TWI581312B - 離子植入方法及離子植入裝置 - Google Patents

離子植入方法及離子植入裝置 Download PDF

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TWI581312B
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Description

離子植入方法及離子植入裝置
本發明係有關於一種離子植入，更加詳細而言，係有關於離子植入裝置中之以離子束植入及照射區域的控制技術。
半導體製造製程中，為了改變導電性之目的、改變半導體晶圓的晶體結構之目的等，標準地實施對半導體晶圓照射植入該半導體晶圓之離子之製程。在該製程使用之裝置稱為離子植入裝置。離子植入裝置具有加速由離子源產生之離子，形成被加速之離子束之功能和藉由射束掃描、晶圓掃描或它們的組合對半導體晶圓整面照射該離子束之功能。此時，關於對半導體晶圓植入多少離子，取決於半導體設計，一旦決定半導體設計之後，就很難變更。
用於半導體製造製程，將由離子源產生之離子作為離子束傳輸至晶圓之離子植入裝置有各種種類。作為其中一種，有組合晶圓的慢速掃描和離子束的快速掃描之離子植入裝置。晶圓的慢速掃描中，將對晶圓機械地進行慢速掃描(慢速移動)之方向設定為晶圓慢速掃描方向。另一方面，離子束的快速掃描中，將使離子束沿與前述晶圓慢速掃描方向垂直之方向快速掃描之方向設定為射束掃描方向(或快速掃描方向)。藉此，對機械驅動為沿晶圓慢速掃描方向往復運動之晶圓照射沿射束掃描方向往復掃描之離 子束。該種離子植入裝置稱為混合式掃描離子植入裝置。
另外，作為另一種，有基於組合晶圓的慢速掃描與晶圓的快速掃描之2維機械晶圓掃描之離子植入裝置。晶圓基於機械的慢速掃描中，將對晶圓機械地進行慢速掃描(慢速移動)之方向設定為晶圓慢速掃描方向。另一方面，晶圓基於機械之快速掃描中，將晶圓沿與前述晶圓慢速掃描方向垂直之方向機械地進行快速掃描(比慢速移動快的快速移動)之晶圓快速掃描方向設定為與前述混合式掃描離子植入裝置的射束掃描方向相同之方向。藉此，對驅動為一邊沿晶圓慢速掃描方向往復運動，一邊沿與晶圓慢速掃描方向垂直之晶圓快速掃描方向往復運動之晶圓照射離子束(靜止離子束)。該種離子植入裝置稱為2維機械晶圓掃描離子植入裝置。
如後述，本發明之某些實施例能夠適用於混合式掃描離子植入裝置及2維機械晶圓掃描離子植入裝置之任一者。
半導體製造製程中，半導體晶圓生產性(以下，簡稱為晶圓生產性)受重視。如已說明，在某一半導體製造製程中，需對半導體晶圓植入之離子植入量為定量。因此，若要提高晶圓生產性，需要增加對半導體晶圓傳輸之離子量或有效地對半導體晶圓植入離子。
如後述，本發明係有關一種對半導體晶圓之高效的離子植入。
但是，對半導體晶圓高效地進行離子植入時，為了製 造晶圓面內品質(特性)相同的半導體裝置，一般需對半導體晶圓的整面進行相同量的離子植入。換言之，需確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。因此，要求確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，且提高晶圓生產性。
如已說明，混合式掃描離子植入裝置中，在射束掃描方向上往復掃描離子束，且沿與射束掃描方向垂直之晶圓慢速掃描方向對半導體晶圓進行機械掃描(移動)，藉此對半導體晶圓植入離子。在此，如在後面詳細說明，在考慮對半導體晶圓之高效的離子植入時，只要考慮固定半導體晶圓且相對移動離子束即可。這在2維機械晶圓掃描離子植入裝置中亦相同。此時，作為對半導體晶圓之高效的離子植入的一個方法，可考慮根據半導體晶圓的形狀，控制離子束的掃描範圍(照射範圍)之方法。
在此，提出有在混合式掃描離子植入裝置中，控制為在超過半導體晶圓的外形範圍之保持構件上之掃描範圍成為相等之技術，來作為根據半導體晶圓的形狀控制離子束的掃描範圍之技術(專利文獻1)。保持構件用於保持半導體晶圓，且被驅動為以保持半導體晶圓之狀態沿晶圓慢速掃描方向往復運動。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2009-146757號公報
專利文獻1中公開之技術，以降低因從保持構件上供給二次電子引起之離子植入的植入角度偏差為目的而採用，與提高對半導體晶圓之離子植入效率之目的不同。因此，專利文獻1中公開之技術對提高晶圓生產性是不充份的。
專利文獻1中公開之技術，未對離子束的植入及照射區域呈2維性形狀之情況進行考慮，因此在半導體晶圓的水平方向端部之離子植入量在晶圓面內之均勻性惡化。而且，為了避免該種離子植入量在晶圓面內之均勻性的惡化，擴大在超過半導體晶圓的外形範圍之保持構件上之離子束的掃描範圍時，無法達成提高晶圓生產性之目的。
