TWI541870B - 離子植入方法及離子植入裝置 - Google Patents

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Description

離子植入方法及離子植入裝置
本發明係有關一種離子植入，具體而言係有關一種離子植入裝置的離子植入量控制。
在半導體製造製程中，為了改變導電性之目的、改變晶圓的晶體結構之目的等等，標準上實施向半導體晶圓入射離子之製程。在該製程中使用之裝置稱為離子植入裝置，其具有形成藉由離子源而離子化，之後加速之離子束之功能，和將該離子束藉由射束掃描、晶圓機械掃描、或及其組合，向半導體晶圓整個面照射之功能。
在半導體製造製程中，從在晶圓整個面上製作相同性能的半導體晶片之目出發，通常需要在晶圓面內設定均等的條件。在離子植入製程中，亦通常控制離子植入裝置，以便植入於晶圓的整個區域之離子植入量變得均等。
但是，越來越很難在若干個半導體製造製程中，原則性地在晶圓面內設定均等的條件。尤其最近，半導體晶片的微細化突飛猛進，其困難性增加，並且其不均勻性的程度亦增加。在這種條件下，在除此以外的製程中，若在晶圓面內設定均等的條件，則結果變得無法在晶圓整個面製作相同性能的半導體晶片。例如，在離子植入製程中，若在晶圓整個區域中進行如通常的面內離子植入量均等的離子植入，則結果所生成之半導體晶片的電氣特性變得不同 ，無法製作相同性能的半導體晶片。
因此，當在其他半導體製造製程中無法在晶圓面內設定均等的條件時，可以考慮如下方法：在對應其晶圓面內二維不均勻性並利用離子植入裝置對晶圓整個面照射離子束的製程中，製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈，並補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性。在此，即使在這種製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時，亦不會對離子植入製程的其他功能帶來影響，僅改變離子植入量面內分佈為較佳。另外，當在其他半導體製造製程中無法在晶圓面內設定均等的條件時，產生何種面內圖案的晶圓面內不均勻性亦當然很重要。
在此，離子植入裝置有幾種類型。例如，當為固定晶圓且對離子束進行二維掃描之方式的離子植入裝置，則能夠比較輕鬆地改變離子植入量。但是，最近晶圓半徑變大，很難遍佈二維面內而掃描離子束，因此不再利用該類型的離子植入裝置。
本發明係有關一種對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的離子植入裝置。
在這種類型的離子植入裝置中，可知在製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時，其射束掃描頻率大大影響晶圓的離子植入損傷。而且可知晶圓的離子植入損傷大大影響半導體最終產品的特性。因此，在離子植入製程中製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時， 需要為相同的射束掃描頻率。
同樣道理，在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的離子植入裝置中，在製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時，能夠取得沿其射束掃描方向掃描之離子束之全寬(以下稱為射束掃描振幅)亦與通常的均勻的離子植入時的射束掃描振幅相同為較佳。尤其是在晶圓外掃描之離子束與結構上不可避免地設置於晶圓外之構造物相互作用，並伴隨2次電子的放出和2次離子的放出。這些2次電子和2次離子作為其2次效果伴隨晶圓上的電荷平衡、以前使用之其他離子種附著於晶圓(交叉污染)、目前使用之離子種附著於晶圓(自體污染)。可知，若射束掃描振幅發生變化，則導致上述電荷平衡、交叉污染、自體污染亦發生變化，但是關於最近微細化之半導體產品，這種變化大大影響最終的半導體產品的特性。因此，在離子植入製程中製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時，需要為相同的射束掃描振幅。
綜合上述，在離子植入裝置中製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時，要求其射束掃描頻率和射束掃描振幅與通常的均勻的離子植入時的射束掃描頻率、射束掃描振幅相同。即，即使在這種情況下，亦要求射束掃描頻率和射束掃描振幅兩者同時固定不變。
