KR20030035946A - 이온주입방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 기판의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성하는 것으로서, 과주입 영역을 발생시키지 않고 또한 빔전류의 감소를 방지하면서 도즈량의 천이영역의 폭을 작게할 수 있으며 또한 제어가 간단한 이온주입방법 등을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이를 해결하기 위한 수단으로 이 이온주입방법은 이온빔을 X방향으로 왕복주사하는 것과, 기판을 X방향과 직교하는 Y방향으로 기계적으로 왕복구동하는 것을 병용하는 것이다. 그리고 기판을 구동하는 속도를 기판의 중심부에서 변경함으로써 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하는 주입공정을 여러회 실시함과 동시에 이 각 주입공정의 사이에 있어 이온빔이 기판에 닿지 않는 동안에 기판을 그 중심부를 중심으로 하여 소정의 각도만큼 회전시키는 회전공정을 1회씩 실시한다.

Description

이온주입방법 및 그 장치{ION IMPLANTING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 하나의 기판의 면 내에 서로 도즈량(단위면적당 입사이온 수)이 다른 여러개의 주입영역을 형성하는 이온주입방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 하나의 기판의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성한다는 요구가 발생하였다. 이는 예를들어 이온주입장치의 조정이나, 특성이 다른반도체 디바이스를 제조하는 등에 있어서, 필요로 하는 기판의 수나 공정 등을 줄이는 데 유효하기 때문이다.
이와같은 요구에 응하기 위한 이온주입방법의 일 예가 일본국 특허공개2000-150407호 공보에 기재되고 있다.
이 종래의 이온주입방법은 도 12A~도 12C와 같이 이온빔(4)을 종횡의 2방향으로(즉 2차원으로) 주사하는 래스터(raster) 스캔방식에 있어서, 기판(2)의 중앙에서 이온빔(4)의 주사방향을 반전시키는 방법을 이용하고, 기판(2) 면내의 1/4영역마다 도즈량을 바꾸어 이온주입을 행하는 것이다. 도즈량의 변경은 이온빔(4)의 주사속도의 변경에 의해 행해진다. 이에 따라 하나의 기판(2)의 면내에 서로 도즈량이 다른 4개의 주입영역이 형성된다.
상기 종래의 이온주입방법에서는 기판(2)의 중앙에서 이온빔(4)의 주사방향을 반전시키고 있고, 이 반전의 전후에 이온빔(4)은 감속->정지->반사방향으로의 가속이라는 과정을 거치므로 기판(2)의 중앙에서의 이온빔(4)의 주사속도가 늦어지고, 도 13과 같이 다른 것 보다도 과잉으로 주사되는 과주입 영역(6)이 기판(2)의 중앙에 직선모양으로 발생한다. 이 과주입 영역(6)의 폭 W1은 스포트모양의 이온빔(4)의 직경을 d0으로 했을 때 반드시 d0보다도 커진다.
가령 어떠한 방법으로 상기 과제를 회피할 수 있다고 해도 상기 종래의 이온주입방법에서는 도 14와 같이 4개의 주입영역의 각 경계부에 도즈량이 연속적으로 변화하고 있는 천이영역(8)이 발생한다(이하 "천이영역"이라함).
이는 이온빔(4)이 유한의 크기를 갖고 있기 때문으로 그 직경을 d0으로 했을 때 천이영역(8)의 폭 W2는 d0에 달한다.
기판(2)의 전 표면 안에서 반도체 디바이스 형성 등으로 실제로 사용할 수 있는 것은 상기 과주입 영역(6)이나 천이영역(8)이외의 부분이기 때문에 유효하게 이용할 수 있는 영역을 넓게하기 위해서는 이온빔(4)의 직경 d0을 작게하지 않으면 안된다. 그러나 직경 d0을 작게하면 이온빔(4)의 단면적이 작아져 이온빔(4)의 빔전류는 현저하게 작아지고, 기판(2)의 처리에 매우 장시간을 요하게 된다. 따라서 이는 실용적이지 않다.
또 상기 종래의 이온주입방법은 이온빔(4)을 종횡의 2차원으로 주사하는 래스터 스캔(raster scan)방식을 전제로 하고 있지만 현재의(장래도 그럴 것이다) 이온주입방법(장치)의 주류는 예를들어 일본국 특개 2001-143651호 공보, 일본국 특개 2001-185071호 공보 등에 기재된 것과 같은 이온빔의 전자적인 주사와 기판의 기계적인 구동을 병용함으로써 기판의 전 면에 이온주입을 행하는 하이브리드 스캔방식으로 이에 상기 종래의 방법을 그 대로 적용할 수는 없다.
가령 하이브리드 스캔방식의 것에 상기 종래의 이온주입방법의 생각을 적용할 수 있다고 해도 이온빔의 주사와 기판 구동의 양쪽을 통상의 하이브리드 스캔방식의 것과는 다르게 해야하므로 이온빔의 주사장치와 기판의 구동장치의 양쪽을 변경하고, 이온빔을 그 주사도중에 순시(瞬時)로 방향반전시킴과 동시에 기판을 그 구동도중에 이온빔의 방향반전에 동기하여 조금씩 또한 순시로 구동 및 정지할 수 있도록 할 필요가 있으며, 그에 따라 제어나 기구가 복잡하게 되고 또 원가도 상승하는 등 용이하지 않다.
