KR20150141141A - 이온주입장치 및 이온주입방법 - Google Patents

Abstract

넓은 범위에서 사용할 수 있는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공한다.
이온주입장치(300)는, 빔주사부(306)와, 빔주사부(306)의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부(308)를 구비한다. 빔주사부(306)는, 입사이온빔의 중심축 상에서 빔주사부(306)의 중앙부에 주사원점을 가진다. 빔평행화부(308)는, 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가진다. 이온주입장치(300)는, 빔주사부(306)로의 입사이온빔의 초점위치가 입사이온빔의 중심축을 따라 주사원점보다 상류측에 있도록 구성되어 있다. 빔주사부(306)로의 입사이온빔의 초점위치는, 빔평행화부(308)로부터의 출사이온빔에 있어서의 공간전하 효과에 의한 발산 현상을 보정하도록, 입사이온빔의 중심축을 따라 주사원점보다 상류측에 있어서 조정된다.

Description

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

본 출원은, 2014년 6월 9일에 출원된 일본 특허출원 제2014-118901호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 이온주입에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.

한 종류의 이온주입장치에 있어서는, 작은 빔전류량을 가지는 이온빔이 이온원으로부터 인출되도록 이온원과 그 전원이 접속된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 장치에 있어서는, 큰 빔전류량을 가지는 이온빔이 이온원으로부터 인출되도록, 이온원과 전원과의 접속을 변경하는 것이 가능하다.

다른 한 종류의 이온주입장치는, 높은 이온에너지로 타겟에 이온주입을 하도록 이온원, 가속관, 및 그들의 전원을 접속하는 전기회로를 가진다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이 전기회로에는, 낮은 이온에너지로도 이온을 주입할 수 있도록 접속을 전환하기 위한 선택 스위치가 설치되어 있다.

일본 특허공개공보 소62-122045호 일본 특허공개공보 평1-149960호

이온주입장치의 운전 범위를 약간 넓히는 것이 상술과 같이 시도되고 있다. 그러나, 기존의 카테고리를 넘는 운전 범위의 확장에 대한 현실적인 제안은 희박하다.

이온주입장치는 일반적으로, 고전류 이온주입장치, 중전류 이온주입장치, 및 고에너지 이온주입장치의 3개의 카테고리로 분류된다. 실용상 요구되는 설계상의 요건이 카테고리마다 상이하므로, 일 카테고리의 장치와 다른 카테고리의 장치는, 예를 들면 빔라인에 관하여, 현저하게 상이한 구성을 가질 수 있다. 이로 인하여, 이온주입장치의 용도(예를 들면 반도체 제조 프로세스)에 있어서, 카테고리가 상이한 장치는 호환성을 갖지 않는다고 간주되고 있다. 즉, 어느 특정의 이온주입처리에는 특정의 카테고리의 장치가 선택되어 사용된다. 따라서, 다양한 이온주입처리를 하기 위해서는 다종의 이온주입장치를 소유하는 것이 필요하게 될 수 있다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 넓은 범위에서 사용할 수 있는 이온주입장치 및 이온주입방법, 예를 들면, 고전류 이온주입장치 및 중전류 이온주입장치 중 양방의 역할을 1대로 완수할 수 있는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치로서, 상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고, 상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며, 상기 이온주입장치는, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치가 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 상기 주사원점보다 상류측에 있도록 구성되고, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치는, 상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔에 있어서의 공간전하 효과에 의한 발산 현상을 보정하도록, 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 상기 주사원점보다 상류측에 있어서 조정되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치로서, 상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고, 상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며, 상기 이온주입장치는, 상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔이 가지는 각도분포의 확장의 크기와 상기 출사이온빔의 발산/수렴의 상태를 나타내는 빔다이버전스를 측정하는 측정부와, 상기 측정부에 의하여 측정되는 상기 출사이온빔의 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 조정하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치에 있어서의 이온주입방법으로서, 상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고, 상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며, 상기 방법은, 상기 빔주사부에 의하여, 상기 입사이온빔을 주사하는 단계와, 상기 빔평행화부에 의하여, 주사된 이온빔을 편향하는 단계와, 상기 입사이온빔의 초점위치를, 상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔에 있어서의 공간전하 효과에 의한 발산 현상을 보정하도록, 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 상기 주사원점보다 상류측에 있어서 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법이 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치에 있어서의 이온주입방법으로서, 상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고, 상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며, 상기 방법은, 상기 빔주사부에 의하여, 상기 입사이온빔을 주사하는 단계와, 상기 빔평행화부에 의하여, 주사된 이온빔을 편향하는 단계와, 상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔이 가지는 각도분포의 확장의 크기와 상기 출사이온빔의 발산/수렴의 상태를 나타내는 빔다이버전스를 측정하는 단계와, 측정되는 상기 출사이온빔의 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법이 제공된다.

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

본 발명에 의하면, 넓은 범위에서 사용할 수 있는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공할 수 있다.

도 1은 전형적인 몇 종류의 이온주입장치에 대하여, 에너지 및 도스량의 범위를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 5에 있어서, 도 5(a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이고, 도 5(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 전원구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 전원구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 8에 있어서, 도 8(a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 있어서의 전압을 나타내는 도이고, 도 8(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 있어서의 에너지를 나타내는 도이다.
도 9에 있어서, 도 9(a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 있어서의 전압을 나타내는 도이고, 도 9(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 있어서의 에너지를 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 대하여, 에너지 및 도스량의 범위를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치에 대하여, 에너지 및 도스량의 범위를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 13은 전형적인 이온주입장치의 사용을 설명하기 위한 도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 사용을 설명하기 위한 도이다.
도 15에 있어서, 도 15(a)는, 이온빔의 개개의 이온의 진행방향을 예시하는 도이며, 도 15(b)는, 이온빔이 가지는 각도분포를 예시하는 도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 18은 빔주사부의 주사원점을 나타내는 개략도이다.
도 19에 있어서, 도 19(a) 및 도 19(b)는, 이온빔의 초점 조정과 빔다이버전스와의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 20에 있어서, 도 20(a) 및 도 20(b)는, 이온빔의 초점 조정과 빔다이버전스와의 관계를 설명하기 위한 도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 전혀 아니다. 예를 들면, 이하에서는, 이온주입이 행해지는 물체로서 반도체 웨이퍼를 예로 하여 설명하지만, 다른 물질이나 부재여도 된다.

먼저, 후술하는 본원 발명의 실시형태에 이른 경위에 대하여 설명한다. 이온주입장치는, 가공물 내에 구축되어야 할 원하는 특성에 근거하여, 주입되는 이온종을 선택하고, 그 에너지 및 도스량을 설정하는 것이 가능하다. 이온주입장치는 일반적으로, 주입되는 이온의 에너지와 도스량의 범위에 따라, 몇 개의 카테고리로 나눌 수 있다. 대표적인 카테고리에는, 고도스 고전류 이온주입장치(이하, HC라고도 한다), 중도스 중전류 이온주입장치(이하, MC라고도 한다), 및, 고에너지 이온주입장치(이하, HE라고도 한다)가 있다.

도 1은, 전형적인 시리얼형 고도스 고전류 이온주입장치(HC), 시리얼형 중도스 중전류 이온주입장치(MC), 시리얼형 고에너지 이온주입장치(HE)의 에너지 범위 및 도스 범위를 모식적으로 나타낸다. 도 1은, 가로축에 도스를, 세로축에 에너지를 나타낸다. 여기에서, 도스란, 단위면적(예를 들면 cm²)당 주입이온(원자)의 개수이며, 주입된 물질의 총량은 이온전류의 시간 적분으로 부여된다. 이온주입에 의하여 부여되는 이온전류는 통례적으로 mA 또는 μA로 나타난다. 도스는, 주입량 또는 도스량이라고 불리는 경우도 있다. 도 1에는, HC, MC, HE의 에너지 및 도스의 범위를 각각 부호 A, B, C로 나타낸다. 이들은, 각 주입마다의 주입조건(레시피라고도 한다)에 따라 필요로 하는 주입조건의 집합 범위이며, 현실적으로 허용할 수 있는 생산성을 감안하여, 주입조건(레시피)에 맞춘 현실적 합리적인 장치구성 카테고리를 나타낸다. 도시되는 각 범위는, 각 카테고리의 장치가 처리 가능한 주입조건(레시피) 범위를 나타낸다. 도스량은 현실적인 처리시간을 상정한 경우의 대략의 값을 나타내고 있다.

HC는, 0.1~100keV 정도의 비교적 낮은 에너지 범위 또한 1×10¹⁴~1×10¹⁷atoms/cm² 정도의 고도스 범위의 이온주입에 사용된다. MC는, 3~500keV 정도의 중간 에너지 범위 또한 1×10¹¹~1×10¹⁴atoms/cm² 정도의 중간정도의 도스 범위의 이온주입에 사용된다. HE는, 100keV~5MeV 정도의 비교적 높은 에너지 범위 또한 1×10¹⁰~1×10¹³atoms/cm² 정도의 비교적 낮은 도스 범위의 이온주입에 사용된다. 이와 같이 하여, 에너지 범위에 대해서는 5자릿수 정도, 도스 범위에 대해서는 7자릿수 정도에 미치는 광범위한 주입조건의 범위가 HC, MC, HE에 의하여 분담되고 있다. 단, 이러한 에너지 범위나 도스 범위는 대표적인 예이며, 엄밀한 것은 아니다. 또, 주입조건의 부여방법은 도스 및 에너지에는 한정되지 않으며, 다양하다. 주입조건은, 빔전류치(빔의 단면 프로파일에 있어서의 면적 적분 빔량을 전류로 나타낸 것), 스루풋, 주입 균일성 등에 의하여 설정되어도 된다.

어느 이온주입처리를 위한 주입조건은 에너지 및 도스의 특정한 값을 포함하므로, 도 1에 있어서 개개의 점으로서 나타내는 것이 가능하다. 예를 들면, 주입조건(a)은, 어느 높은 에너지 및 어느 낮은 도스의 값을 가진다. 주입조건(a)은, MC의 운전 범위에 있고 또한 HE의 운전 범위에 있으므로, MC 또는 HE를 이용하여 처리할 수 있다. 주입조건(b)은 중간 정도의 에너지/도스이며, HC, MC, HE 중 어느 하나로 처리할 수 있다. 주입조건(c)은 중간 정도의 에너지/도스이며, HC 또는 MC로 처리할 수 있다. 주입조건(d)은 저에너지/고도스이며, HC에 의해서만 처리할 수 있다.

이온주입장치는 반도체 디바이스의 생산에 없어서는 안 되는 기기이며, 그 성능이나 생산성의 향상은 디바이스 메이커에 있어서 중요한 의미를 가진다. 디바이스 메이커는, 제조하려고 하는 디바이스에 필요한 주입특성을 실현할 수 있는 장치를 이들 복수의 이온주입장치 카테고리 중에서 선택한다. 그 때에, 디바이스 메이커는, 최선의 제조 효율의 실현, 장치의 소유 코스 등 여러 가지의 사정을 고려하여, 카테고리의 장치의 대수를 결정한다.

어느 카테고리의 장치가 높은 가동률로 사용되고 있으며, 다른 카테고리의 장치의 처리 능력에 비교적 여유가 있는 경우를 생각할 수 있다. 이 때, 카테고리마다 주입특성이 엄밀하게는 상이한 것에 의하여 원하는 디바이스를 얻기 위하여 전자의 장치를 후자의 장치로 대용할 수 없다고 하면, 전자의 장치의 고장은 생산 공정상의 병목현상을 발생시키고, 이로써 전체의 생산성이 손상되게 된다. 이러한 트러블은, 미리 고장률 등을 상정하고, 그에 근거하여 대수 구성을 결정함으로써, 어느 정도 회피 가능하다.

제조하는 디바이스가 수요의 변화나 기술의 진전에 따라 변경되고, 필요한 장치의 대수 구성이 변화하여 장치의 부족이나 비가동 장치가 발생하고, 장치의 운용 효율이 저하되는 경우도 있다. 이러한 트러블은, 장래의 제품 트랜드를 예측하여 대수 구성에 반영시킴으로써 어느 정도 회피 가능하다.

다른 카테고리의 장치로 대용이 가능하였다고 하여도, 장치의 고장이나 제조 디바이스의 변화는, 디바이스 메이커에 제조 효율의 저하나 불필요한 투자를 초래할 수 있다. 예를 들면, 지금까지 주로 중전류 이온주입장치로 처리되고 있던 제조 프로세스가, 제조 디바이스의 변경에 의하여 고전류 이온주입장치로 처리되게 되는 경우가 있다. 그렇게 되면, 고전류 이온주입장치의 처리 능력이 부족한 한편, 중전류 이온주입장치의 처리 능력이 남게 된다. 변경 후의 상태가 그 후 장기간 변화하지 않는다고 예측된다면, 신규의 고전류 이온주입장치의 구입 및 소유하고 있는 중전류 이온주입장치의 매각과 같은 대책을 세움으로써, 장치의 운용 효율을 개선할 수 있다. 그러나, 빈번하게 프로세스가 변경되거나, 그러한 변경이 예측 곤란한 경우에는, 생산에 지장을 초래하게 될지도 모른다.

실제로는, 어느 디바이스의 제조를 위하여 어느 카테고리의 이온주입장치에서 이미 행해지고 있는 프로세스를 다른 카테고리의 이온주입장치에서 즉시 대용할 수는 없다. 이온주입장치 상에서의 디바이스 특성의 설정 작업이 필요하게 되기 때문이다. 즉, 새로운 이온주입장치에 있어서 동일한 이온종, 에너지, 도스량으로 프로세스를 실행하여 얻어진 디바이스 특성은, 이전의 이온주입장치에서 얻어진 디바이스 특성으로부터 크게 괴리할 수 있다. 이온종, 에너지, 도스량 이외의 모든 조건, 예를 들면, 빔전류밀도(즉, 도스레이트), 주입각도, 주입영역의 중첩방법 등도 디바이스 특성에 영향을 주기 때문이다. 카테고리가 상이한 경우는 일반적으로 장치구성도 상이하므로, 이온종, 에너지 및 도스량을 일치시켰다고 하여도, 디바이스 특성에 영향을 주는 그 외의 조건까지 자동적으로 일치시킬 수 없다. 이러한 모든 조건은 주입방식에 의존한다. 주입방식에는 예를 들면, 빔과 가공물과의 상대 이동의 방식(예를 들면, 스캔빔, 리본빔, 이차원 웨이퍼스캔 등)이나, 다음에 서술하는 배치형과 시리얼형의 종별 등이 있다.

또한, 고도스 고전류 이온주입장치와 고에너지 이온주입장치는 배치형, 중도스 중전류 이온주입장치는 시리얼형으로 크게 구분되어 있는 것도, 장치간의 차이를 크게 하고 있다. 배치형은 다수의 웨이퍼에 한 번에 처리하는 방식이며, 이들 웨이퍼는 예를 들면 원주 상에 배치되어 있다. 시리얼형은 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 방식이며, 매엽식이라고도 불린다. 다만, 고도스 고전류 이온주입장치와 고에너지 이온주입장치는 시리얼형을 취하는 경우도 있다.

또한, 배치형의 고도스 고전류 이온주입장치의 빔라인에 있어서는, 고도스 고전류빔 특성에 의한 빔라인 설계상의 요청에 의하여, 시리얼형의 중도스 중전류 이온주입장치보다 전형적으로 짧게 만들어져 있다. 고도스 고전류빔라인 설계에 있어서, 저에너지/고빔전류 조건에서의 이온빔의 발산에 의한 빔 손실을 억제하기 위해서이다. 특히, 빔을 형성하는 이온이 서로 반발하는 하전 입자를 포함함으로써 직경방향 외측으로 확대하는 경향, 이른바 빔블로우업을 경감시키기 때문이다. 이러한 설계의 필요성은, 고도스 고전류 이온주입장치가 시리얼형인 경우에 비하여 배치형인 경우에, 보다 현저하다.