在利用對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的離子植 入裝置，製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈，並補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性時，可以考慮構成為在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，並能夠按各植入區域改變射束掃描方向的掃描速度，藉此控制晶圓內的離子植入量。
作為此時的具體控制方法，提出有對離子束進行往返射束掃描且改變射束掃描速度之方法(參考專利文獻1)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2003-86530號公報
專利文獻1的離子植入方法中，由於簡單改變射束掃描速度，因此射束掃描頻率或射束掃描振幅的任意一方必然發生變化，無法使這兩者同時固定不變，在已敘述之最近微細化之半導體產品中，並不滿足在離子植入製程中製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時所需的條件。
本發明的課題在於，在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植 入區域，關於射束掃描方向的射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，均使射束掃描頻率和射束掃描振幅恆定的同時，實現晶圓內的離子植入量控制。
本發明應用於讓離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子植入晶圓內的裝置。
根據本發明的態樣提供一種離子植入方法，其讓離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓，從而對晶圓進行離子植入，其特徵為，構成為在晶圓機械掃描方向上將晶圓面內的植入區域分割為複數個，對於射束掃描方向的射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定；並且構成為根據藉由按各植入區域的離子植入量分佈對應之射束掃描速度的可變設定來計算之速度模式對射束掃描速度進行變更控制，從而控制各植入區域的離子植入量分佈，並且對應各植入區域設定晶圓機械掃描速度並按各植入區域控制，藉此控制各植入區域的離子植入量，並且使按各植入區域控制射束掃描速度的射束掃描頻率和射束掃描振幅恆定。
基於上述態樣的離子植入方法可如下構成。
針對按各植入區域的射束掃描方向的離子植入量分佈和離子植入量各自設定之晶圓，對複數個植入區域連續進 行離子植入。
該方法可構成為各植入區域在晶圓的機械掃描方向上呈均等的間隔，還可構成為在晶圓的機械掃描方向上呈任意設定的間隔。
按各植入區域並對應各離子植入量分佈而個別設定前述射束掃描速度的速度模式。
藉由射束測定裝置按各植入區域測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值，對應測定之離子束電流的積分值並根據按各植入區域藉由可變設定算出的各速度模式控制晶圓機械掃描速度。
隨著改變按各植入區域的射束掃描速度，將晶圓機械掃描速度使得射束掃描速度和晶圓機械掃描速度之積分別按各速度模式變得恆定。
維持射束掃描速度的速度模式的同時，其基準速度乘上比例常數，並按各植入區域改變基準速度，從而使射束掃描振幅及射束掃描頻率恆定。
目標離子植入量分佈為同心圓形狀的任意的不均勻二維離子植入量分佈，或者為同心環形狀的任意的不均勻二維離子植入量分佈，或者為相對於複數個晶圓面內特定位置，局部增減離子植入量之任意的不均勻二維離子植入量分佈。
依本發明的其他態樣提供一種離子植入裝置，其讓離子束進行往返射束掃描，且沿與射束掃描方向大致正交之方向機械掃描晶圓，從而對晶圓進行離子植入，其特徵為 ，具備控制裝置，當構成為在補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性的目的下，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描方向的射束掃描速度能夠按其植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，一起固定射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，在各植入區域實現所希望之離子植入量分佈和離子植入量。在該態樣中，前述控制裝置根據藉由按各植入區域的離子植入量分佈對應之射束掃描速度的可變設定來計算之速度模式對射束掃描速度進行變更控制，藉此控制各植入區域的離子植入量分佈，並且對應各植入區域而設定晶圓機械掃描速度並按各植入區域控制，藉此控制各植入區域的離子植入量，並且使按各植入區域控制射束掃描速度時的射束掃描頻率和射束掃描振幅恆定。