專利文獻1中公開之技術，未對在混合式掃描離子植入裝置中存在作為基準之射束位置從半導體晶圓的垂直方向中心位置位移之情況進行考慮，導致在半導體晶圓的垂直方向端部之離子植入量在面內之均勻性惡化。而且，為了避免該離子植入量在面內之均勻性惡化，在擴大超出半導體晶圓的外形範圍之保持構件上的離子束的掃描範圍時，無法達成提高晶圓生產性之目的。
專利文獻1中公開之技術，在混合式掃描離子植入裝置中，在半導體晶圓的保持構件上之離子束的掃描面積被控制成相等。但是，為了提高對半導體晶圓的離子植入效率，以前述掃描面積恆定的控制無法達成目的，只停留在存在次要地對半導體晶圓之離子植入效率提高之情況。
本發明的課題在於，在混合式掃描離子植入裝置及2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，一邊處理離子束的植入及照射區域的2維形狀，一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性並且提高半導體晶圓的生產性。
本發明之某些實施例適用於前述混合式掃描離子植入裝置及2維機械晶圓掃描離子植入裝置。
根據本發明之一實施例，提供有一離子植入方法，其包括在對晶圓植入離子之前，預先測定離子束的2維截面射束形狀，藉由利用測定出之2維截面射束形狀，使2維截面射束形狀與橢圓形狀近似，藉由使用前述橢圓形的射束外周與晶圓外周的公切線，設定前述離子束的照射範圍，藉此規定植入及照射區域。
藉由在晶圓外周的整個區域中，使用前述橢圓形的射束外周與晶圓外周的公切線，規定離子束的植入及照射區域。
為了在對晶圓進行離子植入期間，即使產生離子電流量微小變動，亦一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性，被包含晶圓慢速掃描方向的晶圓直徑之直線分成2部份之植入及照射區域的一側可為長方形形狀，另一側的植入及照射區域可為藉由前述公切線規定之形狀。
而且，可階段性地設定複數個射束掃描方向(或晶圓 快速掃描方向)上的射束掃描末端位置，且可根據晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置階段性地改變前述射束掃描末端位置的設定值，而不中斷對晶圓之離子植入，藉此對晶圓整面進行離子植入。
此處，在複數個之已設定之射束掃描末端位置的設定值被改變之晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置中之至少一個為晶圓慢速掃描方向上的射束重心的位置存在於晶圓的內部之晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，並且晶圓掃描位置中之至少另一個為晶圓慢速掃描方向上的射束重心的位置存在於晶圓的外部之晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置。
根據本發明之另一實施例，提供有一離子植入裝置，其包括：測定裝置，其在對晶圓植入離子之前，測定掃描之離子束的2維截面射束形狀；及控制部，其藉由利用測定出2維截面射束形狀，使2維截面射束形狀與橢圓形狀近似，藉由使用前述橢圓形的射束外周與晶圓外周的公切線，設定離子束的照射範圍，藉此規定植入及照射區域。
前述控制部藉由在晶圓外周的整個區域中，使用前述橢圓形的射束外周與晶圓外周的公切線，規定植入及照射區域。
為了在對晶圓進行離子植入期間，即使產生離子電流量微少變動，亦一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性，前述控制部可規定植入及照射區域，其中，被包含晶圓慢速掃描方向的晶圓直徑之直線分 成2部份之植入及照射區域的一側為長方形形狀，另一側的植入及照射區域為藉由前述公切線規定之形狀。
對本發明的實施例進行說明。本發明之某些實施例可適用於混合式掃描離子植入裝置及2維機械晶圓掃描離子植入裝置之任一者。首先，參閱第1A及1B圖，對結構更加複雜之混合式掃描離子植入裝置進行說明。第1A圖係俯視圖，第1B圖係側視圖。在混合式掃描離子植入裝置中，藉由引出電極2引出由離子源1產生之離子來作為離子束，沿到達半導體晶圓10之射束線傳輸引出之離子束。沿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)。晶圓處理室內配設有包括保持半導體晶圓10之保持機構之機械掃描裝置11。保持機構包含保持半導體晶圓10之晶圓夾具。通過引出電極2引出之離子束沿射束線傳輸並引導至配置於晶圓處理室的離子植入位置之晶圓夾具上的半導體晶圓10。