시리얼형의 중도스 중전류 이온주입장치의 빔라인이 상대적으로 길게 만들어져 있는 것은, 이온빔의 가속이나 빔성형 때문이다. 시리얼형 중도스 중전류 이온주입장치에 있어서는, 상당한 운동량을 가지는 이온이 고속 이동하고 있다. 이들 이온은, 빔라인에 추가되는 가속용 간극의 1개 또는 몇 개를 통과함으로써 운동량이 증가된다. 또한, 상당한 운동량을 가지는 입자의 궤도를 수정하려면, 포커싱부는, 포커싱력을 충분히 인가하기 위하여 상대적으로 길지 않으면 안 된다.

고에너지 이온주입장치에서는, 선형 가속방식이나 탠덤 가속방식을 채용하고 있기 때문에, 고도스 고전류 이온주입장치나 중도스 중전류 이온주입장치의 가속방식과 본질적으로 상이하다. 이러한 본질적인 상이는, 고에너지 이온주입장치가 시리얼형이어도 배치형이어도 동일하다.

이와 같이, 이온주입장치 HC, MC, HE는 카테고리에 따라 빔라인의 형식이나 주입방식이 상이하며, 각각 완전히 상이한 장치로서 인식되고 있다. 카테고리가 상이한 장치간의 구성상의 차이는 불가피하다고 간주되고 있다. HC, MC, HE와 같이 상이한 형식의 장치간에서는, 디바이스 특성에 주는 영향을 고려한 프로세스 호환성은 보증되어 있지 않다.

따라서, 기존의 카테고리의 장치보다 넓은 에너지 범위 및/또는 도스 범위를 가지는 이온주입장치가 바람직하다. 특히, 주입장치의 형식을 바꾸지 않고, 기존의 적어도 2개의 카테고리를 포함하는 넓은 범위에 있어서의 에너지 및 도스량으로의 주입을 가능하게 하는 이온주입장치가 바람직하다.

또, 최근에는 모든 주입장치가 시리얼형을 채용하는 것이 주류가 되고 있다. 따라서, 시리얼형의 구성을 가지고, 또한, 넓은 에너지 범위 및/또는 도스 범위를 가지는 이온주입장치가 바람직하다.

또한, HE가 본질적으로 상이한 가속방식을 이용하는 데에 반하여, HC와 MC는, 직류 전압으로 이온빔을 가속 또는 감속시키는 빔라인을 구비하는 점에서 공통된다. 이로 인하여, HC와 MC의 빔라인은 공용할 수 있을 가능성이 있다. 따라서, HC와 MC의 양방의 역할을 1대로 완수할 수 있는 이온주입장치가 바람직하다.

이와 같이 넓은 범위에서 운전 가능한 장치는, 디바이스 메이커에 있어서의 생산성이나 운용 효율의 개선에 도움이 된다.

다만, 중도스 중전류 이온주입장치(MC)는, 고도스 고전류 이온주입장치(HC)에 비하여 높은 에너지 범위 또한 낮은 도스 범위에서 운전하는 것이 가능한 점에서, 본원에서는 저전류 이온주입장치라고 부르는 경우가 있다. 마찬가지로 하여, 중도스 중전류 이온주입장치(MC)에 대하여 에너지 및 도스를 각각, 고에너지 및 저도스라고 부르는 경우가 있다. 혹은, 고도스 고전류 이온주입장치(HC)에 대한 에너지 및 도스를 각각, 저에너지 및 고도스 라고 부르는 경우가 있다. 단, 본원에 있어서 이러한 표현은 중도스 중전류 이온주입장치(MC)의 에너지 범위 및 도스 범위만을 한정적으로 나타내는 것은 아니고, 문맥에 따라서는 문자 그대로, "어느 높은(또는 낮은) 에너지(또는 도스)의 범위"를 의미할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(100)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(100)는, 소정의 이온주입조건에 따라 피처리물(W)의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 이온주입조건은 예를 들면, 피처리물(W)에 주입되어야 할 이온종, 이온의 도스량, 및 이온의 에너지를 포함한다. 피처리물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물(W)을 기판(W)이라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입처리의 대상을 특정의 물체로 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.

이온주입장치(100)는, 이온원(102)과, 빔라인장치(104)와, 주입처리실(106)을 구비한다. 또, 이온주입장치(100)는, 이온원(102), 빔라인장치(104), 및 주입처리실(106)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.

이온원(102)은, 기판(W)에 주입되어야 할 이온을 생성하도록 구성되어 있다. 이온원(102)은, 빔의 전류 조정을 위한 요소의 일례인 인출전극유닛(118)에 의하여 이온원(102)으로부터 가속 인출된 이온빔(B1)을, 빔라인장치(104)에 부여한다. 이하에서는 이것을 초기 이온빔(B1)이라고 부르는 경우가 있다.

빔라인장치(104)는, 이온원(102)으로부터 주입처리실(106)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 빔라인장치(104)는, 이온빔을 수송하기 위한 빔라인을 제공한다. 빔라인은, 이온빔의 통로이며, 빔궤도의 경로라고도 할 수 있다. 빔라인장치(104)는, 초기 이온빔(B1)에, 예를 들면, 편향, 가속, 감속, 정형, 주사 등을 포함하는 조작을 함으로써 이온빔(B2)을 형성한다. 이하에서는 이것을 주입이온빔(B2)이라고 부르는 경우가 있다. 빔라인장치(104)는, 이러한 빔조작을 위하여 배열되어 있는 복수의 빔라인 구성요소를 구비한다. 이와 같이 하여, 빔라인장치(104)는, 주입이온빔(B2)을 주입처리실(106)에 부여한다.

주입이온빔(B2)은, 빔라인장치(104)의 빔수송방향(또는 빔궤도를 따르는 방향)에 수직인 면 내에 빔조사영역(105)을 가진다. 빔조사영역(105)은 통상, 기판(W)의 폭을 포함하는 폭을 가진다. 예를 들면, 빔라인장치(104)가 스폿형상의 이온빔을 주사하는 빔주사장치를 구비하는 경우에는, 빔조사영역(105)은 빔수송방향에 수직인 길이방향을 따라 주사 범위에 걸쳐 뻗는 가늘고 긴 조사영역이다. 또, 빔라인장치(104)가 리본빔발생기를 구비하는 경우에도 마찬가지로, 빔조사영역(105)은, 빔수송방향에 수직인 길이방향으로 뻗는 가늘고 긴 조사영역이다. 단, 이 가늘고 긴 조사영역은 당해 리본빔의 단면이다. 가늘고 긴 조사영역은, 길이방향으로 기판(W)의 폭(기판(W)이 원형인 경우에는 직경)보다 길다.

주입처리실(106)은, 기판(W)이 주입이온빔(B2)을 받도록 기판(W)을 지지하는 물체지지부(107)를 구비한다. 물체지지부(107)는, 빔라인장치(104)의 빔수송방향 및 빔조사영역(105)의 길이방향에 수직인 방향으로 기판(W)을 이동 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 물체지지부(107)는, 기판(W)의 메커니컬스캔을 제공한다. 본원에 있어서, 메커니컬스캔은, 기계식 주사와 동의이다. 다만, 여기에서, "수직인 방향"은, 당업자에게는 이해되는 바와 같이, 엄밀하게 직교에만 한정되는 것은 아니다. "수직인 방향"은, 예를 들면, 기판(W)을 상하방향으로 약간 기울여 주입하는 경우에는, 그러한 경사각도를 포함할 수 있다.

주입처리실(106)은, 시리얼형의 주입처리실로서 구성되어 있다. 따라서 물체지지부(107)는 전형적으로는 1매의 기판(W)을 지지한다. 그러나, 물체지지부(107)는, 배치형과 같이 복수의(예를 들면 소형의) 기판을 지지하는 지지대를 구비하고, 이 지지대를 직선적으로 왕복 이동시킴으로써 이들 복수의 기판의 메커니컬스캔을 하도록 구성되어 있어도 된다. 다른 일 실시형태에 있어서는, 주입처리실(106)은, 배치형의 주입처리실로서 구성되어 있어도 된다. 이 경우 예를 들면, 물체지지부(107)는, 복수의 기판(W)을 원주 상에 또한 회전 가능하도록 지지하는 회전디스크를 구비하여도 된다. 회전디스크는 메커니컬스캔을 제공하도록 구성되어 있어도 된다.

도 3에는, 빔조사영역(105)과 그것에 관련된 메커니컬스캔의 일례를 나타낸다. 이온주입장치(100)는, 스폿형상의 이온빔(B2)의 1차원 빔스캔(S_B)과 기판(W)의 1차원 메커니컬스캔(S_M)을 병용하는 하이브리드스캔방식에 의한 이온주입을 실시 가능하도록 구성되어 있다. 물체지지부(107)의 측방에 있어서 빔조사영역(105)에 중첩하도록 빔계측기(130)(예를 들면 패러데이컵)가 설치되고, 그 계측결과가 제어부(116)에 부여되어도 된다.

이렇게 하여, 빔라인장치(104)는, 빔조사영역(105)을 가지는 주입이온빔(B2)을, 주입처리실(106)에 공급하도록 구성되어 있다. 빔조사영역(105)은, 기판(W)의 메커니컬스캔과 협동하여 기판(W)의 전체에 걸쳐 주입이온빔(B2)이 조사되도록 형성되어 있다. 따라서, 기판(W)과 이온빔과의 상대 이동에 의하여 기판(W)에 이온을 주입할 수 있다.

다른 실시형태에 있어서는, 이온주입장치(100)는, 리본형상의 이온빔(B2)과 기판(W)의 1차원 메커니컬스캔을 병용하는 리본빔+웨이퍼스캔방식에 의한 이온주입을 실시 가능하도록 구성되어 있다. 리본빔은 그 가로폭이 균일성을 유지하면서 확장되어 있고, 기판(W)이 리본빔과 교차하도록 주사된다. 또한 다른 실시형태에 있어서는, 이온주입장치(100)는, 스폿형상의 이온빔(B2)의 빔궤도를 고정한 상태로 기판(W)을 이차원적으로 메커니컬스캔하는 방식에 의한 이온주입을 실시 가능하도록 구성되어 있어도 된다.

다만, 이온주입장치(100)는, 기판(W) 상의 넓은 영역에 걸쳐 이온주입을 하기 위한 특정의 주입방식에는 한정되지 않는다. 메커니컬스캔을 사용하지 않는 주입방식도 가능하다. 예를 들면, 이온주입장치(100)는, 스폿형상의 이온빔(B2)을 기판(W) 상에서 이차원적으로 스캔하는 이차원 빔스캔방식에 의한 이온주입을 실시 가능하도록 구성되어 있어도 된다. 혹은, 이차원적으로 확장된 이온빔(B2)을 이용하는 라지사이즈빔방식에 의한 이온주입을 실시 가능하도록 구성되어 있어도 된다. 이 라지사이즈빔은, 균일성을 유지하면서 빔사이즈가 기판사이즈 이상이 되도록 확장되어 있어, 기판 전체를 한 번에 처리할 수 있다.

상세하게는 후술하지만, 이온주입장치(100)는, 고도스 주입용의 제1 빔라인설정(S1) 또는 저도스 주입용의 제2 빔라인설정(S2)에 근거하여 운전될 수 있다. 따라서, 빔라인장치(104)는, 제1 빔라인설정(S1) 또는 제2 빔라인설정(S2)을 운전 중에 가진다. 이들 2개의 설정은 공통되는 주입방식에 근거하여 상이한 이온주입조건을 위한 이온빔을 생성하도록 정해져 있다. 이로 인하여, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)에서 이온빔(B1, B2)의 기준이 되는 빔중심궤도는 동일하다. 빔조사영역(105)에 대해서도, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)에서 동일하다.

기준이 되는 빔중심궤도란, 빔을 스캔하는 방식에 있어서는, 빔을 스캔하고 있지 않을 때의 빔궤도를 나타낸다. 또, 리본빔의 경우에는, 기준이 되는 빔중심궤도는, 빔단면의 기하학적인 중심의 궤적에 해당한다.

그런데, 빔라인장치(104)는, 이온원(102)측의 빔라인 상류부분과 주입처리실(106)측의 빔라인 하류부분으로 구분할 수 있다. 빔라인 상류부분에는 예를 들면, 질량분석 자석과 질량분석 슬릿을 구비하는 질량분석장치(108)가 설치되어 있다. 질량분석장치(108)는, 초기 이온빔(B1)을 질량분석함으로써 필요한 이온종만을 빔라인 하류부분에 부여한다. 빔라인 하류부분에는 예를 들면, 주입이온빔(B2)의 빔조사영역(105)을 정하는 빔조사영역 결정부(110)가 형성되어 있다.

빔조사영역 결정부(110)는, 입사되는 이온빔(예를 들면 초기 이온빔(B1))에 전장 또는 자장(또는 그 양방)을 인가함으로써, 빔조사영역(105)을 가지는 이온빔(예를 들면 주입이온빔(B2))을 출사하도록 구성되어 있다. 일 실시형태에 있어서는, 빔조사영역 결정부(110)는, 빔주사장치와 빔평행화장치를 구비한다. 이들 빔라인 구성요소의 예시에 대해서는 도 5를 참조하여 후술한다.

다만 상술의 상류부분 및 하류부분과의 구분은 빔라인장치(104)에 있어서의 구성요소의 상대적인 위치관계를 설명의 편의를 위하여 언급한 것에 지나지 않는다고 이해하길 바란다. 따라서, 예를 들면 빔라인 하류부분의 어느 구성요소가 주입처리실(106)보다 이온원(102)에 가까운 장소에 배치되어 있어도 된다. 반대도 마찬가지이다. 따라서, 어느 실시형태에 있어서는, 빔조사영역 결정부(110)는 리본빔발생기와 빔평행화장치를 구비하여도 되고, 리본빔발생기는 질량분석장치(108)를 구비하여도 된다.

빔라인장치(104)는, 에너지조정계(112)와, 빔전류조정계(114)를 구비한다. 에너지조정계(112)는, 기판(W)에 대한 주입에너지를 조정하도록 구성되어 있다. 빔전류조정계(114)는, 기판(W)에 대한 주입도스량을 광범위로 변화시키기 위하여, 빔전류를 큰 범위로 조정하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 빔전류조정계(114)는, 이온빔의 빔전류를 (질적이라기 보다는) 양적으로 조정하기 위하여 설치되어 있다. 일 실시형태에 있어서는, 빔전류의 조정을 위하여 이온원(102)의 조정을 이용하는 것도 가능하고, 이 경우, 빔전류조정계(114)는, 이온원(102)을 구비한다고 간주하여도 된다. 에너지조정계(112) 및 빔전류조정계(114)의 상세는 후술한다.

또, 이온주입장치(100)는, 이온주입장치(100)의 전체 또는 그 일부(예를 들면 빔라인장치(104)의 전체 또는 그 일부)를 제어하기 위한 제어부(116)를 구비한다. 제어부(116)는, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)을 포함하는 복수의 빔라인설정으로부터 어느 하나를 선택하고, 선택된 빔라인설정에 근거하여 빔라인장치(104)를 운전하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 제어부(116)는, 선택된 빔라인설정에 따라 에너지조정계(112) 및 빔전류조정계(114)를 설정하고, 에너지조정계(112) 및 빔전류조정계(114)를 제어한다. 다만, 제어부(116)는, 에너지조정계(112) 및 빔전류조정계(114)를 제어하기 위한 전용의 제어장치여도 된다.

제어부(116)는, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)을 포함하는 복수의 빔라인설정 중, 소정의 이온주입조건에 적합한 어느 하나의 빔라인설정을 선택하도록 구성되어 있다. 제1 빔라인설정(S1)은, 기판(W)에 대한 고도스 주입을 위한 고전류빔의 수송에 적합하다. 따라서, 제어부(116)는 예를 들면, 기판(W)에 주입되는 원하는 이온도스량이 개략 1×10¹⁴~1×10¹⁷atoms/cm²의 범위에 있을 때 제1 빔라인설정(S1)을 선택한다. 또, 제2 빔라인설정(S2)은, 기판(W)에 대한 저도스 주입을 위한 저전류빔의 수송에 적합하다. 따라서, 제어부(116)는 예를 들면, 기판(W)에 주입되는 원하는 이온도스량이 개략 1×10¹¹~1×10¹⁴atoms/cm²의 범위에 있을 때 제2 빔라인설정(S2)을 선택한다. 이들 빔라인설정의 상세는 후술한다.