基於上述態樣之離子植入裝置可如下構成。
更具備射束測定裝置，該射束測定裝置按各植入區域測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值；前述控制裝置對應已測定之離子束電流的積分值並按各植入區域控制晶圓機械掃描速度。
前述控制裝置隨著按各植入區域的射束掃描速度的改變，將晶圓機械掃描速度變更成射束掃描速度和晶圓機械掃描速度之積分別按各速度模式變得恆定。
前述控制裝置維持射束掃描速度的速度模式的同時，其基準速度乘上比例常數，並按各植入區域改變基準速度，從而使射束掃描振幅及射束掃描頻率恆定。
依本發明，在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，能夠均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
依本發明，在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，能夠均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，實現同心圓形狀、同心環形狀的離子植入量分佈和離子植入量。
依本發明，在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，能夠均使射束掃描 頻率和射束掃描振幅固定的同時，相對複數個晶圓面內特定位置局部增減離子植入量來有目的地實現不均勻的二維離子植入量分佈和離子植入量。
依本發明，提供一種離子植入裝置，其對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓，從而將離子打入晶圓中，其中，該裝置具有如下功能：當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，能夠均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
在此，參考第1圖，對可應用本發明之離子植入裝置的概略結構進行說明。第1圖(a)用俯視圖表示離子植入裝置的概略結構，第1圖(b)用側視圖表示離子植入裝置的概略結構。
可應用本發明之離子植入裝置為了使藉由引出電極2從離子源1引出之離子束在到達晶圓10之射束線上穿過，沿該射束線配設有質量分析磁鐵裝置3、質量分析狹縫4、射束掃描儀5及晶圓處理室(離子植入室)。在晶圓處理室內配設具備保持晶圓之機構之機械掃描裝置11。從離子源1引出之離子束沿射束線導入到配置於晶圓處理 室的離子植入位置之固定座上的晶圓10中。
在射束線的中途利用射束掃描儀5對離子束進行往返射束掃描，並藉由平行透鏡6的功能平行化之後導入至晶圓10中。
可應用本發明之離子植入裝置中，沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓10中。第1圖中，利用角度能量過濾器7彎曲離子束提高離子能的均勻性，但是這僅為一例，亦可不利用角度能量過濾器7。
實際上，為了在晶圓10上實施均勻的離子植入，或者為了在晶圓10上有目的地實施不均勻的二維離子植入量分佈，利用晶圓區域射束測定裝置9進行離子束測定，之後安裝晶圓10。第1圖中，晶圓區域射束測定裝置9被描繪成可在圖中單點劃線所示的位置之間移動，但是這僅為一例，亦可利用非可動類型的晶圓區域射束測定裝置9。
在晶圓處理室設置劑量機組(dose cup)8，離子植入中亦測定離子束電流。第1圖中，劑量機組8在晶圓10的前側設置於與射束掃描方向的兩側對應之兩處，但是這僅為一例，若為離子植入中亦能夠測定離子束電流量之位置，則劑量機組8可設置於晶圓10的後側，亦可設置於包括晶圓10在內之平面上。另外，第1圖中，劑量機組8在射束掃描方向的兩側設置有2個，但是這僅為一例，可以是1個，亦可以是3個以上的複數個。
晶圓10安裝於具備保持晶圓10之機構之機械掃描裝 置11上。在此，在第1圖(a)中表示晶圓10與機械掃描裝置11一同向與附圖的面正交之上下方向往返移動，第1圖(b)中表示晶圓10與機械掃描裝置11一同在沿附圖的面之方向上往返移動。
在此，參考第2圖進一步詳細說明對晶圓10進行離子植入時的樣子。尤其第2圖(a)為從前方觀察晶圓10之主視圖，第2圖(b)為從上方觀察晶圓10之俯視圖。如已在第1圖中說明，晶圓10安裝於具備保持晶圓10之機構之機械掃描裝置11上，在第2圖(a)中，晶圓10與機械掃描裝置11一同沿附圖的面向上下方向往返移動。另一方面，第2圖(b)中，晶圓10向與附圖的面正交之上下方向往返移動。以下，有時將該方向稱為Y軸方向。
