KR20110134298A

KR20110134298A - 이온빔 스캔처리장치 및 이온빔 스캔처리방법

Info

Publication number: KR20110134298A
Application number: KR1020110054371A
Authority: KR
Inventors: 시로 니노미야; 도시오 유미야마; 야스히코 기무라; 데츠야 구도; 아키히로 오치
Original assignee: 가부시키가이샤 에스이엔
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2011-12-14
Also published as: US20110297842A1; JP5373702B2; JP2011258353A; TW201232596A; TWI497558B; KR101781644B1; US8735855B2

Abstract

빔 튜닝에 있어서, 빔 스캔폭 최대 시의 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 이온주입위치의 수평방향 상의 각 위치에 있어서의 빔 전류밀도의 측정으로부터 구하여진 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구하고, 그 스캔전압 보정함수를 기초로 하여, 횡방향 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 각 빔 스캔폭에 대응하는 각 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산한다. 이어서, 이온주입 중에 메커니컬 Y스캔위치를 측정하고, 그 위치에 따른 스캔전압 보정함수로 전환함으로써, 웨이퍼의 편측(片側)의 빔 스캔 에어리어를 D 형상의 복수단(複數段) 설정 빔 스캔영역으로 하여 빔 스캔폭을 삭감함과 함께, 횡방향 도즈량 균일성을 확보한다. 상기와 병행하여 웨이퍼의 다른 편측에 있어서의 일정 스캔 에어리어측의 사이드컵 빔 전류량을 측정하고, 그 변화에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 변화시킴으로써, 종방향 도즈량 균일성을 확보한다.

Description

이온빔 스캔처리장치 및 이온빔 스캔처리방법{Scanning apparatus for ion beam and scanning method for ion beam}

본 발명은, 이온원(源)으로부터의 이온빔을 웨이퍼에 주입할 수 있는 이온빔 스캔처리장치 및 이온빔 스캔처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이온주입장치는, 이온원(源), 인출전극, 질량분석 자석장치, 질량분석 슬릿, 가속/감속장치, 웨이퍼처리실 등을 빔 라인(beam line)을 따라서 배치한 구성을 갖추고 있고, 반도체용 기판인 웨이퍼에 이온을 주입하는데에 사용되고 있다.

통상, 원형인 웨이퍼에 조사(照射)되는 이온빔은, 그 단면적이 웨이퍼 사이즈보다도 작으므로, 웨이퍼의 전체면에 이온빔을 조사하기 위하여 다양한 조사방법이 제안되고 있다.

조사방법의 일례로서, 빔 스캐너에 의하여 이온빔을 일방향, 예컨대 수평방향에 관하여 왕복주사(走査)(패스트 스캔(fast scan) 혹은 빔 스캔 또는 X스캔이라 불리는 경우가 있음)시키는 한편, 메커니컬 Y스캔장치에 의하여 웨이퍼를 상기 일방향에 직각인 방향, 예컨대 연직방향으로 왕복주사(슬로우 스캔(slow scan) 혹은 메커니컬 Y스캔이라 불리는 경우가 있음)시키는 방법이 제안되어 있다. 이와 같은 빔 스캔과 메커니컬 Y스캔의 조합에 의해서도 단면적 사이즈가 작은 이온빔으로 웨이퍼의 전체면 영역을 조사할 수 있다(일본국 특허공개 2008-262756호 공보(특허문헌 1) 참조).

이 조사방법에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(58)에 대한 빔 스캔에 의한 이온빔의 X방향 스캔폭(이하, 빔 스캔폭이라 부름)(BSW)은, Y방향의 어느 영역에서도 동일하다. 즉, 웨이퍼(58)의 Y방향의 양단부에 있어서도, 웨이퍼(58)의 중심부와 동일한 빔 스캔폭이다.

도 8에 나타내는 조사방법에서는, 웨이퍼(58)의 Y방향 양단에 근접할수록 웨이퍼 영역 밖에 불필요한 이온빔 조사를 행하고 있는 것이 되므로, 빔 조사효율에 제한이 생겨서, 생산성 향상 방해의 한 요인이 되고 있다.

웨이퍼 영역 밖으로의 불필요한 이온빔 조사를 적게 하는 조사방법의 예로서는, 웨이퍼에 조사하는 이온빔을 웨이퍼 상에서 거치상파(鋸齒狀波, sawtooth wave, 톱니파)의 형상으로 진동시키는 방법이 제안되어 있다(일본국 실용신안등록 제2548948호 공보(특허문헌 2) 참조).

물론, 어떠한 조사방법에서도, 이온빔의 조사는, 웨이퍼의 전체 영역에서 도즈량이 균일(도즈량의 면내(面內) 균일성이라 불리는 경우가 있음)하게 되도록 행하여질 필요가 있다.

특허문헌 2의 조사방법에서는, 웨이퍼의 형상에 유사한 일방향 및 직교방향으로 각 방향 동시에 빔 스캔하도록 구성하고 있다. 그 중 일방향의 빔 스캔의 각 스캔폭을, 스캔주기/주파수를 변경하면서 동일 빔 스캔속도에 의하여, 계단 형상으로 설정한 일방향 빔 스캔을 행하도록 구성함과 동시에, 다른 한편, 직교방향의 빔 스캔을 일방향 빔 스캔의 주기변경에 동기(同期)시켜서 속도변경 함으로써, 빔 스캔의 빔 스캔피치를 일정하게 하도록 구성하고 있다. 그러나, 이 조사방법에서는, 빔 조사효율은 향상되지만, 웨이퍼는 고정배치가 전제이므로, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 메커니컬 Y스캔에 의하여 웨이퍼가 이동하는 이온주입장치에는 적용할 수 없다.

특허문헌 2의 조사방법은 또한, 예컨대 이온빔 조사 도중의 도즈량 변동에 대해서는 고려하고 있지 않다.

본 발명의 과제는, 메커니컬 Y스캔에 의하여 웨이퍼가 어떤 방향으로 왕복이동하는 이온주입장치에 있어서, 빔 조사효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 도즈량의 웨이퍼 면내 균일성을 유지하는데에 유효한 이온빔 스캔처리장치 및 이온빔 스캔처리방법을 제공하는 것에 있다.

지금까지, 복수의 스캔조건을 가지는 이온빔 스캔처리에 있어서는, 일방향의 빔 스캔주기는 일정하게 하면서 스캔조건마다 빔 스캔속도를 변경하는 기술, 및, 일방향에 있어서의 각 스캔 설정폭(즉, 빔 스캔폭)에 따라서 빔 스캔주기 일정(一定)으로 빔 스캔속도를 변경하는 기술은 제공되고 있지 않았다.

이와 같은 점을 감안하여, 본 발명의 구체적인 과제는, 이하의 내용을 실현할 수 있도록 하는 것이다.

1. 빔 스캔, 메커니컬 Y스캔의 제어를 실행하는 빔 스캔 제어연산장치의 기준주파수 설정을 유지한 채, 빔 스캔주기를 일정하게 하여 빔 스캐너에 인가(印加)하는 전압을 보정변경함으로써, 빔 스캔속도 설정이 상이한 스캔파형(波形)을 복수 준비하고, 빔 스캔속도와 빔 스캔폭의 조합이 상이한 빔 스캔영역을 복수 형성하도록 구성하고, 복수의 상이한 빔 스캔속도와 메커니컬 Y스캔속도의 조합을 가지는 동일 도즈량 영역을 복수 형성하는 것.

2. 빔 스캔폭에 따라서 빔 스캔주기 일정의 조건으로 기준 빔 스캔 제어함수로부터, 각 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 생성하는 것.

