KR20180027359A - 이온주입장치 및 이온주입방법 - Google Patents

Abstract

목표로 하는 불균일한 2차원 이온주입량 분포를 실현한다.
이온주입장치(10)는, 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하는 빔스캐너(26)와, 메커니컬스캔방향으로 웨이퍼(W)를 왕복 운동시키는 메커니컬스캐너와, 목표 2차원 도스량 분포가 웨이퍼 표면에 부여되도록 빔스캐너(26) 및 메커니컬스캐너를 제어하는 제어장치(60)를 구비한다. 제어장치(60)는, 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정하는 스캔 주파수 조정부와, 스캔 주파수 조정부가 결정한 주파수를 갖는 스캔파형을 이용하여 빔스캐너를 구동하는 빔스캐너 구동부를 구비한다.

Description

이온주입장치 및 이온주입방법{ION IMPLANTATION APPARATUS AND ION IMPLANTATION METHOD}

본 출원은 2016년 9월 6일에 출원된 일본 특허출원 제2016-173935호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에서는, 도전성을 변화시킬 목적, 반도체 웨이퍼의 결정구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이 공정에서 사용되는 장치는, 일반적으로 이온주입장치라고 불린다. 많은 경우, 웨이퍼면 내에 균일한 2차원 이온주입량 분포를 실현하는 것이 요구된다. 그러나, 의도적으로 불균일한 2차원 이온주입량 분포가 요망되는 경우도 있다. 불균일 주입을 실현시키기 위하여, 이온빔의 빔스캔 속도와 웨이퍼의 메커니컬스캔 속도가 주입영역마다 변경 제어된다. 예를 들면, 고주입영역에서는 스캔 속도가 느려지도록 제어되고, 저주입영역에서는 스캔 속도가 빨라지도록 제어된다.

일본 공개특허공보 2012-204327호

빔스캔과 메커니컬스캔을 조합한 하이브리드 스캔형의 이온주입장치에 있어서, 중요한 제어 파라미터의 하나로서 빔스캔 주파수가 있다. 빔스캔 주파수가 변경되면, 이온빔조사에 의하여 웨이퍼에 부여되는 데미지량이 변화하거나, 목표로 하는 이온주입량 분포로부터의 어긋남이 커질 우려가 있다. 한편, 스캔 주파수의 변경에 의한 영향을 고려하여 스캔 주파수를 일률 고정으로 하면, 빔스캐너에서 실현 가능한 최대 스캔 속도의 제약 등에 의하여, 웨이퍼면 내에 목표로 하는 주입량 차를 부여할 수 없을지도 모른다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 스캔 주파수의 변경에 의한 영향을 고려하면서, 목표로 하는 불균일한 2차원 이온주입량 분포를 실현하기 위한 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치는, 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하는 빔스캐너와, 메커니컬스캔방향으로 웨이퍼를 왕복 운동시키는 메커니컬스캐너와, 목표 2차원 도스량 분포가 웨이퍼 표면에 부여되도록 빔스캐너 및 메커니컬스캐너를 제어하는 제어장치를 구비한다. 제어장치는, 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정하는 스캔 주파수 조정부와, 스캔 주파수 조정부가 결정한 주파수를 갖는 스캔파형을 이용하여 빔스캐너를 구동하는 빔스캐너 구동부를 구비한다.

본 발명의 다른 양태는, 이온주입장치를 이용한 이온주입방법이다. 이온주입장치는, 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하는 빔스캐너와, 메커니컬스캔방향으로 웨이퍼를 왕복 운동시키는 메커니컬스캐너를 구비한다. 이 방법은, 웨이퍼 표면에 부여해야 하는 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정하는 단계와, 결정된 주파수의 스캔파형에 따라 빔스캐너를 구동하는 단계를 구비한다.

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

본 발명에 의하면, 스캔 주파수의 변경에 의한 영향을 고려하면서, 목표로 하는 불균일한 2차원 이온주입량 분포를 실현할 수 있다.

도 1에 있어서 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 하이브리드 스캔방식의 주입처리에 있어서의 스캔 주파수와 주입 불균일의 관계를 모식적으로 나타낸다.
도 2에 있어서 도 2의 (a)는, 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략 구성을 나타내는 상면도, 도 2의 (b)는, 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 왕복 운동되는 웨이퍼와 왕복 주사되는 이온빔의 관계를 나타내는 정면도이다.
도 4는 이온빔의 주사가능범위를 나타내는 상면도이다.
도 5는 웨이퍼 상의 목표 2차원 도스량 분포를 예시하는 도이다.
도 6은 웨이퍼 상의 목표 2차원 도스량 분포를 예시하는 도이다.
도 7은 웨이퍼 상의 목표 2차원 도스량 분포를 예시하는 도이다.
도 8에 있어서 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는, 빔스캐너를 제어하기 위한 스캔파형을 예시하는 도이다.
도 9는 실시형태에 관한 제어장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 10은 실시형태에 관한 스캔 주파수 조정방법을 나타내는 플로차트이다.
도 11은 도 10의 스캔파형 생성처리의 예를 상세하게 나타내는 플로차트이다.
도 12는 반복수법에 의하여 스캔파형을 수정하는 모습을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 13은 목표 2차원 도스량 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 14는 도 13의 목표 2차원 도스량 분포에 대응하는 목표 1차원 도스량 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 15는 도 14의 목표 1차원 도스량 분포에 대응하는 스캔 속도 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 16은 목표 2차원 도스량 분포의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 17은 도 16의 목표 2차원 도스량 분포에 대응하는 목표 1차원 도스량 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 18은 도 17의 목표 1차원 도스량 분포에 대응하는 스캔 속도 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 19는 목표 2차원 도스량 분포의 또 다른 예를 모식적으로 나타내는 도이다.

실시형태를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 개요를 설명한다. 본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치는, 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하는 빔스캐너와, 메커니컬스캔방향으로 웨이퍼를 왕복 운동시키는 메커니컬스캐너와, 목표 2차원 도스량 분포가 웨이퍼 표면에 부여되도록 빔스캐너 및 메커니컬스캐너를 제어하는 제어장치를 구비한다.

제어장치는, 이온빔의 빔스캔 속도와 웨이퍼의 메커니컬스캔 속도를 웨이퍼의 주입영역마다 변경 제어함으로써 목표 2차원 도스량 분포가 웨이퍼 표면에 부여되도록 한다. 예를 들면, 고주입영역에서는 스캔 속도가 느려지고, 저주입영역에서는 스캔 속도가 빨라지도록 스캔파형이 제어된다. 본 실시형태에서는, 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정하고, 결정된 주파수를 갖는 스캔파형을 이용하도록 한다. 이로써, 면내 도스량비가 높게 설정되는 불균일 주입이어도, 스캔 주파수의 변경에 의한 부작용을 억제하면서, 목표로 하는 불균일 주입이 양호한 정밀도로 실현되도록 한다.

이하, 스캔 주파수의 변경에 의하여 발생하는 영향에 대하여 설명한다. 제어장치는, 웨이퍼위치에 따라 스캔 속도가 가변이 되는 스캔파형을 생성하고, 생성된 스캔파형에 따라 빔스캐너를 구동한다. 이온주입장치에서는, 통상 웨이퍼면 내에서 균일한 도스량 분포가 요구된다. 이 경우, 빔스캔방향의 빔전류강도 분포가 측정되고, 그 측정에 근거하여 스캔파형이 보정된다. 이러한 스캔파형의 보정은, 빔전류강도 분포의 실측값이 목표로 하는 범위 내에 들어갈 때까지 반복되어, 균일한 빔전류강도 분포에 대응하는 스캔파형이 생성된다.

면내 도스량이 불균일 분포가 되는 불균일 주입을 행하는 경우, 균일 주입용 스캔파형에 소정의 연산처리를 실시함으로써, 목표로 하는 불균일 도스량 분포에 대응한 스캔파형이 생성된다. 이때, 균일 주입용 스캔파형과 동일한 스캔 주파수가 되도록 연산되는 것이 통상이다. 스캔 주파수는, 빔스캔방향으로 일왕복 빔스캔시키는 데 걸리는 시간 주기에 대응하여, 스캔 주파수가 동일하면 왕복 스캔에 걸리는 시간도 동일하다. 따라서, 스캔 주파수를 공통으로 하면, 스캔 전의 빔전류량이 일정하면, 단위시간당 웨이퍼에 부여되는 도스량이 일정해진다. 단위시간당 도스량은, 웨이퍼에 부여되는 데미지량에 관련된 점에서, 스캔 주파수를 고정시키면 웨이퍼에 대한 데미지량을 균일화할 수 있다. 한편, 주입영역마다 스캔 주파수가 다르다고 하면, 주입영역마다 부여되는 웨이퍼 데미지량에 불균일이 발생하여 문제가 될지도 모른다.

또, 스캔 주파수는, 웨이퍼 표면에 부여하는 도스량 분포의 주입 정밀도에도 관련한다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 하이브리드 스캔방식의 주입처리에 있어서의 스캔 주파수와 주입 불균일의 관계를 모식적으로 나타낸다. 본 도면은, 웨이퍼(W)가 Y방향으로 메커니컬스캔되고, X방향으로 빔스캔되는 경우의 웨이퍼 표면 상에서의 이온빔의 궤적을 나타내고 있다. 도 1의 (a)는, 빔스캔 주파수가 상대적으로 낮은 경우의 이온빔의 궤적(T1)을 나타내고, 이온빔이 일왕복하는 동안에 웨이퍼(W)가 Y방향으로 이동하는 거리가 빔직경(d)의 2배 이상이 되는 경우를 나타낸다. 도 1의 (b)는, 빔스캔 주파수가 상대적으로 높은 경우의 이온빔의 궤적(T2)을 나타내고, 이온빔이 일왕복하는 동안에 웨이퍼(W)가 Y방향으로 이동하는 거리가 빔직경(d)의 2배 이하가 되는 경우를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 빔스캔 주파수가 낮은 쪽이 각 스캔의 간격이 커져, 주입 불균일이 발생하기 쉬운 경향이 되는 것이 이해될 것이다. 따라서, 주입 불균일을 억제하여 목표로 하는 도스량 분포를 양호한 정밀도로 웨이퍼 표면에 부여하기 위해서는, 빔스캔 주파수가 어느 정도 높은 것이 바람직하다.