離子束藉由射束掃描儀5沿射束掃描方向(或快速掃描方向)往復掃描(照射)。雖然入射於射束掃描儀5之離子束的行進方向固定，但具有藉由射束掃描儀5以相對當入射至射束掃描儀時的固定行進方向偏斜的角度。但是，具有相對固定行進方向偏斜之角度之離子束變為平行，以藉由平行透鏡6的功能與固定行進方向平行，並接著被 引導至半導體晶圓10。混合式掃描離子植入裝置中，對半導體晶圓10沿與射束掃描方向垂直之晶圓慢速掃描方向機械地進行往復掃描(移動)，藉此對半導體晶圓10植入離子。以下有時將以此方式照射之離子束稱為掃描離子束。第1A及1B圖中，藉由配置於平行透鏡6的下游側之角能量過濾器7使離子束向下偏斜，藉此提高離子能量的均勻性。但是，這只是一範例，可省略角能量過濾器7。
本實施例中，在靠近半導體晶圓10之上游側進行離子束的測量。為了測量離子束，使用晶圓區域射束測定裝置9。第1A圖中描繪為晶圓區域射束測定裝置9能夠往復移動於以一點虛線箭頭所示之範圍，但晶圓區域射束測定裝置可為非活動式。以一點虛線箭頭所示之晶圓區域射束測定裝置9的往復移動範圍比離子束的掃描範圍(照射範圍)廣。另外，以下為了簡化說明，使用活動式的晶圓區域射束測定裝置9進行說明。
在對半導體晶圓10進行離子植入期間，由於與半導體晶圓10物理性地干擾，因此無法使用晶圓區域射束測定裝置9。第1A及1B圖所示之混合式掃描離子植入裝置中，在對半導體晶圓10進行離子植入期間，使用植入時射束測定裝置8進行掃描離子束的測量。將在後面詳細說明，例如在混合式掃描離子植入裝置中產生一點點之射束變動時，或從離子源1至半導體晶圓10之射束傳輸用機器中產生放電，因此離子難以到達半導體晶圓10時等的 非正常植入狀態產生時，有時藉由使用植入時射束測定裝置8的測量結果來處理非正常植入狀態，以防止離子植入量在晶圓面內之均勻性惡化。
第1A及1B圖中，在比半導體晶圓10更靠上游側，離子束的掃描範圍的最外側之2個位置其中一方示出有單一植入時射束測定裝置8。但是，這只是一範例，植入時射束測定裝置8可配設於半導體晶圓10的旁邊，亦可配設於比半導體晶圓10更靠下游側的位置，或可配設於前述2個位置的另一方。而且，通常在混合式掃描離子植入裝置配設複數個植入時射束測定裝置。與此相對，既然在本實施例中，能夠藉由配設單一植入時射束測定裝置8可達成其目的，因此以下的說明中，將對配設單一植入時射束測定裝置8的情況進行說明。
第2圖係放大表示第1A及1B圖的混合式掃描離子植入裝置中的機械掃描裝置11的範例之概要圖。如第2圖所示，機械掃描裝置11概要性地包括晶圓夾具27、晶圓旋轉單元12、晶圓升降單元13。離子束藉由射束掃描儀5沿垂直於圖面之方向(射束掃描方向)掃描，並被施加於保持在晶圓夾具27上之半導體晶圓10。晶圓夾具27藉由晶圓升降單元13沿第2圖中以虛線所示之箭頭方向被往復地驅動，其結果，保持於晶圓夾具27上之半導體晶圓10亦沿第2圖中以虛線所示之箭頭方向(晶圓慢速掃描方向)被往復地驅動。如此，混合式掃描離子植入裝置中，藉由離子束的射束快速掃描與半導體晶圓10的晶 圓慢速掃描對半導體晶圓10的整面植入離子。
本發明之某些實施例可適用於2維機械晶圓掃描離子植入裝置，因此參閱第1A及1B圖及第2圖，將簡單說明與混合式掃描離子植入裝置之區別。
在2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，亦藉由引出電極2引出由離子源1產生之離子來作為離子束，沿到達半導體晶圓10之射束線傳輸引出之離子束。沿射束線配設有質量分析磁鐵裝置3、質量分析狹縫4、及晶圓處理室(離子植入室)，但省略了射束掃描儀5和平行透鏡6。當省略射束掃描儀5和平行透鏡6時，機械掃描裝置11的結構變得複雜。亦即，晶圓夾具27在藉由晶圓升降單元13於垂直方向(晶圓慢速掃描方向)上的動作之外，還藉由晶圓水平移動單元(未圖示)於水平方向(與射束掃描方向相同之晶圓快速掃描方向)上的動作與半導體晶圓10一同被2維地機械掃描。
以下，為了簡化說明，主要對本發明之實施例適用於混合式掃描離子植入裝置之情況進行說明。關於本發明之某些實施例適用於2維機械晶圓掃描離子植入裝置之情況，根據其說明的必要性，適當進行註釋。
參閱第3圖，進一步詳細說明對半導體晶圓10進行離子植入時之混合式掃描離子植入裝置的動作。在第3圖中，離子束藉由射束掃描儀5橫向(射束掃描方向)掃描。另一方面，半導體晶圓10保持於晶圓夾具27，並藉由晶圓升降單元13(第2圖)沿垂直(縱)方向(晶圓慢 速掃描方向)掃描(移動)。第3圖中，以雙點虛線表示半導體晶圓10的最上位置與最下位置，從而對混合式掃描離子植入裝置的動作進行說明。第3圖中，示出藉由射束掃描儀5(第1A及1B圖)掃描截面形狀為橫長(亦即橢圓形)的離子束，以掃描離子束的狀態施加於半導體晶圓10之情況。但是，通常用由掃描之離子束的截面形狀不限定於如第3圖的橫長，有時為縱長，亦有時為接近圓形之截面形狀。