그래서 본 발명은 하나의 기판의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성하기 위한 이온주입방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이온주입방법 및 장치는 어떠한 과주입 영역을 발생시키지 않고, 빔전류의 감소를 방지하면서 도즈량의 천이영역의 폭을 작게할 수 있으며 또한 제어도 간단하다. 천이영역은 주입영역 사이의 경계에서 도즈 량이 연속하여 변화하는 영역(이하 "천이영역"이라함)을 말한다.
도 1은 본 발명에 관한 이온주입방법을 실시하는 이온주입장치의 일예를 도시하는 개략평면도.
도 2는 도 1의 이온주입장치의 기판둘레의 일예를 확대하여 도시하는 개략 측면도.
도 3은 본 발명에 관한 이온주입방법의 일에를 도시하는 공정도.
도 4는 도 3에 도시한 이온주입방법을 기판을 이용하여 도시하는 공정도.
도 5는 본 발명에 관한 이온주입방법의 다른 예를 도시하는 공정도.
도 6은 본 발명에 관한 이온주입방법의 또 다른 예를 도시하는 공정도.
도 7은 이온빔의 단면형상의 일 예를 기판과 함께 도시하는 도면.
도 8은 하나의 기판의 면 내에 서로 도즈랴잉 다른 4개의 주입영역을 형성할 경우의 더욱 구체예를 설명하기 위한 도면.
도 9는 이온빔을 주사하는 속도를 기판의 중심부에서 변경할 경우의 이온주입방법의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도10은 이온빔을 주사하는 속도를 기판의 중심부에서 변경할 경우의 이온주입방법에서의 이온빔의 주사출력(A) 및 주사속도(B)의 일 예를 도시하는 도면.
도11은 도10의 이온주입방법에 의해 얻어지는 주입영역을 도시하는 도면.
도12는 종래의 이온주입방법의 일 예를 도시하는 공정도.
도13은 종래의 이온주입방법에 의해 기판상에 발생하는 과주입 영역을 도시하는 도면.
도14는 종래의 이온주입방법에 의해 기판상에 발생하는 천이영역을 도시하는 도면.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
2: 기판2a: 중심부
4: 이온빔20: 주사마그네트
22: 주사전원28: 홀더
30: 회전장치32: 구동장치
36: 제어장치
본 발명의 제1구성특징에 따른 이온주입방법은
기판표면에 이온을 주입하는 방법으로서,
서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 기판을 나누기 위해 이온빔의 주사속도와 기판의 구동속도 중 어느 하나를 기판의 중앙에서 변경하면서 이온을 주입하는 단계와,
이온빔이 기판에 인가되지 않는 동안 이온을 주입한 후에 소정의 각도로 기판을 그 중심을 축으로 하여 회전시키는 단계를,
구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2구성특징에 따른 이온주입방법은 제1구성특징에서, 상기 이온주입단계와 기판회전단계를 반복하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제3구성특징에 따른 이온주입방법은 제1구성특징에서, 이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향으로 왕복주사하는 것과, 기판을 상기 X방향과 실질적으로 직교하는 Y방향으로 기계적으로 왕복구동하는 것을 병용하여, 기판의 전면에 이온주입을 행한다.
본 발명의 제4구성특징에 따른 이온주입장치는,
기판의 표면에 이온을 주입하기 위한 이온주입장치로서,
이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향으로 왕복주사하는 주사장치와,
X방향에 대해 직교하는 Y방향으로 기판을 기계적으로 왕복 구동하는 구동장치와,
기판을 그 중심부를 중심으로 하여 회전시키는 회전장치와,
상기 회전장치를 제어하는 한편, 상기 주사장치 및 상기 구동장치 중 어느 하나를 제어하는 제어장치를,
구비하고,
상기 제어장치는 이온빔의 주사속도와 기판의 주사속도 중 최소한 어느 한쪽을 변경시킴으로써 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하고, 또한 상기 제어장치는 이온주입 및 회전공정을 여러회 실시함과 동시에 이 각 주입공정의 사이에 있서 이온빔이 기판에 닿지 않는 사이에 기판을 그 중심부를 중심으로 하여 소정의 각도만큼 회전시키는 회전공정을 각각 실시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성특징에 의하면 1회의 주입공정에 의해 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하므로 이와 회전공정을 조합시킴으로써 하나의 기판의 면 내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성할 수 있다.
더욱 구체적으로는 주입공정의 회수를 n1(n1은 2이상의 정수)로 하면 회전공정의 회수는 n1-1이 되고, 이와같은 주입공정 및 회전공정을 실시함으로써 하나의 기판의 면내에 서로 도즈량이 다른 주입영역을 2n1개 형성할 수 있다.
또한 이들 발명에서는 이온빔을 주사하는 속도 및 기판을 구동하는 속도안의 한쪽을 기판의 중심부에서 변경하는 것으로, 종래예와 같이 기판의 면내에서 이온빔의 주사방향을 반전시키는 것은 아니고 또한 기판에 이온빔이 조사되는 동안에 기판을 조금씩 구동 및 정지하는 것도 아니기 때문에 즉 기판상에서 이온빔이 정지하는 경우가 없으므로 기판의 면내에 과주입 영역을 발생시키지 않는다.
또 상기 속도를 변경할 때에는 기판의 면내에 도즈량의 천이영역이 발생하지만 이 속도를 변경하는 방향은 종래예의 2차원과 달리 1차원(즉 이온빔을 주사하는 X방향 또는 기판을 구동하는 Y방향중 어느 하나의 1차원)이므로 이온빔의 치수를 이 1차원(X방향 또는 Y방향)에 있어 작게함으로써 천이영역의 폭을 작게할 수 있다. 그러나 나머지 하나의 차원에서의 이온빔의 치수는 작게할 필요가 없고 오히려 크게해도 되므로 이온빔의 단면적의 감소를 억제하여 빔전류의 감소를 방지할 수 있다.
