TWI555060B - 離子植入裝置及離子植入方法 - Google Patents

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Description

離子植入裝置及離子植入方法
本發明係有關一種離子植入裝置及離子植入方法，特別是有關一種離子植入裝置的離子植入量控制。
半導體製造製程中，為了改變導電性之目的、改變晶圓的結晶結構之目的等，標準地實施向半導體晶圓植入離子之製程。在該製程中使用之設備被稱作離子植入裝置。離子植入裝置具有如下兩種功能：形成藉由離子源被離子化之後加速之離子束之功能；及藉由進行射束掃描、晶圓掃描或該等的組合來將該離子束照射到半導體晶圓整個面之功能。
半導體製造工程中，從在晶圓整個面製造出相同性能的半導體晶片為之目的，通常需要在同一晶圓面內製造出均勻的條件。在離子植入製程中，則通常使用離子植入裝置進行控制以便在晶圓的整個面均勻的植入離子量。
然而在若干半導體製造製程中，在原理上來講很難在晶圓面內創造均勻條件。特別是最近，隨著半導體晶片線寛的細微化飛躍式發展，在晶圓面內植入均勻條件之難度提高，並且其不均勻性程度亦在增加。在這種條件下，若在除此以外的製程中在晶圓面內要創造均勻條件，結果將很難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，若在晶圓整個區域進行通常的面內離子植 入量均勻之離子植入，則作為結果產生之複數個半導體晶片的電氣特性變得不相同，已經不能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創造均勻條件時，可以考慮如下：在使用離子植入裝置對整個晶圓面照射離子束之製程中，對應其晶圓面內劑量不均勻性，製作有目的地不均勻之二維離子植入量面內分佈(以下，有時省略“有目的地不均勻之”，僅稱作二維離子植入量面內分佈)，補正晶圓其他半導體製造別的製程的晶圓面內劑量不均勻性。此時重要的是必須是具有能夠同時對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性的大小及其二維不均勻形狀圖案之功能的離子植入裝置及離子植入方法。
作為在晶圓面內製作二維離子植入量面內分佈之方法的例子，提出有效控制基於離子束之掃描速度及半導體晶圓的掃描速度(機械掃描速度)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，僅控制基於離子束之掃描速度及半導體晶圓的掃描速度。此時，掃描速度的控制範圍有限，而且是無法實現如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之差為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈。
並且，專利文獻1的離子植入方法，其目的為在1片晶圓上製作離子植入量不同之區域，能夠在晶圓面內實現之離子植入量的模式有限，並不具有能夠對應其他半導體製造製程的二維不均勻形狀圖案之二維離子植入量面內分佈的製作功能。
本發明的課題在於消除上述問題實現如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比較大之二維離子植入量面內分佈。
本發明的具體課題在於能夠使以下內容得以實現。
1.實現如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈。
2.具有能夠對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性的大小之功能。
3.具有能夠對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性的二維不均勻形狀圖案之功能。
4.能夠相互獨立地控制能夠對應上述晶圓面內劑量不均勻性的大小之功能和能夠對應二維不均勻形狀圖案之功能。例如，在晶圓面內劑量不均勻性的大小相同之情況 下，亦能夠改變其二維不均勻形狀圖案，並且，與此相反，在二維不均勻形狀圖案相同之情況下，亦能夠改變其晶圓面內劑量不均勻性的大小。
本發明適應用於向射束掃描方向掃描離子束且向與射束掃描方向大致正交之方向機械地掃描晶圓，並將離子植入晶圓中之裝置。
根據本發明之一態樣，在具備上述離子束掃描功能和晶圓掃描功能之離子植入設備中，一邊同時控制機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度和離子束的射束掃描速度一邊對晶圓植入離子。
根據本發明之另一個特徵，機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度短於整個晶圓的長度(直徑)且連續可變，而且，還能夠連續可變地控制射束掃描速度。