3. 웨이퍼에 대하여, 도즈량의 면내 균일성을 충족시킨 형태로 웨이퍼의 Y방향에 관하여 빔 스캔폭이 상이한 다단(多段)설정 빔 스캔영역을 형성하는 것.

4. 빔 변동/도즈량 변동에의 추종(追從)이 확실하게 실시 가능한 것.

5. 생산성(이온빔 조사처리 공정의 시간단축), 및 에너지절약 성능향상, 및 불필요한 이온빔 조사를 저감(스퍼터오염 저감)하는 것. e

본 발명은, 이온원으로부터 인출전극에 의하여 인출한 이온빔을 웨이퍼에 이르는 빔 라인 상을 통과하도록 구성하고, 상기 빔 라인을 따라서, 질량분석 자석장치, 질량분석 슬릿, 빔 스캐너, 빔 평행화장치, 웨이퍼처리실, 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(메커니컬 Y스캔장치)를 설치하며, 빔 라인의 웨이퍼 앞쪽 및 근방 구간에는, 이온빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기 및 주입위치 빔 전류 측정장치를 설치한 이온빔 스캔처리장치에 적용된다.

본 발명의 1 형태에 의하면, 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정에 근거하여, 빔 스캐너에 있어서의 빔 스캔속도를 스캔전압에 의하여 제어하기 위한 기준 빔 스캔 제어함수 및 스캔전압 보정함수를 설정변경 가능한 빔 스캔 제어연산장치에 의하여 빔 스캐너를 제어하도록 구성하고, 사이드컵 전류측정기에 의하여 메커니컬 스캔 Y방향에 직각인 X방향의 빔 스캔에 의한 빔 전류량을 측정하여, 설정 빔 전류치에 대응하는 Y방향의 메커니컬 스캔속도가 되도록 측정한 빔 전류량에 근거하여 웨이퍼 메커니컬 스캔장치를 자동보정 추종시키도록 구성함과 함께, 빔 스캔 제어연산장치의 기준주파수 설정을 일정(기준주기 설정을 일정)하게 유지한 채, 복수의 빔 스캔속도 설정이 상이한 X방향 빔 스캔파형을, 빔 스캐너에 인가하는 제어전압을 보정변경하여 스캔전압 보정함수를 작성함으로써 설정하고, X방향 빔 스캔속도와 X방향 빔 스캔폭의 조합이 상이한 스캔영역을 복수단(複數段) 형성하도록 구성하여, 복수의 상이한 X방향 빔 스캔속도와 Y방향 메커니컬 스캔속도의 조합에 의하여, 동일 도즈량 영역을 복수 형성하도록 구성한 이온빔 스캔처리장치가 제공된다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 웨이퍼의 편측(片側), 구체적으로는 Y방향의 직경(直徑)으로 2분할되는 웨이퍼의 편측의 빔 스캔폭을 웨이퍼의 외주(즉 반원형의 외주)에 들어맞는(대응 또는 상응하는) 형상으로 변화시킴으로써, 이온빔의 불필요한 조사를 삭감한다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 빔 튜닝에 있어서, 빔 스캔폭 최대 시의 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 빔 측정으로부터 구하여진 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산하고, 그 스캔전압 보정함수를 기초로 하여, 횡방향 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 각 빔 스캔폭에 대응하는 각 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산에 의하여 산출하고, 이어서, 이온주입 중에 메커니컬 Y스캔위치를 측정하여, 그 위치에 따른 스캔전압 보정함수로 전환함으로써, 웨이퍼의 편측의 빔 스캔 에어리어를 D 형상의 복수단 설정 빔 스캔영역으로 하여 빔 스캔폭을 삭감함과 함께, 횡방향 도즈량 균일성을 확보하고, 상기 동작과 병행하여 웨이퍼의 다른 편측에 있어서의 일정 스캔 에어리어측의 사이드컵 빔 전류량을 측정하여, 그 변화에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 변화시킴으로써, 종방향 도즈량 균일성을 확보하도록 한 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 빔 스캔주기 일정(一定)으로 X-Y스캔속도의 조합이 상이한 미세한 이온주입조건에 대응한 다단설정 빔 스캔영역을 형성할 수 있고, 더욱이, 이온주입 작업 중에는, 사이드컵 전류측정기에 의하여 빔 전류량을 측정하여 설정 빔 전류치에 대응하는 Y방향의 메커니컬 Y스캔속도로 웨이퍼 메커니컬 스캔장치를 자동 추종시키기 때문에, 온 타임(on time)인 빔 변동/도즈량 변동에의 추종도 확실하게 실시할 수 있고, 도즈량의 면내 균일성을 충족시킨 형태로 균일한 이온주입을 실시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 또한, 빔 스캔주기 일정으로 X-Y스캔속도와 빔 스캔폭이 상이한 다단설정 빔 스캔영역을 형성할 수 있고, 더욱이, 빔 변동/도즈량 변동에의 추종도 확실하게 실시할 수 있고, 도즈량의 면내 균일성을 충족시킨 형태로 균일한 이온주입을 실시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 또한, 도 8에서 설명한 종래의 직사각형 형태 스캔 형상에 비하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 형상을 고려한 스캔 에어리어 형상으로 함으로써, 도즈량의 면내 균일성을 확보하면서 스캔 에어리어(이온빔 조사영역)를 삭감함으로써, 웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 또한, 도 8에서 설명한 종래의 메커니컬 Y스캔의 전역에 있어서 빔 X스캔도 전체 스캔폭으로 스캔하는 직사각형 형태로 간주할 수 있는 스캔 형상에 비하여, 웨이퍼 형상을 고려한 스캔 에어리어 형상으로 함으로써, 도즈량의 면내 균일성을 확보하면서 스캔 에어리어(이온빔 조사영역)를 삭감하고, 웨이퍼 밖에 조사되는 이온빔 양을 삭감함으로써, 빔 이용효율을 향상시켜서, 반도체용 기판상에 생성되는 반도체제품 1개당의 전력량을 삭감하는 것, 반도체제품 1개당에 소비되는 가스 등의 소모 원재료의 양을 삭감하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 또한, 도 8에서 설명한 종래의 직사각형 형태 스캔 형상에 비하여, 웨이퍼 형상을 고려한 스캔 에어리어 형상으로 함으로써, 도즈량의 면내 균일성을 확보하면서 스캔 에어리어(이온빔 조사영역)를 삭감하고, 웨이퍼 밖에 조사되는 이온빔 양을 삭감함으로써, 불필요한 이온빔 조사를 저감하고, 그 불필요한 빔 조사에 의하여 스퍼터에 기인하여 잘못 주입되는 소망의 특정 이온종(種) 이외의 이온이 반도체용 기판상에 혼입되는 양을 삭감할 수 있다.