또 속도를 변경하는 방향은 상기와 같이 1차원이고 또한 속도를 변경할 뿐으로 종래와 같은 순시의 방향반전이나 순시의 구동·정지를 행할 필요는 없고 또 기판을 상기와 같이 회전시키는 것도 그 자체는 공지의 간단한 기술에 의해 행할 수 있다. 따라서 하이브리드 스캔방식의 경우에서도 상기와 같은 제어는 간단하고 또한 기구도 복잡하지 않다.
본 발명의 제4구성특징에서 이온주입방법은 이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향 및 그것에 직교하는 Y방향으로 각각 왕복 주사한다.
본 발명의 제5구성특징에 따른 이온주입장치는
기판의 표면에 이온을 주입하기 위한 이온주입장치로서,
이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향 및 이 X방향에 직교하는 Y방향으로 왕복주사하는 주사장치와,
기판을 그 중심부를 중심으로 하여 회전시키는 회전장치와,
상기 주사장치 및 상기 회전장치 중 어느 하나를 제어하는 제어장치를,
구비하고,
상기 제어장치는 X방향의 이온빔의 주사속도와 Y방향의 주사속도 중 최소한 어느 한쪽을 변경시킴으로써 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하고, 또한 상기 제어장치는 이온주입 및 회전공정을 여러회 실시함과 동시에 이 각 주입공정의 사이에 있어 이온빔이 기판에 닿지 않는 사이에 기판을 그 중심부를 중심으로 하여 소정의 각도만큼 회전시키는 회전공정을 각각 실시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
이들 구성특징들은 실질적으로 전술한 것과 동일한 효과를 얻게된다.
즉 이들 구성특징에 의하면 1회의 주입공정에 의해 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하므로 이와 회전공정을 조합시키는 것으로 하나의 기판의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성할 수 있다.
또한 이온빔을 주사하는 속도를 기판의 중심부에서 변경할 뿐으로 종래예와 같이 이온빔의 주사방향을 기판의 면내에서 반전시키는 것은 아니므로 즉 기판상에서 이온빔이 정지하는 경우는 없기 때문에 기판의 면내에 과주입 영역을 발생시키지 않는다.
또 이온빔을 주사하는 속도를 변경하는 방향은 X방향 또는 Y방향의 1차원이므로 이온빔의 치수를 이 차원에 있어서만 작게함으로써 빔전류의 감소를 방지하면서 천이영역의 폭을 작게할 수 있다.
또 이온빔의 주사속도를 변경하는 방향은 상기와 같이 1차원이고, 또한 주사속도를 변경할 뿐이므로 제어는 간단하다. 또 기판을 상기와 같이 회전시키는 것도 그 자체는 공지한 간단한 기술에 의해 행할 수 있다. 따라서 상기와 같은 제어는 간단하며 또한 기구도 복잡하지 않다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 이온주입방법을 실시하는 이온주입장치의 일예를 도시하는 개략평면도이다. 도 2는 도 1의 이온주입장치의 기판둘레의 일예를 확대하여 도시하는 개략측면도이다.
이 이온주입장치는 하이브리드 스캔방식의 것으로, 이온빔(4)을 전계 또는 자계에 의해 X방향(예를들어 수평방향)으로 왕복주사하는 것과, 기판(예를들어 반도체 기판)(2)을 X방향과 실질적으로 직교하는 Y방향(예를들어 수직방향)으로 왕복구동하는 것을 병용하여 기판(2)의 전 면에 이온주입을 행하는 구성을 하고 있다.
더욱 구체적으로는 이 이온주입장치는 이온빔(4)을 인출하는 이온원(10)과, 이 이온원(10)으로부터 인출된 이온빔(4)으로부터 특정의 이온종을 선별하여 도출하는 질량분리 마그네트(12)와, 이 질량분리 마그네트(12)로부터 도출된 이온빔(4)을 가속 또는 감속하는 가속관(14)과, 이 가속관(14)으로부터 도출된 이온빔(4)을 정형하는 Q렌즈(16)와, 이 Q렌즈(16)로부터 도출된 이온빔(4)으로부터 특정에너지의 이온을 선별하여 도출하는 에너지 분리마그네트(18)와, 이 에너지 분리마그네트(18)로부터 도출된 이온빔(4)을 이 예에서는 자계에 의해 상기 X방향으로 왕복주사하는 주사마그네트(20)와, 이 주사마그네트(20)로부터 도출된 이온빔(4)을 되 구부려 주사마그네트(20)와 협동하여 이온빔(4)의 평행주사를 행하는, 즉 평행한 이온빔(4)을 만드는 평행화 마그네트(24)를 구비하고 있다.
평행화 마그네트(24)로부터 도출된 이온빔(4)은 주입실(26)내에 있어서 홀더(28)에 고정되는 상기 기판(2)에 조사되고 그에 따라 기판(2)에 이온주입이 행해진다. 그 때 기판(2)은 구동장치(32)에 의해 상기 Y방향으로 왕복구동된다. 이 기판(2)의 왕복구동과 이온빔(4)의 왕복주사와의 협동에 의해 기판(2)의 전면에 이온주입을 행할 수 있다.
이와같은 하이브리드 스캔방식의 이온주입장치에 있어서, 통상은 기판(2)의 전면에 균일한 도즈량의 이온주입을 행한다. 이는 기판(2)의 X,Y 양 방향에 있어서 각각 균일한 주입이 행해지도록 제어함으로써 실현할 수 있다. 그 방법은 공지이며 그것을 간단히 설명하면 다음과 같다.