에너지조정계(112)는, 빔라인장치(104)를 따라 배치되어 있는 복수의 에너지조정요소를 구비한다. 이들 복수의 에너지조정요소는 각각 빔라인장치(104) 상에서 고정된 위치에 배치되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 에너지조정계(112)는, 예를 들면 3개의 조정요소, 구체적으로는, 상류조정요소(118), 중간조정요소(120), 및 하류조정요소(122)를 구비한다. 이들 조정요소의 각각은, 초기 이온빔(B1) 및/또는 주입이온빔(B2)을 가속 또는 감속시키기 위한 전장(電場)을 작용시키도록 구성되어 있는 1개 또는 복수의 전극을 구비한다.

상류조정요소(118)는, 빔라인장치(104)의 상류부분, 예를 들면 최상류부에 설치되어 있다. 상류조정요소(118)는 예를 들면, 이온원(102)으로부터 초기 이온빔(B1)을 빔라인장치(104)에 인출하기 위한 인출전극계를 구비한다. 중간조정요소(120)는, 빔라인장치(104)의 중간부분에 설치되어 있으며, 예를 들면, 정전식의 빔평행화장치를 구비한다. 하류조정요소(122)는, 빔라인장치(104)의 하류부분에 설치되어 있으며, 예를 들면, 가속/감속 칼럼을 구비한다. 하류조정요소(122)는, 가속/감속 칼럼의 하류에 배치되는 각도에너지필터(AEF)를 구비하여도 된다.

또, 에너지조정계(112)는, 상술의 에너지조정요소를 위한 전원계를 구비한다. 이에 대해서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 후술한다. 다만, 이들 복수의 에너지조정요소는 빔라인장치(104) 상의 임의의 장소에 임의의 개수로 설치되어 있어도 되고, 도시한 배치에 한정되지 않는다. 또, 에너지조정계(112)는, 1개의 에너지조정요소만을 구비하여도 된다.

빔전류조정계(114)는, 빔라인장치(104)의 상류부분에 설치되어 있으며, 초기 이온빔(B1)의 빔전류를 조정하기 위한 빔전류조정요소(124)를 구비한다. 빔전류조정요소(124)는, 초기 이온빔(B1)이 빔전류조정요소(124)를 통과할 때에 초기 이온빔(B1) 중 적어도 일부를 차단하도록 구성되어 있다. 일 실시형태에 있어서는, 빔전류조정계(114)는, 빔라인장치(104)를 따라 배치되어 있는 복수의 빔전류조정요소(124)를 구비하여도 된다. 또, 빔전류조정계(114)는, 빔라인장치(104)의 하류부분에 설치되어 있어도 된다.

빔전류조정요소(124)는, 빔라인장치(104)의 빔수송방향에 수직인 이온빔단면의 통과영역을 조정하기 위한 가동부분을 구비한다. 이 가동부분에 의하여, 빔전류조정요소(124)는, 초기 이온빔(B1)의 일부를 제한하는 가변폭 슬릿 또는 가변형상 개구를 가지는 빔제한장치를 구성한다. 또, 빔전류조정계(114)는, 빔전류조정요소(124)의 가동부분을 연속적, 또는, 불연속적으로 조정하는 구동장치를 구비한다.

그와 함께 또는 그 대신에, 빔전류조정요소(124)는, 복수의 상이한 면적 및/또는 형상의 빔통과영역을 각각이 가지는 복수의 조정부재(예를 들면 조정 애퍼처)를 구비하여도 된다. 빔전류조정요소(124)는, 복수의 조정부재 중 빔궤도 상에 배치되는 조정부재를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같이 하여, 빔전류조정요소(124)는, 빔전류를 단계적으로 조정하도록 구성되어 있어도 된다.

도시되는 바와 같이, 빔전류조정요소(124)는, 에너지조정계(112)의 복수의 에너지조정요소와는 별개의 빔라인 구성요소이다. 빔전류조정요소와 에너지조정요소를 따로따로 설치함으로써, 빔전류의 조정과 에너지의 조정을 개별적으로 행할 수 있다. 이로써, 개개의 빔라인설정에 있어서의 빔전류 범위 및 에너지 범위의 설정의 자유도를 높일 수 있다.

제1 빔라인설정(S1)은, 에너지조정계(112)를 위한 제1 에너지설정과, 빔전류조정계(114)를 위한 제1 빔전류설정을 포함한다. 제2 빔라인설정(S2)은, 에너지조정계(112)를 위한 제2 에너지설정과, 빔전류조정계(114)를 위한 제2 빔전류설정을 포함한다. 제1 빔라인설정(S1)은, 저에너지이면서 고도스의 이온주입을 지향하고, 제2 빔라인설정(S2)은, 고에너지이면서 저도스의 이온주입을 지향한다.

따라서, 제1 에너지설정은, 제2 에너지설정에 비하여 저에너지빔의 수송에 적합하도록 정해져 있다. 또, 제2 빔전류설정은, 제1 빔전류설정에 비하여 이온빔의 빔전류를 작게 하도록 정해져 있다. 주입이온빔(B2)의 빔전류의 조정과 조사시간의 조정을 조합함으로써, 원하는 도스량을 기판(W)에 주입할 수 있다.

제1 에너지설정은, 에너지조정계(112)와 그 전원계와의 접속을 정하는 제1 전원접속설정을 포함한다. 제2 에너지설정은, 에너지조정계(112)와 그 전원계와의 접속을 정하는 제2 전원접속설정을 포함한다. 제1 전원접속설정은, 중간조정요소(120) 및/또는 하류조정요소(122)가 빔수송을 지원하기 위한 전장을 발생시키도록 정해져 있다. 예를 들면, 빔평행화장치 및 가속/감속 칼럼은 전체적으로, 제1 에너지설정에 근거하여 주입이온빔(B2)을 감속시키고, 제2 에너지설정에 근거하여 주입이온빔(B2)을 가속시키도록 구성되어 있다. 이러한 전원접속설정에 의하여, 에너지조정계(112)의 각 조정요소의 전압조정 범위가 설정된다. 그 조정 범위에 있어서, 각 조정요소에 대응하는 전원의 전압을, 주입이온빔(B2)에 원하는 주입에너지를 부여하도록 조정할 수 있다.

제1 빔전류설정은, 빔전류조정요소(124)의 이온빔통과영역을 정하는 제1 개구설정을 포함한다. 제2 빔전류설정은, 빔전류조정요소(124)의 이온빔통과영역을 정하는 제2 개구설정을 포함한다. 제2 개구설정은, 제1 개구설정에 비하여 이온빔통과영역을 작게 하도록 정해져 있다. 이들 개구설정은 예를 들면, 빔전류조정요소(124)의 가동부분의 이동 범위를 정한다. 혹은, 개구설정은, 사용되어야 할 조정부재를 정하고 있어도 된다. 이렇게 하여, 개구설정에 의하여 정해져 있는 조정 범위 내에 있어서, 원하는 빔전류에 대응하는 이온빔통과영역을 빔전류조정요소(124)로 설정할 수 있다. 실시되는 이온주입처리에 허용되는 처리시간 내에 원하는 도스량이 기판(W)에 주입되도록 이온빔통과영역을 조정할 수 있다.

따라서, 빔라인장치(104)는, 제1 빔라인설정(S1)에 근거하여 제1 에너지조정 범위를 가지고, 제2 빔라인설정(S2)에 근거하여 제2 에너지조정 범위를 가진다. 넓은 범위에 걸친 조정을 가능하게 하기 위하여, 제1 에너지조정 범위는, 제2 에너지조정 범위와 중복부분을 가진다. 즉, 2개의 조정 범위는 적어도 각각의 단부에서 서로 중첩된다. 중복부분은 직선형상이어도 되고, 이 경우, 2개의 조정 범위는 접하고 있다. 다른 일 실시형태에 있어서는, 제1 에너지조정 범위는, 제2 에너지조정 범위로부터 분리되어 있어도 된다.

마찬가지로, 빔라인장치(104)는, 제1 빔라인설정(S1)에 근거하여 제1 도스조정 범위를 가지고, 제2 빔라인설정(S2)에 근거하여 제2 도스조정 범위를 가진다. 제1 도스조정 범위는, 제2 도스조정 범위와 중첩부분을 가진다. 즉, 2개의 조정 범위는 적어도 각각의 단부에서 서로 중첩된다. 중첩부분은 직선형상이어도 되고, 이 경우, 2개의 조정 범위는 접하고 있다. 다른 일 실시형태에 있어서는, 제1 도스조정 범위는, 제2 도스조정 범위로부터 분리되어 있어도 된다.

이와 같이 하여, 제1 빔라인설정(S1)에 근거하여 빔라인장치(104)는 제1 운전모드로 운전된다. 제1 운전모드를 이하에서는 저에너지모드(또는 고도스 모드)라고 부르는 경우도 있다. 또, 제2 빔라인설정(S2)에 근거하여 빔라인장치(104)는 제2 운전모드로 운전된다. 제2 운전모드를 이하에서는 고에너지모드(또는 저도스 모드)라고 부르는 경우도 있다. 제1 빔라인설정(S1)은, 피처리물(W)에 대한 고도스 주입을 위한 저에너지/고전류빔의 수송에 적합한 제1 주입설정구성이라고 부를 수도 있다. 제2 빔라인설정(S2)은, 피처리물(W)에 대한 저도스 주입을 위한 고에너지/저전류빔의 수송에 적합한 제2 주입설정구성이라고 부를 수도 있다.

이온주입장치(100)의 조작자는, 어느 이온주입처리를 실행하기 전에 그 처리의 주입조건에 따라 빔라인설정을 전환할 수 있다. 따라서, 저에너지(또는 고도스)로부터 고에너지(또는 저도스)까지의 넓은 범위를 1대의 이온주입장치로 처리할 수 있다.

또, 이온주입장치(100)는, 동일한 주입방식으로, 주입조건이 넓은 범위에 대응한다. 즉, 이온주입장치(100)는, 실질적으로 동일한 빔라인장치(104)로 넓은 범위를 처리한다. 또한, 이온주입장치(100)는, 최근 주류가 되고 있는 시리얼형의 구성을 가진다. 따라서, 상세하게는 후술하지만, 이온주입장치(100)는, 기존의 이온주입장치(예를 들면 HC 및/또는 MC)의 공용 수단으로서의 사용에 적합하다.

빔라인장치(104)는, 이온빔을 제어하는 빔제어장치와, 이온빔을 조정하는 빔조정장치와, 이온빔을 정형하는 빔정형장치를 구비한다고 간주할 수도 있다. 빔라인장치(104)는, 빔제어장치, 빔조정장치, 및 빔정형장치에 의하여, 주입처리실(106)에 있어서 피처리물(W)의 폭을 넘는 빔조사영역(105)을 가지는 이온빔을 공급한다. 이온주입장치(100)에 있어서는, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)에서 빔제어장치, 빔조정장치, 및 빔정형장치가 동일한 하드웨어 구성을 가져도 된다. 이 경우, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)에서 빔제어장치, 빔조정장치, 및 빔정형장치가 동일한 레이아웃으로 배치되어 있어도 된다. 이로써, 이온주입장치(100)는, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)에서 동일한 설치 바닥면적(이른바 풋프린트)을 가져도 된다.

기준이 되는 빔중심궤도는, 빔을 스캔하는 방식에 있어서는, 빔을 스캔하고 있지 않을 때의 빔단면의 기하학적인 중심의 궤적인 빔의 궤도이다. 또, 정지한 빔인 리본빔의 경우에는, 기준이 되는 빔중심궤도는, 하류부분의 주입이온빔(B2)에 있어서의 빔단면형상의 변화에 관계없이, 빔단면의 기하학적인 중심의 궤적에 해당한다.

빔제어장치는, 제어부(116)를 구비하여도 된다. 빔조정장치는, 빔조사영역 결정부(110)를 구비하여도 된다. 빔조정장치는, 에너지필터 또는 편향요소를 구비하여도 된다. 빔정형장치는, 후술하는 제1 XY수렴렌즈(206), 제2 XY수렴렌즈(208), 및, Y수렴렌즈(210)를 구비하여도 된다.

빔라인장치(104)의 상류부분에서는 초기 이온빔(B1)이 단일 빔궤도를 취하는것에 대해 하류부분에서는 주입이온빔(B2)이, 빔을 스캔하는 방식에 있어서는 기준이 되는 빔중심궤도를 중심으로 평행화된 스캔빔에 의한 복수의 빔궤도를 취한다고 간주할 수도 있다. 단, 리본빔의 경우에는, 단일 빔궤도의 빔단면형상이 변화되고 빔폭이 확장되어 조사 존이 되어 있기 때문에, 빔궤도로서는 역시 단일이다. 이러한 견해에 의하면, 빔조사영역(105)은, 이온빔궤도 존이라고 부를 수도 있다. 따라서, 이온주입장치(100)는, 제1 빔라인설정(S1)과 제2 빔라인설정(S2)에서 주입이온빔(B2)이 동일한 이온빔궤도 존을 가진다.

도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다. 이 이온주입방법은, 이온주입장치(100)에 있어서의 사용에 적합하다. 이 방법은, 제어부(116)에 의하여 실행된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 방법은, 빔라인설정 선택스텝(S10)과, 이온주입스텝(S20)을 구비한다.

제어부(116)는, 복수의 빔라인설정 중 소정의 이온주입조건에 적합한 어느 하나의 빔라인설정을 선택한다(S10). 복수의 빔라인설정은, 상술한 바와 같이, 피처리물에 대한 고도스 주입을 위한 고전류빔의 수송에 적합한 제1 빔라인설정(S1)과, 피처리물에 대한 저도스 주입을 위한 저전류빔의 수송에 적합한 제2 빔라인설정(S2)을 포함한다. 예를 들면, 제어부(116)는, 기판(W)에 주입되는 원하는 이온도스량이 임계값을 넘는 경우에 제1 빔라인설정(S1)을 선택하고, 원하는 이온도스량이 그 임계값을 하회하는 경우에 제2 빔라인설정(S2)을 선택한다. 다만, 후술하는 바와 같이, 복수의 빔라인설정(또는 주입설정구성)은, 제3 빔라인설정(또는 제3 주입설정구성) 및/또는 제4 빔라인설정(또는 제4 주입설정구성)을 포함하여도 된다.

제1 빔라인설정(S1)이 선택된 경우에는, 제어부(116)는, 제1 에너지설정을 이용하여 에너지조정계(112)를 설정한다. 이로써, 에너지조정계(112)와 그 전원계가 제1 전원접속설정에 따라 접속된다. 또, 제어부(116)는, 제1 빔전류설정을 이용하여 빔전류조정계(114)를 설정한다. 이로써, 제1 개구설정에 따라 이온빔통과영역(또는 그 조정 범위)이 설정된다. 동일하게 하여, 제2 빔라인설정(S2)이 선택된 경우에는, 제어부(116)는, 제2 에너지설정을 이용하여 에너지조정계(112)를 설정하고, 제2 빔전류설정을 이용하여 빔전류조정계(114)를 설정한다.

이 선택처리는, 선택된 빔라인설정에 따른 조정 범위에 있어서 빔라인장치(104)를 조정하는 처리를 포함하여도 된다. 이 조정처리에 있어서는, 원하는 주입조건의 이온빔이 생성되도록, 빔라인장치(104)의 각 조정요소가 대응하는 조정 범위 내로 조정된다. 예를 들면, 제어부(116)는, 원하는 주입에너지가 얻어지도록, 에너지조정계(112)의 각 조정요소에 대응하는 전원의 전압을 결정한다. 또, 제어부(116)는, 원하는 주입도스량이 얻어지도록, 빔전류조정요소(124)의 이온빔통과영역을 결정한다.

이렇게 하여, 제어부(116)는, 선택된 빔라인설정에 근거하여, 이온주입장치(100)를 운전한다(S20). 빔조사영역(105)을 가지는 주입이온빔(B2)이 생성되어, 기판(W)에 공급된다. 주입이온빔(B2)은, 기판(W)의 메커니컬스캔과 협동하여(또는 빔 단독으로) 기판(W)의 전체를 조사한다. 그 결과, 원하는 이온주입조건의 에너지와 도스량으로 기판(W)에 이온이 주입된다.