도 1은, 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는, 본 발명에 의한 이온빔 스캔처리를 실현하기 위한 제어계의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 빔 스캐너의 스캔전압과 빔 스캔폭에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 빔 스캐너의 보정된 스캔전압(실제 스캔전압)과 빔 스캔폭에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명에 의한 웨이퍼에 대한 D 형상 스캔에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명에 의한 웨이퍼에 대한 빔 스캔과 메커니컬 Y스캔에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명에 의한 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정에 근거하는 기준 빔 스캔 제어함수, 스캔전압 보정함수의 일례에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 종래의 직사각형 형태 스캔에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

여기서, 도 1을 참조하여, 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치의 개략 구성에 대하여 설명한다. 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치는, 이온원으로부터 인출전극에 의하여 인출한 이온빔을 웨이퍼에 이르는 빔 라인 상을 통과하도록 구성하고, 이 빔 라인을 따라서, 질량분석 자석장치, 질량분석 슬릿, 빔 스캐너, 웨이퍼처리실(이온주입실)을 설치하고 있다. 웨이퍼처리실 내에는, 웨이퍼를 지지하는 플래튼을 구비한 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(메커니컬 Y스캔장치)가 설치된다. 이온원으로부터 인출된 이온빔은, 빔 라인을 따라서 웨이퍼처리실의 이온주입위치에 배치된 플래튼 상의 웨이퍼로 인도되고, 빔 라인의 웨이퍼 앞쪽 구간 및 웨이퍼 근방 구간(웨이퍼 전후의 아주 가까운 위치 혹은 웨이퍼 위치 즉 주입위치)에는, 이온빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기 및 주입위치 빔 전류 측정장치(고정측정식 혹은 이동측정식(주입위치/웨이퍼 메커니컬 스캔위치로의 이동/퇴피하는 방식))를 설치한다.

또한, 질량분석 슬릿과 빔 스캐너 사이에는, 빔 정형장치, 빔 궤도수정장치가 필요에 따라서 배치되고, 또한, 빔 스캐너와 웨이퍼처리실 사이에는, 빔 평행화장치, 가속/감속장치, 각도 에너지 필터(AEF)(Angular Energy Filter)가 필요에 따라서 배치되어 있다.

도 1은, 이온빔 스캔처리장치 중, 특히 웨이퍼를 1장씩 주입 처리하는 매엽(枚葉)식 이온주입장치로서, 정전(靜電)식(혹은 자기(磁氣)식(미도시))으로 구성되는 빔 편향주사장치(36)(이하, 빔 스캐너라 약칭함) 및 정전식 빔 평행화장치(빔 평행화렌즈 혹은 패럴렐렌즈, 이하에서는 패럴렐렌즈로 약칭함)를 구비한 이온주입장치의 모식도이며, 특히 도 1(a)는 평면도, 도 1(b)는 측면도이다. 이온주입장치의 구성에 대하여, 이온원(10)을 기점으로 하는 빔 라인의 최상류에서부터 간단히 예시, 설명한다.

이온원(10)의 출구측에는, 이온챔버 내에서 생성된 플라즈마로부터 이온을 이온빔으로서 가속하여 인출하는 인출전극(12)이 설치되어 있다. 이온원으로부터 인출된 이온빔은, 빔 라인을 따라서 웨이퍼처리실의 이온주입위치에 배치된 웨이퍼로 인도된다. 이온원의 하류에는, 인출된 이온빔으로부터 소정의 이온을 분리하고, 분리된 이온으로 이루어지는 이온빔을 인출하기 위한 질량분석 자석장치(22)가 배치되어 있다. 질량분석 자석장치(22)의 하류측에는, 이온빔을 상하(종(縱))방향으로 수속(收束)시키는 제1 4중극(重極) 수속전자석장치(QD: Quadrupole Defocusing)(24), 이온빔을 빔 라인으로부터 순식간에 벗어나는 방향으로 편향/일시 퇴피시키는 파크전극(26), 또한, 이온빔 중 소정 질량의 이온으로 이루어지는 이온빔을 통과시키는 질량분석 슬릿(28)이 있고, 이온빔을 상하방향으로 수속시키는 제2 4중극 수속전자석(QD)(30)이 배치되어 있다. 파크전극(26)과 질량분석 슬릿(28)은, 파크하우징(27)에 수용되어 있다. 제2 4중극 수속전자석(30)의 하류측에는, 빔 라인에 출입함으로써 필요에 따라서 이온빔을 완전 차단함과 함께 전체 빔 전류를 계측하는 인젝터 플래그 패러데이컵(injector flag faraday cup)(32), 그 하류에는, 타원형 또는 원형의 단면 형상의 이온빔을, 이온빔의 진행방향과 직교하는 횡방향/수평방향으로 주기적으로 왕복주사시키는 정전식(혹은 자기식(미도시))으로 구성되는 빔 스캐너(36)가 배치되어 있다.

이온빔은, 정전식(혹은 자기식(미도시))으로 구성되는 패럴렐렌즈(40)에 의하여, 빔 스캐너(36)로 입사하기 전(편향 전)의 이온빔의 진행방향/빔 라인 방향에 평행한 빔이 되도록 재편향된다. 그리고, 이온빔의 진행방향/빔 라인 방향에 평행화된 이온빔이 된다. 빔 스캐너(36)의 하류측에는, 편향 전의 이온빔의 진행방향, 즉 빔 라인과 직교하는 수평방향으로 각도를 가지도록 편향된 이온빔을, 빔 라인에 평행하게 되도록 재편향하는 패럴렐렌즈(40), 이온빔을 가속 또는 감속하는 가속/감속 칼럼(42)이 배치되어 있다. 패럴렐렌즈(40)를 구성하는 각 전극 간의 전계(電界)에 의하여, 수평방향으로 편향된 이온빔이, 편향 전의 이온빔 진행방향으로 평행한 이온빔이 된다.

패럴렐렌즈(40)로부터의 이온빔은, 가속/감속 칼럼(42)에 의하여 필요 빔 에너지(빔의 정전가속 에너지)로 조정된 후, 각도 에너지 필터(AEF)(Angular Energy Filter)(60)에 보내진다. AEF(60)에서는, 이온빔의 에너지에 관한 분석이 행하여지고, 필요한 에너지의 이온종만이 선택된다. 가속/감속 칼럼(42)은, 직선 형상의 전극으로 구성되어 있고, 각 전극의 전압을 조정하여 이온빔을 가속/감속시킨다. 가속/감속 칼럼(42)의 하류측에는, 하이브리드형 AEF(60)가 배치되어 있다. AEF(60)는, 목적하는 가속 에너지가 얻어지고 있는 이온빔을 선별하는 에너지 필터이다. AEF(60)는, 자계편향용의 자기(磁氣)편향 전자석과 정전계 편향용의 정전(靜電)편향용 전극을 구비하고 있다. 자기편향 전자석은, AEF 챔버의 상하좌우를 둘러싸도록 배치되어 있고, 상하좌우를 둘러싸는 요크부재와 그 요크부재에 권회(卷回)된 상하좌우의 코일군(群)으로 구성되어 있다. 한편, 정전편향용 전극은, 한 쌍의 AEF 전극(62)으로 구성되고, 이온빔을 상하방향으로부터 사이에 끼우듯이 배치되어 있다. 자계에 의한 편향시에는, 자기편향 전자석으로부터의 자계에 의하여 이온빔을 하방으로 약 10∼30도 편향시켜서, 목적 에너지의 이온빔만을 선택할 수 있다. 한편, 정전계에 의한 편향시에는, 한 쌍의 AEF 전극(62) 사이에서 발생하는 정전계의 작용에 의하여, 이온빔을 자계와 마찬가지로 하방으로 편향시켜서, 목적 에너지의 이온빔만을 선택할 수 있다.