該發明之離子植入方法中，每當改變相對於離子束之晶圓旋轉角時，邊進行同時控制機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度和離子束的射束掃描速度邊對晶圓植入離子之植入動作，且在晶圓旋轉一圈期間反覆進行複數次該植入動作，結果對晶圓整個面作植入離子。
該發明之離子植入方法中，根據需求，除了控制上述機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度和離子束的射束掃描速度以外，還控制機械地掃描晶圓之方向的劑量分佈，並進行面內離子植入量分佈的微調。
在此，根據本發明之實施例之離子植入方法中，根據需求，遍及晶圓整個面以少量離子植入量追加進行均勻的離子植入，並進行面內離子植入量分佈的微調也是其特徵。
該發明之離子植入裝置之一，其向射束掃描方向掃描離子束且向與射束掃描方向大致正交之方向機械地掃描晶圓，並將離子植入晶圓中，其特徵為：邊同時控制機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度和離子束的射束掃描速度邊對晶圓植入離子。
根據本發明，能夠獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小及其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量。
根據本發明，能夠得到能夠對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性的大小之離子植入方法。
根據本發明，能夠實現具有能夠對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不夠均勻性的大小之功能之離子植入裝置。
根據本發明，能夠得到能夠對應其他半導體製造製程的二維不均勻形狀圖案之離子植入方法。
根據本發明，能夠實現具有能夠對應其他半導體製造製程的二維不均勻形狀圖案之功能之離子植入裝置。
根據本發明，能夠得到能夠對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性的大小且能夠對應二維不均勻形 狀圖案之離子植入方法。例如能夠得到如下離子植入方法，亦即在晶圓面內劑量不均勻性的大小相同之情況下，亦能夠改變其二維不均勻形狀圖案，並且，與此相反，在二維不均勻形狀圖案相同之情況下，亦能夠改變其晶圓面內劑量不均勻性的大小。
根據本發明，能夠實現同時滿足能夠對應其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性的大小之功能和能夠對應二維不均勻形狀圖案之功能之離子植入裝置。例如能夠實現如下離子植入裝置，亦即在晶圓面內劑量不均勻性的大小相同之情況下，亦能夠改變其二維不均勻形狀圖案，並且，與此相反，在二維不均勻形狀圖案相同之情況下，亦能夠改變其晶圓面內劑量不均勻性的大小。
根據本發明，能夠實現如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈。
在此，參考第1圖對可應用本發明之離子植入裝置的概要結構進行說明。可應用本發明之離子植入裝置構成為使藉由萃取電極2從離子源1引出之離子束在到達晶圓7之射束線上通過，沿著該射束線依次配設有質量分析磁鐵裝置3、質量分析縫隙4、射束掃描儀5、晶圓處理室(離子植入室)(省略圖示)。在晶圓處理室內配設具備包括保持晶圓7之固定架座8之機構之機械掃描裝置。從離 子源1引出之離子束沿著射束線引導於配置在晶圓處理室的離子植入位置之固定架座8上的晶圓7。
離子束使用射束掃描儀5向射束掃描方向被掃描，且藉由平行透鏡6的功能被平行化之後引導至晶圓7。應用本發明之離子植入裝置中，向與射束掃描方向大致正交之方向機械地掃描晶圓7，並將離子植入晶圓7中。第1圖中可以想成是向相對於圖面垂直之方向掃描晶圓7。
第2圖係放大表示第1圖的離子植入裝置的晶圓周圍的一例的概要結構之側視圖。第2圖中，離子束在相對於圖面垂直之面上被掃描，且照射到保持在固定架座8上之晶圓7。固定架座8藉由升降裝置10向第2圖的箭頭A方向被往復驅動，其結果保持在固定架座8上之晶圓7亦向第2圖的箭頭A方向被往復驅動。亦即，能夠藉由向射束掃描方向掃描離子束且向與射束掃描方向大致正交之方向機械地掃描晶圓7來將離子植入晶圓7的整個面中。
並且，該離子植入裝置中設置有使固定架座8向箭頭B方向旋轉之旋轉裝置9。其結果，保持在固定架座8上之晶圓7亦相對離子束旋轉。亦即，晶圓7以其中心軸為中心旋轉。升降裝置10除了使晶圓7和固定架座8向第2圖的箭頭A方向往復驅動以外，還包括該旋轉裝置9在內使其向第2圖的箭頭A方向往復驅動。
在此，參考第3圖對離子束掃描方法和晶圓掃描方法進行說明。第3圖中僅記載被掃描之晶圓7和被掃描之離子束及升降裝置10，並未記載固定架座、旋轉裝置。該 例子中，橫向掃描離子束，縱向掃描晶圓7。如第3圖所示，通常的離子植入裝置中，離子束的掃描區域控制成超過晶圓直徑，機械地掃描晶圓7之區域控制成晶圓7穿過離子束照射區域(作為已掃描離子束以實線表示之區域)。
