KR20150123704A - 이온주입방법 및 이온주입장치 - Google Patents

Abstract

이온조사량분포 및 단위시간당 이온조사량의 쌍방을 제어하는 기술을 제공한다.
이온주입장치(10)는, 빔주사기(26)와, 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 이온조사량분포를 측정 가능한 빔계측부와, 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형을 빔주사기(26)로 출력하는 제어부(60)를 구비한다. 제어부(60)는, 기준제어파형을 빔주사기(26)에 출력하는 출력부와, 기준제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔에 대하여 측정된 이온조사량분포를 빔계측부(50)로부터 취득하는 취득부와, 취득한 이온조사량분포를 이용하여 보정제어파형을 생성하는 생성부를 포함한다. 제어부(60)는, 이온조사량분포가 목표로 하는 분포이며, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 조정되는 보정제어파형을 출력한다.

Description

이온주입방법 및 이온주입장치{ION IMPLANTINE METHOD AND ION IMPLANTING DEVICE}

본 출원은, 2014년 4월 25일에 출원된 일본 특허출원 제2014-091762호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 이온주입방법 및 이온주입장치에 관한 것이다.

반도체 제조공정에서는, 도전성을 변화시킬 목적, 반도체 웨이퍼의 결정 구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정(이하, "이온주입공정"이라고 칭하는 경우가 있음.)이 표준적으로 실시되고 있다. 이온주입공정에서 사용되는 장치는, 이온주입장치라고 불리며, 이온원에 의하여 이온화되어, 그 후 가속된 이온빔을 형성하는 기능과, 그 이온빔을 주입처리실까지 수송하여, 처리실 내의 웨이퍼에 이온빔을 조사하는 기능을 가진다.

처리 대상이 되는 웨이퍼의 전체 면에 이온을 주입하기 위하여, 이온빔은 빔주사기에 의하여 왕복주사되고, 웨이퍼는 빔주사방향에 직교하는 방향으로 왕복운동된다. 이 때, 빔주사의 속도나 왕복운동의 속도를 웨이퍼의 조사위치에 대응시켜 변화시킴으로써, 웨이퍼의 각 지점에 조사되는 이온조사량을 제어할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 특허공표공보 평1-500310호

웨이퍼의 각 지점에 대응시켜 빔주사의 속도를 변경함으로써, 각 지점에 조사되는 이온조사량을 제어할 수 있는데, 그 때, 빔주사속도의 변경에 의하여 각 지점에 조사되는 단위시간당 이온조사량이 바뀌어 버리는 경우가 있었다. 이온주입에 의하여 웨이퍼에 주어지는 데미지의 양태는, 단위시간당 이온조사량에 의하여 변화하기 때문에, 단위시간당 이온조사량이 바뀌면 반도체 생산의 품질 유지에 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 이온조사량분포 및 단위시간당 이온조사량의 쌍방을 제어하는 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태의 이온주입방법은, 이온빔을 왕복주사하여, 빔주사방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 왕복운동시켜 웨이퍼에 이온주입하는 이온주입방법으로서, 기준제어파형을 빔주사기에 출력하여 이온빔을 왕복주사시키는 단계와, 기준제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔의 빔주사방향의 이온조사량분포를 측정하는 단계와, 측정한 이온조사량분포를 이용하여 보정제어파형을 생성하는 단계와, 생성한 보정제어파형을 빔주사기에 출력하여, 보정제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔을 웨이퍼에 조사하는 단계를 구비한다. 기준제어파형은, 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 각 빔위치의 시간 변화치를 나타내는 주사속도의 분포가 제1 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제1 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이다. 이온조사량분포는, 이온빔을 소정 횟수 왕복주사시킬 때에 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 각 빔위치에 있어서 적산 조사되는 이온조사량의 분포를 나타내는 것이다. 보정제어파형은, 주사속도의 분포가 제2 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제2 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이다. 제2 주사속도분포는, 이온조사량분포가 목표로 하는 분포가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 주사속도의 분포이다. 제2 주사주기는, 제2 주사속도분포로 왕복주사시키는 이온빔에 의하여 조사되는 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 조정되는 주사주기이다. 보정제어파형을 생성하는 단계는, 제1 주사속도분포 및 측정한 이온조사량분포를 이용하여 제2 주사속도분포를 산출하는 단계와, 산출한 제2 주사속도분포를 이용하여 제2 주사주기를 산출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태는, 이온주입장치이다. 이 장치는, 빔주사기와, 빔주사기의 하류에 설치되어, 빔주사방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 왕복운동시키는 왕복운동장치와, 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 이온조사량분포를 측정 가능한 빔계측부와, 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형을 빔주사기에 출력하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 기준제어파형을 빔주사기에 출력하는 출력부와, 기준제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔에 대하여 측정된 이온조사량분포를 빔계측부로부터 취득하는 취득부와, 취득한 이온조사량분포를 이용하여 보정제어파형을 생성하는 생성부를 포함한다. 기준제어파형은, 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 각 빔위치의 시간 변화치를 나타내는 주사속도의 분포가 제1 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제1 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이다. 이온조사량분포는, 이온빔을 소정 횟수 왕복주사시킬 때 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 각 빔위치에 있어서 적산 조사되는 이온조사량의 분포를 나타내는 것이다. 보정제어파형은, 주사속도의 분포가 제2 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제2 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이다. 제2 주사속도분포는, 이온조사량분포가 목표로 하는 분포가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 주사속도의 분포이다. 제2 주사주기는, 제2 주사속도분포로 왕복주사시키는 이온빔에 의하여 조사되는 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 조정되는 주사주기이다. 생성부는, 제1 주사속도분포 및 취득한 이온조사량분포를 이용하여 제2 주사속도분포를 산출하는 제1 산출부와, 산출한 제2 주사속도분포를 이용하여 제2 주사주기를 산출하는 제2 산출부를 가진다. 생성한 보정제어파형을 빔주사기에 출력하여, 보정제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔을 웨이퍼에 조사하는 것을 특징으로 한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 이온조사량분포 및 단위시간당 이온조사량의 쌍방을 제어할 수 있다.

도 1에 있어서, 도 1(a)는, 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략 구성을 나타내는 상면도, 도 1(b)는, 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 2는 왕복운동되는 웨이퍼와 왕복주사되는 빔과의 관계를 나타내는 정면도이다.
도 3은 이온빔의 주사범위를 나타내는 상면도이다.
도 4에 있어서, 도 4(a)는, 이온조사량분포의 계측방법을 모식적으로 나타내는 도이고, 도 4(b)는, 계측된 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 5에 있어서, 도 5(a)는, 기준제어파형의 예를 나타내는 그래프이고, 도 5(b)는, 기준제어파형에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 주사속도분포의 예를 나타내는 그래프이며, 도 5(c)는, 기준제어파형에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 6에 있어서, 도 6(a)는, 조정 후의 주사속도분포의 예를 나타내는 그래프이고, 도 6(b)는, 조정 후의 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 조정 후의 주사속도분포를 얻기 위한 조정 후의 제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 8에 있어서, 도 8(a)는, 보정 전의 제어파형의 예를 나타내는 그래프이고, 도 8(b)는, 주사주기가 보정된 보정제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 9에 있어서, 도 9(a)는, 보정제어파형에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 주사속도분포의 예를 나타내는 그래프이고, 도 9(b)는, 보정제어파형에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제어부의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11에 있어서, 도 11(a), (b)는, 가변애퍼처를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 12는 실시형태에 관한 이온주입장치의 동작 과정을 나타내는 플로차트이다.
도 13에 있어서, 도 13(a), (b)는, 변형예에 관한 보정제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 14는 변형예에 관한 보정제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 15는 변형예에 관한 보정제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 16에 있어서, 도 16(a)는, 변형예에 관한 기준제어파형의 예를 나타내는 그래프이고, 도 16(b)는, 변형예에 관한 기준제어파형에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 주사속도분포의 예를 나타내는 그래프이며, 도 16(c)는, 변형예에 관한 기준제어파형에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이다.
도 17에 있어서, 도 17(a)는, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이고, 도 17(b)는, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포를 실현하는 이온빔의 주사속도분포의 예를 나타내는 그래프이며, 도 17(c)는, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포를 실현하기 위한 보정제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.
도 18은 변형예에 관한 보정제어파형의 예를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.

실시형태를 설명하기 전에, 본 발명의 개요를 서술한다. 본 실시형태에 관한 이온주입장치는, 이온빔을 왕복주사시키는 빔주사기와, 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 이온조사량분포를 측정하는 빔계측부와, 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형을 빔주사기로 출력하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 웨이퍼위치에 있어서의 빔주사방향의 각 빔위치의 시간 변화를 나타내는 주사속도분포를 결정하고, 이 주사속도분포를 실현하는 제어파형을 출력함으로써, 이온조사량분포를 제어한다. 예를 들면, 빔계측부에 의하여 계측한 이온조사량이 낮은 개소는, 주사속도를 느리게 함으로써 이온조사량을 증가시킨다. 한편, 이온조사량이 높은 개소는, 주사속도를 빠르게 함으로써 이온조사량을 감소시킨다.

그러나, 각 지점의 주사속도를 빠르게 하거나 느리게 하거나 하여 주사속도분포를 변화시키면, 이온빔을 왕복주사시키는 데 걸리는 시간인 주사주기가 변화할 수 있다. 만일, 1회의 왕복주사로 각 지점에 조사되는 이온조사량(이온조사량분포)이 주사속도분포의 조정 전후에 같았다고 해도, 주사주기가 바뀌면, 각 지점에 조사되는 단위시간당 이온조사량(단위시간당 이온조사량분포)이 바뀌어 버린다. 단위시간당 이온조사량이 바뀌면, 이온주입으로 웨이퍼에 주는 데미지량이 변화할 수 있기 때문에, 목적대로의 이온주입처리를 할 수 없게 될 가능성이 발생한다.

따라서, 본 실시형태에서는, 주사속도분포를 변화시키는 경우에도, 단위시간당 이온조사량이 변하지 않도록 주사주기를 조정한다. 구체적으로는, 이온빔을 웨이퍼에 대하여 오버스캔시켜, 웨이퍼가 설치되는 범위에 있어서 주사속도분포가 원하는 분포가 되도록 한다. 이 때, 웨이퍼가 설치되는 범위 외의 오버스캔되는 범위에 이온빔이 위치하는 시간을 조정함으로써, 이온빔이 1왕복하는 데 걸리는 주사주기를 조정한다. 이로써, 이온조사량분포와 단위시간당 이온조사량의 쌍방을 동시에 제어하여, 이온주입처리의 품질을 높인다.