제일 뒤에, 웨이퍼처리실(이온주입 프로세스챔버)이 있다. 웨이퍼처리실(70)은, AEF 챔버와 연통(連通)하고 있다. 웨이퍼처리실(70) 내에는, 에너지분해 가변슬릿(SES : Selectable Energy Slit), 플라즈마 샤워(모두 미도시)가 배치되어 있고, 에너지분해 슬릿은, 각 슬릿면을 이온종에 따라서 순차 전환함으로써, 크로스 콘타미네이션(cross contamination)을 저감시키고 있다. 플라즈마 샤워(74)는, 저에너지 전자를 이온빔과 함께 웨이퍼(58)의 앞면(前面)에 공급하여, 이온주입으로 생기는 플러스전하(正電荷)의 차지 업(charge up)을 중화시킴과 함께 억제하고 있다. 플라즈마 샤워(74)의 좌우단(左右端)의 근방, 웨이퍼처리실 내의 웨이퍼 앞 부분에는, 웨이퍼(58)의 수평방향의 양측에 대응하는 부위에, 사이드컵(도즈 컵)(76)이 배치되어, 이온주입 중까지 포함시켜서 빔 전류(도즈량)를 측정한다. 구체적으로는, 전류측정회로에 접속되어 있는 좌우의 사이드컵에 들어오는 이온빔이, 그 회로에 흘러들어오는 전자에 의하여 중성화되므로, 이 전자의 흐름을 측정함으로써 이온빔의 측정을 행한다.

이온주입위치인 웨이퍼 근방 구간에는, 주입위치 빔 전류 측정장치(78)가 설치되어 있다. 주입위치 빔 전류 측정장치(78)는, 이온주입위치에서의 빔 전류의 강약 측정 및 스캔방향의 빔 형상의 측정을 행하기 위한 빔 프로파일러 컵을 구비하고 있다. 주입위치 빔 전류 측정장치(78)는, 길쭉한 원형 혹은 직사각형의 빔 입사 개구를 마련한 빔 프로파일러 컵을 구비하고 있으며, 단일열(單一列) 빔 프로파일러 컵을 설치한 이동측정식(78)(도 2a, b 참조) 혹은 복수열(複數列) 빔 프로파일러 컵 군을 설치한 고정측정식(78a)(도 2c 참조)의 측정부재로 구성된다.

이동측정식의 주입위치 빔 전류 측정장치(78)는, 통상은 빔 스캔위치로부터 퇴피되어 있고, 이온주입 전 등에, 퇴피위치로부터, 빔 스캔영역 위를 스캔하고 있는 빔과 직교하여 수평방향으로 이동시키면서, 이온주입위치의 수평방향 상의 각 위치(수십에서 수천 포인트 위치 이상)에 있어서의 이온빔 밀도(빔 전류밀도) 및 이온빔의 수평방향의 프로파일을 측정한다. 또한 고정측정식의 주입위치 빔 전류 측정장치(78a)의 경우는, 통상은 빔 스캔위치로부터 퇴피되어 있고, 이온주입 전 등에 퇴피위치로부터 빔 스캔위치로 위치변경하여, 빔 스캔영역 위를 스캔하고 있는 빔을, 이온주입위치의 수평방향 상의 복수열 빔 프로파일러 컵 군의 각 컵 위치(수십에서 수천 포인트 위치 이상)에 있어서의 이온빔 밀도(빔 전류밀도) 및 이온빔의 수평방향의 프로파일을 측정한다. 빔 전류 측정의 결과, 이온빔의 수평방향 상의 빔 스캔방향의 균일성이 프로세스의 요구에 충족되지 않는 경우에는, 빔 스캐너(36)의 인가전압, 질량분석 자석장치(22)의 자속밀도 등을, 프로세스 조건을 충족시키도록 자동적으로 조정하고, 필요에 따라서, 주입위치 빔 전류 측정장치(78)에 의하여, 다시 주입위치 빔 전류 측정을 실시한다. 또한, 빔 라인의 최하류에는, 패러데이컵과 마찬가지의 전체 빔 전류계측기능을 가지고 이온주입위치의 후방에서 최종 셋업 빔을 계측하는 튜닝 패러데이(80)가 배치되어 있다.

웨이퍼(58)는 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(승강장치)(11)(도 2)의 플래튼(59)(도 2b)에 세트된다. 여기서 도 2(a)에 있어서 웨이퍼(58)는 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(11)와 함께 도면의 면에 교차하는 상하방향으로 왕복이동되는 것을 나타내고, 도 2(b)에 있어서 웨이퍼(58)는 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(11) 상의 플래튼과 함께 도면의 면 방향 상에서 왕복이동, 즉 메커니컬 스캔되는 것을 나타내고 있다. 즉, 이온빔이, 예컨대 1축 일방향으로 왕복스캔되는 것이라 하면, 웨이퍼(58)는, 도시하지 않은 구동기구에 의하여 상기 1축 1방향에 직각인 타방향으로 왕복이동하도록 구동된다.

도 2는, 빔 스캐너(36)에 의한 빔 스캔과 웨이퍼 메커니컬 스캔장치에 의한 메커니컬 Y스캔을 병용하여 웨이퍼(58)에 이온주입을 행할 때의 모습을 나타내는 설명도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 승강장치는, 웨이퍼(58)를 지지하는 플래튼(59)을 구비하고, 플래튼을 상하방향으로 승강시킴으로써 웨이퍼(58)를 승강(메커니컬 Y스캔)시킨다.

또한, 승강장치(미도시)는, 제어를 담당하는 CPU(Central Processing Unit)와, 웨이퍼(58)의 상하방향의 위치를 기억하는 RAM(Random Access Memory)을 구비하여, 필요에 따라서 웨이퍼(58)의 위치를 기억한다. 한 쌍의 사이드컵(76)은, 이온빔이 조사되는 영역 내의 고정위치, 여기서는 승강장치의 좌우위치에 배치되어 있고, 빔 전류량(도즈량)을 측정하여, 측정치를 CPU에 출력한다.

빔 변동/도즈량 변동에의 추종을 행하기 위하여, 도 2(a)에 나타나는 CPU에 있어서는, 한 쌍의 사이드컵(76)의 양쪽 혹은 한쪽에서 측정된 측정치에 근거하여 도즈량이 적절한지 여부를 판정하고, 판정결과를 판정신호로서 출력한다. 구체적으로는, 도즈량이 소정치 이상인 경우에는, CPU는 도즈량이 적절하다는 취지의 판정신호를 출력한다. 한편, 빔 변동/도즈량 변동 등에 의하여, 도즈량이 소정치 미만인 경우에는, CPU는 도즈량이 부적절하다는 취지의 판정신호를 출력하고, 빔 라인 상의 스캔 전의 위치에 설치한 파크전극(26)(빔 퇴피 편향장치) 혹은 인젝터 플래그 패러데이컵(32)(삽입식 빔 차단장치)에 의하여, 웨이퍼(58)로의 이온주입을 즉시 중단하고, 원인을 제거하고, 필요에 따라서, 주입위치 빔 전류 측정장치(78)에 의하여, 주입위치 빔 전류 측정을 실시하여, 웨이퍼(58)로의 이온주입을 재개하도록 구성한다.

도 2에 파선 화살표(X를 부여한 방향의 화살표)로 나타내는 바와 같이, 이온빔은, 빔 스캐너(36)에 의하여, 최대 빔 스캔폭의 경우에는, 주기적으로 한 쌍의 사이드컵(76)을 가로지르도록 수평방향(X방향)으로 왕복주사(빔 스캔 혹은 X스캔)된다. 수평방향으로 왕복주사하고 있는 이온빔에 대하여, 점선 화살표(Y를 부여한 방향의 화살표)로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(58)가 상하방향(Y방향)으로 이동하면, 이온빔은 웨이퍼(58)의 전체면을 왕복주사하는 것이 되고, 그 결과로서 이온빔의 이온이 웨이퍼(58)의 전체면에 주입된다. 구체적으로는, 웨이퍼(58)가 최하위치에서부터 최상위치, 또는 최상위치에서부터 최하위치까지 이동하는 사이에, 이온이 웨이퍼(58) 전체면에 주입된다.