雖未圖示離子植入裝置的控制系統，但包括旋轉裝置9、升降裝置10之機械掃描裝置、射束掃描儀5中的例如射束掃描速度的控制藉由未圖示之控制裝置進行。為此，設置檢測旋轉裝置9的旋轉角度之感測器、檢測升降裝置10中的升降位置、升降速度之感測器、在晶圓處理室內進行離子束的計量之感測器等各種計量裝置，控制裝置根據該等計量裝置的計量結果執行控制動作。
如之前到此為止所說明，可應用本發明之離子植入裝置為向射束掃描方向掃描離子束且向與射束掃描方向大致正交之方向機械地掃描晶圓，並將離子植入晶圓中之裝置，但考慮植入到晶圓中之離子植入量時，離子束與晶圓的相對運動成問題，因此為便於理解假設宛如晶圓已靜止來相對地考慮離子的植入區域及射束掃描速度即可。
第4圖係用於對以往進行之實現晶圓面內劑量均勻性之離子植入進行說明之圖。第4圖中能夠理解在縱向、橫向上，離子植入區域均遍及晶圓7的整個面而擴展。換言之，方便起見的離子束植入區域範圍包含晶圓形狀。
以往進行之實現標準的晶圓面內劑量均勻性之離子植入中，為了確保晶圓面上橫向的植入離子量均勻性，離子 束的掃描速度保持為大致恆定。並且，為了保持晶圓面上縱向的均勻性，晶圓的掃描速度，亦即機械掃描速度保持為大致恆定。
作為在晶圓面內製作有目的地不均勻之二維離子植入量面內分佈(如前所述，以下省略“有目的地不均勻之”，僅稱作二維離子植入量面內分佈)之方法的例子，可以考慮控制離子束的掃描速度及半導體晶圓的掃描速度之方法。但此時，各個掃描速度的控制範圍有限，無法實現作為本發明課題之如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈。
本發明中，使用邊同時控制規定機械地掃描晶圓之範圍之晶圓掃描區域長度和射束掃描方向的射束掃描速度邊對晶圓照射離子束之離子植入方法，首先，參考第5圖對基於本發明之掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度的控制進行說明。第5圖中，僅記載被掃描之晶圓7和被掃描之離子束及升降裝置10，並未記載固定架座、旋轉裝置。該例子中，橫向掃描離子束，縱向掃描晶圓。
如已在第3圖中所說明，通常的離子植入機臺中，離子束的照射區域控制成超過晶圓直徑，機械地掃描晶圓7之區域控制成晶圓7穿過離子束照射區域。與此相對，本發明中，與通常的離子植入裝置相同地離子束的照射區域控制成超過晶圓直徑，但機械地掃描晶圓7之區域控制成晶圓7未完全穿過離子束照射區域。第5圖中記載為，當 晶圓7到達以雙點劃線表示之最下面的位置時，晶圓7未完全穿過離子束照射區域。但其為一例，可以設為當晶圓7到達以另外的雙點劃線表示之最上面的位置時晶圓7未完全穿過離子束照射區域，亦可以設為在晶圓最下面的位置、晶圓最上面的位置時晶圓7均未完全穿過離子束照射區域。
在此，參考第6圖對邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描方向的射束掃描速度邊對晶圓7照射離子束之離子植入方法進行說明。如已在第4圖中所說明，考慮植入到晶圓7中之離子植入量時，為便於理解假設宛如晶圓7已靜止來相對地考慮離子束照射區域及射束掃描速度即可，因此第6圖(a)中，亦為便於理解而圖示成宛如晶圓7已靜止。
如已在第5圖中所說明，本發明中構成為能夠連續地改變掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度。因此，第6圖(a)中，在橫向上離子束照射區域遍及晶圓整個面而擴展，但在縱向上離子植入只進行至晶圓7的中途部分。換言之，伺機的離子束照射區域範圍並不包含晶圓形狀。並且，在第6圖(b)中明確可知，構成為在晶圓橫向上，能夠連續可變地控制離子束的射束掃描速度V。第6圖(a)中，描繪成晶圓掃描區域長度超過晶圓中心部，但其為例示，晶圓掃描區域長度可以不超過晶圓中心部。並且，在第6圖(b)中明確可知，射束掃描速度V可以控制(設定)成在晶圓的中央部(射束掃描範圍的中央部)呈谷形 (以C1、C2、C5表示)，相反地，亦可以控制(設定)成在晶圓的中央部呈山形(C4)，還可以控制(設定)成從晶圓的端部遍及晶圓的中央部存在複數個山和谷(C3)，並且還可以左右非對稱。
在此，參考第6圖(c)對射束掃描速度V與離子植入量D的關係進行敘述。當射束掃描速度V較大時，作為該離子束照射區域中在單位時間內植入之離子植入量D與該射束掃描速度V成反比例而變小。在本發明中實際控制的雖是射束掃描速度，但其目的是控制離子植入量，以下除特別明示之情況之外，使用離子植入量進行討論。