이상의 관점에서, 웨이퍼 데미지 및 주입 불균일을 고려하면, 스캔 주파수를 어느 정도 높게 함과 함께, 그 스캔 주파수를 일률 고정으로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 이와 같은 배경으로부터, 종래의 이온주입장치에서는, 웨이퍼 데미지 및 주입 불균일을 고려하여 미리 결정되는 고정 스캔 주파수가 일률적으로 사용된다. 그러나, 스캔 주파수를 고정시키면서 면내 도스량비가 높은 불균일 주입을 실행하는 것이 불가능하게 되는 경우가 있다. 면내 도스량비를 높게 하기 위해서는, 주입영역마다 빔스캔 속도 차를 크게 할 필요가 있어, 경우에 따라서는 필요하게 되는 최대 스캔 속도가 빔스캐너의 동작 상한을 넘는다. 그렇게 하면, 필요로 하는 빔스캔 속도 차를 얻지 못하여, 요구하는 면내 도스량비가 실현 불가능하게 된다. 그 결과, 실현 가능한 면내 도스량비에 제약이 발생한다.

따라서, 본 실시형태에서는, 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정하고, 결정된 주파수를 갖는 스캔파형을 이용하도록 한다. 면내 도스량비가 높게 설정되는 불균일 주입에 있어서, 목표 2차원 도스량 분포를 부여하기 위한 스캔파형의 최대 변화 속도가 빔스캐너의 상한 변화 속도와 일치하도록 조정된 경우의 스캔파형의 주파수를 상한 스캔 주파수로서 산출한다. 또, 웨이퍼 데미지 및 주입 불균일을 고려하여 정해지는 하한 스캔 주파수를 참조하여, 하한 스캔 주파수 이상, 상한 스캔 주파수 이하가 되는 범위에서 스캔파형의 주파수를 결정한다. 이로써, 면내 도스량비가 높게 설정되는 불균일 주입이어도, 스캔 주파수의 변경에 의한 부작용을 억제하면서, 목표로 하는 불균일 주입이 양호한 정밀도로 실현되도록 한다.

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

도 2는 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 2의 (a)는 이온주입장치(10)의 개략 구성을 나타내는 상면도이며, 도 2의 (b)는 이온주입장치(10)의 개략 구성을 나타내는 측면도이다.

이온주입장치(10)는, 피처리물의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물을 웨이퍼(W)라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입처리의 대상을 특정한 물체에 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.

이온주입장치(10)는, 빔의 왕복 주사 및 웨이퍼(W)의 왕복 운동 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 XY면으로 정의한다. 이온빔(B)을 피처리물(W)에 대하여 주사하는 경우에 있어서, 빔스캔방향을 X방향으로 하고, Z방향 및 X방향에 수직인 방향을 Y방향(이하, 메커니컬스캔방향이라고도 함)으로 한다.

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 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.

도시되는 바와 같이, 빔라인장치(14)는 예를 들면, 상류로부터 순서대로, 질량분석부(18), 가변 애퍼처(20), 빔정형부(22), 제1 빔계측부(24), 빔스캐너(26), 패럴렐렌즈(30) 또는 빔평행화 장치, 및 각도 에너지필터(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 마련되어 있고, 이온원(12)으로부터 인출된 이온빔(B)으로부터 필요한 이온종을 질량분석에 의하여 선택하도록 구성되어 있다.

가변 애퍼처(20)는, 개구폭이 조정 가능한 애퍼처이며, 개구폭을 변경함으로써 애퍼처를 통과하는 이온빔(B)의 빔전류량을 조정한다. 가변 애퍼처(20)는, 예를 들면 빔라인을 사이에 두고 상하에 배치되는 애퍼처 플레이트를 갖고, 애퍼처 플레이트의 간격을 변화시킴으로써 빔전류량을 조정해도 된다.

빔정형부(22)는, 4중극 수렴장치(Q렌즈) 등의 수렴렌즈를 구비하고 있고, 가변 애퍼처(20)를 통과한 이온빔(B)을 원하는 단면형상으로 정형하도록 구성되어 있다.

제1 빔계측부(24)는, 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되어, 이온빔의 전류를 측정하는 인젝터 플래그 패러데이컵이다. 제1 빔계측부(24)는, 빔전류를 계측하는 패러데이컵(24b)과, 패러데이컵(24b)을 상하로 이동시키는 구동부(24a)를 갖는다. 도 2의 (b)의 파선(破線)으로 나타내는 바와 같이, 빔라인 상에 패러데이컵(24b)을 배치한 경우, 이온빔(B)은 패러데이컵(24b)에 의하여 차단된다. 한편, 도 2의 (b)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 패러데이컵(24b)을 빔라인 상으로부터 분리한 경우, 이온빔(B)의 차단이 해제된다.

빔스캐너(26)는, 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하도록 구성되어 있다. 빔스캐너(26)는, 정형된 이온빔(B)을 X방향으로 주사하는 편향 수단이다. 빔스캐너(26)는, X방향으로 떨어져 마련되는 스캐너전극(28)을 갖는다. 스캐너전극(28)은 가변 전압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 스캐너전극(28)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 전극 간에 발생하는 전장(電場)을 변화시켜 이온빔(B)을 편향시킨다. 이렇게 하여, 이온빔(B)은, X방향으로 왕복 주사된다. 다만, 도 2의 (a)에 있어서 화살표 X에 의하여 왕복 빔스캔을 예시하고, 이온빔(B)의 복수의 궤적을 일점 쇄선으로 나타내고 있다.

빔스캐너(26)는 전장식이지만, 자장(磁場)식의 빔스캐너가 이용되어도 된다. 혹은, 전장과 자장 양방을 이용하는 빔스캐너가 이용되어도 된다.

패럴렐렌즈(30)는, 주사된 이온빔(B)의 진행방향을 평행으로 하도록 구성되어 있다. 패럴렐렌즈(30)는, 중앙부에 이온빔의 통과 슬릿이 마련된 원호형상의 P렌즈 전극(32)을 갖는다. P렌즈 전극(32)은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 전압인가에 의하여 발생하는 전장을 이온빔(B)에 작용시켜, 이온빔(B)의 진행방향을 평행하게 정렬한다.

각도 에너지필터(34)는, 이온빔(B)의 에너지를 분석하고 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향시켜 주입처리실(16)로 유도하도록 구성되어 있다. 각도 에너지필터(34)는, 자장 편향용 자석장치(도시하지 않음), 또는 전장 편향용 AEF전극(36), 또는 그 양방을 갖는다. AEF전극(36)은, 고압 전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 2의 (b)에 있어서, 상측의 AEF전극(36)에 정(正)전압, 하측의 AEF전극(36)에 부(負)전압을 인가시킴으로써, 이온빔(B)을 하방으로 편향시킨다.

이와 같이 하여, 빔라인장치(14)는, 빔스캐너(26)의 상류 또는 하류에 배치되며, 웨이퍼 표면에서의 빔스캔방향의 빔폭을 조정 가능한 빔라인 구성요소를 구비한다.

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

주입처리실(16)은, 1매 또는 복수매의 웨이퍼(W)를 지지하고, 이온빔(B)에 대한 상대 이동(예를 들면, Y방향)을 필요에 따라서 웨이퍼(W)에 제공하도록 구성되는 메커니컬스캐너(44)(도 3 참조)를 구비한다. 도 2에 있어서, 화살표 Y에 의하여 웨이퍼(W)의 왕복 운동을 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, 제2 빔계측부(50)가 마련된다. 제2 빔계측부(50)는, 빔스캐너(26)의 하류에서 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정하도록 구성되어 있다. 제2 빔계측부(50)는, 사이드컵(40R, 40L)과, 센터컵(42)을 갖는다.

사이드컵(40R, 40L)은, 웨이퍼(W)에 대하여 X방향으로 어긋나게 배치되어 있고, 이온주입 시에 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔을 차단하지 않는 위치에 배치된다. 이온빔(B)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위를 넘어서 오버스캔되기 때문에, 이온주입 시에 있어서도 주사되는 빔의 일부가 사이드컵(40R, 40L)에 입사된다. 사이드컵(40R, 40L)은, 이온주입처리 중의 빔전류량을 모니터하기 위한 빔전류 모니터부로서 기능한다. 사이드컵(40R, 40L)의 계측값은, 제2 빔계측부(50)에 보내진다.

센터컵(42)은, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 빔전류강도 분포를 계측하기 위한 빔전류 측정부이다. 센터컵(42)은, 가동식으로 되어 있으며, 이온주입 시에는 웨이퍼위치로부터 퇴피되고, 웨이퍼(W)가 조사위치에 없을 때에 웨이퍼위치에 삽입된다. 센터컵(42)은, X방향으로 이동되면서 빔전류강도를 계측하여, 빔주사방향의 빔전류강도 분포를 계측한다. 센터컵(42)의 계측값은, 제2 빔계측부(50)에 보내진다. 다만, 센터컵(42)은, 빔주사방향의 복수의 위치에 있어서의 빔전류강도를 동시에 계측 가능해지도록, 복수의 패러데이컵이 X방향으로 나열된 어레이형상으로 형성되어 있어도 된다.

이와 같이 하여, 제2 빔계측부(50)는, 웨이퍼 표면과 Z방향으로 동일한 위치에서 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정할 수 있다. 또, 제2 빔계측부(50)는, 웨이퍼 표면에 대하여 상류의 위치에서 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정하도록 구성되어 있어도 된다. 혹은, 후술하는 바와 같이, 제2 빔계측부(50)는, 웨이퍼 표면에 대하여 하류의 위치에서 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정하도록 구성되어 있어도 된다.

주입처리실(16)에는, 방호판(46R, 46L)이 마련된다. 방호판(46R, 46L)은, 웨이퍼(W)에 대하여 X방향으로 어긋나게 배치되고, 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 넘어서 오버스캔된 이온빔이, 주입처리실(16)의 내벽이나, 주입처리실(16)의 내부에 마련되는 기기 등에 조사되는 것을 방지한다. 방호판(46R, 46L)은, 그래파이트 등으로 구성된다. 다만, 방호판(46R, 46L)은, 빔스캐너(26)의 하류에 마련되어 있으면 되고, 빔라인장치(14)에 마련되어도 된다.

제어장치(60)는, 이온주입장치(10)를 구성하는 각 기기의 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어장치(60)는, 원하는 목표 2차원 도스량 분포가 웨이퍼 표면에 부여되도록 빔스캐너(26) 및 메커니컬스캐너(44)를 제어한다.

제어장치(60)는, 스캔파형(예를 들면, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타나는 스캔파형)에 따라 빔스캐너(26)에 스캔 전장(또는, 자장식의 경우에는 스캔 자장)이 인가되도록 빔스캐너(26)를 제어하기 위한 빔스캐너 제어신호를 생성하고, 이것을 빔스캐너(26)로 출력한다. 빔스캐너 제어신호는, 스캔파형을 실현하는 한, 어떠한 양태여도 된다. 마찬가지로, 제어장치(60)는, 빔스캐너(26)에 의한 왕복 빔스캔과 적정하게 동기하여 웨이퍼(W)가 왕복 운동하도록 메커니컬스캐너(44)를 제어하기 위한 메커니컬스캐너 제어신호를 생성하고, 이것을 메커니컬스캐너(44)로 출력한다. 메커니컬스캐너 제어신호도, 적정한 메커니컬스캔을 실현하는 한, 어떠한 양태여도 된다.

