캐너(5)에 의하여, 빔 스캐너 입사시의 고정 진행방향에 대해서 각도를 가지도록 편향된다. 그러나, 고정 진행방향에 대해서 편향각을 가지는 이온 빔은, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 패럴렐 렌즈(6)의 기능에 의하여 고정 진행방향에 평행이 되도록 평행화된 후, 반도체 웨이퍼(10)까지 유도된다. 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 빔 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 왕복스캔(이동)시켜, 이온을 반도체 웨이퍼(10)에 주입한다. 이와 같이 조사된 이온 빔을 이하에서는, 스캔이온 빔이라고 부르는 경우가 있다. 도 1에서는, 패럴렐 렌즈(6)의 하류측에 배치된 각도 에너지 필터(7)에 의하여 이온 빔을 하방으로 편향시켜서, 이온에너지의 균일성을 높이고 있다. 그러나, 이는 일례이며, 각도 에너지 필터(7)는 생략되어도 된다.

본 실시형태에서는, 반도체 웨이퍼(10)에 가까운 상류측에서, 이온 빔의 계측을 행한다. 이온 빔의 계측을 위하여, 웨이퍼영역 빔 측정장치(9)를 사용한다. 도 1a에서는 웨이퍼영역 빔 측정장치(9)는 일점쇄선의 화살표로 나타내는 범위를 왕복이동 가능하도록 그려져 있지만, 웨이퍼영역 빔 측정장치는 비(非)가동 타입인 것이어도 된다. 일점쇄선의 화살표로 나타내는 웨이퍼영역 빔 측정장치(9)의 왕복이동범위는 이온 빔의 스캔범위(조사범위)보다 넓다. 다만, 이하에서는, 설명을 간략하게 하기 위하여, 가동 타입의 웨이퍼영역 빔 측정장치(9)를 이용하여 설명한다.

반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에는, 반도체 웨이퍼(10)와 물리적으로 간섭하므로, 웨이퍼영역 빔 측정장치(9)를 사용할 수 없다. 도 1에 나타낸 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에는, 주입시 빔 측정장치(8)를 이용하여 스캔이온 빔의 계측을 행한다. 이후에 상세하게 설명하지만, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서 약간의 빔 변동이 발생한 경우나, 이온원(1)으로부터 반도체 웨이퍼(10)까지의 빔 수송용 기기에 방전이 발생하여, 반도체 웨이퍼(10)에 이온이 도달하지 않게 된 경우 등의 비정상 주입상태 발생시에, 주입시 빔 측정장치(8)의 계측결과를 이용하여 비정상 주입상태에 대응하여, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성 악화를 방지하는 경우가 있다.

도 1에서는, 반도체 웨이퍼(10)보다 상류측에서 이온 빔의 스캔범위의 가장 외측이 되는 2개의 위치의 일방에, 하나의 주입시 빔 측정장치(8)가 나타나 있다. 그러나, 이는 일례이며, 주입시 빔 측정장치(8)는 반도체 웨이퍼(10)의 옆에 배치해도 되고, 반도체 웨이퍼(10)보다 하류측의 위치에 배치해도 되며, 상기 2개의 위치 중의 타방에 배치해도 된다. 또한, 일반적으로는 하이브리드 스캔 이온주입장치에 복수 개의 주입시 빔 측정장치를 배치하는 경우가 있다. 이에 대해, 본 실시형태에서는 하나의 주입시 빔 측정장치(8)를 배치함으로써, 그 목적을 달성할 수 있으므로, 이하의 설명에서는, 하나의 주입시 빔 측정장치(8)가 배치된 경우에 대해 설명한다.

도 2는, 도 1의 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서의 기계적 스캔장치(11)의 일례를 확대하여 나타내는 개략도이다. 도 2에서 나타내는 바와 같이, 기계적 스캔장치(11)는, 개략적으로 웨이퍼 홀더(27), 웨이퍼 회전장치(12), 웨이퍼 승강장치(13)로 구성되어 있다. 빔 스캐너(5)에 의하여 도면에 대해 수직인 방향(빔 스캔 방향)에 관하여, 이온 빔은 스캔되고, 웨이퍼 홀더(27) 상에 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(10)에 조사된다. 웨이퍼 홀더(27)는 웨이퍼 승강장치(13)에 의하여 도 2에 파선으로 나타내는 화살표방향으로 왕복구동되고, 그 결과, 웨이퍼 홀더(27) 상에 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(10)도, 도 2에 파선으로 나타내는 화살표방향(웨이퍼 저속 스캔 방향)으로 왕복구동된다. 이와 같이 하여, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 이온 빔의 빔 고속 스캔과 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔에 의하여 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온이 주입된다.

본 발명은, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에도 적용될 수 있으므로, 하이브리드 스캔 이온주입장치와의 차이를, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 간단하게 설명한다.

2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서도, 이온원(1)에서 발생한 이온을 인출전극(2)에 의하여 이온 빔으로서 인출하고, 인출한 이온 빔을 반도체 웨이퍼(10)에 이르는 빔 라인을 따라 수송하도록 구성하고 있다. 빔 라인을 따라, 질량분석 자석장치(3), 질량분석 슬릿(4), 웨이퍼 처리실(이온주입실)을 배치하고 있지만, 빔 스캐너(5) 및 패럴렐 렌즈(6)는 생략된다. 빔 스캐너(5) 및 패럴렐 렌즈(6)가 생략되지만, 기계적 스캔장치(11)의 구조가 복잡해진다. 즉, 웨이퍼 홀더(27)는, 웨이퍼 승강장치(13)에 의한 상하방향(웨이퍼 저속 스캔 방향)의 동작에 더해, 웨이퍼수평이동장치(도시하지 않음)에 의한 수평방향(빔 스캔 방향과 동일한 웨이퍼 고속 스캔 방향)의 동작에 의하여, 반도체 웨이퍼(10)와 함께 2차원으로 기계적 스캔된다.

이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위하여, 주로 본 발명을 하이브리드 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 대해 설명한다. 본 발명을 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 대해서는, 그 설명의 필요성에 따라, 적절히 주석을 행한다.

도 3을 참조하여, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입시에 있어서의, 하이브리드 스캔 이온주입장치의 동작을 더욱 상세하게 설명한다. 도 3에 있어서, 이온 빔은 빔 스캐너(5)에 의하여 횡방향(빔 스캔 방향)으로 스캔된다. 한편, 반도체 웨이퍼(10)는, 웨이퍼 홀더(27)에 지지되어, 웨이퍼 승강장치(13)(도 2)에 의하여 상하(종)방향(웨이퍼 저속 스캔 방향)으로 스캔(이동)된다. 도 3에서는, 반도체 웨이퍼(10)의 최상위치와 최하위치를 이점쇄선으로 나타냄으로써, 하이브리드 스캔 이온주입장치의 동작을 설명하고 있다. 도 3에서는, 단면형상이 가로로 긴(즉 타원형)인 이온 빔이 빔 스캐너(5)(도 1)에 의하여 스캔되고, 스캔이온 빔 상태로 반도체 웨이퍼(10)에 조사되는 양태를 나타내고 있다. 그러나, 일반적으로는 스캔용 이온 빔은 도 3과 같이 단면형상이 가로로 긴 것으로 한정되지 않으며, 세로로 긴 경우도 있고, 원형에 가까운 단면형상인 경우도 있다.