接著，參考第7圖對機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度進行說明。本發明中，能夠可變地設定機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度。亦即，掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度可以設定成短於晶圓半徑，亦可以設定成長於晶圓半徑且短於晶圓直徑。
基於本發明之離子植入方法中，改變機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度，因此在該階段在晶圓縱向上存在未進行離子植入之區域和已進行離子植入之區域。該兩個區域的離子植入量的較大差為在後面詳細說明之、能夠在執行繼續進行之邊改變相對於離子束之晶圓旋轉角邊反覆進行複數次之植入方法之後實現如最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈之原因。並且，未進行離子植入之區域中，伴隨射束掃描速度的變更，能夠依賴晶圓橫向位置有目的地使離子 植入量產生分佈。該分佈為後面詳細說明之、能夠在執行繼續進行之邊改變相對於離子束之晶圓旋轉角邊反覆進行複數次之植入方法之後獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小及其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量之原因。
本發明中，繼續使用每當改變相對於離子束之晶圓旋轉角時進行同時控制晶圓掃描區域長度和射束掃描速度之離子植入且在晶圓旋轉一圈期間反覆進行複數次該離子植入之植入方法。
參考第8圖對該植入方法進行說明。如已在第2圖中所說明，可應用本發明之離子植入裝置中，藉由使固定架座8旋轉之旋轉裝置9以設定角度間歇地旋轉固定架座8，其結果能夠相對於離子束以設定角度間歇地旋轉保持在固定架座8上之晶圓7。但是，考慮植入到晶圓7中之離子植入量時，離子束與晶圓7的相對運動成問題，因此為便於理解假設宛如晶圓7已靜止並想成是離子束照射區域在進行旋轉即可。第8圖中將晶圓7靜止示出。
如已在第6圖中所說明，本發明中使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和離子束的射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此其結果在結束1次植入方法時，在晶圓7內產生未被植入離子之區域12和已進行離子植入之區域13。在此，已進行離子植入之區域13中，藉由基於本發明之射束掃描速度的控制產生離子植入量的面內分佈11。本發明中，繼續使用改變相對於離子束之晶圓旋轉角並在旋轉停止之後進行上述的植 入動作且在晶圓旋轉一圈期間反覆進行複數次該植入動作之植入方法。在此，複數次被定義為2~n次(n為正整數)且對晶圓的360度進行n等分之設定角度。第8圖(b)中，作為一例示出第2次植入方法。用斜線畫上陰影示出藉由第1次植入動作被植入離子之區域14。與第1次植入動作相同，在第2次植入動作中亦使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此在第2次植入動作時，亦在晶圓7內產生該植入動作時未被植入離子之區域和具有植入量的面內分佈且被植入離子之區域。由於在第1次植入動作與第2次植入動作中，晶圓7相對於離子束之旋轉角發生變化(第8圖(b)中向逆時針方向旋轉)，因此晶圓7內未被植入離子之區域變狹窄。並且，在被植入離子之區域內，離子植入量的面內分佈進一步逐漸形成輪廓。
本發明中，在該等繼續進行之植入動作中，機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度設定成按每一個特定旋轉角度連續且可變，但亦可以使用相同的晶圓掃描區域長度。並且，射束掃描方向的射束掃描速度亦控制成按每一個特定旋轉角度連續且可變，但亦可以使用相同的射束掃描速度圖案模式。
藉由反覆進行複數次該等植入動作，能夠邊對晶圓面內整個區域植入離子邊在晶圓面內實現二維離子植入量面內分佈。本發明中，控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區 域長度，因此能夠實現如最低離子植入量與最大離子植入量之比變大之有目的地大規模之二維離子植入量面內分佈。具體而言，能夠實現如最低離子植入量與最大離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈。