우선 X방향에 관해서는 상기 이온빔(4)은 그 주사방향 X에 있어 그 농도가 거의 일정하다고 간주할 수 있다. 이는 이런 종류의 이온주입장치에 있어서는 타당한 것이다. 따라서 이온빔(4)을 X방향을 일정한 속도로 주사함으로써 X방향에서의 균일한 주입을 실현할 수 있다.
Y방향에 관해서는 다음과 같은 제어를 행한다. 기판(2) 표면의 어떤 점으로의 도즈량(D)는 그 점에 조사된 이온빔(4)의 빔전류밀도 J(t)를 조사시간 T로 적분한 값에 비례하여 다음식으로 나타낸다. (t)는 시간 t의 함수인 것을 나타내고 있다.(이하 동일) C는 비례정수이다.
(수 1)
D=Cζo TJ(t)dt
어떤 시간 t에서의 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 v(t), Y방향의 거리를 H로 하면 v(t)는 다음식으로 나타난다. 단 dH는 미소한 시간 dt 사이에 구동한 거리이다.
(수 2)
v(t) = dH/dt
이것으로 상기 수 1은 다음과 같이 나타낸다.
(수 3)
D=Cζo H{J(t)/v(t)}dH
즉 예를들어 빔전류 밀도 J(t)가 변동해도 J(t)/v(t)가 일정하게 되도록 v(t)를 제어하면 착목하는 점으로의 도즈량 D를 목표치로 유지할 수 있다. 이 제어를 기판(2)의 Y방향의 전 역에 걸쳐 행한다. 이에 따라 빔전류밀도 J(t)의 변동의 영향을 받지 않고 Y방향에서의 균일한 주입을 실현할 수 있다. 이 실시예의 장치에서는 기판(2)에 조사되는 이온빔(4)의 빔전류 밀도 J(t)를 패러디(Faraday)컵(34)으로 간접적으로 측정하여 그것을 제어장치(36)에 부여한다. 제어장치(36)는 부여된 빔전류 밀도 J(t)를 이용하여 구동장치(32)를 제어하고, 구동속도 v(t)를 상기와 같이 제어한다.
이상이 종래부터 행해지고 있는 기판(2)의 전면에 균일한 도즈량의 이온주입을 행하는 방법이다.
다음에 본 발명에 따라 하나의 기판(2)의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성하는 방법 및 장치의 예를 설명한다.
이와같은 주입을 행하기 위해 이 예에서는 기판(2)을 홀더(28)와 함께 기판(2)의 중심부(2a)를 중심으로 하여 회전(예를들어 도 2의 화살표 B방향)시키는회전장치(30)를 구비하고 있다. 상기 구동장치(32)는 이 회전장치(30), 홀더(28) 및 기판(2)의 전체를 Y방향으로 왕복구동한다. 이 회전장치(30)에 의한 회전도 이예에서는 상기 제어장치(36)에 의해 제어된다.
주입영역분할을 위해서는 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 변경하는 경우와, 이온빔(4)의 X방향의 주사속도를 변경하는 경우가 있다. 여기서는 우선 전자의 예를 상세하게 설명하고 뒤에 후자의 예를 설명한다.
도 3 및 도 4에 본 발명에 관한 이온주입방법의 일 예를 도시한다.
우선 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경함으로써 예를들어 기판(2)의 윗절반에 이온빔(4)이 조사될 때의 구동속도를 VA, 밑절반의 그것을 VB(≠VA)로 함으로써 도 4A와 같이 기판(2)을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역 RA및 RB(각각의 도즈량은 DA및 DB)로 나누어 이온주입을 행하는 주입공정(40)을 실시한다. 이 명세서에서 상하는 Y방향에서의 상하를 의미한다.
기판(2)의 Y방향의 구동속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경한다는 것은 환언하면 이온빔(4)이 기판(2)의 중심부(2a)에 조사되는 위치에 기판(2)이 있을(왔을) 때 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 변경한다는 것이다.
기판(2)이 그와 같은 위치에 왔는 지 여부는 구동장치(32)의 제어를 행하는 제어장치(36)에 의해 구동장치(32)로의 제어지령에 의해 또는 구동장치(32)로부터의 피드백 정보에 의해 용이하게 파악할 수 있다.
또한 상기 각 구동속도 경우의 도즈량은 구체적으로는 상기 수 3에서 나타낸다. 또 기판(2)의 구동속도를 상기와 같이 변경하기 전 또는 후에 있어 구동속도의 제어는 상기와 같이 J(t)/v(t)가 일정하게 되도록 제어한다. 다음에 설명하는다른 주입공정에 있어서도 마찬가지이다.
이어서 이온빔(4)이 기판(2)에 닿지 않는 동안에(예를들어 기판(2)이 이온빔(4)의 위치보다도 위쪽 또는 아래쪽으로 벗어난 위치에 있는 동안에), 기판(2)을 그 중심부(2a)를 중심으로 하여 예를들어 상기 화살표 B방향(반시계 방향)으로, 소정의 각도 θ만큼 회전시키는 회전공정(41)을 실시한다.
이 회전각도 θ를 90도로 하면 그 결과는 도 4B와 같다.
이어서 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경함으로써 예를들어 기판(2)의 윗절반에 이온빔(4)이 조사될 때의 구동속도를 vc, 밑절반의 그것을 vD(≠vc)로 함으로써 도 4C와 같이 기판(2c)를 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역 RC및 RD(각각의 도즈량은 DC및 DD)로 나누어 이온주입을 행하는 주입공정(41)을 실시한다.