디바이스 생산에 사용되고 있는 시리얼형 고도스 고전류 이온주입장치에서는 현재, 하이브리드스캔방식, 이차원 메커니컬스캔방식, 리본빔+웨이퍼스캔방식이 채용되고 있다. 그러나, 이차원 메커니컬스캔방식은, 메커니컬스캔의 기계적인 구동기구의 부하를 위하여 스캔속도의 고속화에 제한이 있으며, 따라서 주입편차를 충분히 억제할 수 없다는 문제를 가진다. 또, 리본빔+웨이퍼스캔방식은, 가로방향으로 빔사이즈를 확장할 때 균일성의 저하가 발생하기 쉽다. 이로 인하여, 특히 저도스 조건(저빔전류 조건)에서, 균일성 및 빔각도의 동일성에 문제를 가진다. 단, 얻어지는 주입결과가 허용 범위에 있는 경우에는, 이차원 메커니컬스캔방식 또는 리본빔+웨이퍼스캔방식으로 본 발명의 이온주입장치를 구성하여도 된다.

한편, 하이브리드스캔방식은, 빔스캔속도를 고정밀도로 조정함으로써, 빔스캔방향으로 양호한 균일성을 달성할 수 있다. 또, 빔스캔을 충분히 고속으로 함으로써, 웨이퍼스캔방향의 주입편차를 충분히 억제할 수도 있다. 따라서, 하이브리드스캔방식이 광범위의 도스 조건에 걸쳐 최적이라고 생각된다.

도 5(a)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(200)의 개략구성을 나타내는 평면도, 도 5(b)는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(200)의 개략구성을 나타내는 측면도이다. 이온주입장치(200)는, 도 2에 나타내는 이온주입장치(100)에 관하여 하이브리드스캔방식을 적용한 경우의 일 실시예이다. 또, 이온주입장치(200)는, 도 2에 나타내는 이온주입장치(100)와 마찬가지로 시리얼형의 장치이다.

이온주입장치(200)는, 도시되는 바와 같이 복수의 빔라인 구성요소를 구비한다. 이온주입장치(200)의 빔라인 상류부분은, 상류측으로부터 순서대로, 이온소스(201), 질량분석 자석(202), 빔덤프(203), 리졸빙 애퍼처(204), 전류억제기구(205), 제1 XY수렴렌즈(206), 빔전류계측기(207), 및, 제2 XY수렴렌즈(208)를 구비한다. 이온소스(201)와 질량분석 자석(202)과의 사이에는, 이온소스(201)로부터 이온을 인출하기 위한 인출전극(218)(도 6 및 도 7 참조)이 설치되어 있다.

빔라인 상류부분과 하류부분과의 사이에, 스캐너(209)가 설치되어 있다. 빔라인 하류부분은, 상류측으로부터 순서대로, Y수렴렌즈(210), 빔평행화 기구(211), AD(Accel/Decel)칼럼(212), 및 에너지필터(213)를 구비한다. 빔라인 하류부분의 최하류부에 웨이퍼(214)가 배치되어 있다. 이온소스(201)로부터 빔평행화 기구(211)까지의 빔라인 구성요소는, 터미널(216)에 수용되어 있다.

전류억제기구(205)는, 상술의 빔전류조정계(114)의 일례이다. 전류억제기구(205)는, 저도스 모드와 고도스 모드를 전환하기 위하여 설치되어 있다. 전류억제기구(205)는, 일례로서 CVA(Continuously Variable Aperture)를 구비한다. CVA는, 구동기구에 의하여 개구사이즈를 조정할 수 있는 애퍼처이다. 따라서, 전류억제기구(205)는, 저도스 모드에 있어서는 비교적 작은 개구사이즈 조정 범위로 동작하고, 고도스 모드에 있어서는 비교적 큰 개구사이즈 조정 범위로 동작하도록 구성되어 있다. 일 실시형태에 있어서는, 전류억제기구(205)와 함께 또는 이 대신에, 상이한 개구폭을 가지는 복수의 리졸빙 애퍼처(204)가, 저도스 모드와 고도스 모드에서 상이한 설정으로 동작하도록 구성되어 있어도 된다.

전류억제기구(205)는, 하류까지 도달하는 이온빔량을 제한하여, 저빔전류의 조건에서의 빔조정을 돕는 역할을 가진다. 전류억제기구(205)는, 빔라인 상류부분(즉, 이온소스(201)로부터의 이온인출 후부터 스캐너(209)의 상류측까지의 사이)에 설치되어 있다. 이로 인하여, 빔전류의 조정 범위를 크게 할 수 있다. 다만, 전류억제기구(205)는, 빔라인 하류부분에 설치되어 있어도 된다.

빔전류계측기(207)는 예를 들면, 가동식의 플러그 패러데이이다.

제1 XY수렴렌즈(206), 제2 XY수렴렌즈(208), 및, Y수렴렌즈(210)는, 가로세로방향의 빔형상(XY면 내의 빔단면)을 조정하기 위한 빔정형장치를 구성한다. 이와 같이, 빔정형장치는, 질량분석 자석(202)과 빔평행화 기구(211)와의 사이에서 빔라인을 따라 배치되어 있는 복수의 렌즈를 구비한다. 빔정형장치는, 이들 렌즈의 수속/발산 효과에 의하여, 광범위의 에너지·빔전류의 조건으로 하류까지 적절히 이온빔을 수송할 수 있다. 즉, 저에너지/저빔전류, 저에너지/고빔전류, 고에너지/저빔전류, 및, 고에너지/고빔전류 중 어느 조건하에 있어서도 이온빔을 웨이퍼(214)까지 적절하게 수송할 수 있다.

제1 XY수렴렌즈(206)는 예를 들면 Q렌즈이고, 제2 XY수렴렌즈(208)는 예를 들면 XY방향 아인젤렌즈이며, Y수렴렌즈(210)는 예를 들면 Y방향 아인젤렌즈 또는 Q렌즈이다. 제1 XY수렴렌즈(206), 제2 XY수렴렌즈(208), 및 Y수렴렌즈(210)는, 각각 단일 렌즈여도 되고, 렌즈군이어도 된다. 이와 같이 하여, 빔정형장치는, 빔포텐셜이 크고 빔의 자기(自己) 발산이 문제가 되는 저에너지/고빔전류의 조건부터, 빔포텐셜이 작고 빔의 단면형상 제어가 문제가 되는 고에너지/저빔전류의 조건까지, 이온빔을 적절히 제어할 수 있도록 설계되어 있다.

에너지필터(213)는 예를 들면, 편향전극, 편향전자석, 또는 그 양방을 구비하는 AEF(Angular Energy Filter)이다.

이온소스(201)에서 생성된 이온은, 인출전장(도시하지 않음)에 의하여 가속된다. 가속된 이온은, 질량분석 자석(202)으로 편향된다. 이렇게 하여, 소정의 에너지와 질량 전하비를 가지는 이온만이 리졸빙 애퍼처(204)를 통과한다. 계속해서, 이온은, 전류 억제 기구(CVA)(205), 제1 XY수렴렌즈(206), 및 제2 XY수렴렌즈(208)를 경유하여, 스캐너(209)로 유도된다.

스캐너(209)는, 주기적인 전장 또는 자장(또는 그 양방)을 인가함으로써 이온빔을 가로방향(세로방향 또는 경사방향이어도 됨)으로 왕복 주사한다. 스캐너(209)에 의하여, 이온빔은 웨이퍼(214) 상에서 가로방향으로 균일한 주입이 가능하도록 조정된다. 스캐너(209)로 주사된 이온빔(215)은, 전장 또는 자장(또는 그 양방)의 인가를 이용하는 빔평행화 기구(211)로 진행방향을 정렬할 수 있다. 그 후, 이온빔(215)은, 전장을 인가함으로써 AD칼럼(212)에서 소정의 에너지까지 가속 또는 감속된다. AD칼럼(212)을 나온 이온빔(215)은 최종적인 주입에너지에 도달하고 있다(저에너지모드에서는, 주입에너지보다 높은 에너지로 조정하고, 에너지필터 내에서 감속시키면서 편향시키는 것도 행해진다.). AD칼럼(212)의 하류의 에너지필터(213)는, 편향전극 또는 편향전자석에 의한 전장 또는 자장(또는 그 양방)의 인가에 의하여 이온빔(215)을 웨이퍼(214)로 편향한다. 이로써, 목적으로 하는 에너지 이외의 에너지를 가지는 컨테미네이션 성분이 배제된다. 이렇게 하여 정화된 이온빔(215)이 웨이퍼(214)에 주입된다.

다만, 질량분석 자석(202)과 리졸빙 애퍼처(204)의 사이에는, 빔덤프(203)가 배치되어 있다. 빔덤프(203)는, 필요에 따라서 전장을 인가함으로써 이온빔을 편향한다. 이로써, 빔덤프(203)는, 하류에 대한 이온빔 도달을 고속으로 제어할 수 있다.

다음으로, 도 6 및 도 7에 나타내는 고전압전원계(230)의 구성 계통도를 참조하여, 도 5에 나타내는 이온주입장치(200)에 있어서의 저에너지모드 및 고에너지모드를 설명한다. 도 6에 저에너지모드의 전원전환상태를 나타내고, 도 7에 고에너지모드의 전원전환상태를 나타낸다. 도 6 및 도 7에는, 도 5에 나타내는 빔라인 구성요소 중, 이온빔의 에너지조정에 관련된 주요한 요소를 나타낸다. 도 6 및 도 7에 있어서는 이온빔(215)을 화살표로 나타낸다.

도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 빔평행화 기구(211)(도 5 참조)는, 이중 P렌즈(220)를 구비한다. 이 이중 P렌즈(220)는, 이온의 이동방향을 따라 이간 배치된 제1 전압갭(221) 및 제2 전압갭(222)을 가진다. 제1 전압갭(221)이 상류에, 제2 전압갭(222)이 하류에 있다.

제1 전압갭(221)은 한 쌍의 전극(223, 224) 사이에 형성되어 있다. 그들 전극(223, 224)의 하류에 배치된 다른 한 쌍의 전극(225, 226) 사이에 제2 전압갭(222)이 형성되어 있다. 제1 전압갭(221) 및 이것을 형성하는 전극(223, 224)은 상류측을 향하여 볼록형상을 가진다. 반대로, 제2 전압갭(222) 및 이것을 형성하는 전극(225, 226)은 하류측을 향하여 볼록형상을 가진다. 다만 이하에서는 설명의 편의상, 이러한 전극을 각각, 제1 P렌즈 상류전극(223), 제1 P렌즈 하류전극(224), 제2 P렌즈 상류전극(225), 제2 P렌즈 하류전극(226)이라고 부르는 경우가 있다.

이중 P렌즈(220)는, 제1 전압갭(221) 및 제2 전압갭(222)에 인가되는 전장의 조합에 따라, 입사되는 이온빔을 평행화하여 출사함과 함께, 이온빔의 에너지를 조정한다. 즉, 이중 P렌즈(220)는, 제1 전압갭(221) 및 제2 전압갭(222)의 전장에 의하여 이온빔을 가속 또는 감속시킨다.

또, 이온주입장치(200)는, 빔라인 구성요소를 위한 전원을 구비하는 고전압전원계(230)를 구비한다. 고전압전원계(230)는, 제1 전원부(231), 제2 전원부(232), 제3 전원부(233), 제4 전원부(234), 및 제5 전원부(235)를 구비한다. 도시되는 바와 같이, 고전압전원계(230)는, 제1 내지 제5 전원부(231~235)를 이온주입장치(200)에 접속하기 위한 접속회로를 구비한다.

제1 전원부(231)는, 제1 전원(241)과 제1 스위치(251)를 구비한다. 제1 전원(241)은, 이온소스(201)와 제1 스위치(251)와의 사이에 설치되어 있고, 이온소스(201)에 정의 전압을 부여하는 직류전원이다. 제1 스위치(251)는, 저에너지모드에 있어서는 제1 전원(241)을 그라운드(217)에 접속하고(도 6 참조), 고에너지모드에 있어서는 제1 전원(241)을 터미널(216)에 접속한다(도 7 참조). 따라서, 제1 전원(241)은, 저에너지모드에 있어서는 접지전위를 기준으로 하여 이온소스(201)에 전압(V_HV)을 부여한다. 이것은 그대로 이온의 토탈 에너지를 부여하게 된다. 한편, 고에너지모드에 있어서는, 제1 전원(241)은, 터미널 전위를 기준으로 하여 이온소스(201)에 전압(V_HV)을 부여한다.

제2 전원부(232)는, 제2 전원(242)과 제2 스위치(252)를 구비한다. 제2 전원(242)은, 터미널(216)과 그라운드(217)와의 사이에 설치되어 있고, 제2 스위치(252)의 전환에 의하여 정부의 전압 중 어느 하나를 터미널(216)에 부여하는 직류전원이다. 제2 스위치(252)는, 저에너지모드에 있어서는 제2 전원(242)의 부극을 터미널(216)에 접속하고(도 6 참조), 고에너지모드에 있어서는 제2 전원(242)의 정극을 터미널(216)에 접속한다(도 7 참조). 따라서, 제2 전원(242)은, 저에너지모드에 있어서는 접지전위를 기준으로 하여 터미널(216)에 전압(V_T(V_T＜0))을 부여한다. 한편, 고에너지모드에 있어서는, 제2 전원(242)은, 접지전위를 기준으로 하여 터미널(216)에 전압(V_T(V_T＜0))을 부여한다. 제2 전원(242)의 전압(V_T)은 제1 전원(241)의 전압(V_HV)보다 크다.

따라서, 인출전극(218)의 인출전압(V_EXT)은, 저에너지모드에 있어서는 V_EXT=V_HV-V_T이고, 고에너지모드에 있어서는 V_EXT=V_HV이다. 이온의 전하를 q로 하면, 최종 에너지는, 저에너지모드에 있어서는 qV_HV가 되고, 고에너지모드에 있어서는 q(V_HV+V_T)가 된다.

제3 전원부(233)는, 제3 전원(243)과 제3 스위치(253)를 구비한다. 제3 전원(243)은, 터미널(216)과 이중 P렌즈(220)와의 사이에 설치되어 있다. 제3 전원(243)은, 제1 P렌즈 전원(243-1) 및 제2 P렌즈 전원(243-2)을 구비한다. 제1 P렌즈 전원(243-1)은, 터미널 전위를 기준으로 하여 제1 P렌즈 하류전극(224) 및 제2 P렌즈 상류전극(225)에 전압(V_AP)을 부여하는 직류전원이다. 제2 P렌즈 전원(243-2)은, 제3 스위치(253)를 통하는 접속처에 터미널 전위를 기준으로 하여 전압(V_DP)을 부여하는 직류전원이다. 제3 스위치(253)는, 전환에 의하여 제1 P렌즈 전원(243-1) 및 제2 P렌즈 전원(243-2) 중 어느 하나를 제2 P렌즈 하류전극(226)에 접속하도록, 터미널(216)과 이중 P렌즈(220)와의 사이에 설치되어 있다. 다만 제1 P렌즈 상류전극(223)은 터미널(216)에 접속되어 있다.

제3 스위치(253)는, 저에너지모드에 있어서는 제2 P렌즈 전원(243-2)을 제2 P렌즈 하류전극(226)에 접속하고(도 6 참조), 고에너지모드에 있어서는 제1 P렌즈 전원(243-1)을 제2 P렌즈 하류전극(226)에 접속한다(도 7 참조). 따라서, 제3 전원(243)은, 저에너지모드에 있어서는 터미널 전위를 기준으로 하여 제2 P렌즈 하류전극(226)에 전압(V_DP)을 부여한다. 한편, 고에너지모드에 있어서는, 제3 전원(243)은, 터미널 전위를 기준으로 하여 제2 P렌즈 하류전극(226)에 전압(V_AP)을 부여한다.