도 1은, 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1(a)는, 이온주입장치(10)의 개략 구성을 나타내는 상면도이고, 도 1(b)는, 이온주입장치(10)의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

이온주입장치(10)는, 피처리물(W)의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물(W)을 웨이퍼(W)라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입처리의 대상을 특정의 물체로 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.

이온주입장치(10)는, 빔의 왕복주사 및 웨이퍼(W)의 왕복운동 중 적어도 일방에 의하여 웨이퍼(W)의 전체에 걸쳐 이온빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상, 설계상의 이온빔(B)의 진행방향을 z방향으로 하고, z방향에 수직인 면을 xy면이라고 정의한다. 이온빔(B)을 피처리물(W)에 대하여 주사하는 경우에 있어서, 빔의 주사방향을 x방향으로 하고, z방향 및 x방향에 수직인 방향을 y방향으로 한다. 따라서, 빔의 왕복주사는 x방향으로 행해지고, 웨이퍼(W)의 왕복운동은 y방향으로 행해진다.

이온주입장치(10)는, 이온원(12)과, 빔라인장치(14)와, 주입처리실(16)을 구비한다. 이온원(12)은, 이온빔(B)을 빔라인장치(14)에 부여하도록 구성되어 있다. 빔라인장치(14)는, 이온원(12)으로부터 주입처리실(16)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 또, 이온주입장치(10)는, 이온원(12), 빔라인장치(14), 및 주입처리실(16)에 원하는 진공 환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.

도시되는 바와 같이, 빔라인장치(14)는 예를 들면, 상류로부터 순서대로, 질량분석부(18), 가변애퍼처(20), 빔정형부(22), 제1 빔계측부(24), 빔주사기(26), 패럴렐렌즈(30) 또는 빔평행화장치, 및, 각도에너지필터(AEF；Angular Energy Filter)(34)를 구비한다. 다만, 빔라인장치(14)의 상류란, 이온원(12)에 가까운 쪽을 가리키고, 하류란 주입처리실(16)(또는 빔스토퍼(38))에 가까운 쪽을 가리킨다.

질량분석부(18)는, 이온원(12)의 하류에 설치되어 있으며, 이온원(12)으로부터 인출된 이온빔(B)으로부터 필요한 이온종을 질량 분석에 의하여 선택하도록 구성되어 있다.

가변애퍼처(20)는, 개구폭을 조정 가능한 애퍼처이며, 개구폭을 변경함으로써 애퍼처를 통과하는 이온빔(B)의 빔전류량을 조정한다. 가변애퍼처(20)는, 예를 들면, 빔라인을 사이에 두고 상하로 배치되는 애퍼처플레이트를 가지고, 애퍼처플레이트의 간격을 변화시킴으로써 빔전류량을 조정해도 된다.

빔정형부(22)는, 4중극 수렴장치(Q렌즈) 등의 수렴렌즈를 구비하고 있으며, 가변애퍼처(20)를 통과한 이온빔(B)을 원하는 단면 형상으로 정형하도록 구성되어 있다.

제1 빔계측부(24)는, 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되어, 이온빔의 전류를 측정하는 인젝터플래그패러데이컵이다. 제1 빔계측부(24)는, 빔전류를 계측하는 패러데이컵(24b)과, 패러데이컵(24b)을 상하로 이동시키는 구동부(24a)를 가진다. 도 1(b)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 빔라인 상에 패러데이컵(24b)을 배치했을 경우, 이온빔(B)은 패러데이컵(24b)에 의하여 차단된다. 한편, 도 1(b)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 패러데이컵(24b)을 빔라인 상으로부터 분리했을 경우, 이온빔(B)의 차단이 해제된다.

빔주사기(26)는, 빔의 왕복주사를 제공하도록 구성되어 있으며, 정형된 이온빔(B)을 x방향으로 주사하는 편향수단이다. 빔주사기(26)는, x방향으로 떨어져 설치되는 주사전극(28)을 가진다. 주사전극(28)은 가변전압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 주사전극(28)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 전극 사이에 발생하는 전계를 변화시켜 이온빔(B)을 편향시킨다. 이렇게 하여, 이온빔(B)은, x방향의 주사범위에 걸쳐 주사된다. 다만, 도 1(a)에 있어서 화살표(X)에 의하여 빔의 주사방향 및 주사범위를 예시하여, 주사범위에서의 이온빔(B)의 복수의 궤적을 일점 쇄선으로 나타내고 있다.

패럴렐렌즈(30)는, 주사된 이온빔(B)의 진행방향을 평행으로 하도록 구성되어 있다. 패럴렐렌즈(30)는, 중앙부에 이온빔의 통과 슬릿이 형성된 원호형상의 P렌즈전극(32)을 가진다. P렌즈전극(32)은, 고압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 전압 인가에 의하여 발생하는 전계를 이온빔(B)에 작용시켜, 이온빔(B)의 진행방향을 평행하게 조정한다.

각도에너지필터(34)는, 이온빔(B)의 에너지를 분석하여 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향시켜 주입처리실(16)에 유도하도록 구성되어 있다. 각도에너지필터(34)는, 자계 편향용의 자석장치(도시하지 않음)와, 전계 편향용의 AEF 전극(36)을 가진다. AEF 전극(36)은, 고압전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 1(b)에 있어서, 상측의 AEF 전극(36)에 정전압, 하측의 AEF 전극(36)에 부전압을 인가시킴으로써, 이온빔(B)을 하방으로 편향시킨다.

이와 같이 하여, 빔라인장치(14)는, 웨이퍼(W)에 조사되어야 할 이온빔(B)을 주입처리실(16)에 공급한다.

주입처리실(16)은, 1매 또는 복수 매의 웨이퍼(W)를 보유하고, 이온빔(B)에 대한 상대 이동(예를 들면, y방향)을 필요에 따라 웨이퍼(W)에 제공하도록 구성되는 왕복운동장치(44)(도 2 참조)를 구비한다. 도 1에 있어서, 화살표(Y)에 의하여 웨이퍼(W)의 왕복운동을 예시한다. 또, 주입처리실(16)은, 빔스토퍼(38)를 구비한다. 빔궤도 상에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 경우에는, 이온빔(B)은 빔스토퍼(38)에 입사된다.

주입처리실(16)에는, 이온빔의 이온조사량을 계측하기 위한 제2 빔계측부(50)가 설치된다. 제2 빔계측부(50)는, 사이드컵(40R, 40L)과, 센터컵(42)을 가진다.

사이드컵(40R, 40L)은, 웨이퍼(W)에 대하여 X방향으로 어긋나게 배치되어 있으며, 이온주입 시에 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔을 차단하지 않는 위치에 배치된다. 이온빔(B)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위를 넘어 오버스캔되기 때문에, 이온주입 시에 있어서도 주사되는 빔의 일부가 사이드컵(40R, 40L)에 입사된다. 이로써, 이온주입처리 중의 이온조사량을 계측한다. 사이드컵(40R, 40L)의 계측치는, 제2 빔계측부(50)에 보내진다.

센터컵(42)은, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 이온조사량분포를 계측하기 위한 것이다. 센터컵(42)은, 가동식으로 되어 있으며, 이온주입 시에는 웨이퍼위치로부터 대피되어, 웨이퍼(W)가 조사위치에 없을 때에 웨이퍼위치에 삽입된다. 센터컵(42)은, X방향으로 이동시키면서 이온조사량을 계측하여, 빔주사방향의 이온조사량분포를 계측한다. 센터컵(42)의 계측치는, 제2 빔계측부(50)에 보내진다. 다만, 센터컵(42)은, 빔주사방향의 복수의 위치에 있어서의 이온조사량을 동시에 계측 가능해지도록, 복수의 패러데이컵이 x방향으로 나열된 어레이 형상으로 형성되어 있어도 된다.

주입처리실(16)에는, 방호판(46R, 46L)이 설치된다. 방호판(46R, 46L)은, 웨이퍼(W)에 대하여 X방향으로 어긋나게 배치되어, 이온주입 시에 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔이나, 사이드컵(40R, 40L)을 향하는 이온빔을 차단하지 않는 위치에 배치된다. 방호판(46R, 46L)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위를 넘어 오버스캔된 이온빔이, 주입처리실(16)의 내벽이나, 주입처리실(16)의 내부에 설치되는 기기 등에 조사되어 버리는 것을 방지한다. 방호판(46R, 46L)은, 그라파이트 등으로 구성된다. 다만, 방호판(46R, 46L)은, 빔주사기(26)의 하류에 설치되어 있으면 되고, 빔라인장치(14)에 설치되어도 된다.

제어부(60)는, 이온주입장치(10)를 구성하는 각 기기의 동작을 제어한다. 제어부(60)는, 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형을 생성하여 빔주사기(26)에 출력하고, 이온빔의 주사속도분포나 주사주기를 조정한다. 또, 제어부(60)는, 제어파형을 조정하기 위하여, 제2 빔계측부(50)가 계측한 이온조사량 또는 이온조사량분포의 값을 취득한다. 또한, 제어부(60)는, 왕복주사되기 전의 이온빔의 빔전류량을 조정하기 위하여, 빔주사기(26)의 상류에 설치되는 이온원(12)이나 가변애퍼처(20) 등의 빔전류 조정수단을 제어한다. 또, 제어부(60)는, 왕복운동장치(44)의 동작을 제어한다.

도 2는, 왕복운동되는 웨이퍼(W)와 왕복주사되는 이온빔(B)과의 관계를 나타내는 정면도이다. 도 2에 있어서, 이온빔(B)은 가로방향(X방향)으로 왕복주사되고, 웨이퍼(W)는 왕복운동장치(44)에 지지되어 세로방향(Y방향)으로 왕복운동된다. 도 2에서는, 최상 위치의 웨이퍼(W1)와 최하 위치의 웨이퍼(W2)를 도시함으로써, 왕복운동장치(44)의 동작 범위를 나타내고 있다.

또, 빔주사기에 의하여 주사되는 이온빔(B)에 대하여, 주사단위치의 이온빔(B4)을 도시함으로써 이온빔의 주사범위를 나타내고 있다. 이온빔(B)은, 왕복운동장치(44)의 좌우에 배치되는 사이드컵(40R, 40L)이나, X방향으로 이동 가능한 센터컵(42)이 배치되는 위치를 넘어 오버스캔이 가능해지도록 구성된다. 다만, 도 2에서는, 가로로 긴 이온빔(B)이 주사되는 모습을 나타내고 있지만, 이온빔(B)의 형상은, 세로로 길어도 되고, 원형에 가까운 형상이어도 된다.