그 결과 기판(2)의 면내에서는 상기 2개의 주입공정(41) 및 (42)에 의한 주입결과가 겹치므로 도 4C와 같이 기판(2)의 면내에는 4개의 주입영역 R1~R4가 형성된다. 이 각 주입영역 R1~R4의 도즈량 D1~D4는 다음식으로 나타낸다.
(수 4)
D1= DA+ DC
D2= DB+ DC
D3= DB+ DD
D4= DA+ DD
상기 구동속도는 VC=VA및 VD=VB라도 좋지만 그렇게 하면 DC=DA및 DD=DB가 되고, 수 4에서도 알 수 있는 것과 같이 D2=D4가 되며, 주입영역 R2와 R4와는 도즈량이 서로 같아지게 된다. 이것으로도 여러개의 주입영역형성을 실현할 수 있지만 같아지는 것을 피하기 위해서는 VC≠VA및 VD≠VB의 최소한 한쪽을 실현하면 된다. 예를들어 VC≠VA로 한다. 다음의 예에 있어서도 마찬가지이다.
또한 각 주입공정(40) 또는 (42)에서의 기판(2)의 구동은 편도 1회에 한정되는 것은 아니고 원하는 도즈량이 얻어지도록 상기 구동속도의 변경을 각각 행하면서 여러회 반복하도록 해도 좋다. 다음의 예에 있어서도 마찬가지이다.
상기와 같은 주입공정을 모두 3회(즉 주입공정 40,42, 및 44) 그 각 주입공정 사이에 상기와 같은 회전공정을 1회씩, 합계 2회(즉 회전공정(41) 및 (43)) 실시하는 예를 도 5에 도시한다. 또한 상기와 같은 주입공정을 합계 4회(즉 주입공정, 40,42,44 및 46), 그 각 주입공정 사이에 상기와 같은 회전공정을 1회씩, 합계 3회(즉 회전공정 41,43 및 45) 실시하는 예를 도 6에 도시한다.
주입공정의 합계의 회수를 n1(이는 2이상의 정수)으로 하면 회전공정의 합계의 회수 n2및 형성되는 주입영역의 수 N의 함수는 다음 식으로 나타낸다.
(수 5)
n2=n1-1
(수 6)
N=2n1
또 각 회전공정에서의 기판(2)의 회전각도 θ〔도〕를 다음 식을 만족하는 것으로 하면 형성되는 여러개의 주입영역의 면적을 서로 같게 할 수 있다.
(수 7)
θ= 360/N
이들의 도 3, 도 5 및 도 6의 예의 경우의 관계를 표 1에 정리하여 도시한다.
주입공정수 n1 회전공정수 n2 주입량 영역수 N 회전각도 θ〔도〕
도 3의 예 2 1 4 90
도 5의 예 3 2 6 60
도 6의 예 4 3 8 45
상기와 같은 제어는 즉 상기와 같은 주입공정 및 회전공정의 제어는 이 예에서는 상기 제어장치(36)에 의해 행해진다. 제어장치(36)에는 그 때문에 필요한 정보가 들어가 있다.
상기 실시예(이온주입방법 및 이온주입장치)에서는 기판(2)을 구동하는 속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경하는 것으로 종래예와 같이 기판(2)의 면 안에서 이온빔(4)의 주사방향을 반전시키는 것은 아니고, 또한 기판(2)에 이온빔(4)이 조사되는 사이에 기판(2)을 조금씩 구동 및 정지하는 것은 아니므로 즉 기판(2)상에서 이온빔(4)이 정지하는 경우가 없기 때문에 기판(2)의 면 안에 과주입 영역을 발생시키지 않는다.
도즈량의 천이영역에 관해서는 도 4에서는 각 주입영역의 경계를 직선으로 도시했지만 엄밀히 보면 각 주입영역 사이에는 도즈량이 연속적으로 변화하고 있는 천이영역이 발생한다. 이는 기판(2)의 상기와 같은 구동속도의 변경은 거의 순시에 완료하지만 그 속도가 바뀌는 동안에도 이온빔(4)이 기판(2)에 조사되기 때문이다. 그러나 이 기판(2)의 구동속도의 변경은 통상은 이온빔(4)이 기판(2)을 편도 주사하는 정도의 시간내에 완료할 수 있기 때문에 이 천이영역의 폭은 기판(2)의 구동속도가 변경되는 Y방향에서의 이온빔(4)의 치수를 wr(도 7참조)로 하면, 거의 wr에 같다. 따라서 이 치수 wr을 예를들어 도 7에 도시하는 예와 같이 작게함으로써 천이영역의 폭을 작게할 수 있다.
상술한 종래의 이온주입방법에서는 상술과 같이 천이영역의 폭을 작게하기 위해서는 2차원 주사의 X,Y 양 방향에서의 이온빔(4)의 치수를 작게할 필요가 있다. 즉 이온빔(4)의 단면적을 작게할 필요가 있다. 그러나 이온빔의 전류밀도는 공간전하효과에 의해 제한되므로 면적이 작은 이온빔(4)의 빔전류는 작게 제한된다. 따라서 상기 종래기술에 있어서는 천이영역의 폭을 작게하면 기판(2)의 처리에 사용되는 빔전류가 작아져 실용적이지 않게 된다.