如已說明，半導體製造製程中，只要沒有特別的理由，為了製造在晶圓面內相同品質(特性)的半導體裝置，要求確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。為了確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，首先需要在半導體晶圓10的整面植入離子。
為了對半導體晶圓10的整面植入離子，掃描離子束的掃描範圍需要超出半導體晶圓10的面積範圍。但是，將在後面詳細說明，前述的限制並不意味著掃描離子束的掃描範圍(射束掃描長度)始終要比半導體晶圓10的直徑大。
而且，為了對半導體晶圓10的整面植入離子，晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的掃描範圍(移動範圍)需要超出半導體晶圓10的直徑。
根據前述掃描範圍的限制，能夠對半導體晶圓10的整面植入離子。但是，僅靠限制前述的掃描範圍，無法確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。亦即，為了在前述的 掃描範圍使半導體晶圓10的每單位面積的離子植入量恆定，需確保射束掃描方向上的離子植入量均勻性及晶圓慢速掃描方向上的離子植入量均勻性。
混合式掃描離子植入裝置中，根據需要使用晶圓區域射束測定裝置9在離子植入之前進行掃描離子束的測量，而且又根據需要對射束掃描儀5進行微調，從而確保射束掃描方向的離子植入量均勻性。關於晶圓慢速掃描方向的離子植入量均勻性，在未產生射束變動時，藉由使用機械掃描裝置11等速掃描半導體晶圓10來確保離子植入量均勻性。藉由確保該2維(射束掃描方向及晶圓慢速掃描方向)的離子植入量均勻性來確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。
但是，實際上，有時無法藉由等速掃描(移動)半導體晶圓10來確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。例如，有時在混合式掃描離子植入裝置中會產生一點點之射束變動。這時，僅靠等速掃描(移動)半導體晶圓10無法確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。而且，例如若在半導體製造製程中對半導體晶圓10植入離子，則從形成在半導體晶圓10的表面之稱為抗蝕劑膜之薄膜產生氣體，與欲植入到半導體晶圓10之離子衝突，藉此導致到達晶圓之離子植入量發生變化。這時，亦無法僅靠等速掃描(移動)半導體晶圓10確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。而且，例如在混合式掃描離子植入裝置中，有時因從離子源至半導體晶圓之射束傳輸用機器產生放電，導 致離子未到達半導體晶圓。這時，僅靠等速掃描(移動)半導體晶圓10無法確保離子植入量在晶圓面內之均勻性亦不言而喻。在以下，綜合如前述的情況稱為非正常植入狀態。
關於該種因非正常植入狀態之離子植入量在晶圓面內之均勻性下降(以下將此略稱為晶圓面內均勻性下降)，根據離子植入條件對其頻度或最終半導體裝置製品的性能影響程度不同，因此無需實施對此之處理。但是反言之，在多數情況中，必須處理晶圓面內均勻性下降。此時，藉由測定離子植入期間的離子電流量，來處理該些主要原因，適當控制機械掃描裝置11以控制半導體晶圓10的晶圓慢速掃描速度，藉此確保離子植入量在晶圓面內之均勻性變得重要。
因此，依據本發明之實施例之混合式掃描離子植入裝置具有控制半導體晶圓10的晶圓慢速掃描速度之結構。具體而言，機械掃描裝置11包括擔當控制之CPU(Central Processing Unit)(控制器)14和儲存半導體晶圓10的垂直方向(晶圓慢速掃描方向)的位置之RAM(Random Access Memory)15。晶圓升降單元13具有測量半導體晶圓10的垂直方向(晶圓慢速掃描方向)的位置之功能(位置測量單元)。CPU14從晶圓升降單元13接受表示半導體晶圓10的垂直方向的位置之情報，以儲存於RAM15。離子植入期間的離子電流量藉由植入時射束測定裝置8測定並送至CPU14。CPU14根據需要讀取儲存 於RAM15之晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的位置，並根據前述測定出之離子電流量適當控制半導體晶圓10的晶圓慢速掃描速度。
機械掃描裝置11的具體控制方法根據藉由植入時射束測定裝置8測定出之射束電流量的絕對值或其時間性變化的程度不同。例如，在混合式掃描離子植入裝置產生一點點之射束變動時，CPU14緩慢應對該射束變動，連續地變更半導體晶圓10的晶圓慢速掃描速度，執行能夠確保離子植入量在晶圓面內之均勻性的控制。