도 3은, 이온빔(B)의 주사범위를 나타내는 도이며, 도 2의 상면도에 대응한다. 도 3에서는, 이온빔(B)을 주사 가능한 범위의 전체를 주사범위(C)로서 나타내고 있다. 주사범위(C)는, 크게 조사영역(C1)과 비조사영역(C2)의 2영역으로 구분할 수 있다. 조사영역(C1)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위이며, 사이드컵(40R, 40L)이 설치되는 위치보다 내측의 범위라고 할 수도 있다. 따라서, 조사영역(C1)을 향하는 이온빔(B1)은, 왕복운동장치(44)에 의하여 왕복운동되는 웨이퍼(W)에 입사되어, 이온주입에 기여한다. 한편, 비조사영역(C2)은, 조사영역(C1)의 밖에 위치하는 영역이며, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위의 밖에 대응하는 영역이다. 따라서, 비조사영역(C2)을 향하는 이온빔(B3, B4)은, 왕복운동장치(44)에 의하여 왕복운동되는 웨이퍼(W)에 입사되지 않아, 이온주입에 기여하지 않는다.

또, 비조사영역(C2)에는, 사이드측정위치(C3)와 주사단위치(C4)가 포함된다. 사이드측정위치(C3)는, 사이드컵(40R, 40L)이 설치되는 위치에 대응한다. 사이드측정위치(C3)를 향하는 이온빔(B3)은, 사이드컵(40R, 40L)으로 입사되기 때문에, 사이드측정위치(C3)까지 이온빔을 주사시킴으로써, 이온주입처리 중이더라도 이온조사량을 계측할 수 있다. 주사단위치(C4)는, 방호판(46R, 46L)이 설치되는 위치에 대응한다. 따라서, 주사단위치(C4)를 향하는 이온빔(B4)은, 방호판(46R, 46L)에 입사된다. 이로 인하여, 주사단위치(C4)까지 이온빔을 주사시킴으로써, 주입처리실(16) 내의 의도하지 않은 개소에 이온빔이 조사되는 것을 방지할 수 있다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 가동식의 센터컵(42)은, 조사영역(C1) 및 비조사영역(C2)의 일부 범위(예를 들면, 주사단위치(C4)를 제외한 범위)에 있어서, 웨이퍼 표면에 대응하는 위치(A)에 있어서의 이온조사량분포를 측정 가능하다. 위치(A)는, 이온빔(B)의 진행방향인 z방향에 대하여, 웨이퍼 표면과 동일한 z방향의 위치에 상당한다. 조사영역(C1)을 1000 정도의 미소구간으로 분할하여, 센터컵(42)을 X방향으로 이동시키면서 각 미소구간마다 이온조사량을 계측함으로써, 웨이퍼 표면에 있어서의 빔주사방향(X방향)의 이온조사량분포를 얻을 수 있다.

도 4(a)는, 이온조사량분포의 계측방법을 모식적으로 나타내는 도이고, 도 4(b)는, 계측된 이온조사량분포(D(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 도 4(a)에 나타나는 바와 같이, 웨이퍼 표면에 대응하는 위치(A)에 있어서, 조사영역(C1)에 대응하는 구간이 n개의 미소구간(A1~An)으로 분할되어 있다. 그 분할수(n)는, 계측해야 할 이온조사량분포의 해상도에 따라 다르지만, 예를 들면, n=1000 정도이다. 조사영역(C1)의 길이를 L로 하면, 각 미소구간의 폭(dx)은, dx=L/n이 된다. 다만, 도 4(a)에서는, 조사영역(C1)에 대응하는 구간을 이온조사량분포의 계측 대상으로 하고 있지만, 조사영역(C1)의 밖에 위치하는 비조사영역(C2)을 이온조사량분포의 계측 대상에 포함해도 된다.

도 4(a)에서는, n개의 미소구간 중, i번째의 미소구간(Ai)에 이온빔(B)이 입사 되고 있는 모습을 나타내고 있다. 또, 미소구간(Ai)의 위치를 변수 x로 나타냈을 경우에, 위치 x에 입사되는 이온빔(B)의 단위시간당 이온입사량(G(x))과, 위치 x에 있어서의 이온빔(B)의 주사속도(S(x))를 나타내고 있다. 단위시간당 이온입사량(G(x))은, 빔라인장치의 광학 설계 등에 기인하는 비선형성에 의하여, 위치에 따라 다른 값이 될 수 있다. 따라서 본 실시형태에서는, 이온빔(B)의 특성으로서 위치(A)에 있어서의 단위시간당 이온입사량(G(x))을 변수 x의 함수로서 나타낸다. 여기에서, 단위시간당 이온입사량(G(x))은, 이온빔(B)을 주사시키지 않고 특정의 위치 x에 이온빔(B)을 체재시켰을 경우에, 위치 x에 입사되는 이온입사량의 시간 평균치에 상당한다. 다만, 단위시간당 이온입사량(G(x))은, 빔주사기(26)에 입사되는 이온빔(B)의 빔전류량(I_B)의 값에 비례하여 증감시킬 수 있다.

주사속도(S(x))의 이온빔(B)이 미소구간(dx)을 통과하는 데 필요한 시간(dt)은, dt=dx/S(x)로 나타낼 수 있다. 단위시간당 이온입사량G(x)의 이온빔이 미소구간(dx)을 편도 1회 통과했을 때에, 미소구간(dx)에 조사되는 이온조사량(D(x))은, D(x)=G(x)dt이며, D(x)=dx·G(x)/S(x)로 나타난다. 이러한 이온조사량(D(x))을, 각 미소구간(A1~An)의 각각에 있어서 계측함으로써, 도 4(b)에 예시되는 이온조사량분포의 그래프가 얻어진다.

여기에서, 위치 x의 함수로서 나타나는 이온조사량분포(D(x))는, 웨이퍼(W)의 장소별 이온주입량을 결정하는 점에서, 목적대로의 이온주입처리를 행하기 위해서는, 이 이온조사량분포를 제어할 필요가 있다. 예를 들면, 웨이퍼(W)의 전체에 대하여 균일한 이온주입을 실시하고 싶은 경우, 이온조사량분포가 균일한 것이 바람직할지도 모른다. 한편, 웨이퍼(W)의 일부에 다른 부분에 비해 많은 이온을 주입하고 싶은 경우, 이온조사량분포는 불균일한 형상인 것이 바람직할지도 모른다.

이온조사량분포를 원하는 형상으로 하려면, 각 미소구간(dx)에 있어서의 이온조사량(D(x))의 값을 결정하면 된다. 상기 서술한 D(x)=dx·G(x)/S(x)의 관계식으로부터, 이온조사량(D(x))을 제어하기 위해서는, 단위시간당 이온입사량(G(x))과 주사속도(S(x))를 제어하면 된다. 이 때, 단위시간당 이온입사량(G(x))은, 빔라인장치의 광학 배치 등에 의존하기 때문에 위치 x에 따라 임의로 제어하는 것은 어려울지도 모른다. 한편, 주사속도(S(x))는, 빔주사기의 전압파형을 변경함으로써, 어느 정도 임의로 제어할 수 있을지도 모른다. 따라서, 본 실시형태에서는, 주사속도(S(x))를 제어함으로써, 이온조사량분포를 제어한다.

도 5(a)는, 기준제어파형(P)을 나타내는 그래프이다. 여기에서, 기준제어파형(P)이란, 이온조사량분포를 임의의 형상으로 조정하기 전의 단계에서 빔주사기(26)에 출력되는 제어파형을 말한다. 또, 본 실시형태에 있어서, 제어파형이란, 빔주사기(26)에 인가되는 주사전압파형을 말하고, 주사전극(28)의 양 전극간의 전위차의 시간 변화를 나타내는 파형을 말한다. 다만, 제어부(60)로부터 빔주사기(26)로 출력되는 제어파형은, 빔주사기(26)에 인가되는 전압파형이 도 5(a)에 예시되는 그래프가 되도록 빔주사기(26)를 제어하기 위한 제어 신호여도 된다. 이 경우의 제어파형은, 도 5(a)에 예시되는 전압파형을 생성하는 데 필요한 신호이면, 어떠한 양태여도 된다.

도 5(a)에 나타나는 바와 같이, 기준제어파형(P)은, 진폭이 제2 전압(V₂)이며, 주기 T₀인 삼각파이다. 제2 전압(V₂)은, 이온빔이 비조사영역(C2)을 향하게 되는 주사전압에 상당한다. 또, 제2 전압(V₂)보다 작은 제1 전압(V₁)은, 이온빔이 조사영역(C1)과 비조사영역(C2)의 경계 부근을 향하게 되는 주사전압에 상당한다. 따라서, 도 5(a)에 나타내는 기준제어파형(P)에 근거하여 이온빔을 왕복주사시키면, 조사영역(C1)을 넘어 오버스캔되게 된다.

도 5(b)는, 기준제어파형(P)에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 주사속도분포(S₀(x))의 예를 나타내는 그래프이며, 주사속도가 장소에 상관없이 일정한 속도(S₀)가 되고 있는 모습을 나타내고 있다. 다만 도 5(b)는, 주사속도의 절대치를 나타내고 있으며, 왕복주사에 있어서의 왕로와 복로에서는 주사속도의 정부가 반대가 된다. 다만 이하에 나타내는 주사속도의 그래프에 있어서도, 도 5(b)와 마찬가지로 주사속도의 절대치를 나타낸다.

주사속도(S)는, 빔주사기에 인가되는 전압(V(t))의 시간 미분인 V(t)/dt에 대응한다. 이로 인하여, 시간에 대하여 직선적으로 변화하는 삼각파에서는, 주사속도가 일정치(S₀)가 된다. 다만, 기준제어파형(P)으로서 삼각파를 인가했을 경우에, 반드시 주사속도가 일정해질 필요는 없고, 장소에 따라 다른 속도를 가지는 주사속도분포를 가져도 된다. 다만, 본 명세서에 있어서, 기준제어파형(P)에 대응하는 주사속도분포(S₀(x))를 "제1 주사속도분포"라고도 한다.