제4 전원부(234)는, 제4 전원(244)과 제4 스위치(254)를 구비한다. 제4 전원(244)은, 제4스위치(254)와 그라운드(217)와의 사이에 설치되어 있고, AD칼럼(212)의 출구(즉 하류측 말단)에 부의 전압을 부여하기 위한 직류전원이다. 제4스위치(254)는, 저에너지모드에 있어서는 제4 전원(244)을 AD칼럼(212)의 출구에 접속하고(도 6 참조), 고에너지모드에 있어서는 AD칼럼(212)의 출구를 그라운드(217)에 접속한다(도 7 참조). 따라서, 제4 전원(244)은, 저에너지모드에 있어서는 접지전위를 기준으로 하여 AD칼럼(212)의 출구에 전압(V_ad)을 부여한다. 한편, 고에너지모드에 있어서는, 제4 전원(244)은 사용되지 않는다.

제5 전원부(235)는, 제5 전원(245)과 제5 스위치(255)를 구비한다. 제5 전원(245)은, 제5 스위치(255)와 그라운드(217)와의 사이에 설치되어 있다. 제5 전원(245)은, 에너지필터(AEF)(213)를 위하여 설치되어 있다. 제5 스위치(255)는, 에너지필터(213)의 운전모드의 전환을 위하여 설치되어 있다. 에너지필터(213)는, 저에너지모드에 있어서는 이른바 오프셋 모드로 운전되고, 고에너지모드에 있어서는 통상 모드로 운전된다. 오프셋 모드란 정전극과 부전극의 평균치를 부전위로 하는 AEF의 운전모드이다. 오프셋 모드의 빔수속효과에 의하여 AEF에서의 빔 발산에 의한 빔 손실을 막을 수 있다. 한편, 통상 모드란 정전극과 부전극의 평균치를 접지전위로 하는 AEF의 운전모드이다.

웨이퍼(214)에는 접지전위가 부여되어 있다.

도 8(a)는, 저에너지모드에 있어서 이온주입장치(200)의 각 부에 인가되는 전압의 일례를 나타내고, 도 8(b)는, 저에너지모드에 있어서 이온주입장치(200)의 각 부에 인가되는 에너지의 일례를 나타낸다. 도 9(a)는, 고에너지모드에 있어서 이온주입장치(200)의 각 부에 인가되는 전압의 일례를 나타내고, 도 9(b)는, 고에너지모드에 있어서 이온주입장치(200)의 각 부에 인가되는 에너지의 일례를 나타낸다. 도 8(a) 및 도 9(a)의 세로축은 전압을 나타내고, 도 8(b) 및 도 9(b)의 세로축은 에너지를 나타낸다. 각 도면의 가로축은 이온주입장치(200)에 있어서의 장소를 부호 a 내지 g로 나타낸다. 부호 a는 이온소스(201), 부호 b는 터미널(216), 부호 c는 가속 P렌즈(제1 P렌즈 하류전극(224)), 부호 d는 감속 P렌즈(제2 P렌즈 하류전극(226)), 부호 e는 AD칼럼(212)의 출구, 부호 f는 에너지필터(213), 부호 g는 웨이퍼(214)를 나타낸다.

이중 P렌즈(220)는, 주입조건에 의하여 필요에 따라서, 가속 P렌즈(c)단일체로, 또는, 감속 P렌즈(d)단일체로 사용되는 구성, 혹은, 가속 P렌즈(c) 및 감속 P렌즈(d)를 양방 사용하는 구성을 가진다. 가속 P렌즈(c) 및 감속 P렌즈(d)를 양방 사용하는 구성에 있어서, 이중 P렌즈(220)는, 가속작용과 감속작용의 양방을 사용하여 가속과 감속의 작용 배분을 변경 가능하게 하는 구성으로 하는 것이 가능하다. 이 경우, 이중 P렌즈(220)는, 이중 P렌즈(220)에 대한 입사빔에너지와 이중 P렌즈(220)로부터의 출사빔에너지와의 차에 의하여 빔이 가속되거나 또는 감속되도록 구성되는 것이 가능하다. 혹은, 이중 P렌즈(220)는, 입사빔에너지와 출사빔에너지의 차가 제로로서 빔을 가속도 감속도 하지 않도록 구성되는 것이 가능하다.

일례로서, 이중 P렌즈(220)는, 도시되는 바와 같이, 저에너지모드에 있어서, 이온빔을, 감속 P렌즈(d)로 감속시킴과 함께, 필요에 따라서 제로로부터 약간의 범위에서 가속 P렌즈(c)로 가속시켜, 전체적으로는 이온빔을 감속시키도록 구성되어 있다. 한편, 고에너지모드에 있어서 이중 P렌즈(220)는 가속 P렌즈(c)로 이온빔을 가속시키도록 구성되어 있다. 다만, 고에너지모드에 있어서 이중 P렌즈(220)는, 전체적으로 이온빔을 가속시키는 한, 필요에 따라서 제로로부터 약간의 범위에서 이온빔을 감속 P렌즈(d)로 감속시키도록 구성되어 있어도 된다.

이와 같이 고전압전원계(230)가 구성되어 있음으로써, 빔라인 상의 몇 개의 영역에 인가되는 전압을 전원의 전환에 의하여 변경할 수 있다. 또, 어느 영역에 있어서의 전압 인가 경로를 변경할 수도 있다. 이들을 이용하여, 동일한 빔라인에 있어서 저에너지모드와 고에너지모드를 전환할 수 있다.

저에너지모드에 있어서는, 이온소스(201)의 전위(V_HV)는 접지전위를 기준으로 하여 직접 인가된다. 이로써, 소스부에 대한 고정밀도의 전압 인가가 가능해져, 에너지의 설정 정밀도를 높여 저에너지로 이온을 주입할 수 있게 된다. 또, 터미널 전압(V_T), P렌즈 전압(V_DP), 및 AD칼럼 출구전압(V_ad)을 부로 설정함으로써, 칼럼 출구까지 비교적 고에너지로 이온을 수송하는 것이 가능해진다. 이로 인하여, 이온빔의 수송 효율을 향상시켜, 고전류를 취득할 수 있다.

또, 저에너지모드에 있어서는, 감속 P렌즈를 채용함으로써, 고에너지 상태에서의 이온빔수송을 촉진하고 있다. 이것은, 저에너지모드를 고에너지모드와 동일한 빔라인에 공존시키는 것에 유용하다. 또한, 저에너지모드에 있어서는, 빔의 자기 발산을 최소화하도록, 빔라인의 수렴·발산요소를 조정하고, 빔을 의도적으로 확장하여 수송하고 있다. 이것도, 저에너지모드를 고에너지모드와 동일한 빔라인에 공존시키는 것에 도움이 되고 있다.

고에너지모드에 있어서는, 이온소스(201)의 전위는 가속인출전압(V_HV)과 터미널전압(V_T)과의 합이다. 이로써, 소스부에 대한 고전압의 인가가 가능해져, 고에너지로 이온을 가속할 수 있다.

도 10은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다. 이 방법은 예를 들면, 이온주입장치를 위한 빔제어장치에 의하여 실행되어도 된다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 먼저, 주입레시피가 선택된다(S100). 제어장치는, 그 레시피 조건을 읽어내어(S102), 레시피 조건에 따른 빔라인설정을 선택한다(S104). 선택된 빔라인설정에 근거하여 이온빔의 조정작업이 행해진다. 조정 작업은, 빔출사 및 조정(S106)과, 취득 빔 확인(S108)을 포함한다. 이렇게 하여 이온주입을 위한 준비작업이 종료된다. 다음으로, 웨이퍼가 반입되고(S110), 이온주입이 실행되며(S112), 웨이퍼가 반출된다(S114). 스텝 S110 내지 S114는 원하는 매수가 처리될 때까지 반복되어도 된다.

도 11은, 이온주입장치(200)에 의하여 실현되는 에너지 및 도스량의 범위(D)를 모식적으로 나타낸다. 도 11에 있어서도 도 1과 마찬가지로, 현실적으로 허용 가능한 생산성에 있어서 처리 가능한 에너지와 도스량의 범위를 나타낸다. 비교를 위하여, 도 1에 나타내는 HC, MC, HE의 에너지 및 도스량의 범위(A, B, C)를 함께 도 11에 나타낸다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 이온주입장치(200)는, 기존의 장치(HC 및 MC)의 운전 범위를 모두 포함하는 것을 알 수 있다. 따라서, 이온주입장치(200)는, 기존의 틀을 넘는 신규 장치이다. 이 신규 이온주입장치는, 동일한 빔라인과 주입방식을 유지하면서 기존의 2종류의 카테고리 HC, MC의 역할을 1대로 할 수 있다. 따라서 이 장치를 HCMC라고 부를 수 있다.

따라서, 본 실시형태에 의하면, 시리얼형 고도스 고전류 이온주입장치와 시리얼형 중도스 중전류 이온주입장치를 단일 장치로 구성한 장치 HCMC를 제공할 수 있다. HCMC에서는 전압 인가 방법을 저에너지 조건과 고에너지 조건으로 변화시켜, 더욱 CVA에서 빔전류를 고전류로부터 저전류까지 변화시킴으로써, 광범위의 에너지 조건과 도스 조건으로 주입을 실시하는 것이 가능해진다.

다만, HCMC식의 이온주입장치는, 기존의 HC, MC의 주입조건 범위를 모두 포함하고 있지 않아도 된다. 장치의 제조코스트와 주입성능과의 트레이드 오프를 고려하여, 도 11에 나타내는 범위(D)보다 좁은 범위(E)(도 12 참조)를 가지는 장치를 제공하는 것도 생각할 수 있다. 이러한 경우에 있어서도, 디바이스 메이커에 필요로 하는 이온주입조건을 충분히 커버하는 한, 실용성이 뛰어난 이온주입장치를 제공할 수 있다.

디바이스 제조공정에 있어서 HCMC에 의하여 실현되는 장치 운용의 효율성의 향상에 대하여 설명한다. 일례로서 도 13에 나타내는 바와 같이, 어느 디바이스 메이커가 어느 제조 프로세스(X)를 처리하기 위하여 HC를 6대, MC를 4대 사용하고 있었다고 가정한다(즉 이 디바이스 메이커는 기존의 장치 HC, MC만을 소유하고 있다). 그 후, 이 디바이스 메이커가, 제조 디바이스의 변화에 따라 프로세스(X)를 프로세스(Y)로 변경하고, 그 결과로서 HC를 8대, MC를 2대 필요로 하게 되었다. 그렇다면, 이 메이커는 HC를 2대 증설하게 되고, 그로 인하여 증가 투자와 리드타임이 필요하게 된다. 동시에, MC를 2대 비가동으로 하게 되어, 이 메이커는 이들을 불필요하게 소유한다. 상술과 같이, 일반적으로 HC와 MC는 주입방식이 상이하기 때문에, 비가동의 MC를 새롭게 필요한 HC에 전용하는 것은 곤란하다.

이에 대하여, 도 14에 나타내는 바와 같이, 디바이스 메이커가 프로세스(X)를 처리하기 위하여 HC를 6대, MC를 2대, HCMC를 2대 사용하는 경우를 생각한다. 이 경우, 제조 디바이스의 변화에 따라 프로세스(X)를 프로세스(Y)로 변경하여도, HCMC는 HC와 MC의 프로세스 공용기이기 때문에, HC로서 HCMC를 가동할 수 있다. 이로 인하여, 장치의 증설이나 비가동은 불필요하다.

이와 같이, 디바이스 메이커가 소정 대수의 HCMC장치를 소유하는 것에는 큰 메리트가 있다. HCMC장치에 의하여 HC와 MC의 프로세스 변경을 흡수할 수 있기 때문이다. 또, 일부의 장치가 고장이나 메인트넌스로 사용할 수 없는 경우에 HCMC장치를 HC 또는 MC로서 사용할 수도 있다. 따라서, HCMC장치를 소유함으로써, 장치 가동률을 전체적으로 큰 폭으로 개선할 수 있다.

다만, 궁극적으로는 모든 장치를 HCMC로 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 대부분의 경우에는, HCMC와 HC(또는 MC)와의 가격차나, 이미 소유하고 있는 HC나 MC를 활용하는 것을 고려하여, 일부의 장치만을 HCMC로 하는 것이 현실적일 것이다.

또, 어느 이온주입처리를 위하여, 기존의 소정 형식의 이온주입장치를, 웨이퍼에 대한 이온주입방식이 상이한 다른 장치로 대용하는 경우에는, 주입특성의 설정이 곤란하게 되는 경우가 있다. 그 이온주입처리를 위하여, 그들 2종류의 이온주입장치에서 에너지 및 도스를 일치시켰다고 하여도, 빔발산각이나 빔밀도가 상이할 수 있기 때문이다. 그런데, HCMC장치는, 동일 빔라인 상(동일한 이온빔궤도)에서 고도스 고전류 이온주입조건과 중도스 중전류 이온주입조건을 처리할 수 있다. 이와 같이 하여 HCMC장치는 고도스 고전류 이온주입조건과 중도스 중전류 이온주입조건을 구분하여 사용한다. 따라서, 장치의 대용에 따르는 주입특성의 변화가 충분히 억제되어 설정이 용이하게 되는 경우를 기대할 수 있다.

HCMC장치는, HC와 MC의 공용 장치일 뿐만 아니라, 기존의 HC장치 또는 MC장치의 운전 범위의 외측에 소정 주입조건을 처리할 수도 있다. 도 11에 나타나는 바와 같이, HCMC장치는, 고에너지/고도스 주입(범위(D)의 오른쪽 상측 영역(F)) 및 저에너지/저도스 주입(범위(D)의 왼쪽 하측 영역(G))도 새롭게 처리 가능한 장치가 된다. 따라서, 상술의 제1 빔라인설정(S1) 및 제2 빔라인설정(S2)에 더해 또는 이들 대신에, 일 실시형태에 있어서는, 이온주입장치는, 고에너지/고도스 주입을 위한 제3 빔라인설정, 및/또는, 저에너지/저도스 주입을 위한 제4 빔라인설정을 구비하여도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 시리얼형 고도스 고전류 이온주입장치와 중도스 중전류 이온주입장치의 빔라인을 정합하여 공통화되어 있다. 또한, 빔라인 구성을 전환하는 구조가 구축되어 있다. 이렇게 하여, 동일 빔라인상(동일한 이온빔궤도와 동일한 주입방식)에서 광범위한 에너지/빔전류 영역에 걸쳐 주입처리가 가능해진다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명하였다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

상술의 구성 대신에 또는 그와 함께, 빔전류 조정계에 의한 빔전류의 양적 조정은 다양한 구성이 가능하다. 예를 들면, 빔전류 조정계가 빔라인 상에 배치되어 있는 가변폭 애퍼처를 구비하는 경우에는, 그 가변폭 애퍼처의 장소는 임의이다. 따라서, 가변폭 애퍼처는, 이온원과 질량분석 자석 사이, 질량분석 자석과 질량분석 슬릿 사이, 질량분석 슬릿과 빔정형장치 사이, 빔정형장치와 빔제어장치 사이, 빔제어장치와 빔조정장치 사이, 빔조정장치의 각 요소 사이, 및/또는, 빔조정장치와 피처리물 사이에 있어도 된다. 가변폭 애퍼처는 질량분석 슬릿이어도 된다.

빔전류의 조정은, 고정폭 애퍼처의 전후에 발산·수렴렌즈계를 배치함으로써, 애퍼처를 통과하는 이온빔의 양을 조정함으로써 구성할 수도 있다. 고정폭 애퍼처는 질량분석 슬릿이어도 된다.

빔전류의 조정은, 에너지 슬릿 개구폭 가변슬릿장치(및/또는 빔라인 종단 개구폭 가변슬릿장치)을 이용하여 행해져도 된다. 빔전류의 조정은, 애널라이저 마그넷(질량분석 자석) 및/또는 스티어링 마그넷(궤도수정 자석)을 이용하여 행해져도 된다. 도스량의 조정은, 기계식 주사의 속도의 가변 범위 확대(예를 들면, 초저속으로부터 초고속까지), 및/또는, 기계식 주사의 횟수의 변화를 수반하여도 된다.

빔전류의 조정은, 이온원의 조정(예를 들면, 가스량, 아크전류)에 의하여 행해져도 된다. 빔전류의 조정은, 이온원의 교환에 의하여 행해져도 된다. 이 경우, MC용 이온원과 HC용 이온원이 선택적으로 사용되어도 된다. 빔전류의 조정은, 이온원의 인출전극의 갭 조정에 의하여 행해져도 된다. 빔전류의 조정은, 이온원의 직하에 CVA를 설치함으로써 행해져도 된다.