도 3은 왕복 운동되는 웨이퍼(W)와 왕복 주사되는 이온빔(B)의 관계를 나타내는 정면도이다. 도 3에 있어서, 이온빔(B)은 가로방향(X방향)으로 왕복 주사되고, 웨이퍼(W)는 메커니컬스캐너(44)에 지지되어 세로방향(Y방향)으로 왕복 운동된다. 이러한 빔스캔과 메커니컬스캔의 조합은 하이브리드 스캔이라고도 불린다. 도 3에서는, 최상위치의 웨이퍼(W1)와 최하위치의 웨이퍼(W2)를 도시함으로써, 메커니컬스캐너(44)의 동작 범위를 나타내고 있다.

또, 빔스캐너(26)에 의하여 주사되는 이온빔(B)에 대하여, 주사단위치의 이온빔(B4)을 도시함으로써 이온빔(B)의 주사가능범위를 나타내고 있다. 이온빔(B)은, 메커니컬스캐너(44)의 좌우에 배치되는 사이드컵(40R, 40L)이나, X방향으로 이동 가능한 센터컵(42)이 배치되는 위치를 넘어서 오버스캔이 가능해지도록 구성된다. 다만, 도 3에서는, 가로로 긴 이온빔(B)이 주사되는 모습을 나타내고 있지만, 이온빔(B)의 형상은, 세로로 길어도 되고, 원형에 가까운 형상이어도 된다.

도 4는 이온빔(B)의 주사가능범위(C)를 나타내는 도이며, 도 3의 상면도에 대응한다. 주사가능범위(C)는, 크게 주입영역(C1)과 비주입영역(C2)의 2영역으로 구분할 수 있다. 주입영역(C1)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위이며, 사이드컵(40R, 40L)이 마련되는 위치보다 내측의 범위라고 할 수도 있다. 따라서, 주입영역(C1)을 향하는 이온빔(B1)은, 메커니컬스캐너(44)에 의하여 왕복 운동되는 웨이퍼(W)에 입사되어, 이온주입에 기여한다.

한편, 비주입영역(C2)은, 주입영역(C1)의 밖에 위치하는 영역이며, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위의 밖에 대응하는 영역이다. 따라서, 비주입영역(C2)을 향하는 이온빔(B3, B4)은, 메커니컬스캐너(44)에 의하여 왕복 운동되는 웨이퍼(W)에 입사되지 않아, 이온주입에 기여하지 않는다.

또, 비주입영역(C2)에는, 사이드 측정위치(C3)와 주사단위치(C4)가 포함된다. 사이드 측정위치(C3)는, 사이드컵(40R, 40L)이 마련되는 위치에 대응한다. 사이드 측정위치(C3)를 향하는 이온빔(B3)은, 사이드컵(40R, 40L)에 입사되기 때문에, 사이드 측정위치(C3)까지 이온빔을 주사시킴으로써, 이온주입처리 중이더라도 빔전류강도를 모니터할 수 있다. 주사단위치(C4)는, 방호판(46R, 46L)이 마련되는 위치에 대응한다. 따라서, 주사단위치(C4)를 향하는 이온빔(B4)은, 방호판(46R, 46L)에 입사된다. 이로 인하여, 주사단위치(C4)까지 이온빔을 주사시킨 경우여도, 주입처리실(16) 내의 의도하지 않은 개소에 이온빔이 조사되는 것을 방지할 수 있다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 센터컵(42)은, 가동식의 빔전류 검출기이기 때문에, 주입영역(C1) 및 비주입영역(C2)의 일부 범위(예를 들면, 주사단위치(C4)를 제외한 범위)에 있어서, 웨이퍼 표면에 대응하는 위치(A)에 있어서의 빔전류강도 분포를 측정 가능하다. 위치(A)는, 이온빔(B)의 진행방향인 Z방향에 대하여, 웨이퍼 표면과 동일한 Z방향의 위치에 상당한다. 주입영역(C1)을 1000 정도의 미소 구간으로 분할하고, 센터컵(42)을 X방향으로 이동시키면서 각 미소 구간마다 빔전류강도를 계측함으로써, 웨이퍼 표면에 있어서의 빔주사방향(X방향)의 빔전류강도 분포를 얻을 수 있다.

혹은, 제2 빔계측부(50)는, 복수의 빔전류 검출기(41)를 웨이퍼(W)의 하류에 구비해도 된다. 빔전류 검출기(41)는, 사이드컵(40R, 40L)과 마찬가지로 고정식이다. 빔전류 검출기(41)는, X방향으로 배열되어 있고, 각각의 X위치에서 빔전류강도 분포를 측정 가능하다. 빔전류 검출기(41)는, 천이영역(상세를 후술)에 해당하는 X위치에서 조밀하게 배열되고, 다른 영역에서는 성기게 배열되어 있어도 된다. 빔전류 검출기(41)는, X방향으로 30mm 이하의 측정위치 정밀도를 갖는 것이 바람직하다.

여기에서, 천이영역이란, 목표 2차원 도스량 분포에 있어서 도스량의 정확성에 대한 요구가 상대적으로 낮은 영역을 말한다. 균일 주입에서는 웨이퍼 전체면에 대하여 정밀한 주입 정밀도가 반드시 요구된다. 한편, 불균일 주입에서는, (1) 웨이퍼 전체면에 대하여 정밀한 주입 정밀도가 요구되는 경우도 있고, (2) 웨이퍼 내에서 한정된 영역의 주입 정밀도만이 요구되는 경우도 있다. 예를 들면 웨이퍼 중심으로부터 100mm 이내를 기준 도스량으로, 웨이퍼 중심으로부터 120mm보다 외측을 기준 도스량보다 10% 증가시켜 주입하는 등의 요청을 생각할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 중심으로부터 100mm~120mm 영역의 도스량은 천이영역으로서 생각할 수 있고, 그 도스량에 특별히 정확성이 요구되지 않으며, 기준 도스량으로부터 기준 도스량의 110% 사이이면 된다. 따라서, 불균일 주입에서의 합격 여부 판정은, (1)의 경우는 통상 주입과 동일한 수법을 이용할 필요가 있지만, (2)의 경우는 미리 정해진 천이영역을 제외하여 행하면 된다. 여기에서 천이영역 길이로서는 전형적으로는 5mm~30mm가 설정된다. 이 천이영역 길이는 상기 빔전류 측정의 위치 정밀도(30mm 이하)와도 정합한다.

도 5, 도 6, 및 도 7은, 웨이퍼(W) 상의 목표 2차원 도스량 분포를 예시한다. 도 5에는 목표 2차원 균일 도스량 분포(80)를 나타낸다. 도 6에는 목표 2차원 불균일 도스량 분포(82)를 나타내고, 도 7에는 다른 목표 2차원 불균일 도스량 분포(84)를 나타낸다. 상술과 같이, X방향은 빔스캔방향을 나타내고, Y방향은 메커니컬스캔방향을 나타낸다.

또, 도 5, 도 6, 및 도 7에는 각각, 3개의 Y위치 Y1, Y2, Y3에 있어서의 X방향의 목표 1차원 도스량 분포를 함께 나타낸다. 또한, 도 7에는, Y위치 Y4, Y5에 있어서의 X방향의 목표 1차원 도스량 분포를 나타낸다. Y위치 Y1, Y2, Y3, Y4, Y5의 각각에 있어서의 웨이퍼 양단의 X위치를 (X1a, X1b), (X2a, X2b), (X3a, X3b), (X4a, X4b), (X5a, X5b)라고 표기하고 있다. Y위치 Y1, Y2, Y3, Y4, Y5의 각각에 있어서의 스캔범위(CY1, CY2, CY3, CY4, CY5)가 웨이퍼 양단의 X위치에 의하여 규정되어 있다.

이들 목표 도스량 분포는 이해를 위한 단순한 예시이며, 나타나는 특정 분포로 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.

도 5에 나타나는 바와 같이, 목표 2차원 균일 도스량 분포(80)는 웨이퍼 표면의 전역에 걸쳐 균일 목표 도스량(Dt)을 갖는다. 이와 같이, 목표 2차원 균일 도스량 분포(80)는, 다른 Y위치에 형성되는 복수의 목표 1차원 균일 도스량 분포(81)로 이루어진다. 각 목표 1차원 균일 도스량 분포(81)는, X방향의 도스량 분포이다. 일반적으로, 균일 주입에 있어서의 목표 도스량(Dt)은 정확하게 실현되어야 한다. 그런 의미에서, 목표 1차원 균일 도스량 분포(81)는 그 전체가 정밀주입영역이며, 천이영역을 갖지 않는다.

도 6에 나타나는 목표 2차원 불균일 도스량 분포(82)는, 제1 목표 도스량(Dt1)을 중앙영역(82a)에 갖고, 제1 목표 도스량(Dt1)과 다른 제2 목표 도스량(Dt2)을 외측영역(82b)에 갖는다. 제1 목표 도스량(Dt1)이 제2 목표 도스량(Dt2)보다 크다. 목표 2차원 불균일 도스량 분포(82)는, 다른 Y위치에 형성되는 복수의 목표 1차원 불균일 도스량 분포(83)로 이루어진다. 각 목표 1차원 불균일 도스량 분포(83)는, X방향의 도스량 분포이다.

여기에서 유의해야 할 것은, 목표 1차원 불균일 도스량 분포(83)는, 제1 정밀주입영역(83a), 제2 정밀주입영역(83b), 및 천이영역(83c)을 갖는 것이다. 제1 정밀주입영역(83a)은 제1 목표 도스량(Dt1)으로 설정되고, 제2 정밀주입영역(83b)은 제2 목표 도스량(Dt2)으로 설정되어 있다. 제1 정밀주입영역(83a)과 제2 정밀주입영역(83b)은, 양자 간에 천이영역(83c)을 사이에 두고 X방향으로 인접한다.

목표 2차원 불균일 도스량 분포(82)는, 각각이 천이영역(83c)을 갖고 Y방향으로 나열된 일군의 목표 1차원 불균일 도스량 분포(83)를 포함한다. 중앙영역(82a)은 Y방향으로 나열된 3개의 직사각형 부분으로 형성되어 있다. 따라서, 이들 일군의 목표 1차원 불균일 도스량 분포(83)에 걸쳐 천이영역(83c)이 꺾인선 형상으로 이어져 있다.