도 5(c)는, 기준제어파형(P)에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포(D₀(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 도 5(c)는, 조사영역의 중앙 부근의 이온조사량이 높고, 조사영역의 양단 부근의 이온조사량이 낮은 경우의 이온조사량분포(D₀(x))를 나타내고 있다. 주사속도(S(x))가 일정치(S₀)인 점에서, D(x)=dx·G(x)/S(x)의 관계로부터, 단위시간당 이온입사량(G(x))이 위치 x에 대하여 비선형으로 되어 있는 상태를 나타내고 있다고도 할 수 있다. 만일, 웨이퍼(W)에 대하여 균일하게 이온주입하고 싶은 경우, 이러한 이온조사량분포를 가지면 문제가 발생하게 된다. 따라서, 제1 주사속도분포를 조정함으로써 이온조사량분포를 조정한다. 다만, 평균치(D_ave)는, 주사영역 전체에 있어서의 이온조사량의 공간적인 평균치를 나타내고 있다.

조정 전후에 이온입사량(G(x))이 변함이 없다고 하면, 조정 전의 이온조사량분포(D₀(x))는, D₀(x)=dx·G(x)/S₀(x)로 나타낼 수 있고, 조정 후의 이온조사량분포(D₁(x))는, D₁(x)=dx·G(x)/S₁(x)로 나타낼 수 있다. 여기에서, S₀(x)는, 조정 전의 주사속도분포(제1 주사속도분포)이며, S₁(x)는, 조정 후의 주사속도분포이다. 양 식을 연립하면, 조정 후의 주사속도분포는, S₁(x)=S₀(x)·D₀(x)/D₁(x)로 나타난다. 따라서, 원하는 이온조사량분포(D₁(x))를 얻기 위한 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))는, 기준제어파형에 근거하는 주사속도분포(S₀(x)) 및 이온조사량분포(D₀(x))로부터 도출할 수 있다. 예를 들면, 원하는 이온조사량분포(D₁(x))를 일정치가 되도록 하면, 위치 x에 의존하지 않는 균일화된 이온조사량분포가 얻어진다.

이하, 조정 후의 이온조사량분포가, 조정 전의 평균치(D_ave)와 일치하도록 조정하는 경우에 대하여 나타낸다. 이 조정 방법에서는, 이온조사량분포를 빔주사방향으로 적분함으로써 얻어지는 이온조사량이 조정 전과 조정 후에 동일해지도록, 이온조사량분포를 조정한다. 다만, 변형예에 있어서는, 조정 전후의 이온조사량이 다르도록 하여 이온조사량분포를 조정해도 된다.

도 6(a)는, 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))의 예를 나타내는 그래프이고, 도 6(b)는, 조정 후의 이온조사량분포(D₁(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 어느 그래프도, 조정 전의 분포를 가는 선, 조정 후의 분포를 굵은 선으로 나타낸다. 도 6(a)에 나타나는 바와 같이, 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))는, 조정 전의 이온조사량분포(D₀(x))와 유사한 형상을 가진다. 상기 서술한 관계식으로부터, S₁(x)=(S₀/D_ave)·D₀(x)가 되기 때문이다. 도 6(a)에 나타내는 주사속도분포(S₁(x))가 되도록 이온빔을 왕복주사시킴으로써, 도 6(b)에 나타나는 균일한 이온조사량분포(D₁(x))=D_ave가 얻어진다. 다만, 본 명세서에 있어서, 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))를 "제2 주사속도분포"라고도 한다.

도 7은, 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))를 얻기 위한 조정 후의 제어파형(Q)을 나타내는 그래프이다. 도 7에서는, 조정 전의 기준제어파형(P)을 가는 선, 조정 후의 제어파형(Q)을 굵은 선으로 나타낸다. 조정 후의 제어파형(Q)은, 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))를 실현하기 위한 제어파형이며, 예를 들면, 조정 후의 주사속도분포(S₁(x))를 시간 적분함으로써 얻어진다.

주사속도분포(S₁(x))는, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 조사영역의 중앙 부근에서 빠르고, 조사영역의 양단 부근에서 느린 형상을 가지기 때문에, 조정 후의 제어파형(Q)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 양단의 기울기가 작고, 중앙부의 기울기가 큰 전압파형이 된다. 그 결과, 조정 후의 제어파형(Q)의 주사주기(T₁)와, 기준제어파형(P)의 주사주기(T₀)에 어긋남이 발생하게 된다. 도 7에 나타내는 예에서는, 조정 후의 제어파형(Q)의 주사주기(T₁)가, 기준제어파형(P)의 주사주기(T₀)보다 커진다.

주사주기가 변화하면, 웨이퍼(W)에 조사되는 단위시간당 이온조사량분포가 바뀌게 된다. 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 조정 전후에 있어서 이온조사량분포의 평균치(D_ave)는 동일하다. 그러나, 도 6(b)에 나타나는 이온조사량분포는, 편도 1회 주사의 사이에 적산 조사되는 이온조사량을 나타내고 있다. 이로 인하여, 조정 전과 조정 후에는, 동일한 이온조사량(D_ave)의 이온빔을 조사하는 데 필요한 주사주기가 조정 전의 주기(T₀)로부터 조정 후의 주기(T₁)로 늘어나 있다. 그 결과, 이온조사량분포(D(x))를 주기(T)로 제산함으로써 얻어지는 단위시간당 이온조사량분포(K(x))=D(x)/T는, 조정 전후에 바뀌어 버린다. 단위시간당 이온조사량분포가 바뀌면, 이온주입에 의하여 얻어지는 결과에 영향을 미치게 된다.

따라서, 본 실시형태에서는, 조정 전후에 있어서 단위시간당 이온조사량분포(K(x))가 변화하지 않도록, 조정 전후에 주사주기가 변하지 않도록 한다. 구체적으로는, 조사영역에 있어서의 주사속도분포를 원하는 속도분포로 하는 한편, 비조사영역에 있어서의 주사속도분포를 주사주기를 일치시키기 위한 분포로 보정한다.

도 8(a)는, 보정 전의 제어파형(Q)의 예를 나타내는 그래프이고, 도 7에 나타낸 조정 후의 제어파형(Q)의 예를 나타내는 그래프와 동일하다. 도 8(a)에서는, 1왕복의 주사주기(T₁)에 대응하는 시간을 4개의 구간으로 나누어, 각각의 구간의 시간을 t₁~t₄로 하고 있다. 주사전압이 -V₁로부터 V₁로 이행하는 제1 구간에 필요로 하는 시간을 t₁, 주사전압이 V₁로부터 V₂가 되어 V₁로 되돌아가는 제2 구간에 필요로 하는 시간을 t₂로 하고 있다. 또, 주사전압이 V₁로부터 -V₁로 이행하는 제3 구간에 필요로 하는 시간을 t₃, 주사전압이 -V₁로부터 -V₂가 되어 -V₁로 되돌아가는 제4 구간에 필요로 하는 시간을 t₄로 하고 있다. 제1 구간 및 제3 구간은, 각각 이온빔이 조사영역을 통과할 때의 왕로와 복로에 대응한다. 따라서, 제1 구간 및 제3 구간에 필요로 하는 시간 t₁, t₃은, "조사시간"이라고 할 수 있다. 한편, 제2 구간 및 제4 구간은, 이온빔이 비조사영역을 통과할 때에 대응한다. 따라서, 제2 구간 및 제4 구간에 필요로 하는 시간 t₂, t₄는, "비조사시간"이라고 할 수 있다. 제1 구간으로부터 제4 구간을 통과하는 시간 t₁~t₄를 합계하면, 보정 전(조정 후)의 주사주기(T₁)가 된다. 다만, 각각의 구간에 필요로 하는 시간은, 보정 전(조정 후)의 주사속도분포(S₁(x))를 이용하여, ∫dx/S₁(x)를 각각의 구간에 있어서 적분 계산함으로써 구할 수 있다.

도 8(b)는, 주사주기가 보정된 보정제어파형(R)의 예를 나타내는 그래프이다. 도 8(b)에 나타내는 보정제어파형(R)은, 제1 구간 및 제3 구간에 있어서 도 8(a)에 나타내는 보정 전의 제어파형(Q)과 동일한 파형으로 하는 한편, 제2 구간 및 제4 구간에 있어서 제어파형을 삼각파로 변경하고 있다. 이 때, 제2 구간 및 제4 구간에 필요로 하는 비조사시간 t₅, t₆은, 제1 구간 및 제3 구간에 필요로 하는 조사시간 t₁, t₃과의 합계치가 조정 전의 주사주기(T₀)와 일치하도록 보정되어 있다. 바꾸어 말하면, t₅＋t₆=T₀-(t₁＋t₃)의 관계식을 충족하는 비조사시간 t₅, t₆으로 하고 있다. 도 8(b)에 나타내는 보정제어파형(R)으로 보정함으로써, 조정 전후의 주사주기를 일치시켜, 조정 전후에 있어서의 단위시간당 이온조사량분포를 일치시킬 수 있다.

도 9(a)는, 보정제어파형(R)에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 주사속도분포의 예를 나타내는 그래프이다. 도 9(a)에 나타나는 바와 같이, 조사영역에 있어서는, 보정 전후의 주사속도분포(S₁(x), S₂(x))는 동일한 속도분포로 되어 있다. 한편, 비조사영역에 있어서는, 보정 전후의 주사속도분포(S₁(x), S₂(x))는 상이하다. 구체적으로는, 보정 후의 주사주기(T₀)가 보정 전의 주사주기(T₁)보다 작아지도록 보정한 관계로, 비조사영역의 속도분포만이 보정에 의하여 빨라지고 있다.

도 9(b)는, 보정제어파형(R)에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포의 예를 나타내는 그래프이다. 도 9(a)에 나타나는 바와 같이, 조사영역에 있어서는, 보정 전후의 주사속도분포가 바뀌지 않기 때문에, 이온조사량분포(D₁(x), D₂(x))도 동일한 분포로 되어 있다. 이로써, 조사영역에 있어서의 단위시간당 이온조사량분포를 보정하여, 원하는 이온조사량분포를 가지는 이온빔을 웨이퍼(W)에 조사할 수 있다. 한편, 비조사영역에 있어서는, 보정 전후의 주사속도분포가 바뀌기 때문에, 이온조사량분포(D₁(x), D₂(x))도 상이하다. 그러나, 비조사영역에는 웨이퍼(W)가 존재하지 않기 때문에, 비조사영역에 있어서의 이온조사량분포가 어떠한 분포이더라도, 웨이퍼(W)에 조사되는 이온조사량분포에 영향은 없다. 따라서, 상기 서술과 같이 하여 얻어지는 보정제어파형(R)에 근거하여 이온빔을 왕복주사시킴으로써, 이온조사량분포 및 단위시간당 이온조사량의 쌍방을 제어할 수 있다. 이로써, 이온주입처리의 품질을 높일 수 있다.