빔전류의 조정은, 리본빔의 상하폭의 변경에 의하여 행해져도 된다. 도스량의 조정은, 이차원 메커니컬스캔 시의 스캔속도의 변경에 따라 행해져도 된다.

빔라인장치는, 제1 빔라인설정 또는 제2 빔라인설정 중 어느 하나에만 근거하여 운전되도록 구성되어 있는 복수의 빔라인 구성요소를 구비하고, 이에 따라, 이온주입장치는, 고전류 이온주입장치 또는 중전류 이온주입장치로서 구성되어 있어도 된다. 즉, HCMC장치를 플랫폼으로 하여, 예를 들면 일부의 빔라인 구성요소를 교환하거나 전원구성을 변경하거나 함으로써, 시리얼형 고도스·중도스 범용 이온주입장치로부터, 시리얼형 고도스 이온주입 전용장치 또는 시리얼형 중도스 이온주입 전용장치를 제조하는 것도 가능해진다. 각각의 전용장치는 범용장치보다 저가로 제조할 수 있다고 예측되기 때문에, 디바이스 메이커의 제조코스트 삭감에 공헌할 수 있다.

MC에서는 2가 이온이나 3가 이온의 다가 이온을 이용함으로써, 더욱 고에너지에 대한 주입도 있을 수 있다. 그러나, 통상의 이온소스(열전자 방출형 이온소스)에 있어서의 다가 이온의 생성 효율은, 1가의 이온의 생성 효율보다 꽤 낮다. 이로 인하여, 그러한 고에너지 범위에 있어서의 실용적인 도스주입은 현실적으로는 어렵다. 이온소스로서 RF이온소스와 같은 다가 이온 증강 소스를 채용하면, 4가, 5가의 이온을 취득하는 것도 가능하다. 따라서, 더욱 고에너지의 조건으로 많은 이온빔을 취득할 수도 있다.

따라서, 이온소스로서 RF이온원과 같은 다가 이온 증강 소스를 채용함으로써, HCMC장치를 시리얼형 고에너지 이온주입장치(HE)로서 운용하는 것도 가능하다. 이로써, 시리얼형 고에너지/저도스 이온주입장치 밖에 지금까지 처리할 수 없었던 주입조건의 일부를 HCMC장치로 처리하는 것이 가능해진다(도 8에 나타나는 MC의 범위를, 범위(C)의 적어도 일부를 포함하도록 확장할 수 있다).

이하, 본 발명의 몇 개의 양태를 든다.

일 실시형태에 관한 이온주입장치는,

이온을 생성하여 이온빔으로서 인출하는 이온원과,

피처리물에 상기 이온을 주입하기 위한 주입처리실과,

상기 이온원으로부터 상기 주입처리실로 상기 이온빔을 수송하기 위한 빔라인을 제공하는 빔라인장치를 구비하고,

상기 빔라인장치는, 상기 주입처리실에 있어서 상기 피처리물의 폭을 넘는 빔조사영역을 가지는 상기 이온빔을 공급하고,

상기 주입처리실은, 상기 빔조사영역에 대해서 상기 피처리물을 기계식으로 주사하는 기계식 주사장치를 구비하며,

상기 빔라인장치는, 주입조건에 따라 복수의 주입설정구성 중 어느 하나에 근거하여 동작하고, 상기 복수의 주입설정구성은, 상기 피처리물에 대한 고도스 주입을 위한 저에너지/고전류빔의 수송에 적합한 제1 주입설정구성과, 상기 피처리물에 대한 저도스 주입을 위한 고에너지/저전류빔의 수송에 적합한 제2 주입설정구성을 포함하며,

상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에 있어서, 상기 빔라인에 있어서의 기준이 되는 빔중심궤도가 상기 이온원부터 상기 주입처리실까지 동일해지도록 구성되어 있다.

일 실시형태에 관한 이온주입장치는,

이온을 생성하여 이온빔으로서 인출하는 이온원과,

피처리물에 상기 이온을 주입하기 위한 주입처리실과,

상기 이온원으로부터 상기 주입처리실로 상기 이온빔을 수송하기 위한 빔라인을 제공하는 빔라인장치를 구비하는 이온주입장치로서,

상기 이온주입장치는, 상기 피처리물의 메커니컬스캔과 협동하여 상기 이온빔을 상기 피처리물에 조사하도록 구성되어 있으며,

상기 빔라인장치는, 주입조건에 따라 복수의 주입설정구성 중 어느 하나에 근거하여 동작하고, 상기 복수의 주입설정구성은, 상기 피처리물에 대한 고도스 주입을 위한 저에너지/고전류빔의 수송에 적합한 제1 주입설정구성과, 상기 피처리물에 대한 저도스 주입을 위한 고에너지/저전류빔의 수송에 적합한 제2 주입설정구성을 포함하며,

상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에 있어서, 상기 빔라인에 있어서의 기준이 되는 빔중심궤도가 상기 이온원부터 상기 주입처리실까지 동일해지도록 구성되어 있다.

상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에서 동일한 주입방식을 채용하여도 된다. 상기 빔조사영역은, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에서 동일하여도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 이온빔을 조정하는 빔조정장치와, 상기 이온빔을 정형하는 빔정형장치를 구비하여도 된다. 상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에서 상기 빔조정장치 및 상기 빔정형장치가 동일한 레이아웃으로 배치되어 있어도 된다. 상기 이온주입장치는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에서 동일한 설치 바닥면적을 가져도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 이온빔의 빔전류의 총량을 조정하기 위한 빔전류 조정계를 구비하여도 된다. 상기 제1 주입설정구성은, 상기 빔전류 조정계를 위한 제1 빔전류설정을 포함하고, 상기 제2 주입설정구성은, 상기 빔전류 조정계를 위한 제2 빔전류설정을 포함하며, 상기 제2 빔전류설정은, 상기 제1 빔전류설정에 비하여 상기 이온빔의 빔전류를 작게 하도록 정해져 있어도 된다.

상기 빔전류 조정계는, 당해 조정요소를 통과할 때에 상기 이온빔의 적어도 일부를 차단하도록 구성되어 있어도 된다. 상기 빔전류 조정계는, 상기 빔라인 상에 배치되어 있는 가변폭 애퍼처를 구비하여도 된다. 상기 빔전류 조정계는, 빔라인 종단 개구폭 가변슬릿장치를 구비하여도 된다. 상기 이온원은, 상기 이온빔의 빔전류의 총량을 조정하도록 구성되어 있어도 된다. 상기 이온원은, 상기 이온빔을 인출하기 위한 인출전극을 구비하고, 상기 인출전극의 개구를 조정함으로써 상기 이온빔의 빔전류의 총량이 조정되어도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 이온의 상기 피처리물에 대한 주입에너지를 조정하기 위한 에너지조정계를 구비하여도 된다. 상기 제1 주입설정구성은, 상기 에너지조정계를 위한 제1 에너지설정을 포함하고, 상기 제2 주입설정구성은, 상기 에너지조정계를 위한 제2 에너지설정을 포함하며, 상기 제1 에너지설정은, 상기 제2 에너지설정에 비해 저에너지빔의 수송에 적합한 것이어도 된다.

상기 에너지조정계는, 상기 이온빔의 평행화를 위한 빔평행화장치를 구비하여도 된다. 상기 빔평행화장치는, 상기 제1 주입설정구성에 근거하여 상기 이온빔을 감속시키거나, 또는 감속 및 가속시키며, 상기 제2 주입설정구성에 근거하여 상기 이온빔을 가속시키고, 또는 가속 및 감속시키도록 구성되어 있어도 된다. 상기 빔평행화장치는, 상기 이온빔을 가속시키는 가속 렌즈와, 상기 이온빔을 감속시키는 감속 렌즈를 구비하고, 가감속의 배분을 변경 가능하도록 구성되어 있으며, 상기 빔평행화장치는, 상기 제1 주입설정구성에 근거하여 상기 이온빔을 주로 감속시켜, 상기 제2 주입설정구성에 근거하여 상기 이온빔을 주로 가속시키도록 구성되어 있어도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 이온빔의 빔전류의 총량을 조정하기 위한 빔전류 조정계와, 상기 이온의 상기 피처리물에 대한 주입에너지를 조정하기 위한 에너지조정계를 구비하고, 상기 빔전류의 총량과 상기 주입에너지를 개별로 또는 동시에 조정하여도 된다. 상기 빔전류 조정계와 상기 복수의 에너지조정계는 별개의 빔라인 구성요소이어도 된다.

상기 이온주입장치는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성을 포함하는 복수의 주입설정구성 중 소정의 이온주입조건에 적합한 어느 주입설정구성을 수동으로 또는 자동으로 선택하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하여도 된다.

상기 제어부는, 상기 피처리물에 주입되는 원하는 이온도스량이 개략 1×10¹⁴~1×10¹⁷atoms/cm²의 범위에 있을 때 상기 제1 주입설정구성을 선택하고, 상기 피처리물에 주입되는 원하는 이온도스량이 개략 1×10¹¹~1×10¹⁴atoms/cm²의 범위에 있을 때 상기 제2 주입설정구성을 선택하여도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성에 근거하여 제1 에너지조정 범위를 가지고, 상기 제2 주입설정구성에 근거하여 제2 에너지조정 범위를 가지며, 상기 제1 에너지조정 범위와 상기 제2 에너지조정 범위는 부분적으로 중복된 범위를 가져도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성에 근거하여 제1 도스조정 범위를 가지고, 상기 제2 주입설정구성에 근거하여 제2 도스조정 범위를 가지며, 상기 제1 도스조정 범위와 상기 제2 도스조정 범위는 부분적으로 중복된 범위를 가져도 된다.

상기 빔라인장치는, 빔수송방향에 수직인 길이방향으로 뻗는 가늘고 긴 조사영역을 형성하도록 상기 이온빔을 주사하는 빔스캔 장치를 구비하여도 된다. 상기 주입처리실은, 상기 빔수송방향 및 상기 길이방향에 수직인 방향으로 상기 피처리물의 메커니컬스캔을 제공하도록 구성되어 있는 물체지지부를 구비하여도 된다.

상기 빔라인장치는, 빔수송방향에 수직인 길이방향으로 뻗는 가늘고 긴 조사영역을 가지는 리본빔을 생성하는 리본빔발생기를 구비하여도 된다. 상기 주입처리실은, 상기 빔수송방향 및 상기 길이방향에 수직인 방향으로 상기 피처리물의 메커니컬스캔을 제공하도록 구성되어 있는 물체지지부를 구비하여도 된다.

상기 주입처리실은, 빔수송방향에 수직인 면 내에서 서로 직교하는 2개의 방향으로 상기 피처리물의 메커니컬스캔을 제공하도록 구성되어 있는 물체지지부를 구비하여도 된다.

상기 빔라인장치는, 상기 제1 주입설정구성 또는 상기 제2 주입설정구성 중 어느 하나에만 근거하여 운전되도록 구성되어 있는 복수의 빔라인 구성요소로부터 선택 가능하도록 구성되고, 이로써, 상기 이온주입장치는, 고전류 이온주입 전용장치 또는 중전류 이온주입 전용장치로서 구성되어 있어도 된다.

일 실시형태에 관한 이온주입방법은,

피처리물에 대한 고도스 주입을 위한 저에너지/고전류빔의 수송에 적합한 제1 주입설정구성과, 상기 피처리물에 대한 저도스 주입을 위한 고에너지/저전류빔의 수송에 적합한 제2 주입설정구성을 포함하는 복수의 주입설정구성 중 소정의 이온주입조건에 적합한 어느 주입설정구성을 빔라인장치에 관하여 선택하는 것과,

선택된 주입설정구성에 근거하여 상기 빔라인장치를 사용하여, 이온원부터 주입처리실까지 빔라인에 있어서의 기준이 되는 빔중심궤도를 따라 이온빔을 수송하는 것과,

상기 피처리물의 메커니컬스캔과 협동하여 상기 피처리물에 상기 이온빔을 조사하는 것을 구비하고,

상기 기준이 되는 빔중심궤도는, 상기 제1 주입설정구성과 상기 제2 주입설정구성에서 동일하다.

상기 수송하는 것은, 상기 이온빔의 빔전류의 총량을 조정함으로써 상기 피처리물에 대한 주입도스량을 조정하는 것을 구비하여도 된다. 상기 주입도스량은, 상기 제1 주입설정구성에 근거해서는 제1 도스조정 범위에서 조정되고, 상기 제2 주입설정구성에 근거해서는 상기 제1 도스조정 범위보다 작은 도스 범위를 포함하는 제2 도스조정 범위에서 조정되어도 된다.

상기 수송하는 것은, 상기 피처리물에 대한 주입에너지를 조정하는 것을 구비하여도 된다. 상기 주입에너지는, 상기 제1 주입설정구성에 근거해서는 제1 에너지조정 범위에서 조정되고, 상기 제2 주입설정구성에 근거해서는 상기 제1 에너지조정 범위보다 높은 에너지 범위를 포함하는 제2 에너지조정 범위에서 조정되어도 된다.

1. 일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 감속을 주체로 하는 전원의 접속과 가속을 주체로 하는 전원의 접속을 전환함으로써, 동일한 빔궤도와 동일한 주입방식을 가지면서, 넓은 에너지 레인지를 가진다.

2. 일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 고전류가 얻어지는 빔라인에 빔라인 상류부에서 빔의 일부를 컷팅하는 기기를 구비함으로써, 동일한 빔궤도와 동일한 주입방식을 가지면서, 넓은 빔전류 레인지를 가진다.

3. 일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 상기 실시형태 1 및 상기 실시형태 2의 특성을 모두 구비함으로써, 동일한 빔궤도와 동일한 주입방식을 가지면서, 넓은 에너지 레인지와 넓은 빔전류 레인지를 겸비하고 있어도 된다.

일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 상기 실시형태 1에서 3에 있어서, 동일한 주입방식으로서 빔스캔과 기계적 웨이퍼스캔을 조합하는 장치여도 된다. 일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 상기 실시형태 1에서 3에 있어서, 동일한 주입방식으로서 리본형상의 빔과 기계적 웨이퍼스캔을 조합하는 장치여도 된다. 일 실시형태에 관한 이온주입장치는, 상기 실시형태 1에서 3에 있어서, 동일한 주입방식으로서 이차원의 기계적 웨이퍼스캔을 조합하는 장치여도 된다.

4. 일 실시형태에 관한 이온주입장치 또는 이온주입방법은, 동일 빔라인(동일한 이온빔궤도와 동일한 주입방식) 상에, 고도스 고전류 이온주입 빔라인요소와 중도스 중전류 이온주입 빔라인요소를 병렬하여 구성함으로써, 고도스 고전류 이온주입과 중도스 중전류 이온주입을 선택/전환 가능하도록 구성하고, 저에너지로부터 고에너지의 매우 넓은 에너지 범위와, 저도스로부터 고도스까지의 매우 넓은 도스 범위를 커버한다.

5. 상기 실시형태 4에 있어서, 동일 빔라인 상에, 고도스용과 중도스용으로 공용되는 각 빔라인요소와 고도스용/중도스용으로 개별적으로 전환되는 각 빔라인요소가, 각각 구성되어 있어도 된다.

6. 상기 실시형태 4 또는 5에 있어서, 빔전류량을 넓은 범위로 조절하는 것을 목적으로 하여, 빔의 일부를 빔라인 상류부에서 물리적으로 컷팅하는 빔제한장치(상하 또는 좌우의 가변폭 슬릿, 또는, 사각형상 또는 원형상의 가변 개구)를 설치하여도 된다.

7. 상기 실시형태 4에서 6 중 어느 하나에 있어서, 피처리물에 주입되는 원하는 이온도스량에 근거하여, 고도스 고전류 이온주입과 중도스 중전류 이온주입을 선택하도록 구성하는 전환 컨트롤러 제어장치를 설치하여도 된다.

8. 상기 실시형태 7에 있어서, 전환 컨트롤러는, 피처리물에 주입되는 원하는 이온도스량이, 개략 1×10¹¹~1×10¹⁴atoms/cm² 중도스 중전류 범위에 있을 때, 빔라인을 중도스 가속(인출)/가속(P렌즈)/감속(AD칼럼) 모드로 작동시키도록 구성되고, 또, 피처리물에 주입되는 원하는 이온도스량이, 개략 1×10¹⁴~1×10¹⁷atoms/cm²의 고도스 고전류 범위에 있을 때, 빔라인을 고도스 가속(인출)/감속(P렌즈)/감속(AD칼럼) 모드로 작동시켜도 된다.