이미 설명한 바와 같이, 반도체 제조공정에서는, 특별한 이유가 없는 한, 웨이퍼 면내에서 동일품질(특성)의 반도체 디바이스를 제조하기 위하여, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하는 것이 요구된다. 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성 확보를 위해서는 먼저, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온이 주입될 필요가 있다.

반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입하기 위하여, 스캔이온 빔의 스캔범위는, 반도체 웨이퍼(10)의 면적범위를 넘을 필요가 있다. 단, 이후에 상세하게 설명하지만, 상기의 제한은, 스캔이온 빔의 스캔범위(빔 스캔길이)가, 항상 반도체 웨이퍼(10)의 직경보다 커야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입하기 위해서는, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 스캔범위(이동범위)가, 반도체 웨이퍼(10)의 직경을 넘을 필요가 있다.

상기의 스캔범위의 제한에 따르면, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입할 수 있다. 그러나, 상기의 스캔범위의 제한만으로 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보할 수 있는 것은 아니다. 즉, 상기의 스캔범위에 있어서, 반도체 웨이퍼(10)의 단위면적당 이온주입량이 일정하게 되도록, 빔 스캔 방향의 이온주입량 균일성 및 웨이퍼 저속 스캔 방향의 이온주입량 균일성을 확보해야 한다.

하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 필요에 따라서 웨이퍼영역 빔 측정장치(9)를 이용하여 이온주입 전에 스캔이온 빔의 계측을 행하고, 또한 필요에 따라서 빔 스캐너(5)를 미세조정함으로써, 빔 스캔 방향의 이온주입량 균일성을 확보한다. 웨이퍼 저속 스캔 방향의 이온주입량 균일성에 관해서는, 빔 변동이 발생하고 있지 않은 경우에는, 기계적 스캔장치(11)를 이용하여 반도체 웨이퍼(10)를 등속도로 스캔함으로써, 이온주입량 균일성을 확보하고 있다. 이들 2차원(빔 스캔 방향 및 웨이퍼 저속 스캔 방향)의 이온주입량 균일성을 확보함으로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고 있다.

그러나, 실제로는, 반도체 웨이퍼(10)를 등속도로 스캔(이동)함으로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보할 수 없는 경우도 있다. 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는 약간의 빔 변동이 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우에는 반도체 웨이퍼(10)를 등속도로 스캔(이동)한 것으로는, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성은 확보할 수 없다. 또한, 예를 들면 반도체 제조공정에서 반도체 웨이퍼(10)에 이온을 주입하면, 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 형성되어 있는 레지스트막이라고 불리는 박막으로부터 기체가 발생하여, 반도체 웨이퍼(10)에 주입되려 하고 있는 이온과 충돌함으로써, 웨이퍼까지 도달하는 이온주입량이 변화되는 경우가 있다. 이러한 경우에도 반도체 웨이퍼(10)를 등속도로 스캔(이동)한 것으로는, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성은 확보할 수 없다. 또한, 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서, 이온원으로부터 반도체 웨이퍼까지의 빔 수송용 기기에 방전이 발생하여, 반도체 웨이퍼에 이온이 도달하지 않게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에도 반도체 웨이퍼(10)를 등속도로 스캔(이동)한 것으로는, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성은 확보할 수 없는 것은 말할 필요도 없다. 이하에서는, 상기와 같은 경우를 통틀어 비정상 주입상태라고 부르는 경우가 있다.

이러한, 비정상 주입상태에 의한 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성 저하(이하에서는, 이를 웨이퍼 면내 균일성 저하라고 줄여 부르기로 함)에 대해서는, 이온주입 조건에 따라, 그 빈도나 최종 반도체 디바이스 제품의 성능에 대한 영향 정도가 상이하여, 반드시 대응이 필수인 것은 아니다. 그러나 반대로 말하면, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대해서, 대응이 필요한 이온주입조건도 많다. 이 경우, 이온주입 중의 이온전류량을 측정함으로써, 이러한 요인에 대응하여, 기계적 스캔장치(11)를 적절히 제어하여, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔속도(이동속도)를 제어함으로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하는 것이 중요해진다.

따라서, 본 발명이 적용될 수 있는 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔속도를 제어하는 구조가 내장되어 있다. 구체적으로는, 기계적 스캔장치(11)는, 제어를 관장하는 CPU(Central Processing Unit)(제어수단)(14)와 반도체 웨이퍼(10)의 상하방향(웨이퍼 저속 스캔 방향)의 위치를 기억하는 RAM(Random Access Memory)(15)을 구비하고 있다. 웨이퍼 승강장치(13)는, 반도체 웨이퍼(10)의 상하방향(웨이퍼 저속 스캔 방향)의 위치를 계측하는 기능(위치계측수단)을 가진다. CPU(14)는, 웨이퍼 승강장치(13)로부터 반도체 웨이퍼(10)의 상하방향의 위치를 나타내는 정보를 받아, RAM(15)에 격납한다. 이온주입 중의 이온전류량은, 주입시 빔 측정장치(8)에 의하여 측정되어, CPU(14)에 보내진다. CPU(14)는, 필요에 따라서 RAM(15)에 기억된 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 위치를 독출하면서, 상기 측정된 이온전류량에 맞추어, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔속도를 적절히 제어한다.

구체적인 기계적 스캔장치(11)의 제어방법은, 주입시 빔 측정장치(8)에 의하여 측정되는 빔 전류량의 절대치나, 그 시간적 변화의 정도에 따라서 상이하다. 예를 들면, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서 약간의 빔 변동이 발생한 경우에는, CPU(14)는, 그 빔 변동에 유연하게 대응하여, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔속도를 연속적으로 변경하여, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보할 수 있는 제어를 실행한다.

또한 예를 들면, 이온원으로부터 반도체 웨이퍼까지의 빔 수송용 기기에 방전이 발생하여, 반도체 웨이퍼에 이온이 도달하지 않게 된 경우에는, CPU(14)는 이하와 같은 제어를 실행한다. CPU(14)는, 일단, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔을 멈춘다. 그리고, 상기 빔 수송용 기기의 방전이 해소된 후, CPU(14)는 웨이퍼 저속 스캔 정지 직전에 RAM(15)에 기억된 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 위치를 독출하여, 그 독출한 위치부터 재차 이온주입을 개시시킨다. 이로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성이 확보된다.

여기까지의 스캔범위에 대한 설명은, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 대해서도, 개념적으로는 대략 성립된다. 이를 도 11, 도 12를 참조하여 간단하게 설명한다. 도 11, 도 12에 있어서, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서의 기계적 스캔장치(11')에서는, 이온 빔의 조사위치는 고정이어서, 정지 이온 빔으로서 나타나 있다. 기계적 스캔장치(11')에서는, 웨이퍼 승강장치(13')에 의하여 웨이퍼 고속 스캔장치(30)가 상하방향, 즉 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 구동된다. 웨이퍼 고속 스캔장치(30)에서는, 웨이퍼 홀더(도시 생략)가 반도체 웨이퍼(10)를 지지한 상태에서 횡방향, 즉 웨이퍼 고속 스캔 방향으로 구동되도록 구성되어 있다. 웨이퍼 저속 스캔과 웨이퍼 고속 스캔의 조합에 의하여, 반도체 웨이퍼(10)는, 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관해서는 도 11에 파선으로 나타나는 최상(最上)위치와 최하(最下)위치 사이를 왕복하고, 웨이퍼 고속 스캔 방향에 관해서는 도 11에 파선으로 나타나는 최우(最右)위치와 최좌(最左)위치 사이를 왕복한다. 후술하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 최상위치와 최하위치의 범위는 도 4에 나타나는 웨이퍼 저속 스캔길이에 대응하고, 최우위치와 최좌위치의 범위는 도 4에 나타나는 빔 스캔길이에 대응한다. 도 12에 나타나는 바와 같이, 정지이온 빔으로서 나타낸 이온 빔은 정지상태에 있고, 가동식의 빔 측정장치(9')가, 필요에 따라서 정지이온 빔으로서 나타낸 위치까지 이동하여 측정을 행하도록 구성되어 있다.

단, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서의, 이온 빔의 빔 고속 스캔속도와 반도체 웨이퍼를 기계적으로 스캔(이동)시키는 웨이퍼 저속 스캔속도를 비교하면, 상기 이온 빔의 빔 고속 스캔속도 쪽이 큰 경우가 많다. 이는, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에서는, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 비해, 이온주입 중의 이온전류량의 측정간격이 길어지는 경우가 많은 것을 나타낸다. 따라서, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에서는, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대처가 보다 어려운 점에는, 주의가 필요하다.

여기서 도 4를 참조하여, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서, 종래 행해져 온 이온주입에 대해 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서는, 이온 빔을 빔 스캔 방향으로 스캔하고, 빔 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 웨이퍼 저속 스캔하여, 이온을 반도체 웨이퍼(10)에 주입한다. 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입을 생각할 때는, 이온 빔과 반도체 웨이퍼(10)의 상대운동이 문제가 되므로, 이해의 편의상, 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정하고, 이온 빔의 가상적인 주입조사영역(이하, 가상 주입조사영역(16)이라 부름)을 생각하면 된다. 즉, 가상 주입조사영역(16)의 전체에 대해서, 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔의 무게중심이 도달한다. 이온 빔의 무게중심이란, 이온 빔단면의 종방향 및 횡방향의 중심위치로 규정된다고 생각해도 된다. 또한, 가상 주입조사영역(16)의 경계선은, 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔의 무게중심이 도달하는, 상하방향 및 좌우방향의 한계선이라고 간주할 수 있다. 도 4에서는, 상하방향, 즉 웨이퍼 저속 스캔 방향의 상하의 한계선으로 규정되는 범위가 웨이퍼 저속 스캔길이로서 나타나고, 좌우방향, 즉 빔 스캔 방향의 좌우의 한계선으로 규정되는 범위가 빔 스캔길이로서 나타나 있다. 이는, 후술되는 도 5~도 10에서도 마찬가지이다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)를 정지시켜 생각하는 경우에는, 주입시 빔 측정장치(8)는, 도 4에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 뻗어 있는 영역에 존재한다고 가정할 수 있다. 따라서, 이하에서는, 이 가상적인 측정장치를 가상주입시 빔 측정장치(17)라고 부른다.

하이브리드 스캔 이온주입장치의 이온주입에서는, 실제로는 반도체 웨이퍼(10)가 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 기계적으로 스캔(이동)되고 있다. 그러나, 도 4와 같이 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정하고, 반도체 웨이퍼(10)로의 효율적인 이온주입의 하나를 생각할 때에는, 가상 주입조사영역(16)의 면적에 주목하면 된다. 즉, 가상 주입조사영역(16)의 면적이 작다고 하는 것은, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서, 반도체 웨이퍼(10)에 유도된 이온 빔을 효율적으로 이용하고 있는 것이 된다. 이는, 웨이퍼 생산성이 향상되는 것에 상당한다. 이하, 가상 주입조사영역(16)의 면적에 주목하여 설명한다.

이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대해서는, 이온주입 조건에 따라, 그 빈도나 최종 반도체 디바이스 제품의 성능에 대한 영향 정도가 상이하여, 반드시 대응이 필수인 것은 아니다. 그러나, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성 악화에 대해서 대응이 필요한 이온주입조건에서는, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 저해하는 요인에 대응하여, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하기 위하여, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에, 주입시 빔 측정장치(8)에 의하여 이온전류량을 측정하는 것이 중요하다. 도 4와 같이 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정하고, 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)을 생각할 때에는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치까지, 스캔이온 빔이 도달할 필요가 있다.

여기서 도 5를 참조하여, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대해서 대응할 필요가 없는 경우에, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서, 종래 행해져 온 이온주입에 대해 서술한다. 도 5에는, 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)의 일례를 나타내고 있다. 이 경우, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에는 이온전류량을 측정할 필요가 없기 때문에, 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)을 생각할 때에, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치는 전혀 연관되지 않는다. 따라서, 논의상, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치는 무시할 수 있다.

도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서 종래 행해져 온 이온주입은, 그 가상 주입조사영역(16)의 형상이 직사각형 형상이다. 여기서, 반도체 웨이퍼(10)는 원형 형상이기 때문에, 가상 주입조사영역(16) 중에, 필연적으로 불필요한 주입조사영역이 생겨 버린다. 따라서, 달리 필요가 없는 한, 상기 불필요한 주입조사영역을 배제함으로써, 웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위해서는, 도 4, 도 5에서 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)를 정지시켜 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)을 고려하여, 그 가상 주입조사영역(16)의 면적을 가능한 한 작게 하면 된다. 여기서, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우와, 불필요한 경우에서는, 가상 주입조사영역(16)의 면적의 최소화에 차가 발생하는 것은 말할 필요도 없다. 즉, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우에는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에는 이온전류량을 측정할 필요가 없어, 논의상, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치는 무시할 수 있다. 그러나, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우에는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에는 이온전류량을 측정할 필요가 있어, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치를 무시할 수 없다. 이는, 필연적으로, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응의 요·불요에 따라, 최소화된 가상 주입조사영역(16)의 면적이나, 그 형상이 상이한 것을 의미하고 있다.

이하, 먼저, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우에 대해, 본 발명에 의한 가상 주입조사영역(16)의 최소화에 대해 논의한다. 그 후, 비정상적인 현상에 의한 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성 악화에 대한 대응이 필요한 경우의, 본 발명에 의한 가상 주입조사영역(16)의 최소화에 대해 논의한다.

다만, 상기의 가상 주입조사영역에 대한 설명은, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 대해서도, 개념적으로는 성립된다.

여기서 도 6을 참조하여, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해 설명한다. 본 발명에서는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상은, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 계측된, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상(이온 빔의 단면형상)을 타원형에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 곡선 형상으로 되어 있다. 즉, 도 6과 같이, 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정하고, 이온 빔의 가상적인 주입조사영역을 생각하는 경우에는, 이온 빔의 무게중심이 도달하는 한계선은, 이하와 같이 정해진다. 즉, 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔의 무게중심이 도달하는 한계선의 위치는, 반도체 웨이퍼(10)의 빔 스캔 방향에 직교하는 방향의 각각의 위치에 따라, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나고, 또한, 불필요하게 반도체 웨이퍼(10) 이외의 영역으로의 스캔이온 빔의 조사가 이루어지지 않도록 정해진다. 그리고, 정해진 한계선의 위치에 스캔이온 빔의 스캔 종단위치가 오도록 제어가 행해진다. 이 한계선을 수학적으로 표현하면, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 곡선 형상의 형상이 된다.