다음으로, 상기 서술한 보정제어파형을 생성하는 제어부(60)의 구성에 대하여 설명한다. 도 10은, 제어부(60)의 기능 구성을 나타내는 블록도이다. 제어부(60)는, 취득부(62)와, 생성부(64)와, 출력부(70)와, 조정부(72)를 구비한다. 생성부(64)는, 제1 산출부(66)와, 제2 산출부(68)를 포함한다.

본 명세서의 블록도에 있어서 나타나는 각 블록은, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 CPU를 비롯한 소자나 기계장치에서 실현할 수 있고, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의하여 실현되는데, 여기에서는, 그들의 연계에 의하여 실현되는 기능 블록을 그리고 있다. 따라서, 이들 기능 블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 모습으로 실현할 수 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

취득부(62)는, 제1 빔계측부(24)로부터 빔전류량의 값을 취득하고, 제2 빔계측부(50)로부터 이온조사량의 값을 취득한다. 취득부(62)는, 도 4(a)에 나타나는 미소구간(A1~An)의 각각의 위치에 있어서의 이온조사량의 값을, 이온조사량분포를 나타내는 배열(D[i])로서 취득해도 된다. 이 배열(D[i])(i=1~n)은, 이온빔이 1회 왕복주사되는 동안에 각각의 미소구간(A1~An)의 위치에 입사되는 이온조사량의 적산조사량이어도 되고, 이온빔이 복수 회 왕복주사되는 동안의 적산조사량이어도 된다. 또, 복수 회 왕복주사되는 동안의 적산조사량을 주사 횟수로 나눔으로써 얻어지는, 1회의 왕복주사당 적산조사량을 배열(D[i])로서 취득해도 된다. 다만, 본 실시형태에서는, 1회의 왕복주사당 적산조사량에 대응하는 값을 이온조사량분포의 배열(D[i])의 값으로 한다.

제1 산출부(66)는, 기준제어파형에 대응하는 제1 주사속도분포의 배열(S₀[i])과, 취득부(62)가 취득한 이온조사량분포의 배열(D₀[i])과, 목표로 하는 이온조사량분포의 배열(D₁[i])을 이용하여, 제2 주사속도분포의 배열(S₁[i])을 산출한다. 제1 산출부(66)는, S₁[i]=S₀[i]·D₀[i]/D₁[i]의 관계식을 이용하여, 제2 주사속도분포의 배열(S₁[i])을 산출한다. 다만, 본 실시형태에서는, 편도 1회 주사에 있어서의 속도분포에 대응하는 값을 주사속도분포의 배열(S[i])의 값으로 한다. 또, 본 실시형태에서는, 1회의 왕복주사에 있어서의 왕로와 복로에서 동일한 주사속도분포를 가지도록 이온빔을 왕복주사시킨다. 다만, 변형예에 있어서는, 왕로와 복로의 주사속도분포의 값을 각각 유지하는 배열(S[i])을 이용해도 된다.

여기에서, 제1 주사속도분포의 배열(S₀[i])은, 기준제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시킬 때에, 각각의 미소구간(A1~An)에 있어서의 빔위치의 시간 변화치를 나타낸다. 이 제1 주사속도분포의 배열(S₀[i])은, 제어부(60)의 도시하지 않은 지지부가 지지하고 있어도 되고, 센터컵(42)을 이용한 계측 결과에 근거하여 제2 빔계측부(50)로부터 취득해도 된다. 이온조사량분포의 배열(D₀[i])은, 기준제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시킬 때에, 센터컵(42)을 이용하여 계측되는 이온조사량분포이다. 또, 목표로 하는 이온조사량분포의 배열(D₁[i])은, 제어부(60)가 구비하는 도시하지 않은 입력부 등으로부터의 입력을 받아들여 취득해도 되고, 미리 제어부(60)의 유지부에 유지되어 있어도 된다.

제2 산출부(68)는, 목표로 하는 이온조사량분포의 배열(D₁[i])과, 단위시간당 이온조사량의 목표치(K_tgt)를 이용하여, 보정 후의 주사주기(T_tgt)를 산출한다. 먼저, 제2 산출부(68)는, 목표로 하는 이온조사량분포의 배열(D₁[i])의 평균치(D_ave)를 산출한다. 평균치(D_ave)는, 배열(D₁[i])의 값을 i=1~n의 범위에서 가산하여, 분할수(n)로 나누면 된다. 다음으로, K_tgt=D_ave/T_tgt의 관계식을 이용하여, 보정 후의 주사주기(T_tgt)를 T_tgt=D_ave/K_tgt에 의하여 산출한다.

다음으로, 제2 산출부(68)는, 제2 주사속도분포의 배열(S₁[i])을 이용하여 이온빔이 조사영역(C1)을 편도 주사되는 데 필요로 하는 조사시간 t₁, t₃을 산출한다. 이 조사시간 t₁, t₃은, 도 8(a), (b)에 나타나는 시간 t₁, t₃에 대응한다. 어느 미소구간(Ai)을 통과하는 시간은, 미소구간(Ai)의 폭(dx)=L/n로 하면, 1/S₁[i]·(L/n)으로 나타난다. 따라서, 조사시간 t₁, t₃은, 이것을 i=1~n의 범위에서 가산함으로써 얻어진다.

다음으로, 제2 산출부(68)는, 이온빔이 비조사영역(C2)에 위치하는 비조사시간 t₅, t₆을 산출한다. 이 비조사시간 t₅, t₆은, 도 8(b)에 나타나는 시간 t₅, t₆에 대응한다. 비조사시간 t₅＋t₆은, t₅＋t₆=T_tgt-(t₁＋t₃)에 의하여 산출할 수 있다. 비조사영역(C2)에 위치하는 각각의 시간 t₅, t₆을 동일하게 하는 경우에는, 얻어진 합계 시간을 반으로 함으로써, 각각의 비조사시간 t₅, t₆이 얻어진다.

생성부(64)는, 제1 산출부(66) 및 제2 산출부(68)가 산출한 값을 이용하여, 보정제어파형을 생성한다. 생성부(64)는, 제1 산출부(66)가 산출한 제2 주사속도분포의 배열(S₁[i])과, 제2 산출부(68)가 산출한 비조사시간 t₅, t₆을 이용하여, 도 8(b)에 나타나는 보정제어파형을 생성한다. 예를 들면, 생성부(64)는, 고속 처리가 가능한 D/A(Digital/Analog) 컨버터 등에 의하여 실현할 수 있다.

출력부(70)는, 제어부(60)에 유지되는 기준제어파형이나, 생성부(64)가 생성한 보정제어파형을 빔주사기(26)에 출력한다. 소정의 제어파형을 빔주사기(26)에 출력함으로써, 출력한 제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시킨다.

조정부(72)는, 빔주사기(26)의 상류에 설치되는 빔전류 조정수단을 제어하여 이온빔의 빔전류량(I_B)을 조정한다. 조정부(72)는, 빔전류 조정수단으로서, 이온원(12)이나 가변애퍼처(20)를 제어한다. 조정부(72)는, 이온원(12)의 출력을 변화시키거나, 가변애퍼처(20)의 개구폭을 변화시킴으로써, 빔전류량(I_B)을 상류측에서 조정한다.

조정부(72)는, 예를 들면, 제2 산출부(68)가 산출하는 비조사시간 t₅, t₆이 부의 값이 되어 버리는 경우에, 빔전류량(I_B)을 상류측에서 증가시킴으로써, 단위시간당 이온입사량(G)을 크게 한다. 제어파형을 조정하여 단위시간당 이온조사량(K)을 조정하는 경우, 주사주기(T)를 작게 하여 왕복주사의 반복 주파수를 올림으로써 단위시간당 이온조사량(K)을 높일 수 있다. 그러나, 원하는 이온조사량분포(D)를 얻기 위하여 제2 주사속도분포를 결정해 버리면, 조사시간 t₁, t₃이 정해져 버리기 때문에, 그 합계치 t₁＋t₃보다 주사주기(T)를 작게 할 수는 없다. 따라서, 조정부(72)는, 빔전류량(I_B)을 상류측에서 조정함으로써, 단위시간당 이온입사량(G)을 크게 하여, 제2 주사속도분포와 보정 후의 주사주기의 쌍방의 해를 양립할 수 있도록 한다.

따라서, 조정부(72)는, 상류측에서 빔전류량을 조정함으로써, 단위시간당 이온조사량이 목표치에 가까워지도록 대략적으로 조정하는 기능을 가진다고 할 수 있다. 한편, 생성부(64)는, 보정제어파형을 생성함으로써, 단위시간당 이온조사량이 목표치가 되도록 정밀하게 조정하는 기능을 가진다고 할 수 있다.

도 11(a), (b)는, 본 실시형태에 관한 가변애퍼처(20)를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 11(a)는, 가변애퍼처(20)를 개방한 상태를 나타내고, 도 11(b)는, 가변애퍼처(20)를 어느 정도 닫은 상태를 나타낸다. 다만, 본 도면에 있어서, 질량분석부(18)의 출구에 형성되는 질량분석슬릿(18a)의 위치도 나타내고 있다.

가변애퍼처(20)는, Y방향으로 이동 가능하게 구성되어 있는 1세트의 애퍼처플레이트(20a, 20b)를 구비한다. 1세트의 애퍼처플레이트(20a, 20b)는, 도면 중의 화살표(V)와 같이, 중심궤도(L)를 포함하는 수평면에 대하여 대칭으로 이동하도록 구성되어 있으며, 애퍼처플레이트(20a, 20b)에는 이를 위한 구동부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 일방의 애퍼처플레이트(20a)가 중심궤도(L)에 가까워지도록 ＋Y방향으로 어느 길이만큼 이동할 때, 타방의 애퍼처플레이트(20b)도 중심궤도(L)에 가까워지도록 -Y방향으로 그 길이만큼 이동한다. 이와 같이 하여, 1세트의 애퍼처플레이트(20a, 20b)는 서로 반대 방향으로 등거리의 이동을 한다. 이로써, 개구폭을 w1로부터 w2로 변화시켜, 통과하는 이온빔의 빔전류량을 조정한다.

다만, 가변애퍼처(20)는, 예를 들면, CVA(Continuously Variable Aperture)여도 된다. CVA의 일 구성예는, 예를 들면, 일본 특허공개공보 2000-243341호 및 일본 특허공개공보 2000-243342호에 개시되어 있으며, 이들 문헌의 전체를 참고로 본원 명세서에 원용한다. CVA를 이용함으로써, 빔전류량을 상류측에서 미세하게 조정할 수 있다.