機械掃描裝置11具備負責控制之CPU(Central Processing Unit：控制裝置)12，藉由按照需要改變機械掃描裝置11的掃描速度來控制晶圓10的掃描速度(以下稱為晶圓機械掃描速度)。另外，CPU12控制射束掃描方向的掃描速度(以下稱為射束掃描速度)。另外，機械掃描裝置11具備存儲有關晶圓10的上下方向之移動位置之RAM13，並按照需要存儲晶圓10的移動位置。另外，RAM13存儲射束掃描速度的速度模式。劑量機組8測定離子束電流量並將其測定值輸出到CPU12中。
第2圖(a)中，虛線的箭頭表示藉由射束掃描儀5掃描之離子束的軌道。第2圖(a)中，離子束以橫切劑 量機組8之方式向水平方向往返射束掃描。以下，有時將該方向稱為X軸方向。相對於向該水平方向(X軸方向)往返射束掃描之離子束，若如實線的相互相反方向的2條箭頭所示，晶圓10向上下方向(Y軸方向)移動，則離子束在晶圓10的整個面往返射束掃描，其結果離子被植入到晶圓10的整個面。具體而言，在晶圓10從最下位置移動到最上位置或者從最上位置移動到最下位置期間，離子被植入到晶圓10的整個面。
在此，參考第3圖(a)、(b)及第4圖(a)、(b)，對可應用本發明之、對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的離子植入裝置中的離子束電流的特徵進行說明。在該類型的離子植入裝置中，晶圓內的離子植入量並不是改變由離子源1產生之離子束的強度得以控制的。
如第11圖所示，本發明可以應用於藉由在機械掃描方向即Y軸方向上將晶圓10分為複數個植入區域並使射束掃描速度按各植入區域可變來控制晶圓內的離子植入量之情況，但在這種情況下，藉由改變射束掃描速度來控制晶圓內的離子植入量。第11圖中將晶圓10分割為10段即A1~A10，但是這僅僅是一例，分割的範圍為數段~數十段。另外，各植入區域可設定為晶圓的機械掃描方向上均等的間隔或者任意間隔的任一方。
在此，對射束掃描速度、射束掃描頻率及射束掃描振幅的關係進行說明。射束掃描頻率為用於使離子束往返射 束掃描之頻率。通常，射束掃描振幅用射束掃描速度的時間積分表示，另外，射束掃描頻率用每1週期的時間的倒數表示。第3圖(a)、(b)及第4圖(a)、(b)為示意地表示該關係之圖。在這些圖中，為了便於理解，分別用恆定值v0、v1表示2個射束掃描速度。
在第3圖(a)、(b)及第4圖(a)、(b)中，射束掃描振幅用以一邊為每1週期的時間且以另一邊為射束掃描速度之長方形的面積表示。例如，在第3圖中當每1週期的時間為t0、射束掃描速度為v0時，射束掃描振幅S0以S0=v0×t0表示。另外，同樣道理，當每1週期的時間為t0時，射束掃描頻率以1/t0表示。
在此，例示若為了控制晶圓的離子植入量而改變射束掃描速度，則射束掃描頻率及射束掃描振幅會如何變化之情況。首先，將本來的射束掃描速度設為v0，每掃描1週期的時間設為t0。此時，如已說明，射束掃描頻率以1/t0表示，射束掃描振幅S0以S0=v0×t0表示。
在此，假設將射束掃描速度改變為v1。藉由第3圖(a)、(b)明確可知，但為了使射束掃描頻率恆定而不改變每掃描1週期的時間t0時，由於射束掃描振幅用以一邊為每1週期的時間且以另一邊為射束掃描速度之長方形的面積表示，因此射束掃描振幅S以S=v1×t0表示。亦即，若將射束掃描速度從v0變更為v1，則在不變更射束掃描頻率時，導致射束掃描振幅改變。另外，第3圖(a)及第4圖(a)表示v0<V1的情況，第3圖(b)及第 4圖(b)表示v0>V1的情況。
如第4圖，即使將射束掃描速度改變為v1時，亦能夠使射束掃描振幅恆定。亦即，關於將本來的射束掃描速度設為v0、每掃描1週期的時間設為t0時的射束掃描振幅，在第4圖(a)中以(Sa+Sb)表示，在第4圖(b)中以(Sc+Sd)表示。在此，控制長方形的面積，以便該射束掃描振幅變得恆定，若將射束掃描速度為v1時的每掃描1週期的時間變更為t1，則射束掃描振幅仍以(Sa+Sb)表示(第4圖a)，或者以(Sc+Sd)表示(第4圖b)，因此射束掃描振幅變得恆定。但是，此時由於將每掃描1週期的時間從t0變更為t1，所以其倒數的射束掃描頻率亦從1/t0變更為1/t1，導致射束掃描頻率改變。
該狀況在如下情況時亦相同：在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子植入晶圓中的裝置中，以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，使射束掃描速度按各植入區域可變，藉此控制晶圓內的離子植入量。在此，參考第5圖進行進一步詳細說明。