而且，例如在從離子源至半導體晶圓之射束傳輸用機器產生放電，導致離子未到達半導體晶圓時，CPU14執行如下之控制。CPU14暫時停止半導體晶圓10的晶圓慢速掃描。然後，在前述射束傳輸用機器的放電消除之後，CPU14讀取晶圓慢速掃描停止之前儲存於RAM15之晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的位置，並從該讀取之位置再度開始植入離子。藉此，確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。
到此為止之關於掃描範圍的說明，在理論上對2維機械晶圓掃描離子植入裝置亦幾乎成立。對此參閱第11圖、第12圖簡單進行說明。在第11圖、第12圖中，2維機械晶圓掃描離子植入裝置中的機械掃描裝置11’中，離子束的照射位置固定，表示為靜止離子束。機械掃描裝置11’中，晶圓快速掃描單元30藉由晶圓升降單元13’沿垂直方向、亦即晶圓慢速掃描方向驅動。晶圓快速掃描單元 30中，以晶圓夾具(省略圖示)保持半導體晶圓10之狀態沿橫向、亦即晶圓快速掃描方向驅動。藉由晶圓慢速掃描與晶圓快速掃描的組合，半導體晶圓10在晶圓慢速掃描方向上，在第11圖中以虛線所示之最上位置與最下位置之間往復，在晶圓快速掃描方向上，在第11圖中以虛線所示之最右位置與最左位置之間往復。如後述，半導體晶圓10的最上位置與最下位置之間的範圍與第4圖所示之晶圓慢速掃描長對應，最右位置與最左位置之間的範圍與第4圖所示之射束掃描長對應。如第12圖所示，作為靜止離子束表示的離子束處於靜止狀態，活動式的射束測定裝置9’根據需要移動至表示為靜止離子束的位置來進行測定。
但是，若對混合式掃描離子植入裝置中的、離子束的射束快速掃描速度與對半導體晶圓機械地進行掃描(移動)之晶圓慢速掃描速度進行比較，則前述離子束的射束快速掃描速度較大之情況較多。這表示在2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，相比較於混合式掃描離子植入裝置，離子植入期間的離子電流量的測定間隔變長之情況較多。因此，需要注意的是，在2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，對晶圓面內均勻性下降之對策是較難的。
在此參閱第4圖，對以往以混合式掃描離子植入裝置進行之離子植入進行說明。如第3圖所示，依據本發明之實施例的混合式掃描離子植入裝置中，沿射束掃描方向掃描離子束，對半導體晶圓10沿與射束掃描方向垂直之晶 圓慢速掃描方向機械地進行晶圓慢速掃描，藉此將離子植入到半導體晶圓10。當考慮對半導體晶圓10進行離子植入時，離子束與半導體晶圓10之相對運動成為問題，因此為了便於理解，假設半導體晶圓10靜止，考慮離子束的虛擬性植入及照射區域(以下，稱為虛擬植入及照射區域16)即可。亦即，構成掃描離子束之離子束的重心到達整個虛擬植入及照射區域16。離子束之重心可考慮為藉由離子束截面的縱向及橫向的中心位置而被規定。而且，虛擬植入及照射區域16的邊界線可被認為形成掃描離子束之離子束的重心所到達之垂直方向及水平方向的限界線。第4圖中，由垂直方向、亦即晶圓慢速掃描方向的上下的限界線規定之範圍示為晶圓慢速掃描長，由水平方向、亦即射束掃描方向的左右的限界線規定的範圍示為射束掃描長。這在後述之第5圖~第10圖中亦相同。而且，在考慮半導體晶圓10為靜止時，能夠假設植入時射束測定裝置8存在於如第4圖中以一點虛線所示之向晶圓慢速掃描方向拉長之區域。在此，下面將該虛擬性測定裝置稱為虛擬植入時射束測定裝置17。
混合式掃描離子植入裝置的離子植入期間，實際上是沿晶圓慢速掃描方向對半導體晶圓10機械地進行掃描(移動)。但是，如第4圖假設半導體晶圓10靜止，考慮對半導體晶圓10之高效的離子植入之一時，只要著眼於虛擬植入及照射區域16的面積即可。亦即，虛擬植入及照射區域16的面積較小意味著在混合式掃描離子植入裝 置中有效地利用引導至半導體晶圓10之離子束。這相當於提高了晶圓生產性。以下，著眼於虛擬植入及照射區域16的面積進行說明。
如已說明，關於晶圓面內均勻性下降，根據離子植入條件，對其頻度或最終半導體裝置製品的性能的影響程度不同，無需實施對此之處理。但是，在需要處理離子植入量在晶圓面內的均勻性惡化的離子植入條件中，為了處理阻礙離子植入量在晶圓面內的均勻性的主要原因，確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，在對半導體晶圓10進行離子植入期間，藉由植入時射束測定裝置8測定離子電流量是重要的。如第4圖假設半導體晶圓10靜止，且考慮離子束的虛擬植入及照射區域16時，在對半導體晶圓10進行離子植入期間，掃描離子束需要到達虛擬植入時射束測定裝置17的位置。
在此參閱第5圖，對在無需處理晶圓面內均勻性下降時，以往以混合式掃描離子植入裝置進行之離子植入進行敘述。第5圖中示出離子束的虛擬植入及照射區域16的一例。此時，在對半導體晶圓10進行離子植入期間，無需測定離子電流量，因此在考慮離子束的虛擬植入及照射區域16時，虛擬植入時射束測定裝置17的位置完全無關聯。因此，理論上虛擬植入時射束測定裝置17的位置可忽略。