본 발명의 한 형태는 하이브리드 스캔 이온주입장치에 관한 것이다. 이 경우, 실제로는 이온 빔을 빔 스캔 방향으로 스캔하고, 빔 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 스캔(이동)하여 이온을 반도체 웨이퍼(10)에 주입하고 있다. 그러므로, 본 발명의 제어방법에서는, CPU(14)와 RAM(15)을 이용하여, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관한 웨이퍼 스캔위치에 따라, 스캔이온 빔의 스캔 종단위치의 설정치를 전환한다.

본 발명에 의한 이온주입방법에 있어서는, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위하여, 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정한 경우의 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)을 통일적으로 고려하고 있는 것도 특징의 하나이다. 즉, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 상기와 같이, 실제로는 이온 빔을 빔 스캔 방향으로 스캔하고, 빔 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 스캔(이동)하고 있다. 본 발명에 의한 이온주입방법에 있어서는, 일견 상이한 그 2개의 스캔 방향을 통일적으로 고려함으로써, 스캔범위를 통일적으로 제어하고, 이로 인해, 가상 주입조사영역(16)을 최소화하여, 웨이퍼 생산성을 향상시키고 있다. 이후에 상세하게 설명하지만, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 원호로 정해 버리면, 이 통일성이 저해되어 하이브리드 스캔 이온주입장치의 제어가 곤란해지고, 이로 인해 웨이퍼 생산성의 향상효과가 약해져 버린다.

도 6에 나타낸 가상 주입조사영역(16)의 경계선은, 원호와 비슷하지만, 원호 그 자체는 아니다. 오히려, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상이 원호이어서는, 본 발명의 목적을 만족시키지 못한다. 또한, 도 6에 나타낸 가상 주입조사영역(16)의 경계선은, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상(단면형상)을 타원형에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되므로, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상에 따라 그 형상이 상이하다. 또한, 빔 스캔길이(스캔이온 빔의 스캔범위의 길이)에 대해서도, 지적해야 할 특징을 가지고 있다. 이들 특징은, 본 발명에 의한 이온주입방법에 공통되는 특징이기 때문에, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의, 본 발명에 의한 가상 주입조사영역(16)의 최소화에 대해 논의할 때, 다시 상세하게 설명한다.

다만, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는 가상 주입조사영역(16)의 경계선이 원호이어서는 안 되는 점에 대해서는, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 대해서도, 개념적으로 성립된다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명을 하이브리드 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우에는, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 저해하는 요인에 대응하여, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하기 위하여, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에, 주입시 빔 측정장치(8)에 의하여 이온전류량을 측정하는 것이 중요하다. 따라서, 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정하고, 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)을 생각할 때에는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치까지, 스캔이온 빔이 도달할 필요가 있다. 즉, 도 6에 나타낸, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우의 가상 주입조사영역(16)의 형상, 내지 설정방법으로는, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치까지 스캔이온 빔이 도달하지 않기 때문에, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의 이온주입방법으로서는 적합하지 않다.

단, 이온주입의 생산성을 향상시키기 위한 이온 빔의 무게중심이 도달하는 한계선은, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 곡선 형상의 형상인 것은 틀림없다. 따라서, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의 이온 빔의 가상 주입조사영역(16)의 형상, 내지 설정방법에서는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 중에, 가상주입시 빔 측정장치(17)의 위치까지, 스캔이온 빔이 도달한다는 조건하에, 그 목적 이외의 가상 주입조사영역(16)의 이온 빔의 무게중심이 도달하는 그 한계선을, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 곡선 형상의 형상으로 하면 된다. 이 조건을 만족시키는 가상 주입조사영역(16)의 형상이, 도 7에 파선으로 나타낸 가상 주입조사영역(16)의 형상이다.

여기서, 도 7의 가상 주입조사영역(16)의 형상을 더욱 상세하게 설명한다. 먼저, 빔 스캔 방향의 주입조사영역에 대해 설명한다. 본 발명에서는, 반도체 웨이퍼(10)에 대해서, 주입시 빔 측정장치(8)가 배치되어 있는 측의 주입조사영역은, 통상 흔히 이용되고 있는 이온주입과 동일한 주입조사영역을 이용한다. 마치 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있듯이 나타내고 있는 도 7에서는, 가상주입시 빔 측정장치(17)가 배치되어 있는 측(도면의 좌측)의 주입조사영역이 의사 직사각형상으로 되어 있음으로써, 통상 흔히 이용되고 있는 이온주입과 동일한 이온주입인 것을 나타내고 있다. 이로써, 이온주입 중에도 항상, 주입시 빔 측정장치(8)에 의하여 이온전류량이 측정된다. 이로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 저해하는 요인에 대응하여, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고 있다. 반도체 웨이퍼(10)에 대해서, 가상주입시 빔 측정장치(17)가 배치되어 있지 않은 측의 주입조사영역(도면의 우측)은, 이미 도 6을 이용하여 설명한 바와 같이, 그 경계선의 형상은, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 계측된, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상을 단면 타원형에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 곡선 형상으로 되어 있다.

도 7의 가상 주입조사영역(16)의 형상에 있어서, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 주입조사영역에 대해서도, 이온 빔의 무게중심이 도달하는 그 한계선이, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나도록, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되어 있다. 여기서, 스캔이온 빔을 이용하기 때문에, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 외주 형상의 공통접선은, 반드시 빔 스캔 방향과 평행이 된다. 실제로는, 이온 빔을 빔 스캔 방향으로 스캔하고, 빔 스캔 방향에 직교하는 웨이퍼 저속 스캔 방향으로 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 스캔(이동)하여 이온을 반도체 웨이퍼(10)에 주입하고 있으므로, 본 발명의 제어방법으로서는, CPU(14)와 RAM(15)을 이용하여 스캔이온 빔의 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관한 스캔 종단위치를 2점 규정하여, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 주입조사영역을 규정하고 있다.

이미 설명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입하기 위하여, 스캔이온 빔의 스캔범위는, 반도체 웨이퍼(10)의 범위를 넘을 필요가 있다. 그러나, 상기의 제한은, 스캔이온 빔의 스캔범위(빔 스캔길이)가, 항상 반도체 웨이퍼(10)의 직경보다 커야한다는 것을 의미하는 것은 아니고, 도 7로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 의한 이온주입에 있어서, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔 방향의 중심위치의 웨이퍼 직경에 비해, 최소 빔 스캔길이의 스캔 종단위치는, 반도체 웨이퍼(10)의 범위 내에 들어가 있다. 그러나, 본 발명에서는, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치에 따라, 스캔이온 빔의 스캔범위, 즉 조사범위를 제어하는 것이며, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치 각각에 있어서, 적어도 하나의 스캔이온 빔의 스캔범위가, 반도체 웨이퍼(10)의 범위를 넘으면 된다.

상기의 스캔이온 빔의 스캔범위에 대한 논의는, 이미 도 6을 이용하여 설명한, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해서도 마찬가지인 것은, 말할 필요도 없다.

다만, 이미 설명한 바와 같이, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에서는, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대처가 보다 어렵기 때문에, 도 7에 나타내는 가상 주입조사영역(16)보다, 도 6에 나타내는 가상 주입조사영역(16)이 이용되는 경우가 많다.