이상의 구성을 가지는 이온주입장치(10)의 동작을 설명한다.

도 12는, 이온주입장치(10)의 동작 과정을 나타내는 플로차트이다. 기준제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시키고(S12), 이온조사량분포를 계측한다(S14). 계측한 이온조사량분포 및 목표로 하는 이온조사량분포에 따라 주사속도분포를 산출하고(S16), 빔전류치가 목표치가 되도록 주사주기를 산출한다(S18). 산출한 주사주기를 실현 가능하면(S22의 Y), 산출한 주사속도분포 및 주사주기를 실현하는 보정제어파형을 생성하고(S24), 보정제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시킨다(S24). 산출한 주사주기를 실현할 수 없으면(S22의 N), 상류에서 빔전류량을 조정하고(S28), S12~S22의 스텝을 처리한다.

이상, 본 발명을 상기 서술한 각 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순번을 적절히 재조합하는 것이나 각종 설계 변경 등의 변형을 실시형태에 대하여 가하는 것도 가능하고, 그러한 변형이 가해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

(변형예 1)

도 13(a), (b)는, 변형예에 관한 보정제어파형(R1, R2)의 예를 나타내는 그래프이고, 도 8(b)에 나타낸 보정제어파형(R)에 대응하는 제어파형의 예이다. 도 13(a)에 나타내는 보정제어파형(R1)과 같이, 비조사시간 t₅, t₆의 파형은, 삼각파가 아니어도 되고, 임의의 형상을 가지는 곡선으로 구성되어 있어도 된다. 또, 도 13(b)에 나타내는 보정제어파형(R2)과 같이, 비조사시간 t₅, t₆에 있어서, 제1 전압(V₁)(또는 -V₁)에 고정되어 있어도 된다. 이 경우, 이온빔은, 비조사시간 t₅, t₆에 있어서 조사영역의 끝에 위치하여 일시적으로 주사가 정지된다. 이러한 제어파형으로서도, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 새로운 변형예에 있어서는, 비조사시간 t₅, t₆에 있어서, 제1 전압(V₁)(또는 -V₁)보다 높은 전압에 고정되어 있어도 된다.

(변형예 2)

도 14는, 변형예에 관한 보정제어파형(R3)의 예를 나타내는 그래프이다. 도 14에 나타내는 제어파형에서는, 비조사시간 t₅, t₆에 있어서, 제3 전압(V₃)(또는 -V₃)을 넘어, 제4 전압(V₄)(또는 -V₄)에 고정된다. 여기에서, 제3 전압(V₃)은, 이온빔이 도 3에 나타내는 사이드측정위치(C3)에 위치하게 되는 전압에 상당하고, 제4 전압(V₄)은, 이온빔이 주사단위치(C4)에 위치하게 되는 전압에 상당한다. 이와 같이, 이온빔을 사이드측정위치(C3)에 위치하게 되도록 왕복주사시킴으로써, 이온주입 시에 있어서도 단위시간당 이온조사량을 사이드컵(40R, 40L)에 의하여 계측할 수 있다. 이로써, 이온주입 시에 단위시간당 이온조사량이 바뀌어 버리는 경우에 대응할 수 있다. 또, 주사단위치(C4)에 있어서 이온빔의 주사를 일시 정지시킴으로써, 비조사영역을 향하게 되는 이온빔을 방호판(46R, 46L)에 의하여 차단할 수 있다. 이로써, 이온빔을 비조사영역(C2)까지 오버스캔시키는 경우이더라도, 주입처리실(16) 내의 의도하지 않은 개소에 이온빔이 조사되는 것에 의한 문제의 발생을 방지할 수 있어, 이온주입처리의 안정성을 높일 수 있다.

(변형예 3)

도 15는, 변형예에 관한 보정제어파형(R4, R5)의 예를 나타내는 그래프이다. 도 15는, 비조사영역에 있어서의 주사폭을 변경함으로써, 비조사시간을 조정하는 방법을 모식적으로 나타내고 있다. 가는 선으로 나타나는 주기(T₄)의 보정제어파형(R4)과, 굵은 선으로 나타나는 주기(T₅)의 보정제어파형(R5)은, 조사영역에 있어서의 파형이 동일하다. 또, 비조사영역에 있어서의 파형의 시간 변화치에 대응하는 기울기(dV/dt)가 동일하고, 비조사영역에 있어서 주사속도가 동일해진다. 이러한 조건하에 있어서, 비조사영역의 주사폭에 대응하는 전압(ΔV1, ΔV2)을 변경함으로써 주사주기를 조정하고 있다. 이와 같이, 비조사영역에 있어서의 주사속도를 일정하게 한 채로 주사폭만을 변경함으로써, 주사주기를 조정할 수 있다. 이로써, 조사영역에 있어서의 이온조사량분포를 변경하는 일 없이, 단위시간당 이온조사량을 조정할 수 있다.

(변형예 4)

상기 서술한 실시형태에 있어서는, 기준제어파형에 근거하는 이온조사량분포를 계측한 후, 주사속도분포를 보정하기 위한 계산과 주사주기를 보정하기 위한 계산의 쌍방을 실행하여, 보정제어파형을 생성하는 것으로 했다. 본 변형예에 있어서는, 제1 산출부(66)가 제2 주사속도분포를 산출한 후, 이 제2 주사속도분포에 대응하는 중간제어파형을 생성부(64)가 생성하는 것으로 한다. 그 후, 중간제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시켜 단위시간당 이온조사량분포를 계측하고, 계측한 단위시간당 이온조사량분포를 이용하여 보정 후의 주사주기를 산출한다.

생성부(64)는, 예를 들면, 도 7에 굵은 선으로 나타내는 조정 후의 제어파형(Q)을 중간제어파형으로서 생성하고, 출력부(70)는, 이 중간제어파형을 빔주사기(26)에 출력한다. 이 때, 중간제어파형에 근거하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포(D₁(x))는 원하는 분포로 되어 있지만, 단위시간당 이온조사량분포는 목표치로부터 벗어나 있다. 이 목표치로부터 벗어난 단위시간당 이온조사량분포를 계측함으로써, 보정 후의 주사주기를 산출하여, 보정제어파형을 생성한다. 본 변형예에서는, 중간제어파형을 생성 및 출력하는 스텝이 증가하게 되지만, 상기 서술한 실시형태와 마찬가지로, 이온조사량분포 및 단위시간당 이온조사량의 쌍방을 제어할 수 있다. 또, 중간제어파형을 이용하여 단위시간당 이온조사량분포를 측정함으로써, 단위시간당 이온조사량분포의 조정 정밀도를 높일 수 있다.

(변형예 5)

상기 서술한 실시형태에서는, 보정 후의 주사주기를 실현할 수 없는 경우에, 빔전류 조정수단을 제어하여 빔전류량(I_B)을 조정하는 방법을 나타냈다. 본 변형예에서는, 기준제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시키기 전에, 미리 상류측에서 빔전류량을 조정하여 둔다. 가변애퍼처(20)를 이용하여 빔전류량을 조정하는 경우, 개구폭을 좁힘으로써 빔전류량을 작게 하는 것은 용이하지만, 개구폭이 최대로 되어 있는 상태로부터 빔전류량을 크게 할 수는 없다. 이 경우, 이온원(12)의 출력을 높이지 않으면, 빔전류량을 크게 할 수 없어, 단위시간당 이온조사량분포를 높일 수 없다. 그러나, 이온원(12)의 출력은 단시간에 조정하는 것이 어려워, 출력 조정을 행한 후, 안정화를 위하여 시간을 어느 정도 둘 필요가 있다. 또, 이온원(12)의 출력을 변경하면, 빔라인장치(14)를 구성하는 각 기기의 설정을 변경할 필요도 생길 수 있다. 따라서, 이온원(12)의 출력을 조정하여 빔전류량을 증가시키려고 하면, 조정에 시간이 걸려 버린다. 그러면, 이온주입장치(10)의 가동률이 저하되어, 반도체 장치의 생산 효율에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 변형예에 있어서는, 이온조사량분포의 조정을 행하기 전에, 미리 상류측에서 빔전류량을 조정함으로써 단위시간당 이온조사량을 대략적으로 조정하여 둔다. 이 때, 단위시간당 이온조사량의 목표치와 비교하여, 단위시간당 이온입사량이 커지도록 이온빔의 빔전류량을 조정한다. 빔전류량을 상류측에서 크게 조정한 후에, 보정제어파형의 형상을 변경함으로써 단위시간당 이온조사량을 작게 하는 것은 용이하지만, 단위시간당 이온조사량을 크게 하는 것에는 한계가 있기 때문이다. 그 후, 보정제어파형의 형상을 조정하여, 주사주기를 조정함으로써, 조사영역에 조사되는 단위시간당 이온조사량을 정밀하게 조정한다. 이와 같이, 미리 상류측에서의 빔전류량을 조정하여 둠으로써, 조정 시간을 단축화할 수 있다. 한편, 상류측만으로 단위시간당 이온조사량을 정밀도 좋게 조정하는 것은 어려운 경우가 있다. 따라서, 보정제어파형의 형상을 조정함으로써 웨이퍼(W)에 조사되는 이온빔의 단위시간당 이온조사량을 정밀하게 조정한다. 이와 같이, 상류측에서의 대략적인 조정과, 빔주사기에서의 정밀한 조정을 조합함으로써, 조정 가능한 범위를 넓힘과 함께, 단위시간당 이온조사량을 정밀도 좋게 조정할 수 있다.

다만, 이온주입장치(10)의 기동 시나, 웨이퍼(W)로의 주입 조건의 변경 시에는, 이온원(12)이나 빔라인장치(14)의 동작 조건을 설정할 필요가 있어, 상류측에서의 빔전류량을 조정하는 작업이 통상 발생한다. 따라서, 통상 발생하는 빔전류량의 조정 시에, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치에 가까워지도록 대략적으로 조정하여 두면, 추가적인 조정 작업을 하는 일 없이 단위시간당 이온조사량을 대략적으로 조정할 수 있다. 이로써, 조정에 드는 공정수를 삭감하여, 장치의 가동률을 높일 수 있다.

다만, 상류측에서 어느 정도 빔전류량을 증가시켜야 하는가에 대해서는, 목표로 하는 단위시간당 이온조사량에 대응하여 정해지는 테이블을 준비해 두고, 그 테이블을 참조하여 상류측에서의 빔전류량을 정해도 된다. 또, 제어부(60)가 구비하는 입력부로부터의 입력을 받아들임으로써, 대략적으로 조정되는 단위시간당 이온조사량을 정해도 된다.