如第4圖、第5圖所示，以往以混合式掃描離子植入裝置進行之離子植入的虛擬植入及照射區域16的形狀為 長方形形狀。在此，半導體晶圓10為圓形形狀，因此虛擬植入及照射區域16中，必然會產生多餘之植入及照射區域。因此，既然不需要，則能夠藉由排除前述多餘之植入及照射區域來提高晶圓生產性。
從以上的說明可知，在混合式掃描離子植入裝置中，為了一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性，只要如第4圖、第5圖所示，使半導體晶圓10靜止，考慮離子束的虛擬植入及照射區域16，盡量縮小該虛擬植入及照射區域16的面積即可。在此，在需要和不需要處理晶圓面內均勻性下降時，在虛擬植入及照射區域16的面積的最小化產生差之情況就不言而喻。亦即，在無需處理晶圓面內均勻性下降時，在對半導體晶圓10進行離子植入期間無需測定離子電流量，理論上虛擬植入時射束測定裝置17的位置可忽略。但是，在必須處理晶圓面內均勻性下降時，在對半導體晶圓10進行離子植入期間必須測定離子電流量，不可忽略虛擬植入時射束測定裝置17的位置。這意味著根據需要/無需處理晶圓面內均勻性下降，最小化之虛擬植入及照射區域16的面積或其形狀必然不同。
以下，首先對在無需處理晶圓面內均勻性下降時，基於本發明之實施例之虛擬植入及照射區域16的最小化進行論述。之後，對在必須處理基於非正常之現象的離子植入量在晶圓面內的均勻性惡化的情況下的、基於本發明之實施例之虛擬植入及照射區域16的最小化進行論述。
另外，前述的對於虛擬植入及照射區域之說明，在理論上對2維機械晶圓掃描離子植入裝置亦成立。
在此參閱第6圖，對無需處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例之離子植入方法進行說明。本發明之實施例中，使在對半導體晶圓10進行離子植入之前測量之晶圓平面上的2維射束形狀(離子束的截面形狀)與橢圓形近似，且虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀為藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線所規定之曲線狀的形狀。亦即，如第6圖，假設半導體晶圓10靜止，考慮離子束的虛擬性植入及照射區域時，離子束的重心所到達之限界線如下確定。亦即，確定形成掃描離子束之離子束的重心所到達之限界線的位置，使得根據與半導體晶圓10的射束掃描方向垂直之方向上的各個位置，掃描離子束必定超出半導體晶圓10，並且掃描離子束不會多餘地照射半導體晶圓10以外的區域。另外，進行掃描離子束的掃描末端位置到達確定之限界線的位置之控制。以數學性表達之該限界線具有由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線所規定之曲線狀的形狀。
本發明之一實施例係有關混合式掃描離子植入裝置。此時，實際上離子束沿射束掃描方向掃描，沿與射束掃描方向垂直之晶圓慢速掃描方向對半導體晶圓10機械地進行掃描(移動)而將離子植入半導體晶圓10。因此，在依據本發明之實施例的控制方法中，使用CPU14與 RAM15，根據半導體晶圓10的晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，改變掃描離子束的掃描末端位置的設定值。
在基於本發明之實施例的離子植入方法中，為了一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性，統一考慮假設半導體晶圓10靜止時的離子束的虛擬植入及照射區域16亦是特徵之一。亦即，混合式掃描離子植入裝置中，如前述，實際上離子束沿射束掃描方向掃描，沿與射束掃描方向垂直的晶圓慢速掃描方向對半導體晶圓10機械地進行掃描(移動)。在基於本發明之實施例的離子植入方法中，藉由統一考慮乍看不同之這2個掃描方向來統一控制掃描範圍，從而最小化虛擬植入及照射區域16，提高晶圓生產性。將在後面詳細說明，若將虛擬植入及照射區域16的邊界線固定為圓弧，則阻礙該統一性，混合式掃描離子植入裝置的控制變得較難，因此導致弱化晶圓生產性的提高效果。
第6圖所示之虛擬植入及照射區域16的邊界線與圓弧相似，但並不是圓弧。反而，若虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀為圓弧，則不滿足本發明的目的。而且，藉由使晶圓平面上的2維射束形狀(截面形狀)與橢圓形近似，藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定第6圖所示之虛擬植入及照射區域16的邊界線，因此其形狀根據晶圓平面上的2維射束形狀而不同。另外，關於射束掃描長(掃描離子束的掃描範圍的長度)，亦具有應指出之特徵。由於該些特徵為與基於本發明 之實施例的離子植入方法共通之特徵，因此將在論述需要處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例的虛擬植入及照射區域16的最小化時，再詳細說明。