在第5圖中，表示在晶圓機械掃描位置L1及L2變更射束掃描速度時的每掃描1週期的時間和射束掃描振幅之關係。晶圓機械掃描位置是指基於機械掃描晶圓之Y軸方向的位置。其中只表示3個區域(位置L0、L1、L2 )，但是即使區域數進一步增加，以下的說法亦相同。
在第5圖中，以Bv0表示射束掃描速度的基準速度。該基準速度示意地表示未在機械掃描方向上對晶圓進行區域分割時，以某一恆定離子植入量對晶圓進行離子植入時的射束掃描速度。在目前的先前技術中，即使在機械掃描方向上對晶圓進行區域分割時，在各個區域獲得某一恆定離子植入量時，亦利用與Bv0相同之基準速度作為各個區域中的射束掃描速度的基準速度。第5圖的中間區域(位置L1)中表示以在晶圓的中央區域射束掃描速度變快之方式進行控制之速度模式，在第5圖的後側區域(位置L2)中表示以在晶圓的中央區域射束掃描速度變慢之方式進行控制之速度模式。在以下說明中，射束掃描速度的速度模式不限於這些是不言而喻的。射束掃描速度的速度模式按在機械掃描方向上分割晶圓後之各植入區域並對應各離子植入量分佈而個別設定為較佳。
在第5圖中表示進行如射束掃描振幅S0變得恆定的控制之情況。如已在第4圖中說明，由於此時將每掃描1週期的時間從t0變更為t1或t2，因此其倒數的射束掃描頻率亦從1/t0變更為1/t1或1/t2，導致射束掃描頻率改變。第5圖中，以t1小於t0且t2大於t0之方式圖示。
另外，為了使射束掃描頻率恆定而不改變每掃描1週期的時間t0時，因與已在第3圖中說明之情況相同，所以導致射束掃描振幅改變。尤其，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，並使射束掃描速度按各植入區域 可變，藉此控制晶圓內的離子植入量時，射束掃描振幅發生變化這種現象表示被掃描之離子束有時不會穿過晶圓。換言之，意味著無法在晶圓的整個面進行離子植入，並無法滿足離子植入裝置理應要求之功能。
如目前為止說明，當前的先前技術中，改變射束掃描速度時，無法使在離子植入製程中製作有目的地不均勻的二維離子植入量面內分佈時所需之條件同時固定(恆定)，亦即射束掃描頻率和射束掃描振幅。這在機械掃描方向上對晶圓進行區域分割時為了在各個區域獲得某一恆定離子植入量而相同地設定各個區域中的射束掃描速度的基準速度Bv0時，是經常發生之本質性問題。
本發明中，在具備離子束掃描功能和晶圓機械掃描功能之離子植入裝置中，當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，以劑量機組8測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值，對應所測定之離子束電流的積分值而控制機械掃描裝置11，藉此控制晶圓機械掃描速度，從而能夠均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，按植入區域實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
另外，在本發明中，在具備離子束掃描功能和晶圓機械掃描功能之離子植入裝置中，當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向 上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，在其植入區域維持目標不均勻的離子植入量分佈的模式之同時，射束掃描速度乘上比例常數，使射束掃描振幅固定，以便射束掃描振幅恆定，藉此能夠均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
在此，首先參考第6圖對藉由控制裝置亦即CPU12控制離子植入量之情況進行概要說明。考慮基於離子植入裝置的離子植入量時，通常只考慮一維性即可，亦即射束掃描速度，但是正確來講必須按二維方式考慮。即，由於藉由機械掃描裝置11沿與射束掃描方向正交之方向掃描晶圓10，因此必須將藉由機械掃描裝置11控制之晶圓機械掃描速度考慮在內。
另外，為了一次性考察射束掃描頻率的條件、射束掃描振幅的條件及晶圓機械掃描速度的條件，如第6圖方便利用以一邊為每射束掃描1週期的時間、一邊為射束掃描速度、一邊為晶圓機械掃描速度之三維空間。第6圖係其概要圖。在此，離子植入量與射束掃描速度v0和晶圓機械掃描速度V0之積v0V0=v0×V0成反比例。亦即，使由射束掃描速度軸和晶圓機械掃描速度軸形成之平面上的一邊為射束掃描速度v0、一邊為晶圓機械掃描速度V0的長方形的面積v0V0=v0×V0恆定意味著使離子植入量恆定。另外，每射束掃描1週期的晶圓機械掃描距離以晶圓機械 掃描速度V0和每射束掃描1週期的時間t0之積V0×t0表示。另外，射束掃描振幅S0與第3圖相同地以S0=v0×t0表示。