(변형예 6)

본 변형예에서는, 조정 가능한 범위를 크게 한 기준제어파형에 대하여 설명한다. 도 16(a)는, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)의 예를 나타내는 그래프이다. 도 16(b)는, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 주사속도분포(S_B(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 도 16(c)는, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)에 의하여 왕복주사되는 이온빔의 이온조사량분포(D_B(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 어느 것도, 도 5(a)에 나타낸 기준제어파형(P)과 동등한 기준제어파형(P_A)에 대응하는 그래프를 가는 선으로 나타내고, 본 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)에 대응하는 그래프를 굵은 선으로 나타내고 있다. 본 변형예에 있어서는, 도 16(b)에 나타나는 바와 같이 주사속도분포를 S_A로부터 S_B로 빠르게 함과 함께, 도 16(a)에 나타나는 바와 같이 비조사시간을 길게 취함으로써, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)과 기준제어파형(P_A)의 주기(T₀)를 동일하게 하고 있다.

이 때, 도 16(c)에 나타나는 바와 같이, 상류에서의 빔전류량이 동일하면, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)에 대응하는 이온조사량분포(D_B(x))는, 기준제어파형(P_A)에 대응하는 이온조사량분포(D_A(x))보다, 전체적으로 값이 작은 분포가 된다. 그러나, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)에 근거하여 이온빔을 왕복주사시킬 때에, 상류측에서 빔전류량(I_B)을 크게 하면, 이온조사량분포(D_A(x))와 동등한 이온조사량분포로 할 수 있다. 예를 들면, 기준제어파형(P_A)에 대응하는 이온조사량분포의 평균치를 D_A로 하고, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)에 대응하는 이온조사량분포의 평균치를 D_B로 했을 경우에, 상류에서의 빔전류량(I_B)을 D_A/D_B배로 하면, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)을 이용하여 이온조사량분포(D_A(x))를 실현할 수 있다. 이 때, 기준제어파형(P_A)과, 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)은 주사주기(T₀)가 동일하기 때문에, 단위시간당 이온조사량분포도 동일해진다.

즉, 본 변형예에 있어서는, 비조사시간의 비율을 크게 한 기준제어파형(P_B)을 이용하는 경우이더라도, 단위시간당 이온조사량이 목표치에 가까워지게 되도록, 빔전류치(I_B)를 상류측에서 대략적으로 조정한다. 변형예에 관한 기준제어파형(P_B)은, 비조사시간이 길기 때문에, 산출한 주사속도분포(S_B)에 대응하는 조사시간이 다소 길어졌다고 해도, 원하는 주사주기에 들어가게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 보정 후의 주사주기를 산출했을 때에, 그 주사주기를 실현할 수 있는 범위가 넓어지게 된다. 그 결과, 기준제어파형(P_A)을 이용하는 경우에 비해, 조정 가능한 범위를 넓힐 수 있다. 이러한 기준제어파형(P_B)을 이용함과 함께, 이 기준제어파형(P_B)을 이용했을 경우의 단위시간당 이온조사량이 목표치에 가까워지도록 상류측을 대략적으로 조정함으로써, 보다 유연하게 이온조사량분포와 단위시간당 이온조사량을 제어할 수 있다. 또, 미리 상류측의 빔전류량을 대략적으로 조정하고 있기 때문에, 조정에 걸리는 시간을 단축화할 수 있다.

(변형예 7)

상기 서술한 실시형태에서는, 1회의 왕복주사당 이온조사량분포의 평균치(D_ave)가 동일해지도록 제2 주사속도분포를 산출하여, 보정 후의 주사주기를 보정 전의 주사주기(T₀)와 동일하게 함으로써, 보정 전후의 빔전류의 시간 평균치를 동일하게 하는 것으로 했다. 또 다른 변형예에 있어서는, 제1 이온조사량분포와 제2 이온조사량분포가 상이한 평균치를 취하는 조건하에서, 제2 주사속도분포를 산출해도 된다. 또, 보정 전후에 단위시간당 이온조사량이 다른 값을 취하는 조건하에서, 보정 후의 주사주기를 산출하여, 보정제어파형을 생성해도 된다. 이러한 조건하이더라도, 이온조사량분포 및 단위시간당 이온조사량이 원하는 값이 되도록 하여, 이온빔을 왕복주사시킬 수 있다.

(변형예 8)

상기 서술한 실시형태에서는, 이온조사량분포가 균일해지도록 보정하는 경우를 나타냈다. 변형예에 있어서는, 이온조사량분포가 임의의 불균일 형상이 되도록 보정해도 된다. 도 17(a)는, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포(D₅(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 본 변형예는, 중앙부 및 양단부의 이온조사량이 적고 측방부의 이온조사량이 많은 이온조사량분포를 목표로 하는 분포로 하고 있다. 이러한 분포로 하려면, 조정 후의 주사속도분포(S₅(x))를, S₅(x)=S₀(x)·D₀(x)/D₅(x)의 관계를 충족하는 분포로 하면 된다.

도 17(b)는, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포를 실현하는 이온빔의 주사속도분포(S₅(x))의 예를 나타내는 그래프이다. 도시되는 바와 같이, 주사속도분포(S₅(x))는, 중앙부의 이온조사량을 적게 하기 위하여 중앙부의 주사속도를 크게 하고, 측방부의 이온조사량을 많게 하기 위하여 측방부의 주사속도를 작게 한 속도분포를 가진다. 다만, 주사속도분포(S₅(x))에는, 보정 전의 이온조사량분포(D₀(x))의 형상을 균일화하는 요소도 포함되어 있다.

도 17(c)는, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포(D₅(x))를 실현하기 위한 보정제어파형(R5)의 예를 나타내는 그래프이다. 상기 서술한 실시형태와 마찬가지로, 보정제어파형(R5)은, 조사영역에 있어서 주사속도분포(S₅(x))를 실현하도록, 주사전압이 -V₁로부터 V₁로 이행하는 제1 구간과, 주사전압이 V₁로부터 -V₁로 이행하는 제3 구간의 파형 형상이 정형된다. 또, 단위시간당 이온조사량이 목표치가 되도록, 주사전압이 V₁로부터 V₂가 되어 V₁로 되돌아가는 제2 구간과, 주사전압이 -V₁로부터 -V₂가 되어 -V₁로 되돌아가는 제4 구간의 체재 시간이 설정되어, 주사주기(T₀)가 조정된다. 이러한 보정제어파형(R5)을 생성함으로써, 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포를 실현함과 함께, 단위시간당 이온조사량을 목표치로 조정할 수 있다.

(변형예 9)

도 18은, 변형예에 관한 보정제어파형(R6)의 예를 나타내는 그래프이다. 본 변형예에 관한 보정제어파형(R6)은, 도 8(b)에 나타내는 보정제어파형(R)에 비례하는 형상을 가지고 있으며, 주사주기(T₆)가 2배가 되도록, 제1 구간~제4 구간의 각각을 통과하는 데 걸리는 시간이 2배가 되도록 변형시킨 형상을 가진다. 본 변형예에 관한 보정제어파형(R6)에 근거하여 이온빔을 왕복주사시키면, 1왕복에 걸리는 시간이 2배가 되기 때문에, 1왕복으로 조사되는 이온조사량도 2배가 된다. 구체적으로는, 1회의 왕복주사에 의하여 얻어지는 이온조사량분포는, 도 9(b)에 나타내는 이온조사량분포(D₂(x))의 2배 상당하는 2D₂(x)가 된다. 한편, 단위시간당 이온조사량분포는, 주사주기가 2배가 되는 점에서, 2배가 되는 이온조사량분포로 상쇄되어, 보정제어파형(R)에 근거하여 이온빔을 왕복주사시키는 경우와 동일해진다. 이와 같이, 상기 서술한 실시형태에서 얻어지는 보정제어파형(R)에 근거하여, 변형예에 관한 보정제어파형(R6)을 생성함으로써, 단위시간당 이온조사량분포를 목표치로 조정할 수 있다. 다만, 보정제어파형(R)의 주기(T₀)와, 변형예에 관한 보정제어파형의 주사주기(T₆)의 관계는, 2배로 한정하지 않고, 임의의 상수(α)를 이용하여, T₆=αT₀이 되는 주사주기로 해도 된다.

본 변형예에 관한 보정제어파형(R6)은, 다음과 같이 하여 생성할 수 있다. 우선, 보정제어파형(R)에 대응하는 제2 주사속도분포(S₁(x))의 값을 1/α로 함으로써, 제3 주사속도분포(S₆(x))=S₁(x)/α를 산출한다. 또, 보정제어파형(R)에 대응하는 제2 주사주기(T₀)의 값을 α배 함으로써, 제3 주사주기(T₆)=αT₀을 산출한다. 산출한 제3 주사속도분포(S₆(x)) 및 제3 주사주기(T₆)를 양립하는 보정제어파형을, 상기 서술한 실시형태 또는 변형예와 동일한 방법으로 구함으로써, 변형예에 관한 보정제어파형(R6)을 얻을 수 있다.