另外，關於藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定之虛擬植入及照射區域16的邊界線不可為圓弧這一點，在理論上對2維機械晶圓掃描離子植入裝置亦成立。
接著，參閱第7圖，對在將本發明之某些實施例適用於混合式掃描離子植入裝置時，需要處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例的離子植入方法進行說明。如已說明，在必須處理晶圓面內均勻性下降時，為了處理阻礙離子植入量在晶圓面內之均勻性之主要原因，確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，在對半導體晶圓10進行離子植入期間藉由植入時射束測定裝置8測定離子電流量是重要的。因此，假設半導體晶圓10靜止，考慮離子束的虛擬植入及照射區域16時，在對半導體晶圓10進行離子植入期間，掃描離子束必須到達虛擬植入時射束測定裝置17的位置。亦即，在第6圖所示之、無需處理晶圓面內均勻性下降時之虛擬植入及照射區域16的形狀乃至設定方法中，掃描離子束不到達虛擬植入時射束測定裝置17的位置，因此不適用於必須處理晶圓面內均勻性下降時之離子植入方法。
但是，用於提高離子植入的生產性之離子束的重心所到達之限界線為藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓 外周的公切線所規定之曲線狀的形狀是毋庸置疑的。因此，作為必須處理晶圓面內均勻性下降時之離子束的虛擬植入及照射區域16的形狀乃至設定方法，成為在對半導體晶圓10進行離子植入期間，掃描離子束到達至虛擬植入時射束測定裝置17的位置之條件的基礎上，除該目的以外的虛擬植入及照射區域16的離子束的重心所到達之該限界線設為藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線所規定之曲線狀的形狀即可。滿足該條件的虛擬植入及照射區域16的形狀為第7圖中以虛線表示之虛擬植入及照射區域16的形狀。
在此，進一步詳細說明第7圖的虛擬植入及照射區域16的形狀。首先，對射束掃描方向的植入及照射區域進行說明。本發明之實施例中，對半導體晶圓10的配設有植入時射束測定裝置8之一側的植入及照射區域使用與通常經常使用之離子植入相同之植入及照射區域。表示為半導體晶圓10恰似靜止之第7圖中，配置有虛擬植入時射束測定裝置17之一側之(圖的左側)的植入及照射區域成為疑似長方形形狀，藉此表示與通常經常使用的離子植入相同之離子植入。據此，在離子植入期間亦始終藉由植入時射束測定裝置8測定離子電流量。藉此，處理阻礙離子植入量在晶圓面內之均勻性之主要原因，確保離子植入量在晶圓面內之均勻性。對半導體晶圓10的未配設有虛擬植入時射束測定裝置17的一側的植入及照射區域(圖的右側)為如已使用第6圖說明之其邊界線的形狀成為使 在對半導體晶圓10進行離子植入之前測量之、晶圓平面上的2維射束的截面形狀與橢圓形近似，藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線所規定之曲線狀的形狀。
關於第7圖的虛擬植入及照射區域16的形狀，對晶圓慢速掃描方向的植入及照射區域，離子束的重心所到達之其限界線亦以掃描離子束一定超出半導體晶圓10的方式藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定。在此，由於使用掃描離子束，因此晶圓慢速掃描方向的晶圓外周形狀的公切線必定與射束掃描方向平行。實際上，離子束沿射束掃描方向掃描，沿與射束掃描方向垂直之晶圓慢速掃描方向對半導體晶圓10機械地進行掃描(移動)而將離子植入到半導體晶圓10，因此作為依據本發明之實施例的控制方法，使用CPU14與RAM15，規定掃描離子束的晶圓慢速掃描方向上的2個掃描末端位置，規定晶圓慢速掃描方向的植入及照射區域。
如已說明，為了對半導體晶圓10的整面植入離子，掃描離子束的掃描範圍必須超出半導體晶圓10的範圍。但是，前述的限制並不意味著掃描離子束的掃描範圍(射束掃描長)要始終大於半導體晶圓10的直徑，如從第7圖可知，在基於本發明之實施例的離子植入期間，相比較於半導體晶圓10的晶圓慢速掃描方向的中心位置的晶圓直徑，最小射束掃描長的掃描末端位置在半導體晶圓10的範圍內。但是，本發明之實施例中，由於根據晶圓慢速 掃描方向上的晶圓掃描位置，控制掃描離子束的掃描範圍、亦即照射範圍，因此在各個晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，至少一個掃描離子束的掃描範圍超出半導體晶圓10的範圍即可。