다만, 나중에 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명에서는, 장치의 시동(빔 튜닝)이 종료되어 이온주입동작을 행하고 있는 동안은, 웨이퍼(58)의 편측(片側), 도 2에서 말하자면 Y방향의 직경으로 2분할되는 웨이퍼(58)의 우측의 빔 스캔폭을 웨이퍼(58)의 외주(즉 반원형의 외주) 형상에 들어맞는 형태로 변화시키므로, 이온빔이 도 2 중, 우측의 사이드컵(76)에 도달하지 않아 측정하지 않는 경우가 있다.

다음으로, 상기와 같은 이온주입장치에 본 발명을 적용하는 경우의 동작원리에 대하여 설명한다.

먼저, 도 7을 참조하여, 스캔전압 보정함수에 대하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 이온주입장치에 있어서는, 웨이퍼에 있어서의 도즈량의 면내 균일성을 유지하는 것이 중요하다. 패스트 스캔으로서 빔 스캔(X스캔), 슬로우 스캔으로서 메커니컬 Y스캔(Y스캔)을 채용하고 있는 이온주입장치에 있어서는, 횡방향(X방향)의 도즈량 균일성을 유지할 목적으로, 빔 스캐너의 스캔전압의 제어함수, 즉 기준 빔 스캔 제어함수(14)에 의한 각 빔 스캔전압치에, 주입위치 빔 전류 측정장치(78)의 빔 측정에 근거하는 보정을 가하고 있다.

그 보정을 행하기 위하여 필요한 함수를, 스캔전압 보정함수라 부르고 있다. 이 스캔전압 보정함수에 의하여, 실제로 빔 스캐너(36)에 주어지는 보정된 스캔전압치는, 빔 스캔전압 보정제어함수(15)가 된다. 빔 스캔전압 보정제어함수(15)는, 횡방향(X방향)의 도즈량 균일성을 유지할 뿐만 아니라, 빔 스캔폭을 설정할 수도 있다.

종방향(Y방향)의 도즈량 균일성에 관해서는, 빔의 미소 떨림/미소 변동에 의한 도즈량 수정에 대응할 수 있도록, 설정한 빔 전류량에 따라서 양쪽 혹은 한쪽의 사이드컵(76)의 빔 전류치 측정에 근거하여 메커니컬 Y스캔속도를 추종 변화시킨다.

본 발명에서는, Y방향의 웨이퍼의 직경 중심선으로 2분할되는 웨이퍼의 편측의 빔 스캔폭을, 웨이퍼의 외주(즉 반원형의 외주)에 들어맞는 형상에 따라서 빔 스캔폭을 삭감하기 위하여 복수 개의 빔 스캔전압 보정제어함수(15)를 이용한다.

상기한 보정은, 도 2에서 설명한 CPU를, 빔 스캐너 제어계의 제어부로서 동작하는 빔 스캔 제어연산장치로서 겸용함으로써 실행되고, 그 필요성은 이하와 같다.

도 3, 도 4를 참조하여, 빔 스캐너의 스캔전압과 빔 스캔폭에 대하여 설명한다.

도 3(a), 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 있어서의 빔 스캐너(36)에는, 기준 빔 스캔 제어함수(14)에 의한 기본 삼각파(14w)(도 3(a))를 기초로 보정한, 빔 스캔전압 보정제어함수(15)에 근거하여 작성되는 삼각파를 모듈레이션(변조 보정)한 형상의 보정파(15w)(이하, 「삼각파 보정파」라 부름)(도 4(a))에 의한 스캔전압이 인가된다. 특히, 하나의 삼각파 보정파로 이온빔이 1회의 왕복스캔(빔 스캔)을 다량으로 행하도록 설정되어 있다. 도 3, 도 4에서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여, 공통의 전위를 기준으로 하여, 주기가 동일하고 피크치가 상이한 3 종류의 스캔전압을 각각 점선(피크치 Sv1), 일점쇄선(피크치 Sv2), 파선(피크치 Sv3)으로 나타내고 있다. 다만, 피크치 Sv1은 스캔전압의 최대치, 피크치 Sv3은 스캔전압의 최소치이고, Sv1>Sv2>Sv3이다.

이로써, 점선으로 나타내는 보정 스캔전압(피크치 Sv1)의 인가에 의하여, 빔 스캐너(36)는, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 횡방향(X방향)의 위치 P1을 기점으로 하여 최대의 빔 스캔폭 BSW1의 빔 스캔을 행한다. 일점쇄선으로 나타내는 스캔전압(피크치 Sv2)을 인가한 경우, 빔 스캐너(36)는, 횡방향(X방향)의 위치 P1을 기점으로 하여 빔 스캔폭 BSW2의 빔 스캔을 행한다. 파선으로 나타내는 스캔전압(피크치 Sv3)을 인가한 경우에는, 빔 스캐너(36)는, 횡방향(X방향)의 위치 P1을 기점으로 하여 최소의 빔 스캔폭 BSW3의 빔 스캔을 행한다. 물론, BSW1>BSW2>BSW3이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(58)의 중심을 중심(C1)이라 한 경우에, X방향의 스캔영역(빔 스캔영역)이 Y방향에 관하여 중심(C1)으로부터 벗어남에 따라서 빔 스캔폭(BSW)을 스텝(계단) 형상으로 감소시켜 감으로써, 웨이퍼(58)의 편측에 대하여 빔 스캔폭을 삭감함에 의한 허비되는 빔 조사를 없앨 수 있다. 도 5에서는, Y방향의 직경으로 2분할되는 웨이퍼(58)의 우측 절반부분의 빔 스캔폭을, 웨이퍼의 외주(즉 반원형의 외주)에 들어맞는(대응 또는 상응하는) 형상에 따라서 삭감하도록 하고 있고, 그 형상으로부터, 이후에서는 웨이퍼(58)의 우측 절반부분의 스캔을 D 형상의 스캔이라 부르기로 한다.

다만, 도 3(b), 도 4(b)에서는, 스캔전압과 빔 스캔폭의 관계를 이해하기 쉽게 하기 위하여, X방향을 종축, Y방향을 횡축으로 하여 나타내고, 더욱이 웨이퍼(58)를 Y방향의 중간위치에 고정상태로 나타내고 있다. 그러나, 도 8에서도 설명한 바와 같이, 실제로는, 웨이퍼(58)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, X방향 스캔(빔 스캔) 동안, Y방향에 대하여서는 최상위치와 최하위치 사이에서 왕복하는 메커니컬 Y스캔이 행하여지고 있다.

따라서, 웨이퍼(58)의 메커니컬 Y스캔을 행하고 있을 때에, 단순히, 도 4(a)에 나타내는 바와 같은 스캔전압(Sv1, Sv2, Sv3)을 순서대로 빔 스캐너(36)에 인가하는 것만으로는, 도 5에 나타내는 바와 같은 D 형상의 스캔, 즉 웨이퍼(58)가 Y방향으로 변위하고 있더라도 웨이퍼(58)가 반드시 삭감한 빔 스캔폭의 내측에 들게 되는 스캔을 실현할 수는 없다.

CPU로 실현되는 빔 스캔 제어연산장치는, 상기의 점도 고려한 다음에, 메커니컬 Y스캔에 의하여 Y방향으로 이동하고 있는 웨이퍼(58)에 대한 상기의 D 형상의 스캔을 실현하는 것이다.