이에 대해 상기 실시예에서는 상기와 같이 천이영역의 폭을 작게하기 위해서는 Y방향에서의 이온빔(4)의 치수 wr만을 작게하면 되고 나머지 하나의 차원에서의 즉 X방향에서의 이온빔(4)의 치수 wx는 작게할 필요가 없으며 오히려 크게해도 좋다. 예를들어 도 7에 도시하는 예와 같이 이온빔(4)의 단면형상을 wx>wY의 장원형으로 해도 되므로 이온빔의 면적의 감소를 억제하여 기판(2)의 처리에 사용하는 빔전류의 감소를 방지할 수 있다. 따라서 실용적이다.
상기와 같은 이온빔(4)의 치수(단면형상)의 변경은 예를들어 상기 Q렌스(16)에 의해 행할 수 있다.
또 상기 실시예에서는 속도를 변경하는 방향은 상기와 같이 Y방향의 1차원으로 또한 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 변경할 뿐으로 종래예와 같은 이온빔(4)의 순시의 방향반전이나, 기판(2)의 순시의 구동·정지를 행할 필요는 없고 또 기판(2)을 상기와 같이 회전시키는 것도 그 자체는 공지한 간단한 기술에 의해 행할 수 있다. 따라서 하이브리드 스캔방식의 경우에서도 상기와 같은 제어는 간단하고 또한 기구도 복잡하지 않다.
다음에 하나의 기판(2)의 면내에 서로 도즈량이 다른 4개의 주입영역 S1~S4를 형성하는 경우의 보다 구체예를 도 8을 참조하여 설명한다.
여기서는 제 1주입공정에서는 B1방향을 아래로 하고, 주입영역 S1과 S2를 서로 같은 도즈량으로 주입하며, 주입영역 S3과 S4를 서로 같은 도즈량으로 주입한다. 그것에 이어지는 회전공정에서는 B2방향이 아래가 되도록 기판(2)을 반시계 방향 90도 회전시킨다. 그것에 이어지는 제 2주입공정에서는 주입영역 S2와 S3를 서로 같은 도즈량으로 주입하고, S1과 S4를 서로 같은 도즈량으로 주입한다.
구동장치(32)에 의한 기판(2)의 구동속도 v(t)에 대해서는 구동속도의 비례정소 K를 이용한 모양으로 다음과 같이 표현한다. 이 K의 취득치는 이론적으로는 0보다 큰 정의 수이지만 실용적으로는 1의 근방의 값이 될 것이다. 보다 구체적으로는 예를들어 1의 ±수십 %정도의 범위내가 될 것이다.
(수 8)
vK(t) = v(t)/K
따라사 도즈량 D는 구동속도에 반비례하므로 다음 식과 같이 나타낸다.
(수 9)
DK= K·D
상기 비레정수 K의 값을 제어장치(36)로 제어한다. 구체적으로는상술한 것과 같이 기판(2)의 중심부(2a)에서 이 비례정수 K의 값을 변경함으로써 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 변경한다.
도 8의 예에서 제 1주입공정에서의 기판(2)의 밑절반에서의(즉 기판(2)의 밑절반부분에 이온빔(4)이 조사되는 상태에서의) 비례정수 K의 값을 1로 하고, 기판(2)의 윗절반에서의 비례정수 K의 값을 x로 했을 때 주입영역 S3및 S4에서의 도즈량을 a로 표현하면 주입영역 S1및 S2에서의 도즈량은 x·a가 된다.
마찬가지로 제 2의 주입공정에서의 기판(2)의 밑절반에서의 비례정수 K의 값을 1로 하고, 기판(2)의 윗절반에서의 비례정수 K의 값을 y로 했을 때, 주입영역 S1및 S4에서의 도즈량을 a로 표현하면 주입영역 S2및 S3에서의 도즈량은 y·a가 된다. 여기서는 제 1의 주입공정과 제 2주입공정에서 기판(2)의 Y방향의 구동회수는 같게 하고 있다.
이상의 결과를 정리하면 표 2와 같이 된다.
제1주입공정에 의한 도즈량 제2주입공정에 의한 도즈량 합계 도즈량
주입영역 S1 x·a a (x+1)a
주입영역 S2 x·a y·a (x+y)a
주입영역 S3 a y·a (1+y)a
주입영역 S4 a a 2a
상기 각 주입영역 S1~S4합게의 도즈량을 각각 αD, βD,γD 및 D라고 부르기로 하면 다음식이 된다.
(수 10)
(x+1)a = αD
(x+y)a = βD
(1+y)a = γD
2a=D
이들 식을 풀면 다음식이 성립된다.
(수 11)
x=2α-1
y=2γ-1
단 α-β+γ= 1
따라서 각 주입영역 S1~S4의 희망의 도즈량 αD, βD, γD 및 D를 사용하여 상기 구동속도의 비례정수 K의 더욱 구체적인 값 x 및 y를 나타낼 수 있다. 역으로 말하면 구동장치(32)에 의한 기판(2)의 Y방향의 구동속도를 상기 x 및 y에 따라 변화시킴으로써 각 주입영역 S1~S4에서의 도즈량을 제어할 수 있다. 단 완전히 자유롭게 제어할 수 있는 것은 아니고 α-β+γ= 1라는 제약을 받는다.
상기 원리를 사용하여 어느 정도 도즈량을 제어할 수 있는 지의 예를 다음에 도시한다.
예를들어 도즈량을 최대 10%정도의 폭 안에서 변화시키는 경우를 예로 든다(x,y)=(1.06, 1.12)를 사용하면 (α,β,γ) = (1.03,1.09,1.06)이 되고, 기본도즈량의 1.00배, 1.03배, 1.06배 및 1.09배의 4개의 주입영역이 한장의 기판(2)안에서 실현된다.