도 7에 나타나는 다른 목표 2차원 불균일 도스량 분포(84)는, 제3 목표 도스량(Dt3)을 중심영역(84a)에 갖고, 제3 목표 도스량(Dt3)과 다른 제4 목표 도스량(Dt4)을 외주영역(84b)에 갖는다. 제3 목표 도스량(Dt3)이 제4 목표 도스량(Dt4)보다 크다. 목표 2차원 불균일 도스량 분포(84)는, 다른 Y위치에 형성되는 복수의 목표 1차원 불균일 도스량 분포(85)를 포함한다.

목표 1차원 불균일 도스량 분포(85)는, 제3 정밀주입영역(85a), 제4 정밀주입영역(85b), 및 천이영역(85c)을 갖는다. 제3 정밀주입영역(85a)은 제3 목표 도스량(Dt3)으로 설정되고, 제4 정밀주입영역(85b)은 제4 목표 도스량(Dt4)으로 설정되어 있다. 제3 정밀주입영역(85a)과 제4 정밀주입영역(85b)은, 양자 간에 천이영역(85c)을 사이에 두고 X방향으로 인접한다.

목표 2차원 불균일 도스량 분포(84)는, 각각이 천이영역(85c)을 갖고 Y방향으로 나열된 일군의 목표 1차원 불균일 도스량 분포(85)를 포함한다. 중심영역(84a)은 원형이다. 따라서, 이들 일군의 목표 1차원 불균일 도스량 분포(85)에 걸쳐 천이영역(85c)이 원호 형상으로 이어져 있다.

천이영역(83c, 85c)은 2개의 정밀주입영역의 경계에 해당하므로, 정밀주입영역에 비하여 낮은 주입 정밀도가 허용될 수 있다. 천이영역(83c, 85c)의 X방향의 길이는, 예를 들면 5mm 이상 30mm 이하이다.

또, 목표 2차원 불균일 도스량 분포(84)는, 다른 Y위치에 형성되는 복수의 목표 1차원 균일 도스량 분포(86)를 포함한다. 목표 1차원 균일 도스량 분포(86)는 제4 목표 도스량(Dt4)을 갖는다. 이와 같이, 목표 2차원 불균일 도스량 분포(84)는, 불균일한 1차원 도스량 분포와 균일한 1차원 도스량 분포 양방을 포함해도 된다. 목표 2차원 불균일 도스량 분포의 형상에 따라서는, 적어도 하나의 목표 1차원 불균일 도스량 분포와, 적어도 하나의 목표 1차원 균일 도스량 분포를 포함해도 된다.

다만 본 명세서에서는, 목표 1차원(균일 또는 불균일) 도스량 분포를 간단하게, 목표 도스량 분포라고 부르는 경우가 있다. 마찬가지로, 후술하는 1차원 빔전류강도 분포에 대해서도 간단히 빔전류강도 분포라고 부르는 경우가 있다.

도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는, 빔스캐너(26)를 제어하기 위한 스캔파형을 예시한다. 스캔파형은, 왕복 빔스캔의 스캔 속도 분포 및 스캔 주기를 정의한다. 빔스캐너(26)는 전장식이기 때문에, 스캔파형은, 빔스캐너(26)에 인가되는 스캔 전압 파형, 즉, 스캐너전극(28)의 양 전극 간의 전위차의 시간 변화를 나타내는 파형에 상당한다.

도 8의 (a)에 나타나는 스캔파형은, 시간에 대하여 직선적으로 변화하는 삼각파이다. 이러한 스캔파형은, 때로는 초깃값으로서 사용될 수 있다. 스캔 전압이 시간에 대하여 직선적으로 변화하므로, 스캔 속도는 스캔범위에 걸쳐 일정해진다.

언뜻 보면, 직선적인 삼각파의 스캔파형을 이용하면, 목표 2차원 균일 도스량 분포(80)를 즉시 얻을 수 있다고 생각할 수 있다. 그러나, 실제로는 다양한 요인에 의하여, 그렇게 간단하지는 않다. 따라서, 대부분의 경우, 목표 2차원 균일 도스량 분포(80)를 얻도록 스캔파형이 수정된다.

웨이퍼(W) 상에서의 빔전류강도 분포를 시간적으로 적분함으로써 그 웨이퍼(W) 상에서의 도스량 분포가 얻어진다. 이와 같이 빔전류강도 분포는 도스량 분포와 관련을 갖는다. 또, 소정 장소에서의 스캔 속도가 빠르면 그 장소의 빔전류강도는 작아지고, 반대로 스캔 속도가 느리면 빔전류강도는 커진다.

따라서, 스캔파형을 수정함으로써, 측정 빔전류강도 분포를 목표 도스량 분포에 관련된 목표 빔전류강도 분포에 접근시킬 수 있다. 측정 빔전류강도가 목표 빔전류강도보다 큰 영역에서는 스캔 속도를 빠르게 하도록 스캔파형이 수정된다. 반대로, 측정 빔전류강도가 목표 빔전류강도보다 작은 영역에서는 스캔 속도를 느리게 하도록 스캔파형이 수정된다. 스캔파형의 수정과 빔전류강도 분포의 측정을 반복함으로써, 측정 빔전류강도 분포를 목표 빔전류강도 분포에 충분히 접근시킬(이상적으로는 일치시킬) 수 있다. 이와 같이 하여, 측정 빔전류강도 분포를 목표 도스량 분포에 적합하게 할 수 있다.

도 8의 (b)에는, 수정된 스캔파형을 예시한다. 도 8의 (a)의 초기 스캔파형과는 달리, 도 8의 (b)의 스캔파형에서는, 일주기의 소정 부분과 다른 부분에서 스캔 전압의 기울기(즉 스캔 속도)가 다른 것이 이해된다.

도 9는 실시형태에 관한 제어장치(60)를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 본 명세서의 블록도에 있어서 나타나는 각 블록은, 하드웨어 구성으로서는 컴퓨터의 CPU나 메모리를 비롯한 소자나 회로, 기계 장치로 실현될 수 있고, 소프트웨어 구성으로서는 컴퓨터 프로그램 등에 의하여 실현되는데, 여기에서는, 그들의 연계에 의하여 실현되는 기능 블록을 묘사하고 있다. 따라서, 이들 기능 블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 형태로 실현될 수 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

제어장치(60)는, 목표 설정부(62), 천이영역 설정부(64), 빔폭 조정부(66), 스캔파형 생성부(68), 스캔 주파수 조정부(70), 주입용 스캔파형 데이터베이스(72), 빔스캐너 구동부(74), 웨이퍼 속도 조정부(76), 및 메커니컬스캐너 구동부(78)를 구비한다.

목표 설정부(62)는, 목표 2차원 불균일 도스량 분포를, 각각이 빔스캔방향의 도스량 분포이며 메커니컬스캔방향으로 다른 위치에 형성되는 복수의 목표 도스량 분포로 변환하도록 구성되어 있다. 천이영역 설정부(64)는, 목표 도스량 분포에 천이영역을 설정하도록 구성되어 있다. 빔폭 조정부(66)는, 빔폭이 천이영역의 빔스캔방향의 길이보다 짧아지도록 적어도 하나의 빔라인 구성요소를 제어하도록 구성되어 있다.

스캔파형 생성부(68)는, 목표 도스량 분포에 적합한 주입용 스캔파형을 제2 빔계측부(50)의 측정 결과에 근거하여 생성하도록 구성되어 있다. 스캔파형 생성부(68)는, 소정의 순서로 스캔파형을 생성 또는 수정하고, 그 스캔파형하에서 제2 빔계측부(50)에 의하여 측정되는 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합한지 여부를 판정하는 것을, 적합한 측정 빔전류강도 분포가 발견될 때까지 반복한다. 생성된 스캔파형은, 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)에 격납된다.

스캔파형 생성부(68)는, 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)에 격납되는 스캔파형에 소정의 연산처리를 실시하는 것에 의해서도 스캔파형을 생성한다. 예를 들면, 균일 주입용 스캔파형에 대하여 목표 불균일 도스량 분포에 따른 연산처리를 실시함으로써 불균일 주입용 스캔파형을 생성한다. 구체적으로는, 목표 불균일 도스량 분포와 빔스캔 속도 분포가 반비례의 관계성이 되는 것을 이용한 연산처리가 이루어진다.

스캔파형 생성부(68)는, 후술하는 스캔 주파수 조정부(70)가 결정한 주파수를 갖는 스캔파형을 생성한다. 스캔파형 생성부(68)는, 스캔파형을 시간축방향으로 신축시킴으로써 스캔 주파수 조정부(70)가 결정한 주파수가 되도록 한다. 즉, 소정 스캔파형에 대응하는 빔스캔 속도의 분포 형상은 변경되지 않고, 빔스캔의 평균 속도만이 변경되도록 하여 주파수가 다른 스캔파형을 생성한다.

스캔 주파수 조정부(70)는, 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정한다. 스캔 주파수 조정부(70)는, 스캔파형에 포함되는 최대 변화 속도가 소정의 상한 변화 속도와 일치하도록 조정된 경우의 스캔파형의 주파수를 "상한 스캔 주파수"로서 산출한다. 여기에서 말하는, 상한 변화 속도란, 빔스캐너 구동부(74)가 구동 가능한 스캔파형의 시간 변화의 상한값을 나타내고, 빔스캐너(26)에 의하여 실현 가능한 빔스캔의 최대 스캔 속도에 대응한다. 이 상한 변화 속도를 초과하는 스캔파형은 구동 불가능하기 때문에, 그 상한이 되는 주파수를 "상한 스캔 주파수"로서 산출한다.

스캔 주파수 조정부(70)는, 예를 들면 목표 도스량 분포를 부여하기 위한 스캔파형이 주파수(f) 및 최대 변화 속도 vmax를 갖는 경우, 상술한 상한 변화 속도(vth)로부터, 상한 스캔 주파수(fB)=f·vth/vmax의 식에 의하여 산출한다. 목표 설정부(62)에 의하여 복수의 목표 도스량 분포가 설정되는 경우, 복수의 목표 도스량 분포에 대응하는 복수의 스캔파형의 각각의 최대 변화 속도가 소정의 상한 변화 속도를 초과하지 않도록 한다. 스캔 주파수 조정부(70)는, 예를 들면 복수의 스캔파형의 각각에 대하여 개별 상한 스캔 주파수를 산출하고, 복수의 개별 상한 스캔 주파수 중 최솟값을 상한 스캔 주파수(fB)로 한다.

스캔 주파수 조정부(70)는, 다른 수법을 이용하여 상한 스캔 주파수(fB)를 산출해도 된다. 스캔 주파수 조정부(70)는, 목표 설정부(62)에 의하여 설정되는 목표 1차원 도스량 분포 α(x)와, 스캔파형에 따른 편도 빔스캔의 스캔 속도 분포 S(x)가 반비례의 관계성을 갖는 것을 이용하여 상한 스캔 주파수(fB)를 산출해도 된다. 왕복 빔스캔의 주기(T)(=1/f)는, 스캔 속도 분포 S(x)를 이용하여, T=2∫dx/S(x)로 기술할 수 있다. 적분 범위는, 왕복 빔스캔의 스캔범위이다.