9. 상기 실시형태 4에서 8 중 어느 하나에 있어서, 가속 모드를 사용하여 비교적 높은 에너지의 이온을 주입하는 장치와, 감속 모드를 사용하여 비교적 낮은 에너지의 이온을 주입하는 장치는, 서로 중복되는 에너지 범위를 가져도 된다.

10. 상기 실시형태 4에서 8 중 어느 하나에 있어서, 가속 모드를 사용하여 비교적 높은 도스의 이온을 주입하는 장치와, 감속 모드를 사용하여 비교적 낮은 도스의 이온을 주입하는 장치는, 서로 중복되는 도스 범위를 가져도 된다.

11. 상기 실시형태 4에서 6 중 어느 하나에 있어서, 빔라인 구성요소를 제한함으로써, 고도스 고전류 이온주입 전용장치, 또는, 중도스 중전류 이온주입 전용장치로, 구성을 용이하게 변경 가능하도록 되어 있어도 된다.

12. 상기 실시형태 4에서 11 중 어느 하나에 있어서, 빔라인의 구성은, 빔스캔과 메커니컬 기판스캔을 조합하고 있어도 된다.

13. 상기 실시형태 4에서 11 중 어느 하나에 있어서, 빔라인의 구성은, 기판(또는 웨이퍼 또는 피처리물)폭 이상의 폭을 가지는 리본형상의 빔과 메커니컬 기판스캔을 조합하고 있어도 된다.

14. 상기 실시형태 4에서 11 중 어느 하나에 있어서, 빔라인의 구성은, 이차원방향의 메커니컬 기판스캔을 구비하여도 된다.

여기까지는, 넓은 범위로부터 선택되는 원하는 빔전류 및/또는 에너지를 가지는 이온빔을 제공할 수 있는 이온주입장치 및 이온주입방법을 설명했다. 그러나, 최근의 첨단적인 이온주입에 있어서는, 이러한 기본적인 특성만이 아니라, 빔밀도 분포(형상)나 빔의 각도 확장 등 그 외의 특성에 대해서도 제어하는 것이 요망되고 있다.

빔의 각도 확장을 정량화하기 위하여, 이온빔이 가지는 각도분포(즉, 개개의 이온의 진행방향 각도의 분포)가 이용된다. 이온빔의 각도분포를 나타내는 대표적인 지표로서, "빔평행도"와 "빔다이버전스"가 있다. 자세하게는 후술하지만, 빔평행도는 각도분포의 무게중심에 관련되고, 빔다이버전스는 각도분포의 폭에 관련된다.

요망되는 것은 예를 들면, 빔다이버전스가 작은(제로에 가까운) 이온빔이다. 그러나, 이온빔은 하류로 피처리물을 향하여 수송됨에 따라 확장되어, 빔다이버전스는 커지는 경향이 있다. 왜냐하면, 이온빔에는 이른바 공간전하 효과라고 불리는 이온끼리의 반발력에 의한 빔의 발산 효과(즉 빔포텐셜에 의한 발산 현상)가 작용하기 때문이다.

어느 정도의 크기의 빔다이버전스를 가지는 이온빔이 요망되는 경우도 있다. 이와 같이 이온빔이 가지는 각도분포에 의도적으로 어느 정도의 폭을 부여함으로써, 이온빔의 피처리물로의 주입각도의 변동 또는 오차의 영향을 경감시켜, 이온주입의 로버스트성을 높일 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 빔다이버전스의 제어를 가능하게 하는 이온주입장치 및 이온주입방법이 제공된다. 자세하게는 후술하지만, 일 실시형태에 있어서는, 빔다이버전스가 이온빔의 초점 조정에 의하여 제어된다. 예를 들면, 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 입사이온빔의 중심축 상에서 빔주사부의 주사원점과 상이한 위치로 이동시킴으로써, 피처리물에 주입되는 이온빔의 빔다이버전스가 제어된다. 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 적절히 설정함으로써, 피처리물의 표면에 입사할 때의 빔다이버전스가 원하는 값으로 제어된다.

도 15(a)는, 이온빔의 개개의 이온의 진행방향을 예시하는 도이며, 도 15(b)는, 이온빔이 가지는 각도분포를 예시하는 도이다. 여기에서, 이온빔의 설계상의 진행방향을 Z방향으로 하고, Z방향에 수직인 일방향을 X방향으로 표기한다. Z축은, 설계상의 이온빔의 중심궤도에 상당한다. 따라서, Z축은, 빔주사부에 입사하는 이온빔의 중심축이다. X방향은, 예를 들면 수평방향이며, 빔주사방향이어도 된다.

이온빔은 다수의 이온으로 형성되어 있으며, 대략적으로는, 이들 이온은 Z방향으로 평행한 속도를 가진다. 그러나, 현실적으로는 모든 이온의 속도가 Z방향으로 엄밀하게 평행인 것은 아니다. 바꾸어 말하면, 개개의 이온의 진행방향은 Z방향에 대하여 소정 각도를 이룬다. 이 각도의 X방향 성분을 본 명세서에서는 X'로 표기한다. 도 15(a)에 나타나는 바와 같이, 주어진 Z방향 위치에 있어서의 i번째의 이온 (i=1, 2, …, n)의 속도의 X방향 성분은 Z방향에 대하여 각도(Xi')의 방향으로 향해지고 있다.

대부분의 이온의 진행방향은 Z방향에 대체로 평행이며, 진행방향이 Z방향과 큰 각도를 이루는 이온은 일부이다. 따라서, 이온진행방향의 각도(X')에 대한 이온의 개수(N)를 예시하면, 도 15(b)에 나타나는 바와 같이, 중앙에 최댓값을 가지는 산 형태의 분포가 된다. 다만, 이러한 각도분포를 실제로 취득할 때에는, 빔전류를 측정하고 이를 이온의 개수(N)로 간주할 수 있다.

이온빔의 "빔평행도"는, 다수의 이온의 집단으로서의 이온빔이 가지는 각도분포의 무게중심과 그 이온빔의 설계상의 중심궤도가 이루는 각도를 나타낸다. 빔평행도는 다음 식 (1)에 의하여 계산된다. 도 15(b)에 나타나는 각도분포에 있어서는, 분포의 중앙치 Xa'가 빔평행도에 상당한다.

이온빔의 "빔다이버전스"는, 다수의 이온의 집단으로서의 이온빔이 가지는 각도분포의 "확장의 크기"와 "발산/수렴의 상태"를 나타낸다. 빔다이버전스는 예를 들면 다음 식 (2)에 의하여 계산되어도 된다. 도 15(b)에 나타나는 각도분포에 있어서는, 분포의 폭＜X'＞가 빔다이버전스에 상당한다.

빔다이버전스가 정의 값일 때는 (k=0), 이온빔이 발산(divergence)빔인 것을 의미한다. 한편, 빔다이버전스가 부의 값일 때는 (k=1), 이온빔이 수렴(convergence)빔인 것을 의미한다. 예를 들면, 도 15(a)에 예시하는 이온빔은 수렴빔이며, 이 이온빔의 빔다이버전스는 상기 식 (2)에 의하여 계산될 때 부의 값이다.

또, 빔다이버전스가 제로일 때는, 이온빔의 모든 이온이 동일한 진행방향을 가지는 이상적인 상태에 있는 것을 의미한다. 빔다이버전스(정확하게는, 그 절댓값)가 작은 값일 때는 개개의 이온의 진행방향에 편차가 작고, 반대로 빔다이버전스가 큰 값일 때는 개개의 이온의 진행방향에 편차가 크다.

"빔평행도"와 "빔다이버전스"는 모두 이온빔의 각도 정보를 나타내는 양이지만, 그 의미는 상이하다. 따라서, 어느 이온빔과 다른 이온빔이 비록 동일한 빔평행도를 가진다고 해도, 일반적으로 이들 2개의 이온빔의 빔다이버전스가 동일하다고는 한정할 수 없다(오히려, 이들 2개의 이온빔은 보통, 상이한 빔다이버전스를 가진다).

도 16은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(300)는, 그 빔라인의 상류측으로부터, 이온소스(302), 빔수렴부(304), 빔주사부(306), 빔평행화부(308), 및 빔다이버전스 측정부(310)를 이 기재된 순서대로 구비한다. 따라서, 빔수렴부(304)는 빔주사부(306)의 상류에 배치되고, 빔평행화부(308)는 빔주사부(306)의 하류에 배치되어 있다. 빔다이버전스 측정부(310)는 빔평행화부(308)의 하류에 배치되어 있다.

빔주사부(306)는, 이온빔을 주사하기 위한 빔주사기기이며, 예를 들면 스캐너(209)(예를 들면 도 5(a) 참조)여도 된다. 빔주사부(306)는, 상기 서술한 "빔중심궤도"에 대하여 일방과 타방에 빔을 편향함으로써 일정한 각도 범위 내에서 이온빔을 주기적으로 주사하도록 구성되어 있다. 빔주사부(306)는, 입사하는 이온빔의 중심축 상에 주사원점을 가지도록 설계되어 있다. 빔주사부(306)의 주사원점은, 빔주사부(306)의 중앙부에 위치한다.

빔평행화부(308)는, 주사된 빔을 평행으로 하기 위한 빔평행화 기기이며, 예를 들면 빔평행화 기구(211)(예를 들면 도 5(a) 참조) 또는 P렌즈(220)(예를 들면 도 6 참조)여도 된다. 빔평행화부(308)는, 정전식의 빔평행화 기기여도 되고, 자장식의 빔평행화 기기여도 된다.

빔평행화부(308)는, 평행화 렌즈로서의 초점을 빔주사부(306)의 주사원점에 가지도록 설계되어 있다. 원리적으로 빔평행화부(308)는 초점으로부터 방사되는 빔을 평행화하도록 구성되어 있기 때문에, 주사원점에서 주사각도 범위 내에서 편향되어 빔평행화부(308)에 입사하는 이온빔은 모두, 빔평행화부(308)에 의하여 평행화된다.

이온주입장치(300)는, 평행화된 이온빔을 웨이퍼(기판)에 주입하도록 구성되어 있다. 빔평행화부(308)로부터 웨이퍼까지의 사이에는 필요에 따라, 에너지를 변화시키기 위한 가감속기기(예를 들면 AD칼럼(212))나 에너지분석기기(예를 들면 에너지필터(213)) 등의 빔조정기기가 설치되어 있어도 된다(예를 들면 도 5(a) 참조).

빔수렴부(304)는, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔의 초점위치를, 적어도 당해 이온빔의 중심축방향으로 제어 가능한 빔수렴기기이다. 빔수렴부(304)는, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔에 대하여 적어도 빔주사방향과 동일한 방향으로 수렴·발산 작용을 작용시키도록 구성되어 있다. 빔수렴부(304)는, 빔주사부(306)로의 입사이온빔의 초점위치가 입사이온빔의 중심축을 따라 주사원점보다 상류측에 위치하도록 구성되어 있다. 다만, 이 초점위치가 주사원점보다 하류측에 위치하도록 빔수렴부(304)가 구성되어 있어도 되고, 그 경우, 초점위치는, (비주사 시에 있어서 빔주사부(306)로부터 출사하는) 이온빔의 중심축을 따라 주사원점보다 하류측에 위치한다.

빔수렴부(304)는, 예를 들면, 제1 XY수렴렌즈(206)(예를 들면 Q렌즈) 또는 제2 XY수렴렌즈(208)(예를 들면 XY방향 아인젤렌즈)여도 된다(예를 들면 도 5(a) 참조). 빔수렴부(304)가 Q렌즈를 구비하는 경우, 이 Q렌즈는, 싱글의 Q렌즈, 더블릿의 Q렌즈, 또는 트리플릿의 Q렌즈여도 된다. 빔수렴부(304)가 아인젤렌즈를 구비하는 경우, 이 아인젤렌즈는, 3매 전극 구성의 아인젤렌즈여도 된다.

빔수렴부(304)는, 이온빔의 초점위치를 제어 가능한 임의의 빔라인 구성요소여도 되고, 따라서, 인출전극(218) 또는 질량분석 자석(202)이어도 된다(예를 들면 도 5(a) 참조). 예를 들면, 인출전극(218)의 전압, 인출전극(218)의 빔진행방향의 위치, 및/또는, 질량분석 자석(202)의 면각을 조절함으로써, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔의 초점위치가 조정되어도 된다.

따라서, 빔수렴부(304)는, 빔수렴 요소(예를 들면, Q렌즈, 아인젤렌즈 등), 인출전극, 및 질량분석 자석 중 적어도 1개를 구비해도 된다. 이 경우, 빔수렴부(304)는, 빔주사부(306)와는 다른 빔라인 구성요소로 간주된다.

혹은, 빔수렴부(304)는, 빔주사부(306)의 일부로서 구성되어 있어도 된다. 바꾸어 말하면, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔의 초점위치를, 빔주사부(306) 자체가 조정하도록 구성되어 있어도 된다. 빔주사부(306)는, 주사를 위한 빔편향 작용에 복합된 빔수렴 작용을 제공하도록 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 빔주사부(306)는, 주사전극의 근방에 배치되어, 이른바 제로 전장 효과를 보정하기 위한 보정전극에 의하여, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔의 초점위치를 조정해도 된다.

빔다이버전스 측정부(310)는, 피처리물의 위치 또는 그 근방에 있어서의 빔다이버전스를 측정하도록 구성되어 있다. 이로 인하여, 빔다이버전스 측정부(310)는, 이온빔이 가지는 각도분포를 측정하기 위한 측정기를 구비한다. 이 측정기는, 빔이 주입되는 피처리물(예를 들면 웨이퍼(214))의 위치 또는 그 근방의 측정위치에서 빔의 각도분포를 사전에 측정하고, 주입처리 중에는 측정위치로부터 대피하여 측정을 정지하거나 또는 측정위치의 근방에서 빔을 모니터한다.

이러한 빔각도분포의 측정기는, 이미 알려진 위치를 가지는 슬릿과, 슬릿의 하류에 배치된 빔검출기를 구비해도 된다. 빔검출기는 예를 들면, 1차원 또는 2차원으로 배열된 빔검출 소자를 가진다. 빔검출기에 의하여 검출된 빔수광점과 슬릿과의 상대위치로부터 그 빔의 진행방향의 각도를 취득할 수 있다. 측정기는, 빔중심궤도에 수직인 면 내에서(예를 들면 빔주사방향으로) 이동 가능해도 되고, 당해 면 내의 임의의 위치에서 각도분포를 측정해도 된다.

다만, 빔다이버전스 측정부(310)는, 빔평행화부(308)와 피처리물과의 사이에 배치되어, 피처리물의 상류에서 빔다이버전스를 측정해도 된다. 혹은, 빔다이버전스 측정부(310)는, 피처리물의 배후에 배치되어, 피처리물의 하류에서 빔다이버전스를 측정해도 된다.

이온주입장치(300)는, 빔다이버전스 제어부(312)를 구비한다. 빔다이버전스 제어부(312)는, 상기 서술한 제어부(116)(도 2 참조) 또는 그 일부여도 된다. 빔다이버전스 제어부(312)는, 빔다이버전스 측정부(310)에 의하여 측정되는 빔다이버전스에 근거하여, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔의 초점위치를 조정하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 빔다이버전스 제어부(312)는, 빔다이버전스 측정부(310)에 의하여 측정되는 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 빔주사부(306)로의 입사이온빔의 초점위치를 조정한다.

빔다이버전스 제어부(312)는, 측정된 각도 정보를 바탕으로, 빔수렴부(304)(및/또는 빔주사부(306))에 지령을 보낸다. 이 지령에 의하여 빔수렴부(304)(및/또는 빔주사부(306))의 빔수렴력이 제어되어, 빔초점위치가 변경되고, 그 결과, 웨이퍼위치에서 목적의 빔다이버전스를 얻을 수 있다.