因此，為了均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，獲得目標離子植入量，使每射束掃描1週期的時間t0和射束掃描振幅S0(=v0×t0)恆定的同時，控制v0×V0即可。
第6圖中為了簡單起見，利用相同的射束掃描速度和相同的晶圓機械掃描速度，但是即使在能夠對射束掃描速度進行可變設定時亦即能夠對晶圓機械掃描速度進行可變設定時，相同說法亦成立。
在此，在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，針對在機械掃描方向上對晶圓進行區域分割時，按各個區域進行某一恆定量的離子植入時，使射束掃描頻率和射束掃描振幅按各個區域恆定，從而射束掃描速度自動變得相同，並沒有明顯看到與在第6圖中說明之離子植入量的控制有關之本質。
但是，在與本發明有關之具備離子束掃描功能和晶圓機械掃描功能之離子植入裝置中，以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，需在其植入區域內利用射束掃描速度的速度模式，因此，在 各個植入區域的局部進行相同的離子植入時，使射束掃描頻率和射束掃描振幅按各個植入區域恆定和藉由一個植入區域使射束掃描速度的基準速度恆定導致相互產生矛盾。
在此，參考第7圖對射束掃描頻率、射束掃描振幅及晶圓機械掃描速度的關係進行說明，這些射束掃描頻率、射束掃描振幅及晶圓機械掃描速度是在與本發明有關之具備離子束掃描功能和晶圓機械掃描功能之離子植入裝置中，以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時的參數。在第7圖中表示從速度模式平坦的Pv0變更為僅提高晶圓的中央部的射束掃描速度的速度模式Pv1。當然，在以下說明中，射束掃描速度的速度模式並不限於此。
在此，假設欲在除第7圖的晶圓的中央部以外的部位得到與第6圖相同的離子植入量強度。若將各個基準速度設為相同的Bv0，則如已說明，射束掃描頻率、射束掃描振幅的任意一方無法固定。
但是，無需為了獲得相同的離子植入量強度而使基準速度恆定。亦即，如已在第6圖中說明，為了使離子植入量恆定，使射束掃描速度v0和晶圓機械掃描速度V0之積v0×V0恆定即可，無需單獨使v0恆定。
因此，如第7圖所示，將射束掃描方向的基準速度從Bv0(粗實線)改變為Bv1(細實線)，與其變更量相應 地將晶圓機械掃描速度從V0變更為V1，從而能夠使這些積亦即在第6圖中v0(Bv0的射束掃描速度)×V0、第7圖中v1(Bv1的射束掃描速度)×V1恆定(v0×V0=v1×V1)。藉此，可以在除第7圖的晶圓的中央部以外的部位獲得與第6圖相同的離子植入量強度。
在此，若適當地選擇第7圖的v1(Bv1的射束掃描速度)，則不用改變每射束掃描1週期的時間t0，就能夠使表示為由每射束掃描1週期的時間的軸和射束掃描速度的軸形成之平面內的面積之射束掃描振幅固定。亦即，能夠均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
本發明的概略說明為如以上，但是，在此利用第8圖進一步詳細敘述本發明的詳細內容。
第8圖中，表示在晶圓機械掃描位置L1及L2改變射束掃描速度時的每射束掃描1週期的時間和射束掃描振幅的關係。在此表示位置L0、L1及L2處的3個區域的速度模式Pv0、Pv1、Pv2，但是即使區域數進一步增加，以下的說法亦相同。
在第8圖的中間位置L1的區域中，表示按速度模式Pv1並以在晶圓的中央區域射束掃描速度變快之方式進行控制，在第8圖的後側位置L2的區域中，表示按速度模式Pv2並以晶圓的中央區域射束掃描速度變慢之方式進行控制。另外表示除晶圓的中央區域以外，實施相同的離子植入量的離子植入。當然，在以下說明中，射束掃描速度 的速度模式並不限於此是不言而喻的。
在第8圖中，均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定，換言之使第8圖內的t0和S0的值始終恆定的同時，在晶圓機械掃描位置L1及L2改變射束掃描速度。具體而言，用RAM13存儲應改變射束掃描速度的位置，當藉由機械掃描裝置11被機械掃描的晶圓10到達其位置時，CPU12根據另外存儲於RAM13之射束掃描速度的速度模式控制射束掃描速度和晶圓機械掃描速度。存儲於RAM13之射束掃描速度的速度模式預先按植入區域計算並存儲是不言而喻的。
第8圖時，分別在附圖的前端側位置L1的區域和附圖的後側位置L2的區域實施相同的離子植入量的離子植入時，將基準速度從Bv0變更為Bv1、從Bv0變更為Bv2。這是為了使射束掃描振幅固定，其變更方法藉由如下進行來實現：為了維持按植入區域個別存儲於RAM13之射束掃描速度的速度模式的同時，使射束掃描振幅固定之基準速度乘上比例常數並提高水平(或降低水平)(從雙點鏈線到虛線或從雙點鏈線到實線)。