여기에서 비례 상수 k를 도입하면, 목표 1차원 도스량 분포 α(x)와 스캔 속도 분포 S(x)의 관계성은, k·α(x)=1/S(x)로 기술할 수 있다. 왕복 빔스캔의 주기(T)는, 도스량 분포 α(x)를 이용하여 T=2k∫α(x)dx로 기술할 수 있다. 이 식으로부터, 비례 상수 k를 조정하면, 주기(T)(즉, 스캔 주파수(f))를 조정할 수 있는 것이 이해될 것이다.

상한 스캔 주파수(fB)가 되는 경우의 비례 상수 kB에 대하여 생각한다. 스캔 속도 분포 S(x)에 있어서 스캔 속도가 최댓값 Smax가 되는 위치 x에서는, 도스량 분포 α(x)의 도스량이 최솟값 αmin이 되고, k·αmin=1/Smax의 관계식이 성립된다. 여기에서, 스캔 속도의 최댓값 Smax가 빔스캐너(26)에 의하여 실현 가능한 최대 스캔 속도 Sth가 되는 경우에 스캔파형의 주파수가 상한 스캔 주파수(fB)가 되는 점에서, 이때의 비례 상수 kB=1/(αmin·Sth)로 기술할 수 있다. 이 비례 상수 kB를 상술한 식에 대입하면, 상한 스캔 주파수(fB)=αmin·Sth/2∫α(x)dx로 기술할 수 있다. 이 식으로부터, 목표 1차원 도스량 분포 α(x)와, 빔스캐너(26)의 최대 스캔 속도 Sth로부터 상한 스캔 주파수(fB)를 산출할 수도 있다.

스캔 주파수 조정부(70)는, 산출한 상한 스캔 주파수(fB)와 미리 설정되는 하한 스캔 주파수(fA) 사이의 범위 내에서 불균일 주입에 이용하는 스캔 주파수(fC)를 결정한다. 여기에서, 미리 설정되는 하한 스캔 주파수(fA)란, 웨이퍼 데미지나 주입 불균일의 관점에서 설정되는 주파수이며, 이것보다 낮은 스캔 주파수로 한 경우에 웨이퍼 데미지나 주입 불균일의 부작용이 발생할 수 있는 주파수이다. 하한 스캔 주파수(fA)는, 빔조사에 의하여 웨이퍼에 부여되는 데미지량과 왕복 빔스캔의 주파수의 관계성에 근거하여 실험적으로 정해져도 되고, 빔조사에 의하여 웨이퍼에 부여되는 도스량 분포의 상기 목표 2차원 도스량 분포로부터의 어긋남량과 왕복 빔스캔의 주파수의 관계성에 근거하여 실험적으로 정해져도 된다.

스캔 주파수 조정부(70)는, 산출한 상한 스캔 주파수(fB)를 스캔 주파수(fC)로서 결정해도 되고, 하한 스캔 주파수(fA)와 상한 스캔 주파수(fB) 사이에 단계적으로 설정되는 값 중 어느 하나를 스캔 주파수(fC)로서 결정해도 된다. 웨이퍼 데미지나 주입 불균일의 영향을 고려하면, 결정되는 스캔 주파수(fC)는, 가능한 한 높은 값, 즉, 상한 스캔 주파수(fB)에 가까운 값으로 하는 것이 바람직할지도 모른다. 한편, 웨이퍼 데미지량을 어느 정도 크게 하고자 하는 경우 등에는, 하한 스캔 주파수(fA)에 가까운 값을 스캔 주파수(fC)로서 결정해도 되고, 하한 스캔 주파수(fA)를 스캔 주파수(fC)로서 결정해도 된다. 다만, 산출한 상한 스캔 주파수(fB)가 하한 스캔 주파수(fA)를 하회하는 경우, 스캔 주파수 조정부(70)는 스캔 주파수(fC)를 결정하지 않고, 스캔 주파수(fC)의 결정을 할 수 없는 것을 유저에게 통지한다.

주입용 스캔파형 데이터베이스(72)는, 스캔파형 생성부(68)에 의하여 생성된 주입용 스캔파형을 격납하도록 구성되어 있다.

빔스캐너 구동부(74)는, 복수의 목표 도스량 분포의 각각에 대응하는 스캔파형을 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)로부터 취득하도록 구성되어 있다. 빔스캐너 구동부(74)는, 취득된 스캔파형으로부터 어느 하나를 메커니컬스캔방향의 기판위치에 따라 선택하고, 선택된 스캔파형을 이용하여 빔스캐너(26)를 구동하도록 구성되어 있다. 빔스캐너 구동부(74)는, 메커니컬스캔방향의 기판위치에 따라 선택하는 스캔파형을 전환함으로써, 웨이퍼 표면에 설정되는 주입영역마다 다를 수 있는 도스량 분포가 부여되도록 한다.

웨이퍼 속도 조정부(76)는, 메커니컬스캔방향의 웨이퍼 속도의 조정에 이용하는 웨이퍼 속도 계수를 산출한다. 웨이퍼 속도 조정부(76)는, 목표 설정부(62)에 의하여 복수의 목표 도스량 분포가 설정되는 경우, 복수의 목표 도스량 분포의 각각에 대응하는 복수의 웨이퍼 속도 계수를 산출한다. 복수의 웨이퍼 속도 계수의 각각은, 메커니컬스캔방향의 기판위치에 따라 선택되고, 메커니컬스캔방향의 도스량 분포를 제어하기 위하여 설정된다.

웨이퍼 속도 조정부(76)는, 예를 들면 메커니컬스캔방향이 다른 위치에 목표 도스량이 동일한 복수 영역이 설정되는 경우, 각 영역에서의 빔스캔 속도와 메커니컬스캔 속도의 곱이 일정값이 되도록 웨이퍼 속도 계수가 산출된다. 웨이퍼 표면의 미소영역에 부여되는 단위시간당 도스량은, 그 미소영역에 이온빔이 입사될 때의 빔스캔 속도와 메커니컬스캔 속도의 곱에 비례한다. 이로 인하여, 빔스캔 속도와 메커니컬스캔 속도의 곱이 일정값이 되도록 웨이퍼 속도 계수를 조정함으로써, 다른 위치의 미소영역에 부여되는 도스량을 동일하게 할 수 있다.

웨이퍼 속도 조정부(76)는, 빔전류 모니터부인 사이드컵(40R, 40L)에 의하여 모니터되는 빔전류량에 근거하여 웨이퍼 속도 계수를 산출해도 된다. 웨이퍼 속도 조정부(76)는, 모니터되는 빔전류량과 메커니컬스캔 속도의 비가 일정해지도록 웨이퍼 속도 계수를 조정해도 된다. 모니터되는 빔전류량은, 스캔 전의 빔전류량이 일정하면, 빔스캔 속도에 반비례한다. 따라서, 모니터되는 빔전류량과 메커니컬스캔 속도의 비를 일정하게 함으로써, 빔스캔 속도와 메커니컬스캔 속도의 곱을 일정하게 하는 것과 동등한 조정을 할 수 있다. 또, 모니터되는 빔전류량에 근거함으로써, 스캔 전의 빔전류량의 변동에 따른 도스량의 어긋남을 보정할 수도 있다.

메커니컬스캐너 구동부(78)는, 웨이퍼 속도 조정부(76)가 산출한 웨이퍼 속도 계수에 따라 메커니컬스캐너(44)를 구동하도록 구성된다. 웨이퍼 속도 조정부(76)가 메커니컬스캔방향의 기판위치에 따라 복수의 웨이퍼 속도 계수를 산출하는 경우, 그 위치에 따른 웨이퍼 속도 계수를 선택하고, 선택된 웨이퍼 속도 계수를 이용하여 메커니컬스캐너(44)를 구동한다. 웨이퍼 속도 조정부(76)가 빔전류 모니터부의 모니터 결과에 근거하여 웨이퍼 속도 계수를 산출하는 경우, 그 산출된 웨이퍼 속도 계수에 따라 메커니컬스캐너(44)를 구동한다. 이로써, 메커니컬스캔방향으로 원하는 도스량 분포가 부여되도록 한다. 이렇게 하여, 도 3에 예시되는 하이브리드 스캔이 실현된다.

도 10은 실시형태에 관한 스캔 주파수 조정방법을 나타내는 플로차트이다. 이 방법은, 이온주입처리의 준비단계에 있어서 실행된다.

먼저, 스캔 주파수의 조정이 필요하면(S10의 예), 제어장치(60)는, 유저로부터 하한 스캔 주파수(fA)의 설정을 받아들인다(S12). 스캔파형 생성부(68)는, 목표 2차원 도스량 분포에 따라 빔스캔파형을 생성하고(S14), 스캔 주파수 조정부(70)는, 생성된 빔스캔파형에 포함되는 최대 변화 속도 vmax를 산출하며(S16), 산출된 최대 변화 속도 vmax로부터 빔스캐너(26)에서 구동 가능한 상한 스캔 주파수(fB)를 산출한다(S18).

산출된 상한 스캔 주파수(fB)가 하한 스캔 주파수(fA) 이상이면(S20의 예), 스캔 주파수 조정부(70)는, 하한 스캔 주파수(fA) 이상, 상한 스캔 주파수(fB) 이하가 되는 범위 내에서 스캔 주파수(fC)를 결정하고(S22), 스캔파형 생성부(68)는, 결정된 스캔 주파수(fC)를 갖는 빔스캔파형을 생성한다(S24). 목표 2차원 불균일 도스량 분포를 부여하기 위한 복수의 빔스캔파형을 생성할 필요가 있는 경우, 스캔파형 생성부(68)는, 복수의 빔스캔파형의 각각이 공통의 스캔 주파수(fC)를 갖도록 복수의 스캔파형을 생성한다.

한편, 산출된 상한 스캔 주파수(fB)가 하한 스캔 주파수(fA) 미만이면(S20의 아니오), 스캔 주파수 조정부(70)는, 스캔 주파수(fC)를 결정할 수 없다고 유저에게 통지하고, 제어장치(60)는, 주입조건의 변경 여부를 유저에게 확인한다(S26). 주입조건의 변경이 가능하면(S26의 예), 변경된 주입조건에 따라 S12~S20의 처리를 반복한다. 주입조건의 변경이 불가능하다면(S26의 아니오), 제어장치(60)는, 빔스캔파형의 생성을 중단한다(S28).