為了進一步詳細說明基於本發明之離子植入方法，首先，使用第9圖及第10圖對邊旋轉晶圓7邊僅將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設為可變之植入方法進行說明。此外，在以下的使用第9圖至第13圖之說明中，各圖的(a)~(d)表示反覆進行4次將晶圓7向順時針方向旋轉90度(設定角度)並在旋轉停止之後進行離子植入這種植入動作之結果，各圖的(e)表示反覆進行8次將晶圓7旋轉45度(設定角度)並在旋轉停止之後進行離子植入這種植入動作之後的植入結果，但該等只是為了說明而方便示出的，並非意在限定本發明。並且，在使用第9圖至第13圖之說明中，機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度描述成不依賴晶圓旋轉角而為恆定，但這是為了便於說第9圖中示出將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設定成長於晶圓半徑且短於晶圓直徑並僅將晶圓掃描區域長度設為可變之植入方法。此時，如可在第9圖(a)至第9圖(d)中判斷，隨著將晶圓7向順時針方向每次旋轉90度來持續進行植入動作，晶圓7內未被植入離子之區域逐漸變狹窄。邊將晶圓7每次旋轉設定角度邊結束一連串植入動作時的晶圓面內的離子植入量分佈變成如第9圖(e)。在此重要的是，當如第9圖般僅變更晶圓 掃描區域長度時，相當於僅變更一種變量，因此導致晶圓面內劑量不均勻性的大小與其二維不均勻形狀圖案具有某種關係。明，而並非意在限定本發明。另外，在使用第9圖至第13圖之說明中，射束掃描方向的射束掃描速度圖案描繪成不依賴晶圓旋轉角而為恆定，但這亦是為了便於說明，而並非意在限定本發明。
如第10圖所示，這種狀況在使用將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設定成短於晶圓半徑且僅將晶圓掃描區域長度設為可變之植入方法時亦相同。亦即，第10圖(a)~第10圖(e)中，晶圓掃描區域長度設定成短於晶圓半徑，除此之外，與第9圖(a)~第9圖(e)相同。
綜合上述，如第9圖、第10圖所示之離子植入方法，假如僅變更晶圓掃描區域長度時，相當於僅變更一種變量，因此晶圓面內劑量不均勻性的大小與其二維不均勻形狀圖案相互關聯，不能自由地相互移動。就其他半導體製造製程的晶圓面內不均勻性而言，其晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案是重要的因素，當無法獨立地滿足各個要求時，不能達到補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性這種目的。因此，假如僅變更晶圓掃描區域長度時，無法以作為本發明所要解決之課題之補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性為目的實現大規模之具有不均勻性之二維離子植入量面內分佈。
在此，本發明中使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描方向的射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此在第8圖的植入方法中，能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量。因此，能夠達到作為本發明課題之補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性這種目的。以下，清晰易懂地進行說明。
第11圖中示出基於本發明之將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設定成長於晶圓半徑且短於晶圓直徑並將晶圓掃描區域長度設為可變並且將射束掃描範圍的中央附近處的射束掃描速度設為慢於其他位置的射束掃描速度之植入方法。如已說明，離子植入量D與射束掃描速度V成反比例。因此，第11圖(a)的離子植入中，晶圓7內產生未被植入離子之區域12和已進行離子植入之區域13，且已進行離子植入之區域13中，藉由射束掃描速度V的控制，在射束掃描範圍的中央附近產生如離子植入量D增多之離子植入量面內分佈。每當旋轉晶圓7時進行同樣的植入動作，藉此晶圓7內未被植入離子之區域變狹窄。如前所述，第11圖(a)~(d)表示將晶圓7向順時針方向每次旋轉90度來總計進行4次離子植入之結果，第11圖(e)表示邊將晶圓7依次以45度旋轉8次邊進行離子植入之後的晶圓面內的離子植入量分佈。