이하에 그 실시예를 설명한다. 그 전에, 정전편향식으로 구성한 빔 스캐너(36)에 있어서의 스캔전압에 의한 빔 스캔속도의 변경방법에 대하여 상세히 설명한다.

1) 빔 스캐너(36)에 인가되는 도 4(a)에 나타내는 바와 같은 복수 종류의 삼각파 보정파에 의한 스캔전압은, 빔 스캔전압 보정제어함수(15)로 주어지는데, 그 주기, 개시(開始)전압, 꺾임전압(피크치), 종단(終端)전압, 기본 삼각파로부터의 섭동(攝動, perturbation)위치, 강도에 의하여 규정할 수도 있다.

2) 그리고, 개시전압과 종단전압, 꺾임전압이 플러스 마이너스(正負)의 동일 전압의 규정치인, 주기 일정(一定)으로 기본 삼각파로부터의 섭동위치, 강도가 정하여진 삼각파 보정파를 기초로 하여, 새로이, 개시전압과 종단전압은 동일한 규정치로 설정하고, 꺾임전압을 임의의 값(개시전압/종단전압과는 상이한 절대전압치)으로 설정함으로써, 주기 일정(一定)으로, 기본 삼각파로부터의 섭동위치, 강도가 변경되는 것이 되고, 이는 빔 스캔속도가 변경됨을 의미한다. 간단히 하기 위하여, 삼각파를 이용하여 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 모식적으로 설명하면, 근사적으로는 삼각파의 기울기가 변경되어, 스캔속도가 변경되는 것이 된다.

상기한 빔 스캔속도의 변경방법에 있어서, 각 스캔전압(V)은, 도 3(a)에 나타내는 바와 같은 삼각파 보정파의 기준주파수의 초기 기준설정치로 주어지지만, 이 초기 기준설정치의 삼각파 보정파는, 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 빔 측정에 의하여 얻어진 데이터를 기초로 빔 스캔 제어연산장치에 있어서 기본 삼각파로부터의 섭동위치, 강도를 구하여, 스캔전압 보정전압치가 얻어진다. 얻어진 초기 기준설정치의 스캔전압 보정전압치로부터 주기 일정(一定)의 각 빔 스캔폭에 맞추어 빔 스캔 제어연산장치에 의하여 각 빔 스캔폭 대응 보정전압치가 실제 스캔전압치로서 작성된다.

도 7에, 본 발명에 의한 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정에 근거하는 기준 빔 스캔 제어함수, 빔 스캔전압 보정제어함수의 일례에 대하여, 어떤 하나의 스캔전압 보정함수를 이용하여 연산된 스캔전압 보정전압치, 실제 스캔전압치의 부분의 일례를 나타낸다.

도 7(a)에 있어서, 도 3(a)에 나타낸 피크치 Sv1을 가지는 기준주파수의 삼각파가, 기준 빔 스캔 제어함수(14)에 의하여, 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정을 최대 스캔폭에 있어서 예컨대 11점 측정으로 한 경우, 11단계의 초기 기준설정치 -5(V), -4(V), -3(V), -2(V), -1(V), 0(V), +1(V), +2(V), +3(V), +4(V), +5(V)로 주어지는 것으로 한다. 이 경우, 이 기본 삼각파에 대응하여, 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정결과에 의하여, 빔 스캔전압 보정제어함수(15)를 이용하여 연산된 스캔전압 보정전압치로서, +0.3(V), +0.2(V), +0.2(V), +0.1(V), +0.1(V), 0(V), +0.1(V), +0.1(V), +0.2(V), +0.2(V), +0.3(V)이 연산된다. 이로써, 빔 스캐너(36)에는, 11단계의 -4.7(V), -3.8(V), -2.8(V), -1.9(V), -0.9(V), 0(V), +1.1(V), +2.1(V), +3.2(V), +4.2(V), +5.3(V)이 실제 스캔전압으로서 주어진다.

도 7(b)는 기준 빔 스캔 제어함수(14)에 의한 초기 기준설정치에 근거하여 작성되는 기본 삼각파(14w)와 빔 스캔전압 보정제어함수(15)에 의한 보정된 실제 스캔전압 보정치에 근거하여 작성되는 삼각파 보정파(15w)의 관계를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 자기식 편향방식으로 빔 스캐너를 구성한 경우에 있어서는, 빔 스캔속도의 변경을 빔 스캐너 자석장치에 대한 스캔 자속밀도의 주기적 변경에 의하여 행함과 함께, 이 자속밀도의 주기적 변경을 스캐너 자석장치에 공급하는 삼각파 전류(혹은 전류제어를 위한 전압)의 제어에 의하여 실시하도록 구성하고, 정전편향식과 마찬가지로, 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정에 근거하는 기준 빔 스캔 제어함수, 스캔전압 보정함수에 준하는 빔 스캔 보정 제어함수(전류 혹은 전류 제어를 위한 전압의 보정)를 이용한다.

빔 스캔폭의 다단설정의 일례로서, 주기 일정(一定)의 조건하에서 빔 스캔폭이 최대 빔 스캔폭에서부터 최소 빔 스캔폭 사이에 이들을 포함시켜서 예컨대 4단 설정되는 경우, 빔 스캔 제어연산장치는 4 종류의 스캔전압 보정함수를 자동계산에 의하여 작성함과 함께, RAM(또는 데이터 메모리)에 기억시키고, 메커니컬 Y스캔위치, 즉 4단의 각 단의 빔 스캔폭에 따라서 스캔전압 보정함수를 전환하여 빔 스캔전압 보정제어함수(15)를 작성하여, 빔 스캐너(36)에 인가하는 실제 스캔전압을 연산한다.

상기한 바와 같이, 메커니컬 Y스캔위치에 따라서 스캔전압 보정함수를 전환하여, 횡방향 도즈량 균일성을 확보하면서 웨이퍼의 편측에 대한 빔 스캔폭을 웨이퍼의 편측 형상에 맞추어 변화시키도록 하여 빔 스캔폭을 삭감한다. 결과적으로, 웨이퍼의 편측에 대한 빔 스캔 에어리어(다단설정 빔 스캔영역)는, 도 5에서 설명한 바와 같이 D 형상이 되어, 허비되는 이온빔 조사가 삭감된다. 이와 같은 동작과 병행하여, 사이드컵(76)에 의하여 웨이퍼의 다른 편측(도 4b의 상측(上側))에 있어서의 동일한 빔 스캔폭에 의한 빔 스캔 에어리어(이하, 일정 스캔 에어리어라 부름)의 사이드컵 빔 전류량을 측정하고, 빔 스캔폭 삭감에 의한 빔 전류량 변화에 따라서 웨이퍼 메커니컬 스캔장치에 있어서의 메커니컬 Y스캔속도를 변화시킴으로써, 종방향 도즈량 균일성을 확보하고, 횡방향 도즈량 균일성의 확보와 아울러, 결과로서 도즈량의 면내 균일성을 확보하면서 웨이퍼 생산성을 향상시키고 있다.

이상의 설명으로 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이온빔 스캔처리의 특징은, 이하와 같다.

1. 빔 튜닝을 행하고, 이온주입 전에, 빔 스캔폭 최대 시의 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 빔 측정에 근거하여 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구하고, 그 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 기초로 하여, 횡방향 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 각 빔 스캔폭에 대응하는 각 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산하여, 빔 스캐너 제어계에 설정, 즉 RAM(또는 데이터 메모리)에 기억한다.