다만, 이온주입 프로세스의 특징으로부터, 스캔 주파수의 조정이 필요하지 않은 경우도 있을 수 있다(S10의 아니오). 이 경우, 설정 가능한 목표 2차원 도스량 분포를 취득하기 위하여 필요한 복수의 빔스캔파형을 생각하고, 그들의 상한 스캔 주파수(fB) 이하가 되는 고정 스캔 주파수(fX)를 설정함으로써, 다양한 목표 2차원 도스량 분포를 얻을 수 있다. 이와 같이, 스캔 주파수의 조정이 불필요하면(S10의 아니오), 제어장치(60)는, 유저로부터 지정되는 고정 스캔 주파수(fX)를 설정하고(S30), 스캔파형 생성부(68)는, 설정된 고정 스캔 주파수(fX)를 갖는 빔스캔파형을 생성한다(S32).

계속해서, 도 10의 S14, S32의 스캔파형 생성처리에 대하여 설명한다. 도 11은 도 10의 스캔파형 생성처리의 예를 상세하게 나타내는 플로차트이다. 도 12는 도 11의 반복수법에 의하여 스캔파형을 수정하는 모습을 모식적으로 나타낸다. 다만, 빔스캔파형의 생성방법은 이에 한정되지 않고, 그 외의 수법을 이용해도 되는 것에 유의해야 한다.

먼저, 목표 2차원 불균일 도스량 분포가 제어장치(60)에 입력되고, 목표 설정부(62)는, 그 목표 2차원 불균일 도스량 분포를 복수의 목표(1차원) 도스량 분포로 변환한다(S40). 천이영역 설정부(64)는, 복수의 목표 도스량 분포 각각에 대하여, 천이영역을 설정한다(S42). 천이영역 설정부(64)는, 목표 1차원 불균일 도스량 분포에 대하여, 제1 정밀주입영역(83a)과 제2 정밀주입영역(83b)의 사이에 천이영역(83c)을 설정한다. 한편, 목표 1차원 균일 도스량 분포는 천이영역을 갖지 않기 때문에, 천이영역 설정부(64)는, 목표 1차원 균일 도스량 분포에 대해서는 천이영역을 설정하지 않는다. 빔폭 조정부(66)는, 필요에 따라서, 빔폭이 천이영역의 빔스캔방향의 길이보다 짧아지도록 적어도 하나의 빔라인 구성요소를 제어한다(S44).

스캔파형 생성부(68)는, 스캔파형을 설정한다(S46). 첫회의 경우에는, 스캔파형 생성부(68)는, 스캔파형의 초깃값(90a)을 빔스캐너 구동부(74)에 부여한다. 스캔파형의 초깃값(90a)은 예를 들면, 도 8의 (a)에 나타내는 직선적인 삼각파의 스캔파형이어도 되고, 도 8의 (b)에 나타내는 균일 주입용으로 수정된 스캔파형이어도 된다. 이러한 스캔파형이 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)에 미리 격납되고, 스캔파형 생성부(68)는, 그것을 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)로부터 독출해도 된다.

스캔파형 생성부(68)는, 상술한 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같은 반복수법을 이용하지 않고, 빔스캔파형을 생성해도 된다. 예를 들면, 주어진 목표 도스량 분포에 근거하는 수학적인 계산에 의하여 스캔파형을 결정해도 된다. 예를 들면, 도 8의 (b)에 나타내는 균일 주입용으로 수정된 스캔파형에 대하여, 목표 도스량 분포와 빔스캔 속도 분포가 반비례의 관계가 되는 것을 이용한 연산처리를 실시함으로써, 목표 도스량 분포에 대응하는 스캔파형을 생성해도 된다. 즉, 목표 도스량 분포에 대응하는 빔스캔파형을 생성하는 경우에, 빔전류강도 분포를 매번 계측하지 않고, 수학적인 연산처리에 근거하여 스캔파형을 결정해도 된다.

빔스캐너 구동부(74)는, 스캔파형 생성부(68)에 의하여 설정된 스캔파형을 이용하여 빔스캐너(26)를 구동한다. 빔스캐너(26)는, 설정된 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공한다. 제2 빔계측부(50)는, 빔스캐너(26)의 하류에서 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정한다(S48).

스캔파형 생성부(68)는, 목표 불균일 도스량 분포에 관련된 목표 빔전류강도 분포와 측정 빔전류강도 분포(94a)를 비교한다(S50). 스캔파형 생성부(68)는, 비교 결과에 근거하여 측정 빔전류강도 분포(94a)가 목표 불균일 도스량 분포(92)에 적합한지 여부를 판정한다(S52).

천이영역이 설정되어 있는 경우에는, 스캔파형 생성부(68)는, 천이영역을 제외하고, 목표 빔전류강도 분포와 측정 빔전류강도 분포를 비교한다. 즉, 천이영역에서는 목표 빔전류강도 분포와 측정 빔전류강도 분포를 비교하지 않는다. 스캔파형 생성부(68)는, 정밀주입영역만으로 목표 빔전류강도 분포와 측정 빔전류강도 분포를 비교한다. 이렇게 하여, 스캔파형 생성부(68)는, 천이영역을 제외하고, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합한지 여부를 판정한다.

천이영역이 설정되어 있지 않은 경우에는, 스캔파형 생성부(68)는, 기판 표면에 대한 이온주입을 위한 빔스캐너(26)에 의한 스캔범위에 걸쳐, 목표 빔전류강도 분포와 측정 빔전류강도 분포를 비교한다. 이렇게 하여, 스캔파형 생성부(68)는, 스캔범위의 전역에서, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합한지 여부를 판정한다.

스캔파형 생성부(68)는, 측정 빔전류강도 분포(94a)가 목표 불균일 도스량 분포(92)에 적합하지 않은 경우에는(S52의 NG), 스캔파형(90a)을 다른 스캔파형(90b)으로 재설정한다(S46). 재설정된 스캔파형(90b)하에서, 제2 빔계측부(50)에 의하여 측정 빔전류강도 분포(94b)가 재측정된다(S48). 이와 같이 하여, 스캔파형 생성부(68)는, 스캔파형(90a)을 다른 스캔파형(90b)으로 수정하고, 수정된 스캔파형(90b)하에서 새로 측정되는 측정 빔전류강도 분포(94b)가 목표 불균일 도스량 분포(92)에 적합한지 여부를 다시 판정한다(S52). 적합한 측정 빔전류강도 분포(94c)가 발견될 때까지, 스캔파형의 설정, 빔전류강도 분포의 측정, 적합 판정이 반복된다.

스캔파형 생성부(68)는, 측정 빔전류강도 분포(94c)가 목표 불균일 도스량 분포(92)에 적합한 경우에는(S52의 OK), 적합했을 때에 설정되어 있는 스캔파형(90c)을 목표 불균일 도스량 분포(92)의 주입용 스캔파형으로서 채용한다. 즉, 스캔파형 생성부(68)는, 스캔파형(90c)을 목표 불균일 도스량 분포(92)에 대응짓는다. 필요하면, 스캔파형 생성부(68)는, 목표 불균일 도스량 분포(92)에 대응지어진 스캔파형(90c)을 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)에 격납한다(S54).

이렇게 하여, 어느 1개의 목표 불균일 도스량 분포를 위한 스캔파형이 결정된다. 다른 목표 불균일 도스량 분포에 대해서도 동일하게 하여 스캔파형이 결정된다. 즉, 스캔파형 생성부(68)는, 복수의 목표 불균일 도스량 분포의 각각에 대하여, 주어진 스캔파형하에서 제2 빔계측부(50)에 의하여 측정되는 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합한지 여부를 판정하고, 적합한 경우에는, 주어진 스캔파형을 목표 불균일 도스량 분포에 대응지어 주입용 스캔파형 데이터베이스(72)에 격납한다.

다만, 스캔파형 생성부(68)는, 측정 빔전류강도 분포와 목표 불균일 도스량 분포의 비교 대신에, 규격화 및 균일성 평가를 실행해도 된다. 스캔파형 생성부(68)는, 목표 불균일 도스량 분포에 관련된 목표 빔전류강도 분포로 측정 빔전류강도 분포를 규격화하고, 규격화된 측정 빔전류강도 분포의 균일성을 평가함으로써, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합한지 여부를 판정해도 된다.

스캔파형 생성부(68)는, 규격화로서, 측정 빔전류강도 분포와 목표 빔전류강도 분포의 차인 빔전류강도 분포차를 연산해도 된다. 스캔파형 생성부(68)는, 빔전류강도 분포차의 균일성을 평가해도 된다. 스캔파형 생성부(68)는, 빔전류강도 분포차가 소정의 임곗값에 들어가는 경우, 빔전류강도 분포차가 균일하다고 평가하고, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합하다고 판정한다. 스캔파형 생성부(68)는, 빔전류강도 분포차가 당해 임곗값에 들어가지 않는 경우, 빔전류강도 분포차가 불균일하다고 평가하고, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 부적합하다고 판정한다.

스캔파형 생성부(68)는, 규격화로서, 측정 빔전류강도 분포와 목표 빔전류강도 분포의 비인 빔전류강도 분포비를 연산해도 된다. 스캔파형 생성부(68)는, 빔전류강도 분포비의 균일성을 평가해도 된다. 스캔파형 생성부(68)는, 빔전류강도 분포비가 소정의 임곗값에 들어가는 경우, 빔전류강도 분포비가 균일하다고 평가하고, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 적합하다고 판정한다. 스캔파형 생성부(68)는, 빔전류강도 분포비가 당해 임곗값에 들어가지 않는 경우, 빔전류강도 분포비가 불균일하다고 평가하고, 측정 빔전류강도 분포가 목표 불균일 도스량 분포에 부적합하다고 판정한다.

또, 스캔파형 생성부(68)는, 기판 표면에 대한 이온주입을 위한 빔스캐너(26)에 의한 스캔범위에 걸쳐, 측정 빔전류강도 분포를 목표 빔전류강도 분포로 규격화하며, 규격화된 측정 빔전류강도 분포의 균일성을 평가해도 된다. 스캔파형 생성부(68)는, 미리 정해진 천이영역을 제외하고, 측정 빔전류강도 분포를 목표 빔전류강도 분포로 규격화하며, 규격화된 측정 빔전류강도 분포의 균일성을 평가해도 된다.

이하, 목표 2차원 도스량 분포의 구체예를 들면서, 빔스캔 및 메커니컬스캔의 제어방법에 대하여 설명한다.