第12圖中示出基於本發明之將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設定成長於晶圓半徑且短於晶圓直徑並 將晶圓掃描區域長度設為可變並且將射束掃描範圍的中央附近處的射束掃描速度設為快於其他位置的射束掃描速度之植入方法。如已說明，離子植入量與射束掃描速度成反比例。因此，第12圖(a)的離子植入中，晶圓7內產生未被植入離子之區域12和已進行離子植入之區域13，且已進行離子植入之區域13中，藉由射束掃描速度的控制，在射束掃描範圍的中央附近產生如離子植入量較少之離子植入量面內分佈。第12圖的機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設為與第11圖相同之長度。在第11圖(e)、第12圖(e)中，以陰影或虛線、點狀的有無示出之晶圓面內的濃淡表示晶圓面內的劑量不均勻，亦即晶圓面內劑量不均勻性，由這種濃淡形成之圖案表示二維不均勻形狀圖案。因此，從第11圖(e)和第12圖(e)明確可知，即使機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度為相同的長度，亦能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量。亦即，本發明中，使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量。
第11圖和第12圖中，對將射束掃描範圍的中央附近處的射束掃描速度設為慢於其他位置的射束掃描速度之植入方法和快於其他位置的射束掃描速度之植入方法進行了比較，但射束掃描速度的變更方法並不限於此。亦即，作 為射束掃描速度的變更方法，可以設為其設定速度階段性增減之形態或者無規增減之形態。並且，如已在第6圖(b)中所說明，可以變更射束掃描速度的山和谷的數量。另外，一般可以對射束掃描速度進行各種變更。
第13圖中示出基於本發明之將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設定成短於晶圓半徑並將晶圓掃描區域長度設為可變並且將射束掃描範圍的中央附近處的射束掃描速度設為慢於其他位置的射束掃描速度之植入方法。在此，為了比較，將第11圖和第13圖的射束掃描速度設為相同。從第11圖(e)和第13圖(e)明確可知，即使射束掃描速度相同，亦能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量。如已說明，本發明中使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量，從第11圖和第13圖的比較亦證明著這一事實。
如第13圖所示，當機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設定成短於晶圓半徑時，在實施邊改變相對於離子束之晶圓旋轉角邊反覆進行複數次之植入動作之後，在晶圓中央部產生未被植入離子之區域。該區域當作是最低離子量為零之情況，可以直接作為無離子植入量之區域，結束一連串植入動作，根據需要，亦可以遍及晶圓整個面以少量離子植入量追加進行均勻的離子植入，並進行面內離 子植入量分佈的微調。
本發明中，使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量，但作為第3控制因素，可以進一步控制機械地掃描晶圓之方向的劑量分佈，並進行面內離子植入量分佈的微調。此時，可以藉由控制機械地掃描晶圓7之機械掃描速度來控制機械地進行掃描之方向的劑量分佈，亦可以藉由變更、控制射束掃描的周期來控制機械地進行掃描之方向的劑量分佈，另外還可以藉由間歇地省略在晶圓上照射離子束之時間來控制機械地進行掃描之方向的劑量分佈。
再次綜上，本發明中使用邊同時控制機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度和射束掃描方向的射束掃描速度邊對晶圓7植入離子之植入方法，因此能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量。因此，能夠達到作為本發明課題之補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性這種目的。
當然，如已敘述，能夠實現如最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈之原因主要在於改變機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度。因此，還可以想成如下：藉由將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設為可變來實現粗略的二維離子植入量面內分佈的圖案，且藉由將射束掃描方向的射束掃 描速度設為可變來實現詳細的二維離子植入量面內分佈。
如上，對晶圓整個面照射離子束時，能夠藉由本發明進行能夠以補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性為目的實現如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈之離子植入。
以下示出藉由本發明實際解決具體課題之一例。
第14圖表示藉由本發明實際得到之離子植入量面內分佈的一例。該例子中，測定數值越小，實際離子植入量與其數值成反比例而變得越多。第14圖的例子中，晶圓中央部的離子植入量減少，晶圓端部的離子植入量增多。第14圖中示出二維地表示晶圓的二維面內分佈的測定數值之15a以及在晶圓面內正交之2個方向上的測定數值分佈15b、15c。