도즈량을 최대 30%정도의 폭 안에서 변화시키는 경우를 예로 든다. (x,y)=(1.20, 1.40)를 사용하면 (α,β,γ) = (1.10,1.30,1.20)이 되고, 기본도즈량의 1.00배, 1.10배, 1.20배 및 1.30배의 4개의 주입영역이 한장의 기판(2)안에서 실현된다.
또한 큰 변화를 시키는 것도 가능하다. (x,y)=(1.80, 2.60)를 사용하면 (α,β,γ) = (1.40,2.20,1.80)이 되고, 기본도즈량의 1.00배, 1.40배, 1.80배 및 2.20배의 4개의 주입영역이 한장의 기판(2)안에서 실현된다.
다음에 이온빔(4)을 X방향으로 주사하는 속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서변경함으로써 주입영역을 분할하는 예를 도 9~도11을 참조하여 설명한다.
통상의 이온주입방법 및 장치에서는 상기 주사마그네트(20)와 함께 주사장치를 구성하는 주사전원(22)에서 주사마그네트(20)에 공급하는 주사출력 P(t)(이는 주사기가 이 예와 같이 주사마그네트(20)인 경우는 주사전류, 주사기가 주사전극의 경우는 주사전압)의 파형은 기본적으로는 도 10A안에 2점쇄선으로 도시한 것과 같은 기울기가 일정한 삼각형을 하고 있고, 기판(2)상에서의 이온빔(4)의 주사속도 s(t)는 일정하다.
이에 대해 이 실시예에서는 도 10A안에 실선으로 도시한 것과 같이 주사출력 P(t)의 기울기를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변화시킨다. 이 예에서는 도 9의 왼쪽절반의 주사영역 E1보다도 오른쪽 절반의 주사영역 E2에서의 기울기를 작게한다. 그 결과 도 10B과 같이 주사영역 E1보다도 주사영역 E2쪽이 이온빔(4)의 주사속도 s(t)는 작아진다. 따라서 주사영역 E1보다도 주사영역 E2쪽이 도즈량은 커진다. 또한 여기서는 주사속도 s(t)의 부호는 도 9에 있어서 이온빔(4)이 오른쪽 방향으로 주사되는 경우를 플러스, 왼쪽 방향으로 주사되는 경우를 마이너스로 하고 있다.
제어장치(36)는 이 실시예에서는 기판(2)의 Y방향의 상기와 같은 구동속도를 변경하는 제어를 행하는 대신에 주사전원(22)을 제어하고, 주사출력 P(t)의 기울기를 상기와 같이 변경하는 제어를 행한다. 이온빔(4)이 기판(2)의 중심부(2a)에 온 것은 이 이온빔(4)의 주사를 행하는 주사전원(22) 자신이 파악하고 있다.
한편 기판(2)은 Y방향으로 제어장치(36)에 의한 제어하에서 상술과 같이 J(t)/v(t)가 일정하게 되도록 구동되고 있다.
상기와 같은 이온빔주사와 기판구동과의 병용에 의한 1회의 주입공정에 의해 도 11과 같이 기판(2)을 서로 도즈량이 다른(이 예에서는 DE<DF) 2개의 주입영역 RE및 RF를 형성할 수 있다. 양자의 도즈량 DE, DF의 차는 주사출력 P(t)의 기울기의 차에 의해 제어할 수 있다.
이와같은 주입공정을 여러회 실시함과 동시에 그 각 주입공정 사이에 상술과 같은 기판(2)의 회전공정을 1회씩 실시함으로써 도 3-도 6에 도시한 예의 경우와 마찬가지로 하나의 기판(2)의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성할 수 있다. 이 경우도 수 5~수 7 및 표 1이 적용된다.
상기와 같이 주사출력 P(t)의 기울기를 기판(2)의 중심부(2a)에서 바꾸는 것은 공지한 기술에 의해 간단히 실현할 수 있다. 예를들어 주사전원(22)을 임의의 파형 신호를 발생시키는 신호발생기와, 그 신호를 증폭하여 주사출력 P(t)를 출력하는 앰프를 이용하여 구성함으로써 간단히 실현할 수 있다.
이 실시예(이온주입방법 및 이온주입장치)의 경우도 상기 실시예의 경우와 마찬가지의 효과를 나타낸다. 즉 이온빔(4)을 주사하는 속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경하는 것으로 종래예와 같이 기판(2)의 면내에서 이온빔(4)의 주사방향을 반전시키는 것은 아니므로 즉 기판(2)상에 이온빔(4)이 정지하는 경우는 없으므로 기판(2)의 면내에 과주입 영역을 발생시키지 않는다.
도즈량의 천이영역에 관해서는 이온빔(4)의 주사속도가 변경되는 X방향에서의 이온빔(4)의 치수 wx를 예를들어 도 9에 도시하는 예와 같이 작게함으로써 천이영역의 폭을 작게할 수 있다. 빔전류의 감소는 이온빔(4)의 Y방향의 치수 wY를 크게함으로써 방지할 수 있다.
또 이온빔(4)의 주사속도의 변경이나 기판(2)의 상술과 같은 회전은 상술과 같이 간단히 행할 수 있기 때문에 제어나 기구를 복잡하게 하지 않는다.