다음으로 도 8을 참조하여, 본 발명을 하이브리드 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 7과 도 8에서는, 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔의 2차원 형상(2차원 빔 형상, 즉 단면형상)이 상이하다. 본 발명에서는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상은, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되므로, 이온 빔의 2차원 형상(단면형상)이 상이한 도 7과 도 8에서는, 가상 주입조사영역(16)의 형상이 상이하다. 이 차이는, 웨이퍼 생산성을 가장 향상시키기 위하여, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나고, 또한, 불필요하게 반도체 웨이퍼(10) 이외의 영역으로의 스캔이온 빔의 조사가 이루어지지 않도록 제어하는 것에 유래한다. 바꾸어 말하면, 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔의 2차원 형상이 상이한 경우, 필연적으로 가상 주입조사영역(16)의 형상도 바꾸어야 한다.

도 7과 도 8을 비교하면 알 수 있듯이, 도 7과 도 8에서는, 빔 스캔 방향의 주입조사영역도 웨이퍼 저속 스캔 방향의 주입조사영역도, 이온주입 전에 측정된 스캔이온 빔의 빔 형상에 관한 정보에 근거하여 제어하고 있다. 반대로 말하면, 본 발명에 의한 이온주입방법에서는, 웨이퍼 생산성을 가장 향상시키기 위하여, 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 미리 측정을 행하고, 2차원 빔 형상을 얻는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.

또한, 일반적으로, 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔에 관해서는, 그 2차원 형상이 변화될 가능성이 있을 뿐만 아니라, 그 빔 무게중심 위치가 변화되는 것도 생각할 수 있다. 이 경우, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상은 변함없지만, 이후에 상세하게 서술하는 바와 같이, 실제의 하이브리드 스캔 이온주입장치에서의 제어수법이 상이하다. 이 경우에도, 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 미리 측정을 행하여, 2차원 빔 형상을 얻음으로써, 빔 무게중심 위치의 변화도 측정하여, 대처할 수 있다.

만일, 반도체 웨이퍼로의 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 측정을 행하지 않고, 2차원 빔 형상을 얻는 일 없이, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정하는 경우에는, 생각할 수 있는 2차원 빔 형상 중, 가장 큰 2차원 빔 형상을 가정하여, 제어를 행해야 한다. 이 경우, 도 4에서 나타낸 통상의 이온주입에 비하면 웨이퍼 생산성의 향상이 전망되지만, 본 발명의 웨이퍼 생산성의 향상효과에 비해, 그 효과가 한정적이다. 이 점으로부터도, 본 발명의 우위성은 명확하다.

또한, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 측정을 행하지 않고, 2차원 빔 형상을 얻는 일 없이, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정하는 경우에 있어서, 생각할 수 있는 가장 큰 2차원 빔 형상 이외의 부적절한 2차원 빔 형상을 가정하여 제어를 행한 경우에는, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나 있다고는 할 수 없다. 즉, 우연히 실제의 2차원 빔 형상이 상기 부적절한 2차원 빔 형상에 포함되는 경우에는, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나 있다고 할 수 있다. 그러나, 실제의 2차원 빔 형상이 상기 부적절한 2차원 빔 형상에 완전하게 포함되지 않는 경우에는, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나 있다고는 할 수 없다. 후자의 경우, 이미 설명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입할 수 없게 되어, 이온주입장치의 목적으로부터 일탈해 버린다.

이상의 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 생산성을 가장 향상시키기 위하여, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나고, 또한, 불필요하게 반도체 웨이퍼(10) 이외의 영역으로의 스캔이온 빔의 조사가 이루어지지 않도록 제어하기 위해서는, 본 발명에 의한 이하의 수법이 필요하다. 즉, 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 미리 측정을 행하고, 2차원 빔 형상을 얻은 후에, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상을 타원형에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정하는 것이 필요하다.

상기의 이온 빔의 2차원 형상에 따라서 가상 주입조사영역(16)을 바꿀 필요가 있는 것, 및 이온주입 전에 이온 빔의 2차원 형상을 미리 측정하는 것의 중요성에 대한 논의는, 도 6을 이용하여 설명한, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해서도 마찬가지인 것은, 말할 필요도 없다.

또한, 이온 빔의 2차원 형상에 따라서 가상 주입조사영역(16)을 바꿀 필요가 있는 것, 및 이온주입 전에 이온 빔의 2차원 형상을 미리 측정하는 것의 중요성에 대한 논의는, 본 발명을 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서도, 마찬가지인 것은 말할 필요도 없다.

여기까지, 본 발명에 의한 이온주입방법 중, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 미리 측정을 행하고, 2차원 빔 형상을 얻어 이용하는 것이 필요하고 또한 중요한 이유를 설명해 왔다. 본 발명에 의한 이온주입방법 중, 측정된 2차원 빔 형상과 기준 빔 위치로부터 계산되는 빔정보와 웨이퍼 외주 형상의 공통접선에 의하여 규정되는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정하는 것이 필요하고 또한 중요한 이유도 마찬가지이다. 이하에, 상세하게 설명한다.

도 9는, 본 발명을 하이브리드 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우에 있어서, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상이 원호인 경우의 이온주입방법을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이 원호형상은 즉, 반도체 웨이퍼(10)를 넘은 부분의 스캔이온 빔의 무게중심 위치의 스캔범위가 동일해지는 것에 상당하고 있다. 이하, 이 스캔범위의 길이를 가상 원호주입영역 웨이퍼간 거리(18)라고 부른다.

웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 직경을 포함한 직선으로 2분할되는 주입조사영역의 편측에 규정되는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상이 원호라고 가정한다. 이 경우, 예를 들면 반도체 웨이퍼(10)의 빔 스캔 방향의 웨이퍼 직경 위치에 있어서, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나도록, 그 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정해도, 도 9로부터 분명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 다른 위치에 있어서, 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나 있다고는 할 수 없다. 이 경우, 이미 설명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입할 수 없게 되어, 이온주입장치의 목적으로부터 일탈되어 버린다. 실제, 스캔이온 빔의 2차원 빔 형상(단면형상)이 충분히 작아, 그 2차원 빔 형상을 고려하지 않아도 되는 경우를 가정하면, 본 발명에 있어서의, 2차원 빔 형상과 기준 빔 위치로부터 계산되는 빔정보와 웨이퍼 외주 형상의 공통접선에 의하여 규정되는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선은 원호가 된다. 즉, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상을 원호로 해도 되는 경우는, 스캔이온 빔의 2차원 빔 형상이 충분히 작은 경우로 한정되는 것이며, 실제의 이온주입장치에서는 그러한 경우는 발생하지 않는다.

만일, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상을 원호로 하는 경우에는, 반도체 웨이퍼(10)의 모든 영역에서 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나도록, 가상 원호주입영역 웨이퍼간 거리(18)를 충분히 크게 설정하여, 제어를 행해야 한다. 이 경우, 도 4에서 나타낸 통상의 이온주입에 비하면 웨이퍼 생산성의 향상이 예상되지만, 본 발명의 웨이퍼 생산성의 향상효과에 비해, 그 효과가 한정적이다. 이 점으로부터도, 본 발명의 우위성은 분명하다. 다만, 이 경우에는, 이미 설명한 스캔범위의 통일적 제어가 저해되어, 이후에 설명하는 빔 스캔 방향의 이온주입 제어와 웨이퍼 저속 스캔 방향의 이온주입 제어 사이의 연관에 과제도 발생한다.