빔다이버전스 제어부(312)는 예를 들면, 웨이퍼위치에 있는 빔각도분포 측정기에 의하여, 웨이퍼에 주입하기 직전에 측정한 빔각도분포의 결과를 바탕으로, 빔수렴부(304)(및/또는 빔주사부(306))에 피드백하여 파라미터를 설정한다.

혹은, 도 17에 나타나는 바와 같이, 이온빔의 초점위치를 제어하기 위한 파라미터는, 빔조건(예를 들면, 이온종, 에너지, 빔전류 등)의 함수 또는 테이블(314)을 사용하여 설정되어도 된다. 이 함수 또는 테이블(314)은, 빔각도분포 측정기에 의하여 얻어진 빔각도분포의 결과에 근거하여 미리 정해져 있으며, 빔다이버전스 제어부(312) 또는 이에 부수하는 기억부에 유지되어 있어도 된다.

본 실시형태에 관한 초점조정처리는, 이온주입의 준비단계에서 행해져도 된다. 예를 들면, 초점조정처리는, 도 4에 나타나는 빔라인설정 선택스텝(S10)에 있어서 실행되어도 되고, 도 10에 나타나는 빔출사 및 조정(S106)에 있어서 실행되어도 된다. 혹은, 본 실시형태에 관한 초점조정처리는, 이온주입 중에 행해져도 된다.

도 18은, 빔주사부(306)의 주사원점(S)을 나타내는 개략도이다. 빔주사부(306)는, 주기적으로 변화하는 편향각도로 주사원점(S)에서 이온빔을 X방향으로 편향함으로써 이온빔을 주사하도록 구성되어 있다. 도 18에 나타나는 바와 같이, 주사원점(S)은, 빔주사부(306)로의 입사빔궤도(317a)의 연장선과 빔주사부(306)로부터의 출사빔궤도(317b)의 연장선과의 교점이다. 상기 서술과 같이, 빔주사부(306)의 주사원점(S)은, 빔평행화부(308)의 평행화 렌즈로서의 초점에 일치한다.

빔주사부(306)는 예를 들면, 주기 변동하는 전장에 의하여 X방향으로 이온빔을 주기적으로 왕복 주사시키는 편향주사장치이다. 도 18에 나타나는 바와 같이, 빔주사부(306)는, 빔진행방향에 대하여 이온빔의 통과역을 사이에 두도록 하여 대향 배치된 한 쌍(2매)의 주사전극(307a, 307b)(2극식 편향주사전극)을 구비한다. 주사원점(S)은 주사전극(307a, 307b) 사이에 위치한다. 0.5Hz~4000Hz의 범위의 일정한 주파수로 정부로 변동하는 삼각파에 근사하는 주사전압이, 2매의 주사전극(307a, 307b)에 각각 역부호로 인가된다. 이 주사전압은, 2매의 주사전극(307a, 307b)의 갭 내에 있어서, 그 곳을 통과하는 빔을 편향시키는 변동하는 전장을 생성한다. 그리고, 주사전압의 주기적인 변동에 의하여, 갭을 통과하는 빔이 X방향으로 주사된다.

도 19(a), 도 19(b), 도 20(a), 도 20(b)를 참조하여 이온빔의 초점 조정과 빔다이버전스와의 관계를 설명한다. 먼저 간단히 하기 위하여 공간전하 효과를 고려하지 않는 경우(도 19(a), 도 19(b))를 설명하고, 그 다음에 공간전하 효과가 실재하는 경우(도 20(a), 도 20(b))를 설명한다. 이들 2개의 경우 각각에 있어서, 빔주사부(306)로의 입사이온빔의 초점이 주사원점(S)에 위치할 때(도 19(a), 도 20(a))와, 주사원점(S)보다 상류에 위치할 때(도 19(b), 도 20(b))를 비교한다.

이하에서는 설명의 편의상, 빔주사부(306)에 입사하는 이온빔을 "입사이온빔(316)"이라고 칭하고, 빔평행화부(308)로부터 출사하는 이온빔을 "출사이온빔(318)"이라고 칭하는 경우가 있다. 또, 입사이온빔(316)의 초점을 "빔초점(F)"이라고 칭하는 경우가 있다.

도 19(a)에 나타나는 바와 같이, 주사원점(S)에 초점을 이은 입사이온빔(316)은, 모든 이온이 주사원점(S)(즉 빔평행화부(308)의 초점)으로부터 출사되게 되기 때문에, 빔평행화부(308)에서 모든 이온이 평행이 된다. 따라서, 출사이온빔(318)의 빔다이버전스는 작은 값이 된다(이상적으로는 제로이다). 공간전하 효과가 없다고 가정했을 경우에는 이온끼리의 반발력이 발생하지 않기 때문에, 빔평행화부(308)로부터의 출사이온빔(318)은 웨이퍼위치(320)에 있어서도 평행을 유지한다.

조금 더 자세하게 설명한다. i번째의 이온(이하, 이온 (i)라고 함)이 빔주사부(306)에 입사각도(X_i1')로 입사하여 주사원점(S)에서 소정 각도(θ)로 편향될 때, i번째의 이온의 빔주사부(306)로부터의 출사 각도(X_i2')는,

X_i2'=X_i1'＋θ

로 나타난다.

이 이온 (i)의 "빔평행화부(308)로의 입사위치"와 "주사원점(S)"을 잇는 직선이 Z축(즉 입사이온빔(316)의 중심축)과 이루는 각도는, θ＋△θ_i로 나타낼 수 있다. 이 경우, 이온 (i)가 빔평행화부(308)에 의하여 편향되는 각도는, 역부호인 -(θ＋△θ_i)가 된다. 따라서, 출사이온빔(318)에 있어서의 이온 (i)의 각도(즉 빔평행화부(308)를 통과한 이온 (i)의 각도)(X_i3')는,

X_i3'=X_i2'-(θ＋△θ_i)=X_i1'-△θ_i

가 된다.

도 19(a)에 나타나는 바와 같이 빔초점(F)이 주사원점(S)에 일치하는 경우에는, △θ_i=X_i1'이기 때문에, 출사이온빔(318)에 있어서의 이온 (i)의 각도(X_i3')는 제로가 된다. 즉, 빔평행화부(308)를 나온 이온 (i)의 진행방향은, 설계중심궤도(Z축)와 평행이 된다. 그 외의 이온에 대해서도 마찬가지로 Z축과 평행이 된다.

그러나, 실제로는 공간전하 효과가 작용하므로, 도 20(a)에 파선의 화살표로 예시하는 바와 같이, 출사이온빔(318)은 하류를 향하여 수송됨에 따라 확장되어 간다. 그렇게 하여, 출사이온빔(318)은 웨이퍼위치(320)에서는 발산빔이 되어 버린다. 따라서, 출사이온빔(318)의 빔다이버전스는 정의 어느 큰 값이 된다. 비교를 위하여 도 20(a)에서는 실선의 화살표로, 도 19(a)에 나타내는 바와 같이 공간전하 효과를 무시했을 때의 출사이온빔(318)을 나타낸다. 다만, 빔각도분포의 무게중심위치는 공간전하 효과의 영향을 받지 않기 때문에, 공간전하 효과를 고려하는 경우(도 20(a))와 고려하지 않는 경우(도 19(a))에서 "빔평행도"는 동일하다.

도 19(b)에는, 빔초점(F)이 주사원점(S)보다 상류에 위치하는 경우를 나타낸다. 도 19(a)에 예시한 경우와 마찬가지로, 이온 (i)가 빔주사부(306)에 입사각도(X_i1')로 입사할 때, 출사이온빔(318)에 있어서의 이온 (i)의 각도(X_i3')는,

X_i3'=X_i1'-△θ_i

가 된다. X_i1'＜△θ_i이므로, X_i3'＜0이 된다. 또, 이온 (i)와는 빔중심축에 대하여 반대측에 있는 k번째의 이온(이하, 이온 (k)라고 함)에 대하여 동일하게 고찰하면, X_k1'＞△θ_k이므로, X_k3'＞0이 된다.

이와 같이, 빔초점(F)이 주사원점(S)보다 상류에 위치하는 경우에는, 출사이온빔(318)은 수렴빔이 된다. 따라서, 출사이온빔(318)의 빔다이버전스는 부이며, 빔초점(F)이 주사원점(S)에 있을 때에 비하여 큰 값이 된다. 공간전하 효과가 없다고 가정한 경우에는, 그러한 수렴빔이 웨이퍼위치(320)에 도달한다.

그러나, 실제로는, 도 20(b)에 파선의 화살표로 예시하는 바와 같이, 출사이온빔(318)에는 공간전하 효과의 발산 작용이 작용한다. 따라서, 이 발산 작용을 이용하여, 출사이온빔(318)의 빔다이버전스를 보정할 수 있다. 비교를 위하여 도 20(b)에서는 실선의 화살표로, 도 19(b)에 나타내는 바와 같이 공간전하 효과를 무시했을 때의 출사이온빔(318)을 나타낸다. 다만, 빔각도분포의 무게중심위치는 공간전하 효과의 영향을 받지 않기 때문에, 공간전하 효과를 고려하는 경우(도 20(b))와 고려하지 않는 경우(도 19(b))에서 "빔평행도"는 동일하다.

실제로 작용하는 공간전하 효과의 영향을 없애는 △θ를 얻을 수 있도록 빔초점(F)을 주사원점(S)으로부터 상류로 어긋나게 함으로써, 웨이퍼위치(320)에서 이온빔을 평행화할 수 있다. 혹은, 빔초점(F)을 주사원점(S)으로부터 상류 또는 하류로 적절히 변위시킴으로써, 이온빔이 목적의 빔다이버전스를 가지도록 제어할 수 있다(예를 들면, 저다이버전스빔을 얻을 수 있다).

이와 같이 하여, 이온주입장치(300)는, 빔주사부(306)로의 입사이온빔(316)의 빔초점(F)을 입사이온빔(316)의 중심축을 따라 주사원점(S)보다 상류측에 있어서 조정하도록 구성되어 있다. 도 19(b)에는, 주사원점(S)으로부터 상류측으로의 빔초점(F)의 이동량(322), 및, 빔수렴부(304)에 의한 빔초점(F)의 조정가능 범위(324)를 예시한다. 그러한 초점 조정에 의하여, 이온주입장치(300)는, 공간전하 효과에 의한 발산 현상을, 빔평행화부(308)로부터의 출사이온빔(318)에 있어서 보정하여, 보정된 이온빔으로 주입처리를 행할 수 있다.

관점을 바꾸면, 빔평행화부(308)로부터 피처리물까지 이온빔이 수송되는 동안에 작용하는 공간전하 효과를 고려하여, 빔평행화부(308)는, 주사된 이온빔을 완전하게 또는 불완전하게 평행화하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 빔평행화부(308)는, 피처리물의 표면에 입사하는 이온빔이 공간전하 효과의 도움에 의하여 완전하게 평행화되도록, 불완전하게 평행화된 이온빔을 피처리물을 향하여 출사한다. 혹은, 빔평행화부(308)는, 피처리물의 표면에 입사하는 이온빔이 공간전하 효과의 도움에 의하여 원하는 빔다이버전스를 가지도록, 완전하게 또는 불완전하게 평행화된 이온빔을 피처리물을 향하여 출사한다.

본 실시형태와 같이 빔초점(F)을 주사원점(S)보다 상류에 배치하는 것은, 고전류빔의 수송에 적합하다. 고전류빔은 공간전하 효과가 크기 때문이다. 따라서, 일 실시형태에 있어서는, 상기 서술한 제1 빔라인설정(S1)(도 2 참조) 또는 제1 주입설정구성에 있어서 입사이온빔(316)의 빔초점(F)이 주사원점(S)보다 상류인 제1 초점위치에 배치되어도 된다. 또, 상기 서술한 제2 빔라인설정(S2)(도 2 참조) 또는 제2 주입설정구성에 있어서 입사이온빔(316)의 빔초점(F)이 제1 초점위치와 상이한 제2 초점위치에 배치되어도 된다. 제2 초점위치는 주사원점(S)이어도 된다.

일 실시형태에 있어서는, 이온주입장치는, 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치가 당해 이온빔의 중심축을 따라 주사원점보다 하류측에 있어서 조정되도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 이온주입장치의 제어부는, 빔다이버전스를 측정하는 측정부에 의하여 측정되는 빔평행화부로부터의 출사이온빔의 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 당해 이온빔의 중심축을 따라 주사원점보다 하류측에 있어서 조정하도록 구성되어 있어도 된다.

100 이온주입장치
116 제어부
200 이온주입장치
215 이온빔
300 이온주입장치
304 빔수렴부
306 빔주사부
308 빔평행화부
310 빔다이버전스 측정부
312 빔다이버전스 제어부
316 입사이온빔
318 출사이온빔
F 빔초점
S 주사원점
W 피처리물

Claims (8)

1. 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치로서,
   상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고,
   상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며,
   상기 이온주입장치는, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치가 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 상기 주사원점보다 상류측에 있도록 구성되고,
   상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치는, 상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔에 있어서의 공간전하 효과에 의한 발산 현상을 보정하도록, 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 상기 주사원점보다 상류측에 있어서 조정되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 출사이온빔이 가지는 각도분포의 확장의 크기와 상기 출사이온빔의 발산/수렴의 상태를 나타내는 빔다이버전스를 측정하는 측정부와,
   상기 측정부에 의하여 측정되는 상기 출사이온빔의 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 상기 입사이온빔의 초점위치를 조정하도록 구성되어 있는 제어부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 빔주사부의 상류에 배치되어, 상기 입사이온빔의 초점위치를 상기 중심축을 따라 조정하는 빔수렴부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 빔주사부는, 상기 입사이온빔의 초점위치를 상기 중심축을 따라 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 이온주입장치는, 주입조건에 따라 복수의 주입설정구성 중 어느 하나에 근거하여 동작하고, 상기 복수의 주입설정구성은, 피처리물로의 고도스 주입을 위한 저에너지/고전류빔의 수송에 적합한 제1 주입설정구성과, 피처리물로의 저도스 주입을 위한 고에너지/저전류빔의 수송에 적합한 제2 주입설정구성을 포함하며,
   상기 제1 주입설정구성에 있어서 상기 입사이온빔은 제1 초점위치를 가지고, 상기 제2 주입설정구성에 있어서 상기 입사이온빔은 상기 제1 초점위치와 상이한 제2 초점위치를 가지는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
6. 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치로서,
   상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고,
   상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며,
   상기 이온주입장치는,
   상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔이 가지는 각도분포의 확장의 크기와 상기 출사이온빔의 발산/수렴의 상태를 나타내는 빔다이버전스를 측정하는 측정부와,
   상기 측정부에 의하여 측정되는 상기 출사이온빔의 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 조정하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
7. 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치에 있어서의 이온주입방법으로서,
   상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고,
   상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며,
   상기 방법은,
   상기 빔주사부에 의하여, 상기 입사이온빔을 주사하는 단계와,
   상기 빔평행화부에 의하여, 주사된 이온빔을 편향하는 단계와,
   상기 입사이온빔의 초점위치를, 상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔에 있어서의 공간전하 효과에 의한 발산 현상을 보정하도록, 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 상기 주사원점보다 상류측에 있어서 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
8. 빔주사부와, 상기 빔주사부의 하류에 배치되어 있는 빔평행화부를 구비하는 이온주입장치에 있어서의 이온주입방법으로서,
   상기 빔주사부는, 입사이온빔의 중심축 상에서 상기 빔주사부의 중앙부에 주사원점을 가지고,
   상기 빔평행화부는, 상기 주사원점에 평행화 렌즈로서의 초점을 가지며,
   상기 방법은,
   상기 빔주사부에 의하여, 상기 입사이온빔을 주사하는 단계와,
   상기 빔평행화부에 의하여, 주사된 이온빔을 편향하는 단계와,
   상기 빔평행화부로부터의 출사이온빔이 가지는 각도분포의 확장의 크기와 상기 출사이온빔의 발산/수렴의 상태를 나타내는 빔다이버전스를 측정하는 단계와,
   측정되는 상기 출사이온빔의 빔다이버전스를 원하는 값과 비교하여 당해 원하는 값에 일치시키도록, 상기 빔주사부로의 입사이온빔의 초점위치를 상기 입사이온빔의 중심축을 따라 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.

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