도 13은 목표 2차원 도스량 분포의 일례를 모식적으로 나타내고, 웨이퍼(W)의 표면에 도넛형의 고도스영역(101)이 설정되는 예를 나타낸다. 고도스영역(101)의 내측 및 외측에는, 목표 도스량이 상대적으로 낮은 저도스영역(102, 103)이 설정된다. 외측의 저도스영역(103)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 주입영역(C1)뿐만 아니라, 비주입영역(C2)인 사이드 측정위치(C3)에 걸쳐 설정되어 있다. 외측의 저도스영역(103)은, 주사단위치(C4)에 걸쳐 설정되어도 된다. 도 13의 예에서는, 외측의 저도스영역(103)이 설정되는 빔스캔방향(X방향)의 스캔범위가 메커니컬스캔방향(Y방향)이 다른 위치에 있어서 동일하게 되도록 목표 2차원 도스량 분포가 설정되어 있다. 도면에 명시되어 있지 않지만, 목표 도스량이 변화하는 개소에 상술한 천이영역이 설정되어도 된다.

도 14는 도 13의 목표 2차원 도스량 분포에 대응하는 목표 1차원 도스량 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이며, 도 13의 다른 Y위치 Y1~Y5에 있어서의 목표 1차원 도스량 분포를 나타낸다. 도 14의 상단은, Y위치가 Y1 및 Y5인 도스량 분포를 나타내고 있고, 전체가 제5 목표 도스량(Dt5)으로 설정되어 있다. 도 14의 중단은, Y위치가 Y2 및 Y4인 도스량 분포를 나타내고 있고, 고도스영역(101)이 제6 목표 도스량(Dt6)으로 설정되며, 저도스영역(103)이 제5 목표 도스량(Dt5)으로 설정되어 있다. 도 14의 하단은, Y위치가 Y3인 도스량 분포를 나타내고 있고, 고도스영역(101)이 제6 목표 도스량(Dt6)으로 설정되며, 저도스영역(102, 103)이 제5 목표 도스량(Dt5)으로 설정되어 있다. 도시되는 바와 같이, 제6 목표 도스량(Dt6)은 제5 목표 도스량(Dt5)보다 크다.

도 15는 도 14의 목표 1차원 도스량 분포에 대응하는 스캔 속도 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 15의 상단은, Y위치가 Y1 및 Y5인 스캔 속도 분포를 나타내고 있고, 전체가 제1 스캔 속도(S1)로 설정되어 있다. 이것은, 주입영역(C1)의 전체에 있어서 균일한 빔전류강도 분포를 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 실제로는, 빔스캔계의 광학수차(光學收差) 등을 보정하는 것을 목적으로 한 섭동(攝動)이 스캔 속도 분포에 더해지지만, 본 도면에서는 알기 쉽게 하기 위하여, 그와 같은 보정항을 무시하여 스캔 속도 분포를 나타내고 있다.

도 15의 중단은, Y위치가 Y2 및 Y4인 스캔 속도 분포를 나타내고 있고, 고도스영역(101)이 제2 스캔 속도(S2)로 설정되며, 저도스영역(103)이 제3 스캔 속도(S3)로 설정되어 있다. 제2 스캔 속도(S2)와 제3 스캔 속도(S3)의 비는, 제5 목표 도스량(Dt5)과 제6 목표 도스량(Dt6)의 비와 동일하다. 그래프에는, 스캔 속도 분포의 평균값을 파선으로 나타내고 있다. 본 도면의 예에서는, 다른 Y위치에 있어서의 빔스캔의 스캔범위 및 스캔 주파수가 동일하게 되도록 스캔 속도 분포가 설정되기 때문에, 스캔 속도 분포의 평균값이 상술한 제1 스캔 속도(S1)에 일치한다. 그 결과, 제2 스캔 속도(S2)는 제1 스캔 속도(S1)보다 작고, 제3 스캔 속도(S3)는 제1 스캔 속도(S1)보다 크다. 제3 스캔 속도(S3)는, 빔스캐너(26)에서 실현 가능한 스캔 속도의 최댓값 이하가 되도록 설정되어 있다.

도 15의 하단은, Y위치가 Y3인 스캔 속도 분포를 나타내고 있고, 고도스영역(101)이 제4 스캔 속도(S4)로 설정되며, 저도스영역(102, 103)이 제5 스캔 속도(S5)로 설정되어 있다. 제4 스캔 속도(S4)와 제5 스캔 속도(S5)의 비는, 제5 목표 도스량(Dt5)과 제6 목표 도스량(Dt6)의 비와 동일하다. 파선으로 나타나는 스캔 속도 분포의 평균값은, 상술과 동일한 이유로부터, 제1 스캔 속도(S1)에 일치한다. 한편, 제5 목표 도스량(Dt5) 및 제6 목표 도스량(Dt6)의 설정범위가 Y위치가 Y2 및 Y4인 경우와 다르기 때문에, 제4 스캔 속도(S4) 및 제5 스캔 속도(S5)의 값은, 제2 스캔 속도(S2) 및 제3 스캔 속도(S3)와 다를 수 있다. 제5 스캔 속도(S5)는, 빔스캐너(26)에서 실현 가능한 스캔 속도의 최댓값 이하가 되도록 설정되어 있다.

상술과 같이 하여 다른 Y위치 Y1~Y5의 스캔 속도 분포가 설정되는 결과, 동일한 목표 도스량(예를 들면, 제5 목표 도스량(Dt5))을 부여해야 할 웨이퍼위치에서의 스캔 속도가 다를 수 있는 결과가 된다. 구체적으로는, 외측의 저도스영역(103)에 있어서, Y위치가 Y1, Y5인 경우에는 제1 스캔 속도(S1), Y위치가 Y2, Y4인 경우에는 제3 스캔 속도(S3), Y위치가 Y3인 경우에는 제5 스캔 속도(S5)가 된다. 이와 같이 빔스캔 속도가 다른 위치에 대하여 동일한 목표 도스량을 부여하기 때문에, 메커니컬스캔방향(Y방향)의 웨이퍼 속도가 조정된다. 구체적으로는, 빔스캔 속도와 웨이퍼 속도의 곱이 일정값이 되도록 각각의 Y위치 Y1~Y5에서의 웨이퍼 속도가 조정된다. 예를 들면, Y위치가 Y1 및 Y5에서의 웨이퍼 속도 계수를 1로 하면, Y위치가 Y2 및 Y4에서는 웨이퍼 속도 계수가 S1/S3으로 조정되고, Y위치가 Y3에서는 웨이퍼 속도 계수가 S1/S5로 조정된다. 웨이퍼 속도 계수의 조정은, 다른 Y위치 Y1~Y5에서의 빔스캔 속도에 근거하여 이루어져도 되고, 사이드 측정위치(C3)에서의 빔전류강도의 측정 결과에 근거하여 이루어져도 된다.

도 16은 목표 2차원 도스량 분포의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 16은 도넛형의 고도스영역(104)의 내측에 저도스영역(105)이 설정되는 점에서 상술한 도 13과 공통되지만, 고도스영역(104)의 외측에 제로도스영역(106)이 설정되는 점에서 다르다. 제로도스영역(106)은, 목표 도스량을 제로로 하는 영역이며, 빔조사가 이루어지지 않는 주입대상 외 영역이다. 도 16의 예에서는, X방향의 스캔범위가 주입영역(C1)보다 좁고, 다른 Y위치에 있어서 빔스캔범위가 다르도록 목표 2차원 도스량 분포가 설정된다.

도 17은 도 16의 목표 2차원 도스량 분포에 대응하는 목표 1차원 도스량 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 17의 상단은, Y위치가 Y1 및 Y5인 도스량 분포를 나타내고 있고, 주입영역(C1)보다 좁은 제1 범위(C11)에 제8 목표 도스량(Dt8)이 설정되며, 그 외측의 목표 도스량이 제로로 설정되어 있다. 도 17의 중단은, Y위치가 Y2 및 Y4인 도스량 분포를 나타내고 있고, 제1 범위(C11)보다 넓은 제2 범위(C12)에 제8 목표 도스량(Dt8)이 설정되며, 그 외측의 목표 도스량이 제로로 설정되어 있다. 도 17의 하단은, Y위치가 Y3인 도스량 분포를 나타내고 있고, 제2 범위(C12)보다 넓은 제3 범위(C13)에 제7 목표 도스량(Dt7) 및 제8 목표 도스량(Dt8)이 설정되며, 그 외측의 목표 도스량이 제로로 설정되어 있다.

도 18은 도 17의 목표 1차원 도스량 분포에 대응하는 스캔 속도 분포의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 18의 상단은, Y위치가 Y1 및 Y5인 스캔 속도 분포를 나타내고 있고, 제1 범위(C11)가 제6 스캔 속도(S6)로 설정되어 있다. 제1 범위(C11)의 외측에는 스캔 속도가 설정되어 있지 않고, 제1 범위(C11)의 범위 내에서 빔이 왕복 스캔된다. 도 18의 중단은, Y위치가 Y2 및 Y4인 스캔 속도 분포를 나타내고 있고, 제2 범위(C12)가 제7 스캔 속도(S7)로 설정되어 있다. 본 도면의 예에서는, 다른 Y위치에 있어서의 빔스캔 주파수가 동일하게 되도록 스캔 속도 분포가 설정되기 때문에, 제7 스캔 속도(S7)는 제6 스캔 속도(S6)보다 큰 값으로 설정된다. 제7 스캔 속도(S7)로 스캔되는 제2 범위(C12)는, 제6 스캔 속도(S6)로 스캔되는 제1 범위(C11)보다 길기 때문이다.

도 18의 하단은, Y위치가 Y3인 스캔 속도 분포를 나타내고, 고도스영역(104)이 제8 스캔 속도(S8)로 설정되며, 저도스영역(105)이 제9 스캔 속도(S9)로 설정되어 있다. 제8 스캔 속도(S8)와 제9 스캔 속도(S9)의 비는, 제7 목표 도스량(Dt7)과 제8 목표 도스량(Dt8)의 비와 동일하다. 파선으로 나타나는 스캔 속도 분포의 평균값(Sa)은, 제7 스캔 속도(S7)보다 큰 값으로 설정된다. 다만, 제9 스캔 속도(S9)는, 빔스캐너(26)에서 실현 가능한 스캔 속도의 최댓값 이하가 되도록 설정되어 있다.

복수의 Y위치 Y1~Y5에 있어서의 메커니컬스캔방향의 웨이퍼 속도는, 각각의 Y위치 Y1~Y5에 있어서의 스캔 속도 분포에 따라 다른 값이 설정되고, 빔스캔 속도와 웨이퍼 속도의 곱이 일정값이 되도록 웨이퍼 속도가 조정된다. 예를 들면, Y위치가 Y1 및 Y5에서의 웨이퍼 속도 계수를 1로 하면, Y위치가 Y2 및 Y4에서는 웨이퍼 속도 계수가 S6/S7로 조정되고, Y위치가 Y3에서는 웨이퍼 속도 계수가 S6/S8로 조정된다. 본 도면의 예에서는, 왕복 빔스캔의 범위에 사이드 측정위치(C3)가 포함되지 않기 때문에, 웨이퍼주입 중에 빔전류강도를 측정할 수 없다. 이로 인하여, 웨이퍼 속도 계수의 조정은, 다른 Y위치 Y1~Y5에서의 빔스캔 속도에 근거하여 실행된다.