이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼 생산성을 규정하는 것은, 가상 주입조사영역(16)의 면적이며, 빔 스캔 방향의 이온주입 제어와 함께, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 이온주입 제어도 고려에 넣을 필요가 있다. 도 7, 도 8을 이용하여 나타낸 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 빔 스캔 방향의 주입조사영역도 웨이퍼 저속 스캔 방향의 주입조사영역도, 이온주입 전에 측정된 스캔이온 빔의 2차원 빔 형상에 관한 정보에 근거하여, 통일적으로 제어된다. 즉, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상은, 빔 스캔 방향도 웨이퍼 저속 스캔 방향도, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 통일적으로 규정되는, 곡선 형상 내지 대략 직선형상으로 되어 있다.

그런데, 도 9와 같이, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상을 원호로 하는 경우에는, 빔 스캔 방향의 이온주입 제어와 웨이퍼 저속 스캔 방향의 이온주입 제어 사이의 연관에 과제가 발생한다. 즉, 빔 스캔 방향의 가상 주입조사영역(16)의 원호를 항상 유지해 버리면, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔 방향의 단부의 가상 주입조사영역의 경계선이, 도 9의 상부에 이점쇄선으로 나타낸 경계선과 같이 된다. 이하, 이 이점쇄선의 경계선을, 완전원호 제어시에 있어서의 웨이퍼 저속 스캔 방향 웨이퍼단부 경계선(19)이라 부른다. 이는, 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관하여 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나 있다고는 할 수 없게 되어, 반도체 웨이퍼(10)의 전체면에 이온을 주입할 수 없게 된다. 즉, 완전원호 제어시에 있어서의 웨이퍼 저속 스캔 방향 웨이퍼단부 경계선(19)을 정하는 이온주입방법 그 자체가, 이온주입장치의 목적으로부터 일탈되어 버린다.

웨이퍼 저속 스캔 방향에 관하여 스캔이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나 있는 상황을 실현하기 위해서는, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔 방향의 단부의 가상 주입조사영역의 경계선이, 도 9의 하부에 일점쇄선으로 나타낸 경계선과 같이 될 필요가 있다. 이하, 이 일점쇄선의 경계선을, 불완전원호 제어시에 있어서의 웨이퍼 저속 스캔 방향 웨이퍼단부 경계선(20)이라고 부른다. 여기서, 불완전원호 제어시에 있어서의 웨이퍼 저속 스캔 방향 웨이퍼단부 경계선(20)은, 이미 원호는 아닌 것에 주의가 필요하다. 즉, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상 중에 원호로 규정되는 형상과, 불완전원호 제어시에 있어서의 웨이퍼 저속 스캔 방향 웨이퍼단부 경계선(20)의 형상이 있고, 연속적인 스캔범위 제어에 근거하여, 그들을 연결할 필요가 있다. 그러나, 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서, 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 스캔(이동)하는 웨이퍼 저속 스캔 방향에 따라, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 어디에서 어디까지 원호로 제어하고, 어디에서 어디까지 불완전원호 제어시에 있어서의 웨이퍼 저속 스캔 방향 웨이퍼단부 경계선(20)을 형성하도록 제어할지를 정하는 것은, 매우 어렵다. 즉, 빔 스캔 방향의 이온주입 제어와 웨이퍼 저속 스캔 방향의 이온주입 제어 사이의 연관에 과제가 발생한다.

이상의 설명으로부터, 실제의 하이브리드 스캔 이온주입장치에 있어서의 스캔이온 빔의 2차원 형상을 고려에 넣으면, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상은 원호이어서는 안 되는 것이 분명하다. 이에 더해, 본 발명에 의한, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 계측된, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상을 타원형상에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는, 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정하는 것이 필요하고 또한 중요한 것도 분명하다.

상기의 가상 주입조사영역(16)의 경계선형상이 원호인 경우의 문제점에 대한 논의는, 도 6을 이용하여 설명한, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해서도 마찬가지인 것은, 말할 필요도 없다.

다만, 본 발명을 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서, 가상 주입조사영역(16)의 경계선형상이 원호인 경우의 문제점에 대한 논의에 대해, 부언해 둔다. 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에서는, 웨이퍼 스캔의 이온주입 제어만을 생각하면 되기 때문에, 이온주입 제어의 연관에 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서도, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상을 원호로 하는 경우에는, 반도체 웨이퍼(10)의 모든 영역에서 이온 빔이 반도체 웨이퍼(10)로부터 반드시 벗어나도록, 가상 원호주입영역 웨이퍼간 거리(18)를 충분히 크게 설정하여 제어를 행하지 않으면 안 되어, 본 발명의 웨이퍼 생산성의 향상효과에 비해, 그 효과가 한정적이다. 따라서, 본 발명의 우위성은 분명하다.

여기까지, 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위하여, 본 발명에 의한 가상 주입조사영역(16)의 형상이 그 요청을 만족시키는 것을 설명해 왔다. 구체적으로는, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 이온 빔에 대해서 미리 측정을 행하고, 거기서 얻어진 2차원 빔 형상을 이용하여, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응의 요·불요에 따라, 가상 주입조사영역(16)의 일부 내지 전부의 형상을, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상을 타원형상에 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정한다. 이로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 이 가상 주입조사영역(16)을 구체적으로 실현시키기 위한, 본 발명에 의한 제어의 하나를, 더욱 상세하게 설명한다.

여기서 도 10을 참조하여, 본 발명을 하이브리드 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의, 본 발명에 의한 가상 주입조사영역(16)을 구체적으로 실현시키기 위한 하이브리드 스캔 이온주입장치의 제어에 대해 설명한다. 지금까지 설명해 온 가상 주입조사영역(16)을 수학적으로 엄밀하게 실현시키기 위해서는, 반도체 웨이퍼(10)의 기계적 스캔 방향의 위치에 따라, 빔 스캔의 1주사마다 연속적인 빔 스캔길이의 변경이 무한단계에 가까운 횟수로 요구되게 된다. 그러나, 도 10에 나타내는 바와 같이, 몇 개의 빔 스캔길이의 변경을 묶어 대표로 하는 빔 스캔길이의 변경을 행하고, 그 변경횟수를 줄여 간략화하는 것에 의한 단계적인 빔 스캔길이의 변경이 가능한 하이브리드 스캔 이온주입장치에 의하면, 거기까지의 수학적 엄밀성은 불필요하다. 이러한 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 상기 가상 주입조사영역(16)을 내측에 포함하는 주입조사영역을 도 10에 나타내는 계단형상으로 변화되는 곡선으로서 설정하면 된다. 본 발명에 의한 이 실제의 주입조사영역을, 이하에서는, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)이라고 부르고, 그 경계선을 생산성향상 가상 주입조사영역경계선(23)이라고 부른다. 바꾸어 말하면, 본 발명은, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 설정방법을 정하는 수법이라고도 할 수 있다.