如第14圖明確所示，測定數值的最大值與最小值之比超過5倍。如已說明，由於該測定數值與實際離子植入量成分比例，因此在第14圖的例子中示出實際的晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上。第14圖雖為一例，但可知已實現如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈。
參考第15圖對藉由本發明實際得到之離子植入量分佈的例子進行說明。第15圖中示出晶圓內某一直線上的測定數值的標繪16a、16b、16c。與第14圖相同，該例 子中，亦是測定數值越小，實際離子植入量與其數值成反比例而變得越多。第15圖的例子中，亦是晶圓中央部的離子植入量減少，晶圓端部的離子植入量增多。
第15圖的標繪16a、16b、16c係邊改變相對於離子束之晶圓旋轉角邊反覆進行複數次邊將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設為相同的同時對射束掃描速度進行各種改變之植入方法之植入動作的例子。從第15圖明確可知，在晶圓面內劑量不均勻性的大小相同時，能夠改變其二維不均勻形狀圖案。
第15圖係能夠個別、獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小和其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量的一例。如已使用第11圖和第13圖所說明，與第15圖所示之狀況相反，在二維不均勻形狀圖案相同之情況下，當然亦能夠改變其晶圓面內劑量不均勻性的大小。
另外，一般可以說第15圖係藉由將機械地掃描晶圓7之晶圓掃描區域長度設為可變來實現粗略的二維離子植入量面內分佈之圖案，且藉由將射束掃描方向的射束掃描速度設為可變來實現詳細的二維離子植入量面內分佈之例子。
以上，實際示出了在對晶圓整個面照射離子束時，能夠藉由本發明以補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性為目的實現大規模之二維離子植入量面內分佈。
到此為止說明了至少一個例示性實施形態，但上述說明僅僅是例子，並非意在限定本發明。
1‧‧‧離子源
2‧‧‧萃取電極
3‧‧‧質量分析磁鐵裝置
4‧‧‧質量分析縫隙
5‧‧‧射束掃描儀
6‧‧‧平行透鏡
7‧‧‧晶圓
8‧‧‧固定架座
9‧‧‧旋轉裝置
10‧‧‧升降裝置
第1圖係用於說明可應用本發明之離子植入裝置的一例的概要結構之俯視圖。
第2圖係放大表示第1圖的離子植入裝置的晶圓周圍的一例的概要結構之側視圖。
第3圖係用於對離子束掃描方法和晶圓掃描方法進行說明之圖。
第4圖係用於對以往進行之實現晶圓面內劑量均勻性之離子植入進行說明之圖。
第5圖係用於對基於本發明之機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度的控制進行說明之圖。
第6A至6C圖係用於對基於本發明之邊同時控制機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度和射束掃描方向的射束掃描速度邊對晶圓照射離子束之離子植入方法進行說明之圖。
第7圖係用於對基於本發明之機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度的可變性進行說明之圖。
第8A及8B圖係用於對基於本發明之邊改變相對於離子束之晶圓旋轉角邊反覆進行複數次同時控制晶圓掃描區域長度和射束掃描速度之離子植入方法之離子植入方式進行說明之圖。
第9A至9E圖係用於對僅將機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度設為可變且邊改變相對於離子束之晶圓旋轉 角邊反覆進行複數次之離子植入方式進行說明之圖。
第10A至10E圖係用於對僅將機械地掃描晶圓之晶圓掃描區域長度設為可變且邊改變相對於離子束之晶圓旋轉角邊反覆進行複數次之離子植入方式進行說明之圖。
第11A至11E圖係用於對基於本發明之每當改變相對於離子束之晶圓旋轉角時進行同時控制晶圓掃描區域長度和射束掃描速度之離子植入且反覆進行複數次該離子植入之離子植入方式進行說明之圖。
第12A至12E圖係用於對基於本發明之每當改變相對於離子束之晶圓旋轉角時進行同時控制晶圓掃描區域長度和射束掃描速度之離子植入且反覆進行複數次該離子植入之離子植入方式進行說明之圖。
第13A至13E圖係用於對基於本發明之每當改變相對於離子束之晶圓旋轉角時進行同時控制晶圓掃描區域長度和射束掃描速度之離子植入且反覆進行複數次該離子植入之離子植入方式進行說明之圖。