B…이온빔
W…웨이퍼
C1…조사영역
C2…비조사영역
10…이온주입장치
20…가변애퍼처
26…빔주사기
40…사이드컵
42…센터컵
44…왕복운동장치
46…방호판
60…제어부
62…취득부
64…제1 산출부
66…제2 산출부
68…생성부
70…출력부
72…조정부

Claims (19)

1. 이온빔을 왕복주사하여, 빔주사방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 왕복운동시켜 웨이퍼에 이온주입하는 이온주입방법으로서,
   기준제어파형을 빔주사기에 출력하여 이온빔을 왕복주사시키는 단계와,
   상기 기준제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔의 상기 빔주사방향의 이온조사량분포를 측정하는 단계와,
   상기 측정한 이온조사량분포를 이용하여 보정제어파형을 생성하는 단계와,
   상기 생성한 보정제어파형을 빔주사기에 출력하고, 상기 보정제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔을 웨이퍼에 조사하는 단계
   를 구비하고,
   상기 기준제어파형은, 웨이퍼위치에 있어서의 상기 빔주사방향의 각 빔위치의 시간 변화치를 나타내는 주사속도의 분포가 제1 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제1 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이며,
   상기 이온조사량분포는, 이온빔을 소정 횟수 왕복주사시킬 때에 상기 웨이퍼위치에 있어서의 상기 빔주사방향의 각 빔위치에 있어서 적산 조사되는 이온조사량의 분포를 나타내는 것이고,
   상기 보정제어파형은, 상기 주사속도의 분포가 제2 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제2 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이며,
   상기 제2 주사속도분포는, 상기 이온조사량분포가 목표로 하는 분포가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 주사속도의 분포이고,
   상기 제2 주사주기는, 상기 제2 주사속도분포로 왕복주사시키는 이온빔에 의하여 조사되는 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 조정되는 주사주기이며,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는,
   상기 제1 주사속도분포 및 상기 측정한 이온조사량분포를 이용하여 상기 제2 주사속도분포를 산출하는 단계와,
   상기 산출한 제2 주사속도분포를 이용하여 상기 제2 주사주기를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 목표로 하는 분포는, 상기 측정한 이온조사량분포보다 상기 빔주사방향으로 균일화된 이온조사량분포인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 목표로 하는 분포는, 임의의 불균일 형상을 가지는 이온조사량분포인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는,
   상기 산출한 제2 주사속도분포로 이온빔을 왕복주사시키도록 구성되는 중간제어파형을 생성하는 단계와,
   상기 생성한 중간제어파형을 상기 빔주사기에 출력하여, 상기 중간제어파형에 근거하여 이온빔을 왕복주사시키는 단계와,
   상기 중간제어파형에 근거하여 주사되는 이온빔에 대하여 단위시간당 이온조사량분포를 측정하는 단계를 더욱 포함하고,
   상기 제2 주사주기를 산출하는 단계는, 상기 중간제어파형에 근거하여 주사되는 이온빔에 대하여 측정한 단위시간당 이온조사량분포를 이용하여 상기 제2 주사주기를 산출하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 빔주사기는, 왕복운동시키는 웨이퍼가 위치할 수 있는 조사영역과, 상기 조사영역 외에 위치하는 비조사영역을 포함하는 범위에 있어서 이온빔이 왕복주사 가능해지도록 구성되어 있으며,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는,
   상기 산출한 제2 주사속도분포로 상기 조사영역을 왕복주사시키는 데 걸리는 조사시간을 산출하는 단계와,
   상기 제2 주사주기로부터 상기 조사시간을 감산함으로써 상기 비조사영역에 이온빔을 위치시키는 비조사시간을 산출하는 단계를 더욱 포함하고,
   상기 조사영역에 있어서 상기 제2 주사속도분포로 이온빔을 왕복주사시키고, 또한, 상기 비조사영역에 상기 비조사시간동안 이온빔을 위치시키도록 구성되는 보정제어파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 기준제어파형은, 상기 조사영역에 있어서 상기 제1 주사속도분포로 이온빔을 왕복주사시키고, 또한, 상기 비조사영역에 소정 시간 이온빔을 위치시키도록 구성되는 제어파형이며,
   상기 제2 주사주기를 산출하는 단계는, 상기 조사영역을 상기 제1 주사속도분포로 왕복주사시키는 데 걸리는 시간과 상기 조사시간이 다른 경우에, 상기 비조사시간을 상기 소정 시간과는 다른 시간으로 설정함으로써, 상기 제2 주사주기를 상기 제1 주사주기에 일치시키는 단계를 더욱 포함하고,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는, 주사주기가 상기 제1 주사주기와 일치하도록 구성되는 보정제어파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는, 상기 비조사영역에 있어서 주사속도를 일정하게 하여 이온빔을 왕복주사시키도록 구성되는 보정제어파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는, 상기 비조사영역에 있어서 이온빔을 주사시키는 범위를 조정함으로써, 상기 비조사시간이 조정된 상기 보정제어파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 보정제어파형을 생성하는 단계는, 상기 비조사영역에 포함되는 어느 위치에서 이온빔의 주사를 일시 정지시키는 상기 보정제어파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 보정제어파형을 생성하는 단계는,
    상기 산출한 제2 주사속도분포 및 제2 주사주기를 이용하여, 제3 주사속도분포 및 제3 주사주기를 산출하는 단계와,
    주사속도분포가 상기 제3 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 상기 제3 주사주기인 이온빔을 왕복주사시키도록 구성되는 보정제어파형을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제3 주사주기는, 상기 제2 주사주기에 소정의 상수를 곱한 주사주기이며,
    상기 제3 주사속도분포는, 상기 제2 주사속도분포에 비례하는 주사속도의 분포이고, 당해 제3 주사속도분포로 상기 조사영역을 왕복주사시키는 데 걸리는 시간이 상기 조사시간에 상기 소정의 상수를 곱한 시간이 되는 주사속도의 분포이며,
    상기 생성한 보정제어파형을 빔주사기에 출력하여, 상기 제3 주사속도분포 및 상기 제3 주사주기로 왕복주사시키는 이온빔을 웨이퍼에 조사하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 주사속도분포를 산출하는 단계는, 상기 제1 주사속도분포로 이온빔을 왕복주사시켰을 때의 상기 이온조사량분포를 상기 빔주사방향으로 적분한 제1 이온조사량과, 상기 제2 주사속도분포로 이온빔을 왕복주사시켰을 때의 상기 이온조사량분포를 상기 빔주사방향으로 적분한 제2 이온조사량이 일치하도록, 상기 제2 주사속도분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    이온주입의 조건 설정을 위하여 상기 빔주사기의 상류측에서 이온빔의 빔전류량을 조정하는 단계를 더욱 구비하고,
    상기 빔전류량을 조정하는 단계는, 상기 빔전류량의 조정에 의하여, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치에 가까워지도록 대략적으로 조정하는 단계를 포함하며,
    상기 보정제어파형을 생성하는 단계는, 상기 대략적으로 조정된 이온빔에 대하여 측정한 이온조사량분포를 이용하여 상기 제2 주사속도분포 및 상기 제2 주사주기를 산출함으로써, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 정밀하게 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 대략적으로 조정하는 단계는, 상기 빔주사기의 상류측에 설치되어, 이온빔이 통과하는 가변애퍼처의 개구율을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 대략적으로 조정하는 단계는, 상기 기준제어파형에 근거하여 이온빔을 주사했을 때에 측정되는 단위시간당 이온조사량분포가 목표치를 상회하도록 상기 빔전류량을 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
15. 청구항 12에 있어서,
    상기 빔주사기는, 왕복운동시키는 웨이퍼가 위치할 수 있는 조사영역과, 상기 조사영역 외에 위치하는 비조사영역을 포함하는 범위에 있어서 이온빔이 왕복주사 가능해지도록 구성되어 있고,
    상기 기준제어파형은, 상기 조사영역 및 상기 비조사영역의 쌍방을 포함하는 범위에 있어서 이온빔을 왕복주사시키도록 구성되어 있으며,
    상기 대략적으로 조정하는 단계는, 상기 기준제어파형에 근거하여 상기 조사영역 및 상기 비조사영역의 쌍방을 포함하는 범위에 있어서 이온빔을 왕복주사시켰을 때에, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치에 가까운 값이 되도록 상기 빔전류량을 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
16. 빔주사기와,
    상기 빔주사기의 하류에 설치되어, 빔주사방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼를 왕복운동시키는 왕복운동장치와,
    웨이퍼위치에 있어서의 상기 빔주사방향의 이온조사량분포를 측정 가능한 빔계측부와,
    이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형을 상기 빔주사기로 출력하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    기준제어파형을 상기 빔주사기에 출력하는 출력부와,
    상기 기준제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔에 대하여 측정된 이온조사량분포를 상기 빔계측부로부터 취득하는 취득부와,
    상기 취득한 이온조사량분포를 이용하여 보정제어파형을 생성하는 생성부
    를 포함하며,
    상기 기준제어파형은, 웨이퍼위치에 있어서의 상기 빔주사방향의 각 빔위치의 시간 변화치를 나타내는 주사속도의 분포가 제1 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제1 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이며,
    상기 이온조사량분포는, 이온빔을 소정 횟수 왕복주사시킬 때에 상기 웨이퍼위치에 있어서의 상기 빔주사방향의 각 빔위치에 있어서 적산 조사되는 이온조사량의 분포를 나타내는 것이고,
    상기 보정제어파형은, 상기 주사속도의 분포가 제2 주사속도분포이고, 또한, 주사주기가 제2 주사주기가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 제어파형이며,
    상기 제2 주사속도분포는, 상기 이온조사량분포가 목표로 하는 분포가 되도록 이온빔을 왕복주사시키기 위한 주사속도의 분포이고,
    상기 제2 주사주기는, 상기 제2 주사속도분포로 왕복주사시키는 이온빔에 의하여 조사되는 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 조정되는 주사주기이며,
    상기 생성부는, 상기 제1 주사속도분포 및 상기 취득한 이온조사량분포를 이용하여 상기 제2 주사속도분포를 산출하는 제1 산출부와, 상기 산출한 제2 주사속도분포를 이용하여 상기 제2 주사주기를 산출하는 제2 산출부를 가지고,
    상기 생성한 보정제어파형을 빔주사기에 출력하여, 상기 보정제어파형에 근거하여 왕복주사시키는 이온빔을 웨이퍼에 조사하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 빔주사기의 상류에 설치되어, 이온빔의 빔전류량을 조정하는 빔전류 조정수단을 더욱 구비하고,
    상기 제어부는, 이온주입의 조건 설정을 위하여 상기 빔전류 조정수단을 제어하는 조정부를 더욱 포함하며,
    상기 조정부는, 상기 빔전류 조정수단을 제어하여 상기 빔전류량을 조정함으로써, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치에 가까워지도록 대략적으로 조정하고,
    상기 생성부는, 상기 대략적으로 조정된 이온빔에 대하여 취득된 이온조사량분포를 이용하여 상기 제2 주사속도분포 및 상기 제2 주사주기를 산출함으로써, 단위시간당 이온조사량분포가 목표치가 되도록 정밀하게 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 빔주사기의 하류에 설치되어, 왕복주사되는 이온빔의 일부를 차단하는 방호판을 더욱 구비하고,
    상기 빔주사기는, 왕복운동시키는 웨이퍼가 위치할 수 있는 조사영역과, 상기 조사영역 외에 위치하는 비조사영역을 포함하는 범위에 있어서 이온빔이 왕복주사 가능해지도록 구성되어 있으며,
    상기 방호판은, 상기 비조사영역을 향하는 이온빔의 적어도 일부를 차단하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 빔계측부는, 웨이퍼위치에 있어서 상기 조사영역의 이온조사량분포가 측정 가능한 센터컵과, 웨이퍼로의 이온주입 시에 상기 비조사영역을 향하는 이온빔의 이온조사량을 측정 가능한 사이드컵을 가지고,
    상기 방호판은, 상기 사이드컵을 향하는 이온빔을 차단하지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.

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