2. 이온주입 중에 메커니컬 Y스캔위치를 측정하여, 그 위치에 따른 스캔전압 보정함수로 전환함으로써, 웨이퍼의 편측의 빔 스캔 에어리어를 D 형상의 다단설정 빔 스캔영역으로 하여 빔 스캔폭을 삭감함과 함께, 횡방향 도즈량 균일성을 확보한다.

3. 상기 2와 병행하여 일정 스캔 에어리어측의 사이드컵 빔 전류량을 측정하여, 그 변화에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 변화시킴으로써, 종방향 도즈량 균일성을 확보한다.

4. 상기 2, 3에 의하여, 도즈량의 면내 균일성을 유지하면서, 불필요한 이온빔 조사면적을 삭감할 수 있다.

(실시예)

빔 스캔 제어연산장치(도 2a의 CPU)는, 이온주입 전의 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 빔 측정에 근거하여 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구하고, 얻어진 스캔전압 보정함수로부터, 횡방향(X방향)의 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 스캔폭 삭감을 실현화하는 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산하여, RAM에 기억한다.

단위시간 당에 웨이퍼에 조사되는 도즈량은, 빔 스캔속도가 느리게 설정됨으로써, 빔 스캔폭을 삭감하면 증대한다.

빔 스캔 제어연산장치는 또한, 종방향(Y방향)의 도즈량 균일성의 확보를 위하여, 설정한 빔 전류량에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 컨트롤한다.

한 쌍의 사이드컵(76) 중 한쪽에서 검출된 사이드컵 전류를 이용하여 빔 전류량을 측정하고 있기 때문에, D 형상의 스캔 에어리어와는 반대측의 스캔 에어리어(도 5의 좌측 절반부분 혹은 도 4(b)의 상측 절반부분)에 있어서의 빔 스캔폭은 일정하게 한다.

빔 스캔 제어연산장치는, 메커니컬 Y스캔위치에 따라서, RAM에 기억되어 있는 스캔전압 보정함수를 전환하여, 횡방향 도즈량 균일성을 확보하면서, 스캔 에어리어를 웨이퍼(58)의 형상에 맞추도록 삭감한다. 결과적으로 웨이퍼의 편측의 스캔 에어리어가 D 형상이 된다.

동시에, 일정 스캔 에어리어측의 사이드컵(76)(예컨대 도 4(b)의 상측의 사이드컵 전류측정기)에서 빔 전류량을 측정하여, 스캔폭 삭감에 의한 빔 전류량 변화에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 추종 변화시킴으로써, 종방향 도즈량 균일성까지도 확보하고, 결과로서 설정한 빔 전류량에 대응하는 도즈량과 도즈량의 면내 균일성을 확보하면서, 이온주입 시간을 단축하고, 웨이퍼의 생산성을 향상시켜서, 스루풋(throughput)을 올릴 수 있다.

이상과 같은 빔 조사영역 삭감을 위한 D 형상의 스캔 기능은, D-SAVING 기능이라 불러도 좋다.

D-SAVING 기능을 사용하는 경우에는, 빔 튜닝 종료 후,

(1) 이온주입 전의 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 빔 측정에 근거하여 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구하고, 얻어진 스캔전압 보정함수로부터, 횡방향(X방향)의 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 스캔폭 삭감을 실현화하는 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산하여,

(2) 그 복수 개의 스캔전압 보정함수를 빔 스캐너 제어계에 설정하는 것이 필요하다.

(실시예의 효과)

상기 실시예에 의하면, 빔 변동/도즈량 변동에의 추종을 확실하게 실시할 수 있고, 도즈량의 면내 균일성을 충족시킨 형태로, 빔 스캔주기 일정(一定)으로 X-Y스캔속도의 조합이 상이한 미세한 이온주입조건에 대응한 다단설정 빔 스캔영역을 형성할 수 있다.

상기 실시예에 의하면 또한, 빔 변동/도즈량 변동에의 추종을 확실하게 실시할 수 있고, 도즈량의 면내 균일성을 충족시킨 형태로, 빔 스캔주기 일정(一定)으로 X-Y스캔속도와 빔 스캔폭이 상이한 다단설정 빔 스캔영역을 형성할 수 있다.

상기 실시예에 의하면 또한, 도 8에서 설명한 종래의 직사각형 형태 스캔 형상에 비하여, 웨이퍼 형상을 고려한 D형의 스캔 형상으로 함으로써, 도즈량의 면내 균일성을 확보하면서 스캔 에어리어 면적을 삭감함으로써, 웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있다. 빔 스캔폭의 전환은 자동으로 행하여지고, 그에 대응하여, 웨이퍼의 메커니컬 Y스캔속도도 자동적으로 전환된다.

결과로서, D-SAVING 기능을 사용함으로써, 그 불사용시에 비하여, 이온주입시간의 삭감이 달성된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시형태, 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시형태, 실시예에 한정되지 않고, 예컨대 이하와 같은 변형예이더라도 좋다.

빔 스캔주기 일정(一定)으로 다단설정에 따라서 변경한 빔 스캔속도로 스캔되고 있는 빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기의 빔 측정에 근거하여, 메커니컬 Y스캔속도의 속도기준치를 설정하고, 각 단의 스캔영역의 도즈량 설정에 대응하여, 각 단의 스캔영역의 메커니컬 Y스캔속도를 연산 설정한다.

본 발명은 또한, 이하의 형태로 실현되어도 좋다.

(형태 1)

빔 스캔속도가 최대인 최대 스캔 범위에 있어서의, 빔 스캔폭 최대 시의 빔 측정에 근거하여, 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구하고, 이를 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수로 하며, 그 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 기초로 하여, 미리 설정한 다단의 각 스캔영역에 대응하는 각 빔 스캔속도의 제어를 위한 각 스캔전압 보정함수를 생성한다. 스캔전압 보정함수의 생성은 이하 중 어느 하나로 행한다.

1) 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 기초로 전개(展開) 연산한다.

2) 새로이 스캔전압 보정함수를 설정하고, 그 함수를, 측정한 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 기초로 하여 보정한다.

3) 또한 상기 1) 또는 상기 2)에서 생성한 스캔전압 보정함수로, 실제로 빔을 스캔하고, 빔을 주입위치에서 측정하여 다시 함수의 보정을 행하여, 재보정한 함수를 구한다.

(형태 2)

빔 튜닝을 행한 후, 이온주입 전에 있어서, 통상 주입과 동일하게, 빔 스캔폭 최대 시의 주입위치의 빔 측정으로부터 구하여진 빔 스캔폭 최대 시의 빔 스캔을 위한 스캔전압 보정함수를 연산하고, 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 기초로 하여, 횡방향 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 각 스캔 진폭에 대응하는 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산에 의하여 구하여, 스캔제어계에 설정/기억한다.

(형태 3)

설정한 각 빔 스캔폭에 따른 기준이 되는 각 빔 스캔 제어함수를 기초로 하여, 각 스캔폭에 따른 스캔 빔에 의하여, 각 빔 스캔을 행하고, 각각의 스캔 빔에 대하여 주입위치에서 빔 측정을 행하여, 각 빔 스캔폭에 따른 빔 스캔을 위한 각 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구한다.

(형태 4)

최대 빔 스캔 범위의 기준 빔 스캔 제어함수를 기초로 하여, 설정한 각 빔 스캔폭에 따른 각 스캔 빔의 기준 빔 스캔 제어함수를 설정함으로써 각 빔 스캔폭의 스캔 빔을 새로이 생성하고, 주입위치에서 빔 측정을 행하여, 각 빔 스캔폭에 따른 X방향의 스캔을 위한 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구한다.