생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 설정에서는, 빔 스캔길이를 삭감하는 측의 스캔 종단위치를 단계적으로 복수 개 규정하고, 빔 스캔길이를 삭감하는 측의 주입조사영역, 도 10에서는 도면 상부우측의 주입조사영역을 규정한다. 도 10에서는, 13개의 스캔 종단위치를 규정하고 있지만, 이는 예이며 보다 많이 규정해도 되고, 보다 적게 규정해도 된다. 그러나, 그 스캔 종단위치가 하나이면, 도 4를 이용하여 설명한, 통상의 하이브리드 스캔 이온주입장치에서의 이온주입과 다르지 않게 된다. 그러므로, 본 발명에서는, 복수 개의 스캔 종단위치의 규정이 필수이다. 또한, 도 7, 도 8을 이용하여 개념적으로 설명했지만, 도 10으로부터도 분명한 바와 같이, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우의, 본 발명에 의한, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)은, 좌우 비대칭인 주입조사영역으로서 설정된다.

이미 설명한 바와 같이, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 설정에 있어서 중요한 것은, 가상 주입조사영역(16)을 내측에 포함하는 것이다. 즉, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 형상은, 측정된 2차원 빔 형상에 따라서 변화되는 것은 말할 필요도 없다. 따라서, 단계적으로 복수 개 설정되는 스캔 종단위치도 또한, 측정된 2차원 빔 형상에 따라서 설정변경된다.

도 7, 도 8과 도 10을 비교하면 분명하지만, 도 10과 같이, 직사각형상이 아닌 편측의 주입조사영역에 있어서의 스캔 종단위치를 복수 개 규정하는 경우, 최소 빔 스캔길이를 이루는 스캔 종단위치는, 도 7 및 도 8에 나타난 반도체 웨이퍼(10)의 중심에 대응하는 위치는 아니게 된다.

또한, 이미 설명한 바와 같이, 도 10에서는, 이온 빔과 반도체 웨이퍼(10)의 상대운동에 주목하여, 이해의 편의상, 반도체 웨이퍼(10)가 정지하고 있다고 가정하고, 가상 주입조사영역(16)을 생각하고 있지만, 실제로는, 하이브리드 스캔 이온주입장치에서는, 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 스캔(이동)하고 있다. 따라서, 도 10의 이온주입상황은, 반도체 웨이퍼(10)를 기계적으로 스캔하는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치에 따라, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치를 전환하고 있는 것에 상당한다.

도 10에 있어서, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)은 상하 대칭으로 설정되어 있다. 즉, 도 10에서는, 13개의 스캔 종단위치를 설정하고 있지만, 빔 스캔길이로서는 상하 대칭으로 7종류 설정되어 있다. 또한, 도 7을 이용하여 개념적으로 설명한 바와 같이, 반도체 웨이퍼를 기계적으로 스캔하는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔 종단위치도, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여, 상하 각각에, 합계 2개 규정되어, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 형상의 일환을 이루고 있다.

여기서, 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치에 대해, 본 발명의 하나의 특징이 도 10에 예시되어 있다. 본 발명에서는, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치를 단계적으로 전환하는 웨이퍼 스캔위치 중, 적어도 하나는, 웨이퍼를 기계적으로 스캔하는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 내부에 존재하는 웨이퍼 스캔위치이고, 또한, 적어도 다른 하나는, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 외부에 존재하는 웨이퍼 스캔위치이도록 설정된다. 도 10에서는, 13개의 스캔 종단위치가 있으므로, 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치는 12개 존재한다. 그 중 8개의 웨이퍼 스캔위치에 대해서는, 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 내부에 존재하도록 설정되고, 4개의 웨이퍼 스캔위치(P1, P2, P13, P14)에 대해서는, 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 외부에 존재하도록 설정되어 있다.

이미 설명한 바와 같이, 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위해서는, 웨이퍼 평면 상의 2차원 빔 형상을 타원형상으로 근사시키고, 상기 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 가상 주입조사영역(16)의 경계선을 정하고, 그에 입각하여, 스캔이온 빔을 제어하는 것이 중요하다. 이 상황을 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치 및, 동일하게 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치로 실현화하려고 하면, 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치 중, 적어도 하나는 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 내부에 존재하도록 설정하고, 또한, 적어도 다른 하나는, 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 외부에 존재하도록 설정하는 것이 적절하다. 이 설정수법은, 스캔이온 빔의 빔 2차원형상을 고려에 넣음과 함께, 이미 설명해 온, 타원형의 빔 외주와 원형의 웨이퍼 외주의 공통접선에 의하여 규정되는 가상 주입조사영역 설정수법에 의해 비로소 분명해지는 수법이다. 즉, 상기 수법을 생각하지 않는 경우, 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 외부에 존재하는 위치에서 스캔 종단위치의 설정치를 전환할 필요는 없는 것이어서, 이 빔 무게중심이 반도체 웨이퍼의 외부에 존재하는 위치에서 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 것도 또한, 본 발명의 특징의 하나이다.

상기의 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 설정에 대한 논의는, 도 6을 이용하여 설명한, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 불필요한 경우의, 본 발명에 의한 이온주입방법에 대해서도 마찬가지인 것은, 말할 필요도 없다.

또한, 상기의 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 설정에 대한 논의는, 본 발명을 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 적용하는 경우에 있어서도, 마찬가지인 것은 말할 필요도 없다.

이하, 이온주입장치의 실제의 동작에 입각하여, 본 발명에 의한 이온주입 제어를 더욱 상세하게 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 하이브리드 스캔 이온주입장치를 예로 취한다.

이미 설명한 바와 같이, 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치에서는, 제어를 담당하는 CPU(14)와 반도체 웨이퍼(10)의 상하방향(웨이퍼 저속 스캔 방향)의 위치를 기억하는 RAM(15)이 구비되어 있다. 또한, CPU(14)는, 필요에 따라서 RAM(15)에 기억된 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 위치를 독출할 수 있다. 본 발명에서는, CPU(14)가, RAM(15)에 기억된 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 위치를 항상 독출하고, 반도체 웨이퍼(10)가 스캔 종단위치의 설정치를 전환해야 할 웨이퍼 스캔위치에 도달하면, 스캔 종단위치의 설정치를 전환한다. 즉, RAM(15)에 기억되어 있는 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 위치정보를 이용한, CPU(14)에 의한 제어에 의하여, 웨이퍼 저속 스캔 방향의 반도체 웨이퍼(10)의 위치에 따라, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치를 단계적으로 전환한다.

이때, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입은 중단되지 않고, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관한 웨이퍼 스캔위치에 따라, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치가 전환될 뿐이다. 이 스캔 종단위치 설정치를 복수 개 전환하여, 웨이퍼 전체면에 걸쳐서 이온주입을 행함으로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 웨이퍼 생산성을 향상시키고 있다.

이미 설명한 바와 같이, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치 중, 적어도 하나는, 스캔이온 빔의 빔 무게중심이 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관하여 반도체 웨이퍼의 내부에 존재하는 웨이퍼 스캔위치이고, 또한, 적어도 다른 하나는, 스캔이온 빔의 빔 무게중심이 웨이퍼 저속 스캔 방향에 관하여 반도체 웨이퍼의 외부에 존재하는 웨이퍼 스캔위치인 것은 말할 필요도 없다.

이때, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입은, 일절 중단하지 않고, 반도체 웨이퍼(10)의 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치에 따라, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치를 전환할 뿐이다. 이 스캔 종단위치의 설정치를 복수 개 전환하여, 웨이퍼 전체면에 걸쳐서 이온주입을 행함으로써, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 웨이퍼 생산성을 향상시키고 있다.