도 19는 목표 2차원 도스량 분포의 또 다른 예를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 19는, 도넛형의 고도스영역(101)의 내측에 저도스영역(102)이 설정되는 점에서 상술한 도 13과 공통되지만, 고도스영역(101)의 외측에 저도스영역(107) 및 제로도스영역(108)이 설정되는 점에서 다르다. 저도스영역(107)은, Y위치가 Y2~Y4가 되는 범위로 설정되고, 제로도스영역(108)은, Y위치가 Y1, Y5가 되는 범위로 설정되어 있다. 본 도면의 예에서는, 웨이퍼(W)의 상단 및 하단에 주입대상외 영역이 설정된다.

도 19에 나타내는 도스량 분포를 실현하기 위하여, Y위치가 Y1, Y5가 되는 경우에 이온빔이 주사단위치(C4)에 퇴피된다. 이 경우, 시간 경과에 대하여 일정값이 되는 빔스캔파형이 설정되고, 빔스캔방향의 스캔범위가 주입영역(C1)을 포함하지 않도록 구성된다. 다만, Y방향의 스캔범위를 제한함으로써, 웨이퍼(W)의 상단 및 하단 영역이 주입대상 외가 되도록 해도 된다. 즉, 메커니컬스캔방향의 스캔범위가 웨이퍼 직경보다 좁은 범위가 되도록 메커니컬스캐너(44)를 구동시켜도 된다.

다만, 도 19에 나타내는 도스량 분포의 변형예로서, Y위치가 Y1, Y5가 되는 범위에 있어서, 제로도스영역 대신에 저도스영역을 설정해도 된다. 이 저도스영역은, Y위치가 Y2~Y4가 되는 범위로 설정되는 저도스영역(107)과 목표 도스량이 동일해도 되고, 달라도 된다.

이상, 본 발명을 상술한 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순번을 적절히 재조합하거나 각종 설계변경 등의 변형을 실시형태에 대하여 가하는 것도 가능하고, 그와 같은 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

10…이온주입장치
26…빔스캐너
44…메커니컬스캐너
60…제어장치
62…목표 설정부
68…스캔파형 생성부
70…스캔 주파수 조정부
74…빔스캐너 구동부
76…웨이퍼 속도 조정부
78…메커니컬스캐너 구동부

Claims (20)

1. 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하는 빔스캐너와,
   메커니컬스캔방향으로 웨이퍼를 왕복 운동시키는 메커니컬스캐너와,
   목표 2차원 도스량 분포가 웨이퍼 표면에 부여되도록 상기 빔스캐너 및 상기 메커니컬스캐너를 제어하는 제어장치를 구비하고,
   상기 제어장치는,
   상기 목표 2차원 도스량 분포에 따라 상기 스캔파형의 주파수를 결정하는 스캔 주파수 조정부와,
   상기 스캔 주파수 조정부가 결정한 주파수를 갖는 스캔파형을 이용하여 상기 빔스캐너를 구동하는 빔스캐너 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔스캐너 구동부에는, 구동 가능한 스캔파형의 시간 변화의 상한값인 상한 변화 속도가 정해져 있고,
   상기 스캔 주파수 조정부는, 상기 목표 2차원 도스량 분포를 부여하기 위한 스캔파형의 최대 변화 속도가 상기 상한 변화 속도와 일치하도록 조정된 경우의 스캔파형의 주파수인 상한 스캔 주파수 이하가 되도록 상기 스캔파형의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스캔 주파수 조정부는, 빔조사에 의하여 웨이퍼에 부여되는 데미지량과 왕복 빔스캔의 주파수의 관계성에 근거하여 정해지는 하한 스캔 주파수 이상이 되도록 상기 스캔파형의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 스캔 주파수 조정부는, 빔조사에 의하여 웨이퍼에 부여되는 도스량 분포의 상기 목표 2차원 도스량 분포로부터의 어긋남량과 왕복 빔스캔의 주파수의 관계성에 근거하여 정해지는 하한 스캔 주파수 이상이 되도록 상기 스캔파형의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 목표 2차원 도스량 분포에 근거하여, 상기 빔스캔방향의 도스량 분포이며 메커니컬스캔방향이 다른 위치의 각각에 대응하는 복수의 목표 도스량 분포를 설정하는 목표 설정부를 더 구비하고,
   상기 빔스캐너 구동부는, 상기 스캔 주파수 조정부가 결정한 주파수의 스캔파형이며 상기 복수의 목표 도스량 분포의 각각에 대응하는 복수의 스캔파형 중 어느 하나를 메커니컬스캔방향의 웨이퍼위치에 따라 선택하고, 선택된 스캔파형을 이용하여 상기 빔스캐너를 구동하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 빔스캐너 구동부에는, 구동 가능한 스캔파형의 시간 변화의 상한값인 상한 변화 속도가 정해져 있고,
   상기 스캔 주파수 조정부는, 상기 복수의 스캔파형의 각각의 최대 변화 속도가 상기 상한 변화 속도를 초과하지 않도록 스캔파형의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 스캔 주파수 조정부는, 상기 복수의 스캔파형의 각각이 공통의 스캔 주파수가 되도록 스캔파형의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 빔스캐너의 하류에서 상기 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정하는 빔전류 측정부를 더 구비하고,
   상기 제어장치는, 상기 빔전류 측정부에 의한 측정에 근거하여 원하는 빔전류강도 분포를 얻기 위한 스캔파형을 생성하는 스캔파형 생성부를 더 구비하며,
   상기 스캔파형 생성부는, 상기 빔스캔방향으로 균일한 빔전류강도 분포를 얻기 위한 기준 스캔파형을 상기 빔전류 측정부의 측정 결과를 이용하여 생성하고, 생성된 기준 스캔파형에 소정의 연산처리를 실시함으로써 목표 도스량 분포를 부여하기 위한 스캔파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 빔스캐너의 하류에서 상기 빔스캔방향의 빔전류강도 분포를 측정하는 빔전류 측정부를 더 구비하고,
   상기 제어장치는, 상기 빔전류 측정부에 의한 측정에 근거하여 원하는 빔전류강도 분포를 얻기 위한 스캔파형을 생성하는 스캔파형 생성부를 더 구비하며,
   상기 스캔파형 생성부는, 상기 빔전류 측정부에 의한 측정 빔전류강도 분포가 목표 도스량 분포에 적합하도록 스캔파형을 조정함으로써 목표 도스량 분포를 부여하기 위한 스캔파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 목표 도스량 분포 중 적어도 하나는, 제1 목표 도스량으로 설정되는 제1 정밀주입영역과, 상기 제1 정밀주입영역과 상기 빔스캔방향으로 인접하여 제2 목표 도스량으로 설정되는 제2 정밀주입영역과, 상기 제1 정밀주입영역과 상기 제2 정밀주입영역 사이에 설정되는 천이영역을 포함하는 목표 불균일 도스량 분포이며,
    상기 스캔파형 생성부는, 상기 빔전류 측정부에 의한 측정 빔전류강도 분포가 상기 천이영역을 제외한 범위에서 상기 목표 불균일 도스량 분포에 적합하도록 스캔파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
11. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 스캔파형 중 적어도 하나는, 상기 빔스캔방향의 스캔범위가 다른 스캔파형과 다르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
12. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 스캔파형 중 적어도 하나는, 상기 빔스캔방향의 스캔범위가 웨이퍼가 위치하는 주입영역보다 좁은 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 빔스캐너는, 웨이퍼가 위치하는 주입영역과, 상기 주입영역 외의 비주입영역을 포함하는 범위에 걸쳐 왕복 빔스캔을 제공하도록 구성되고,
    당해 이온주입장치는, 웨이퍼주입 중에 상기 비주입영역에서 빔전류량을 모니터하도록 구성되는 빔전류 모니터부를 더 구비하며,
    상기 복수의 스캔파형 중 적어도 하나는, 웨이퍼주입 중에 빔전류량의 모니터가 가능해지도록 상기 빔스캔방향의 스캔범위가 상기 비주입영역을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 스캔파형의 각각은, 상기 빔스캔방향의 스캔범위가 동일하게 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 목표 2차원 도스량 분포는, 주입대상 외로 해야 하는 영역을 포함하고,
    상기 복수의 스캔파형 중 적어도 하나는, 상기 빔스캔방향의 스캔범위가 상기 주입영역을 포함하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어장치는,
    웨이퍼주입 중에 상기 비주입영역에서 모니터되는 빔전류량에 근거하여, 메커니컬스캔방향의 웨이퍼 속도의 조정에 이용하는 웨이퍼 속도 계수를 산출하는 웨이퍼 속도 조정부와,
    상기 웨이퍼 속도 조정부가 산출한 웨이퍼 속도 계수에 따라 상기 메커니컬스캐너를 구동시키는 메커니컬스캐너 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
17. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 복수의 스캔파형에 근거하여, 메커니컬스캔방향의 웨이퍼 속도의 조정에 이용하는 계수이며 상기 복수의 목표 도스량 분포의 각각에 대응하는 복수의 웨이퍼 속도 계수를 산출하는 웨이퍼 속도 조정부와,
    상기 웨이퍼 속도 조정부가 산출한 복수의 웨이퍼 속도 계수 중 어느 하나를 메커니컬스캔방향의 웨이퍼위치에 따라 선택하고, 선택된 웨이퍼 속도 계수에 따라 상기 메커니컬스캐너를 구동시키는 메커니컬스캐너 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
18. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 2차원 도스량 분포는, 주입대상 외로 해야 하는 영역을 포함하고,
    상기 제어장치는, 메커니컬스캔방향의 스캔범위가 웨이퍼 직경보다 좁은 범위가 되도록 상기 메커니컬스캐너를 구동시키는 메커니컬스캐너 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
19. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔스캐너 구동부는, 상기 스캔 주파수 조정부에 의한 주파수의 조정을 필요로 하지 않는 경우, 미리 설정되는 고정 스캔 주파수의 스캔파형을 이용하여 상기 빔스캐너를 구동하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
20. 이온주입장치를 이용한 이온주입방법으로서,
    상기 이온주입장치는, 스캔파형에 따라 빔스캔방향으로 왕복 빔스캔을 제공하는 빔스캐너와, 메커니컬스캔방향으로 웨이퍼를 왕복 운동시키는 메커니컬스캐너를 구비하고,
    웨이퍼 표면에 부여해야 하는 목표 2차원 도스량 분포에 따라 스캔파형의 주파수를 결정하는 단계와,
    결정된 주파수의 스캔파형에 따라 상기 빔스캐너를 구동하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.

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