(형태 5)

빔 스캔폭의 설정치(좌우의 사이드컵 전류측정기를 오버 스캔(overscan)하는 빔 스캔폭과 빔 설정 좌우 폭)를 고려하여, 빔 스캔 개시단에서부터 다단설정에 따른 거리를 줄인 각 빔 스캔폭을 설정한다.

(형태 6)

중앙의 빔 스캔 선상, X스캔 타방단에 접하는 웨이퍼 동일 직경 원과 각 단이 교차하는 교점으로부터 X스캔 선상에 내린 수선(垂線)을, X스캔 타방단으로부터 다단설정에 따른 거리를 줄인 각 빔 스캔폭의 타단으로서 설정한다.

(형태 7)

Y스캔 방향으로, 빔 스캔속도가 상이한 빔 스캔영역을 복수단 분할 설정하고, 복수단의 각 빔 스캔영역 단(段)에는, 각각 복수단의 빔 스캔영역마다의 스캔전압 보정함수를 설정한다.

(형태 8)

복수단의 각 빔 스캔영역의 스캔전압 보정함수는, 최대 속도의 빔 스캔 범위의 스캔전압 보정함수를 측정/연산한 것으로부터 근사치로서 생성하는, 혹은, 복수단의 빔 스캔영역마다 스캔전압 보정함수를 측정/연산하는, 또는, 복수단의 빔 스캔영역의 스캔전압 보정함수를 설정하고, 측정 보정하는, 혹은 최대 속도의 스캔 범위의 스캔전압 보정함수를 측정/연산한 것으로부터 근사치로서 생성한다.

10 이온원
12 인출전극
22 질량분석 자석장치
24, 30 제1, 제2 4중극 수속전자석
26 파크전극
27 파크하우징
28 질량분석 슬릿
32 인젝터 플래그 패러데이컵
36 빔 스캐너
40 패럴렐렌즈
42 가속/감속 칼럼
58 웨이퍼
60 AEF
76 사이드컵 전류측정기
78 주입위치 빔 전류 측정장치
80 튜닝 패러데이

Claims

이온원(源)으로부터 인출(引出)전극에 의하여 인출한 이온빔이 웨이퍼에 이르는 빔 라인(beam line) 상을 통과하도록 구성하고, 상기 빔 라인을 따라서, 질량분석 자석장치, 질량분석 슬릿, 빔 스캐너, 빔 평행화장치, 웨이퍼처리실 및 웨이퍼 메커니컬 스캔장치를 설치하며, 빔 라인의 웨이퍼 앞쪽 및 근방 구간에는, 이온빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기 및 주입위치 빔 전류 측정장치를 설치한 이온빔 스캔처리장치에 있어서,
상기 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정에 근거하여, 상기 빔 스캐너에 있어서의 빔 스캔속도를 스캔전압에 의하여 제어하기 위한 기준 빔 스캔 제어함수 및 스캔전압 보정함수를 설정변경 가능한 빔 스캔 제어연산장치에 의하여, 상기 빔 스캐너를 제어하도록 구성하고,
상기 사이드컵 전류측정기에 의하여 메커니컬 스캔 Y방향에 직각인 X방향의 빔 스캔에 의한 빔 전류량을 측정하고, 설정 빔 전류치에 대응하는 Y방향의 메커니컬 스캔속도가 되도록 측정한 빔 전류량에 근거하여 상기 웨이퍼 메커니컬 스캔장치를 자동보정 추종시키도록 구성함과 함께, 상기 빔 스캔 제어연산장치의 기준주파수 설정을 일정(기준주기 설정을 일정)하게 유지한 채, 복수의 빔 스캔속도 설정의 상이한 X방향 빔 스캔파형을, 상기 빔 스캐너에 인가하는 제어전압을 보정변경하여 스캔전압 보정함수를 작성함으로써 설정하여, X방향 빔 스캔속도와 X방향 빔 스캔폭의 조합의 상이한 스캔영역을 복수단(複數段) 형성하도록 구성하고,
상이한 X방향 빔 스캔속도와 Y방향 메커니컬 스캔속도의 조합에 의하여, 동일 도즈량 영역을 복수 형성하도록 구성한 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 스캔 제어연산장치는, 상기 빔 스캐너에 대하여, 복수단으로 설정한 각 빔 스캔폭의 각 스캔영역을, 각각 동일 주기로 설정한 빔 스캔폭마다 상이한 빔 스캔속도에 의하여 빔 스캔을 시키는 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 사이드컵 전류측정기는, 주기 일정(一定)으로 복수단 설정에 따라서 변경한 빔 스캔속도로 스캔되고 있는 빔의 전류를 측정하고, 상기 빔 스캔 제어연산장치는, 측정한 빔 전류에 근거하여 웨이퍼의 메커니컬 Y스캔을, 도즈량 설정에 따라서 자동 추종시키는 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 스캔 제어연산장치는, 이온주입 전에 주입위치 빔 전류 측정장치에 의한 빔 측정에 의하여 구하여진 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산에 의하여 구하여, 그에 대응하는 웨이퍼의 메커니컬 Y스캔속도를 연산 설정하고, 또한 복수단 설정에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 연산 설정하는 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 빔 스캔 제어연산장치는, 빔 스캔폭이 상이한 스캔영역의 상기 복수단의 형성을, Y방향의 직경(直徑)으로 2분할되는 상기 웨이퍼의 편측(片側)에 대한 빔 스캔폭을 상기 웨이퍼의 편측의 외주에 들어맞는 형상으로 대응시켜서 행함으로써 빔 스캔폭의 삭감을 실현하는 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리장치.
이온원으로부터 인출전극에 의하여 인출된 이온빔이 웨이퍼에 이르는 빔 라인 상을 통과하도록 구성하고, 상기 빔 라인을, 질량분석 자석장치, 질량분석 슬릿, 빔 스캐너, 빔 평행화렌즈, 웨이퍼처리실, 웨이퍼 메커니컬 스캔장치에 의하여 구성하며, 빔 라인의 웨이퍼 앞쪽 및 근방 구간에는, 이온빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기 및 주입위치 빔 전류 측정장치를 설치한 이온빔 스캔처리장치에 의한 이온빔 스캔처리방법에 있어서,
상기 주입위치 빔 전류 측정장치의 빔 측정에 근거하여, 빔 튜닝에 있어서, 빔 스캔폭 최대 시의 빔 측정으로부터 구하여진 빔 스캔폭 최대 시의 스캔전압 보정함수를 연산하고, 상기 스캔전압 보정함수를 기초로 하여, 횡방향 도즈량 균일성을 충족시키면서 예정된 각 빔 스캔폭에 대응하는 각 스캔전압 보정함수를 복수 개 자동계산하고,
이어서, 이온주입 중에 메커니컬 Y스캔위치를 측정하여, 그 위치에 따른 스캔전압 보정함수로 전환함으로써, 웨이퍼의 편측의 빔 스캔 에어리어를 D 형상의 복수단 설정 빔 스캔영역으로 하여 빔 스캔폭을 삭감함과 함께, 횡방향 도즈량 균일성을 확보하며,
상기 동작과 병행하여 웨이퍼의 다른 편측에 있어서의 일정 스캔 에어리어측의 사이드컵 빔 전류량을 측정하고, 그 변화에 따라서 메커니컬 Y스캔속도를 변화시킴으로써, 종방향 도즈량 균일성을 확보하도록 한 것을 특징으로 하는 이온빔 스캔처리방법.