第14圖係表示藉由本發明實際得到之如晶圓面內的最低離子植入量與最高離子植入量之比為5倍以上之大規模之二維離子植入量面內分佈的一例之圖。
第15圖係表示藉由本發明實際得到之示出能夠獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小及其二維不均勻形狀圖案這兩個控制量之離子植入量分佈的一例之圖。
7‧‧‧晶圓
8‧‧‧固定架座
9‧‧‧旋轉裝置
10‧‧‧升降裝置

Claims (9)

  1. 一種離子植入方法，其向射束掃描方向掃描離子束且向與該射束掃描方向正交之方向機械地掃描晶圓，並將離子植入晶圓中，其包括：設定能夠可變相對於離子束之晶圓旋轉角，其中，以階段性方式變更該晶圓旋轉角的設定角度以各設定角度對晶圓進行離子植入，其中，在晶圓旋轉一圈期間的複數次該離子植入動作期間，對於各個設定角度的離子植入，可變地設定規定機械地掃描該晶圓之範圍之晶圓掃描區域長度，並且同時進行離子束的射束掃描速度的變更，藉此對晶圓植入離子，補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性，其中，離子束照射區域超過晶圓直徑，並且該晶圓掃描區域長度的可變設定長度短於該晶圓直徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，該晶圓掃描區域長度設定成對於該設定角度按其每一個特定角度連續可變。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，該離子束的射束掃描速度控制成對於該晶圓旋轉角的設定角度按其每一個特定角度連續可變更。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其 中，藉由同時控制該晶圓掃描區域長度的可變設定和該離子束的射束掃描速度的變更的兩個控制參數來獨立的操控晶圓面內劑量不均勻性的大小及其二維不均勻形狀圖案的這兩個控制量。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之離子植入方法，其中，藉由可變地設定該晶圓掃描區域長度來實現粗略的二維離子植入量面內分佈的圖案模式，且藉由可變地控制該離子束的射束掃描速度來實現詳細的二維離子植入量面內分佈，藉此獨立地控制晶圓面內劑量不均勻性的大小及其二維不均勻形狀圖案模式的這兩個控制量。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，在以該晶圓旋轉角的各設定角度進行之離子植入中，藉由邊形成非離子植入區域邊對晶圓面植入離子來實現如晶圓面內的最高離子植入量與最低離子植入量之比為5倍以上之二維離子植入量面內分佈。
  7. 一種離子植入方法，其向射束掃描方向掃描離子束且向與該射束掃描方向正交之方向機械地掃描晶圓，並將離子植入晶圓中，其包括：設定能夠可變晶圓相對於離子束之旋轉角，並且設定能夠可變規定機械地掃描前述晶圓之範圍之晶圓掃描區域長度， 其中，在從該晶圓的一端側到所設定的該晶圓掃描區域長度為止的局部區域面，在晶圓旋轉一圈期間，以作為該晶圓的旋轉角的基準之角度及由作為該基準之角度變更之一個或多個設定角度分複數次進行離子植入，其中，對於各個設定角度的離子植入，組合進行該晶圓掃描區域長度的可變設定和離子束射束掃描速度的變更控制，藉此對晶圓植入離子，補正其他半導體製造製程的晶圓面內劑量不均勻性，並且，其中，離子束照射區域超過晶圓直徑，並且該晶圓掃描區域長度的可變設定長度短於該晶圓直徑。
  8. 一種離子植入裝置，其包含向射束掃描方向掃描離子束之射束掃描儀及向與該射束掃描方向正交之方向機械地掃描晶圓之機械掃描系統，且將離子植入晶圓中，其包括：提供在該機械掃描系統中且相對於離子束改變晶圓旋轉角設為可變之旋轉裝置，具有至少控制該射束掃描儀及該機械掃描系統之功能之控制裝置，其中，該控制裝置藉由控制該旋轉裝置，邊階段性地變更相對於該離子束之晶圓旋轉角的角度設定邊以各設定角度對晶圓進行離子植入，另一方面，藉由控制前述機械掃描裝置，在晶圓旋轉一圈期間的複數次該離子植入動作期間，對於各個設定角度的離子植入，可變地設定規定機械地掃描前述晶圓之範圍之晶圓掃描區域長度，並且藉由 控制該射束掃描儀來同時進行離子束的射束掃描速度的變更控制，藉此對晶圓植入離子，並且控制機械地掃描晶圓之方向的劑量分佈，進行晶圓面內離子植入量分佈的微調其中，離子束照射區域超過晶圓直徑，並且該晶圓掃描區域長度的可變設定長度短於該晶圓直徑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之離子植入裝置，其中，該控制裝置除了進行該晶圓面內離子植入量分佈的微調以外，還對晶圓整個面以少量離子植入量進行均勻的離子植入，藉此進行晶圓面內離子植入量分佈的添加微調。
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