여기서, 복수 개 설정된 스캔 종단위치의 설정치는, 웨이퍼 스캔위치에 따라 전환되는 것이지만, 이미 설명한 바와 같이, 실제의 스캔이온 빔을 구성하는 이온 빔에 관해서는, 그 웨이퍼 저속 스캔 방향의 빔 무게중심 위치가 변화되는 것도 생각할 수 있다. 이 경우, 가상 주입조사영역(16)의 경계선의 형상 및, 생산성향상 가상 주입조사영역(22)의 경계선의 형상은, 2차원 빔 형상만으로 규정되어 있으므로, 변화되지 않지만, 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치는 변화시켜야 한다. 그러나, 이 경우에도, 반도체 웨이퍼(10)로의 이온주입 전에 스캔된 이온 빔에 대해서 미리 측정을 행하여, 2차원 빔 형상을 얻음으로써, 빔 무게중심 위치의 변화도 측정하여, 스캔 종단위치의 설정치를 전환하는 웨이퍼 스캔위치를 적절히 변경하는 것에 의하여 대처할 수 있다.

이상 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 의하여, 하이브리드 스캔 이온주입장치 및 2차원 기계적 웨이퍼 스캔 이온주입장치에 있어서, 실제로 주입되는 이온 빔의 2차원 형상에 대응하면서, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼 면내 균일성 저하에 대한 대응이 필요한 경우에는, 거기에 대응하도록 빔 스캔 방향(고속 스캔 방향)의 스캔방법을 제어함으로써, 약간의 빔 변동이 발생한 경우나, 이온원으로부터 반도체 웨이퍼까지의 빔 수송용 기기에 방전이 발생하여, 반도체 웨이퍼에 이온이 도달하지 않게 되었을 경우에 있어서도, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하고, 또한 웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있다.

지금까지, 적어도 하나의 예시적 실시형태를 설명해 왔지만, 상기 설명은, 단순한 일례이며, 이것으로 한정되는 것을 의미하지 않는다.

1 이온원
2 인출전극
3 질량분석 자석장치
4 질량분석 슬릿
5 빔 스캐너
6 패럴렐 렌즈
7 각도 에너지 필터
8 주입시 빔 측정장치
9 웨이퍼영역 빔 측정장치
10 반도체 웨이퍼
11 기계적 스캔장치
12 웨이퍼 회전장치
13 웨이퍼 승강장치
14 CPU
15 RAM
16 가상 주입조사영역
17 가상주입시 빔 측정장치

Claims (9)

1. 이온원(源)에서 발생한 이온을 이온 빔으로서 웨이퍼까지 수송하고,
   상기 웨이퍼를 기계적(mechamical)으로 웨이퍼 저속(slow) 스캔시킴과 함께, 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향으로, 상기 이온 빔을 빔 고속(fast) 스캔시키도록 구성하며,
   상기 웨이퍼 저속 스캔 방향으로의 웨이퍼 저속 스캔과, 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향으로의 이온 빔의 빔 고속 스캔을 이용하여, 이온 빔을 상기 웨이퍼에 조사(照射)하도록 구성하고,
   상기 웨이퍼로의 이온주입 전에 이온 빔의 2차원 빔 형상을 측정하고, 측정된 2차원 빔 형상을 이용하여, 이온 빔의 주입(注入)조사영역을 정하는 이온주입방법으로서,
   상기 측정된 2차원 빔 형상을 타원(楕圓)형상에 근사시키고, 웨이퍼 외주와 이에 접하고 있는 상기 타원형의 빔 외주의 공통접선에 의해 규정되는 위치에 근거하여, 상기 이온 빔의 조사범위를 설정하여, 주입조사영역을 규정하는 이온주입방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 웨이퍼 외주의 전체영역에 있어서, 웨이퍼 외주와 이에 접하고 있는 상기 타원형의 빔 외주의 공통접선에 의해 규정되는 위치에 근거하여, 상기 주입조사영역을 규정하는 이온주입방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 웨이퍼로의 이온주입 중에 이온전류량 미소변동이 발생한 경우에도, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위하여,
   상기 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 직경을 포함한 직선으로 2분할되는 상기 주입조사영역의 편측이 사각형 형상이고,
   다른 편측의 상기 주입조사영역이, 상기 공통접선에 의하여 규정되는 형상인, 이온주입방법.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향의 빔 스캔 종단위치를 단계적으로 복수 개 설정하여, 상기 웨이퍼로의 이온주입을 중단하는 일 없이, 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치에 따라, 상기 빔 스캔 종단위치의 설정치를 단계적으로 전환함으로써, 웨이퍼 전체면에 걸쳐서 이온주입을 행하는 이온주입방법.
5. 삭제
6. 이온원(源)에서 발생한 이온을 이온 빔으로서 웨이퍼까지 수송하고, 상기 웨이퍼를 기계적으로 웨이퍼 저속 스캔시킴과 함께, 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향으로, 상기 이온 빔을 빔 고속 스캔시키도록 구성하고, 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향으로의 웨이퍼 저속 스캔과, 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향으로의 이온 빔의 빔 고속 스캔을 이용하여, 이온 빔을 상기 웨이퍼에 조사하도록 구성한 이온주입장치로서,
   상기 웨이퍼로의 이온주입 전에 이온 빔의 2차원 빔 형상을 측정하는 빔 측정수단과,
   측정된 2차원 빔 형상을 이용하여, 이온 빔의 주입조사영역을 정하는 제어수단
   을 구비하고,
   상기 제어수단은,
   상기 측정된 2차원 빔 형상을 타원형상에 근사시키고, 웨이퍼 외주와 이에 접하고 있는 상기 타원형의 빔 외주의 공통접선에 의해 규정되는 위치에 근거하여, 상기 이온 빔의 조사범위를 설정하여, 주입조사영역을 규정하는 것
   을 특징으로 하는 이온주입장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제어수단은, 상기 웨이퍼 외주의 전체영역에 있어서, 웨이퍼 외주와 이에 접하고 있는 상기 타원형의 빔 외주의 공통접선에 의해 규정되는 위치에 근거하여, 상기 주입조사영역을 규정하는 것
   을 특징으로 하는 이온주입장치.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 웨이퍼로의 이온주입 중에 이온전류량 미소변동이 발생한 경우에도, 이온주입량의 웨이퍼 면내 균일성을 확보하면서, 웨이퍼 생산성을 향상시키기 위하여,
   상기 제어수단은, 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 직경을 포함한 직선으로 2분할되는 상기 주입조사영역의 편측이 사각형 형상이고, 다른 편측의 상기 주입조사영역이 상기 공통접선에 의하여 규정되는 형상인, 주입조사영역을 규정하는 것
   을 특징으로 하는 이온주입장치.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치를 계측하는 계측수단을 더 구비하고,
   상기 웨이퍼 저속 스캔 방향에 직교하는 방향의 빔 스캔 종단위치가 단계적으로 복수 개 설정되며,
   상기 제어수단은, 상기 웨이퍼로의 이온주입을 중단하는 일 없이, 상기 계측수단으로 계측된 상기 웨이퍼 저속 스캔 방향의 웨이퍼 스캔위치에 따라, 상기 빔 스캔 종단위치의 설정치를 단계적으로 전환함으로써, 웨이퍼 전체면에 걸쳐서 이온주입을 행하는 것
   을 특징으로 하는 이온주입장치.

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