另外，雖然未在第8圖中示出，但是伴隨基準速度的變更，晶圓機械掃描速度變更為射束掃描的基準速度和晶圓機械掃描速度之積分別按速度模式變得恆定。該變更藉由如下進行來實現：利用劑量機組8測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值，對應所測定之離子束電流的積分值並利用機械掃描裝置11控制晶圓機械 掃描速度。
藉由按分割之植入區域反復進行這種變更切換，能夠在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，當構成為以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，按植入區域實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
以下，表示藉由本發明實際解決具體課題之一例。
參考第9圖，表示藉由本發明實際獲得之離子植入量面內分佈的一例。在該例子中，可以獲得同心圓形狀的有目的地不均勻的二維離子植入量分佈。
參考第10圖，表示藉由本發明實際獲得的離子植入量面內分佈的其他例子。在該例子中，可以獲得相對於複數個晶圓面內特定位置局部增減離子植入量之有目的地不均勻的二維離子植入量分佈。
第9圖、第10圖僅為例示，並不限定本發明。依本發明，例如能夠獲得同心環形狀的有目的地不均勻的二維離子植入量分佈，還能夠獲得其他各種形狀的有目的地不均勻的二維離子植入量分佈。
這樣，藉由本發明可以獲得各種有目的地不均勻的二維離子植入量分佈的理由是，維持晶圓內的射束掃描速度 的速度模式的同時，其基準速度乘上比例常數，進行射束掃描振幅的固定化，與此相應地測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值，對應所測定之離子束電流的積分值而控制晶圓機械掃描速度，藉此使射束掃描頻率和射束掃描振幅按各個植入區域恆定，而且解除了經常產生之基於植入區域的離子植入量模式與離子植入量絕對值之間的矛盾。
以上，依本發明，能夠在對離子束進行往返射束掃描且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓來將離子打入晶圓中的裝置中，以補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描方向的掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，均使射束掃描頻率和射束掃描振幅固定的同時，按植入區域實現目標離子植入量分佈和離子植入量。
以上，說明了幾個例示性實施方式，但是上述說明僅僅是例子，並沒有企圖限定本發明。
1‧‧‧離子源
2‧‧‧引出電極
3‧‧‧質量分析磁鐵裝置
4‧‧‧質量分析狹縫
5‧‧‧射束掃描儀
6‧‧‧平行透鏡
7‧‧‧角度能量過濾器
8‧‧‧劑量機組
9‧‧‧晶圓區域射束測定裝置
10‧‧‧晶圓
11‧‧‧機械掃描裝置
第1圖係用於說明可應用本發明之離子植入裝置的一例之概要圖。
第2圖係用於說明藉由第1圖的離子植入裝置進行離子植入時的樣子之圖。
第3圖係用於對關於可應用本發明之離子植入裝置中 的離子束電流的特徵進行說明之圖。
第4圖係用於對可應用本發明之離子植入裝置中的離子束電流的特徵進行說明之圖。
第5圖係用於對在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域並使射束掃描速度按各植入區域可變時的射束掃描頻率和射束掃描振幅進行說明之圖。
第6圖係用於以射束掃描速度和晶圓機械掃描速度的關係為基礎概略說明基於本發明之離子植入量的控制之圖。
第7圖係用於與射束掃描速度的速度模式聯系起來說明射束掃描頻率、射束掃描振幅及晶圓機械掃描速度的關係之圖。
第8圖係用於與射束掃描速度的速度模式聯系起來概略說明基於本發明之離子植入量的控制之圖。
第9圖係藉由本發明實際獲得之有目的的晶圓面內二維不均勻離子植入量分佈之例子。
第10圖係藉由本發明實際獲得之有目的的晶圓面內二維不均勻離子植入量分佈的例子。
第11圖係表示在機械掃描方向上分割晶圓的例子之圖。
v‧‧‧射束掃描速度
t‧‧‧時間
L、L1、L2‧‧‧晶圓機械掃描位置
S0‧‧‧射束掃描振幅

Claims (15)