이상은 하이브리드 스캔방식의 경우의 예이지만 상기와 같은 기술은 이온빔(4)을 X방향 및 Y방향으로 각각 왕복 주사하여 기판(2)의 전 면에 이온주입을 행하는 래스터 스캔방식의 이온주입방법 및 이온주입장치에도 적용할 수 있다. 단 이 경우도 상기와 같은 회전장치(30)는 구비해 둔다. 상기 제어장치(36)는 이 회전장치(30) 및 이온빔(4)의 상기 주사를 행하는 주사장치를 제어한다.
이 경우는 예를들어 주입공정에 있어서는 이온빔(4)의 Y방향의 주사속도는 일정하게 해 두고, 이온빔(4)의 X방향의 주사속도를 도 9 및 도 10을 참조하여 상술과 같이 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경하면 된다. 물론 그 역이라도 좋다.
또 기판(2)의 회전은 이온빔(4)을 기판(2)에서 분리하는 동안에 행하면 된다. 필요가 있으면 기판(2)의 소정각도의 회전이 완료할 때 까지 이온빔(4)의 주사를 기판(2)외에서 멈추면 된다.
이와같은 래스터 스캔 방식의 이온주입방법 및 이온주입장치의 경우도 상기 하이브리드 스캔방식의 경우와 거의 동일한 작용효과를 나타낸다.
즉 1회의 주입공정에 의해 기판(2)을 서로 도즈량이 다른2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하므로 이와 회전공정을 조합함으로써 하나의 기판(2)의 면내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성할 수 있다.
또한 이온빔(4)을 주사하는 속도를 기판(2)의 중심부(2a)에서 변경할 뿐으로 종래예와 같이 이온빔(4)의 주사방향을 기판(2)의 면 내에서 반전시키는 것은 아니므로 즉 기판(2)상에서 이온빔(4)이 정지하는 경우는 없기 때문에 기판(2)의 면내에 과주입 영역을 발생시키지 않는다.
또 이온빔(4)을 주사하는 속도를 변경하는 방향은 X방향 또는 Y방향의 1차원이므로 이온빔(4)의 치수를 이 차원에 있어서만 작게함으로써 빔전류의 감소를 억제하면서 천이영역의 폭을 작게할 수 있다.
또 이온빔(4)의 주사속도를 변경하는 방향은 상기와 같이 1차원이며 또한 주사속도를 변경할 뿐이므로 제어는 간단하다. 기판(2)의 회전은 상기와 같이 공지의 간단한 기술에 의해 행할 수 있다. 따라서 상기와 같은 제어는 간단하며 또한 기구도 복잡하지 않게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 하나의 기판의 면 내에 서로 도즈량이 다른 여러개의 주입영역을 형성할 수 있다. 또한 과주입 영역을 발생시키지 않고 또한 빔전류의 감소를 방지하면서 도즈량의 천이영역의 폭을 작게할 수 있다. 또 제어도 간단하다.

Claims (6)

  1. 기판표면에 이온을 주입하는 방법으로서,
    서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 기판을 나누기 위해 이온빔의 주사속도와 기판의 구동속도 중 어느 하나를 기판의 중앙에서 변경하면서 이온을 주입하는 단계와,
    이온빔이 기판에 인가되지 않는 동안 이온을 주입한 후에 소정의 각도로 기판을 그 중심을 축으로 하여 회전시키는 단계를,
    구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온주입단계와 기판회전단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  3. 제1항에 있어서,
    이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향으로 왕복주사하는 것과, 기판을 상기 X방향과 실질적으로 직교하는 Y방향으로 기계적으로 왕복구동하는 것을 병용하여, 기판의 전면에 이온주입을 행하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  4. 제1항에 있어서,
    이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향 및 그것에 직교하는 Y방향으로 각각 왕복 주사하고 기판의 표면에 이온주입을 행하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  5. 기판의 표면에 이온을 주입하기 위한 이온주입장치로서,
    이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향으로 왕복주사하는 주사장치와,
    X방향에 대해 직교하는 Y방향으로 기판을 기계적으로 왕복 구동하는 구동장치와,
    기판을 그 중심부를 중심으로 하여 회전시키는 회전장치와,
    상기 회전장치를 제어하는 한편, 상기 주사장치 및 상기 구동장치 중 어느 하나를 제어하는 제어장치를,
    구비하고,
    상기 제어장치는 이온빔의 주사속도와 기판의 주사속도 중 최소한 어느 한쪽을 변경시킴으로써 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하고, 또한 상기 제어장치는 이온주입 및 회전공정을 여러회 실시함과 동시에 이 각 주입공정의 사이에 있서 이온빔이 기판에 닿지 않는 사이에 기판을 그 중심부를 중심으로 하여 소정의 각도만큼 회전시키는 회전공정을 각각 실시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 기판의 표면에 이온을 주입하기 위한 이온주입장치로서,
    이온빔을 전계 또는 자계에 의해 X방향 및 이 X방향에 직교하는 Y방향으로 왕복주사하는 주사장치와,
    기판을 그 중심부를 중심으로 하여 회전시키는 회전장치와,
    상기 주사장치 및 상기 회전장치 중 어느 하나를 제어하는 제어장치를,
    구비하고,
    상기 제어장치는 X방향의 이온빔의 주사속도와 Y방향의 주사속도 중 최소한 어느 한쪽을 변경시킴으로써 기판을 서로 도즈량이 다른 2개의 주입영역으로 나누어 이온주입을 행하고, 또한 상기 제어장치는 이온주입 및 회전공정을 여러회 실시함과 동시에 이 각 주입공정의 사이에 있어 이온빔이 기판에 닿지 않는 사이에 기판을 그 중심부를 중심으로 하여 소정의 각도만큼 회전시키는 회전공정을 각각 실시하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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