  1. 一種離子植入方法，其讓離子束進行往返射束掃描，且沿與射束掃描方向正交之方向機械掃描晶圓，從而對晶圓進行離子植入，其特徵為：構成為在晶圓機械掃描方向上將晶圓面內的植入區域分割為複數個，對於射束掃描方向的射束掃描速度能夠按各植入區域進行可變設定；並且構成為根據藉由按各植入區域的離子植入量分佈對應之射束掃描速度的可變設定來計算之速度模式對射束掃描速度進行變更控制，從而控制各植入區域的離子植入量分佈，並且對應各植入區域設定晶圓機械掃描速度並按各植入區域控制，藉此控制各植入區域的離子植入量，同時使按各植入區域控制射束掃描速度的射束掃描頻率和射束掃描振幅恆定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，構成為針對按各植入區域的射束掃描方向的離子植入量分佈和離子植入量各自設定之晶圓，對複數個植入區域連續進行離子植入。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，構成為各植入區域在晶圓的機械掃描方向上呈均等的間隔。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中， 構成為各植入區域在晶圓的機械掃描方向上呈任意設定的間隔。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入方法，其中，按各植入區域並對應各離子植入量分佈而個別設定前述射束掃描速度的速度模式。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入方法，其中，藉由射束測定裝置按各植入區域測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值，對應測定之離子束電流的積分值並根據按各植入區域藉由可變設定算出的各速度模式控制晶圓機械掃描速度。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之離子植入方法，其中，隨著改變按各植入區域的射束掃描速度，改變晶圓機械掃描速度使得射束掃描速度和晶圓機械掃描速度之積分別按各速度模式變得恆定。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，維持射束掃描速度的速度模式的同時，其基準速度乘上比例常數，並按各植入區域改變基準速度，從而使射束掃描振幅及射束掃描頻率恆定。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中， 目標離子植入量分佈為同心圓形狀的任意的不均勻二維離子植入量分佈。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，目標離子植入量分佈為同心環形狀的任意的不均勻二維離子植入量分佈。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，目標離子植入量分佈，為相對於複數個晶圓面內特定位置，局部增減離子植入量之任意的不均勻二維離子植入量分佈。
  12. 一種離子植入裝置，其讓離子束進行往返射束掃描，且沿與射束掃描方向大致正交之方向機械掃描晶圓，從而對晶圓進行離子植入，其特徵為：具備控制裝置，其在構成為在補正其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性之目的下，在機械掃描方向上將晶圓分為複數個植入區域，對於射束掃描方向的射束掃描速度能夠按其植入區域進行可變設定，藉此控制晶圓內的離子植入量時，一起固定射束掃描頻率和射束掃描振幅的同時，在各植入區域實現所希望之離子植入量分佈和離子植入量；前述控制裝置根據藉由按各植入區域的離子植入量分佈對應之射束掃描速度的可變設定來計算之速度模式對射束掃描速度進行變更控制，藉此控制各植入區域的離子植 入量分佈，並且對應各植入區域而設定晶圓機械掃描速度並按各植入區域控制，藉此控制各植入區域的離子植入量，並且使按各植入區域控制射束掃描速度時的射束掃描頻率和射束掃描振幅恆定。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之離子植入裝置，其中，更具備射束測定裝置，該射束測定裝置按各植入區域測定相當於恆定數的射束掃描週期量之離子束電流的積分值；前述控制裝置對應已測定之離子束電流的積分值並按各植入區域控制晶圓機械掃描速度。
  14. 如申請專利範圍第12或13項所述之離子植入裝置，其中，前述控制裝置隨著按各植入區域的射束掃描速度的改變，將晶圓機械掃描速度變更成射束掃描速度和晶圓機械掃描速度之積分別按各速度模式變得恆定。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之離子植入裝置，其中，前述控制裝置維持射束掃描速度的速度模式的同時，其基準速度乘上比例常數，並按各植入區域改變基準速度，從而使射束掃描振幅及射束掃描頻率恆定。
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