關於前述的掃描離子束的掃描範圍的論述，對已使用第6圖說明之無需處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例之離子植入方法亦相同，則不言而喻。
另外，如已說明，2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，由於對晶圓面內均勻性下降之對策較難，因此比第7圖所示之虛擬植入及照射區域16更多地使用第6圖所示之虛擬植入及照射區域16。
接著參閱第8圖，進一步詳細說明將本發明之某些實施例適用於混合式掃描離子植入裝置時，必須處理晶圓面內均勻性下降時之，基於本發明之實施例的離子植入方法。第7圖與第8圖中，構成掃描離子束之離子束的2維形狀(2維射束形狀、亦即截面形狀)不同。本發明中，由於虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定，因此離子束的2維形狀(截面形狀)不同之第7圖與第8圖中，虛擬植入及照射區域16的形狀不同。該差異由來於為了盡量提高晶圓生產性，控制成掃描離子束一定超出半導體晶圓10，並且掃描離子束不會多餘地照射除半導體晶圓10以外的區域。換言之，在構成主動掃描離子束之離子束的2維形狀不同時，亦必然必須改變虛擬植入及照射區域16 的形狀。
比較第7圖與第8圖則可明確，第7圖與第8圖中，射束掃描方向的植入及照射區域與晶圓慢速掃描方向的植入及照射區域均基於有關離子植入之前測定出之掃描離子束的射束形狀之情報控制。反言之，可明確基於本發明之實施例的離子植入方法中，為了盡量提高晶圓生產性，必須預先對離子植入之前掃描的離子束進行測定，獲得2維射束形狀。
而且，通常關於構成掃描離子束之離子束，不僅有其2維形狀發生變化之可能性，亦可考慮其射束重心位置發生變化。此時，虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀不變，但如在後面詳細敘述，在實際的混合式掃描離子植入裝置中的控制技術不同。此時，亦能夠預先對離子植入之前掃描之離子束進行測定，獲得2維射束形狀，測定射束重心位置的變化，採取對策。
假如，在不測定對半導體晶圓進行離子植入之前掃描之離子束，未獲得2維射束形狀而確定虛擬植入及照射區域16的邊界線時，不得不假設能夠考慮之2維射束形狀中最大之2維射束形狀來進行控制。此時，與第4圖所示之通常的離子植入相比能夠預料晶圓生產性的提高，但與本發明的晶圓生產性的提高效果相比，其效果是有限的。從這一點看，本發明的優越性亦明顯。
而且，不測定對半導體晶圓10進行離子植入之前掃描之離子束，未獲得2維射束形狀而確定虛擬植入及照射 區域16的邊界線時，假設能夠考慮之最大之2維射束形狀以外的不恰當之2維射束形狀來進行控制時，不能說掃描離子束一定超出半導體晶圓10。亦即，在實際的2維射束形狀偶爾包含於前述不恰當之2維射束形狀時，能夠說掃描離子束一定超出半導體晶圓10。但是，在實際的2維射束形狀無法完全包含於前述不恰當的2維射束形狀時，則不能說掃描離子束一定超出半導體晶圓10。在為後者時，如已說明，無法對半導體晶圓10的整面植入離子，而脫離離子植入裝置的目的。
如能夠從以上的說明輕鬆理解，為了盡量提高晶圓生產性，並為了控制成掃描離子束一定超出半導體晶圓10，並且掃描離子束不多餘照射半導體晶圓10以外的區域，需要基於本發明之實施例之以下的方法。亦即，需要預先對離子植入之前掃描之離子束進行測定，獲得2維射束形狀之基礎上，確定使晶圓平面上的2維射束形狀與橢圓形近似，藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定之虛擬植入及照射區域16的邊界線。
對於需要藉由前述的離子束的2維形狀改變虛擬植入及照射區域16這一點及在離子植入之前預先測定離子束的2維形狀的重要性論述，在使用第6圖說明之無需處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例的離子植入方法中亦相同，則不言而喻。
而且，對於需要藉由離子束的2維形狀改變虛擬植入及照射區域16這一點及在離子植入之前預先測定離子束 的2維形狀的重要性的論述，在將本發明之某些實施例適用於2維機械晶圓掃描離子植入裝置時亦相同，則不言而喻。
至此，對基於本發明之實施例的離子植入方法中，預先測定對半導體晶圓10進行離子植入之前掃描之離子束，獲得2維射束形狀，從而利用，是必要且重要的理由進行了說明。基於本發明之實施例的離子植入方法中，確定藉由從測定出之2維射束形狀與基準射束位置計算之射束情報與晶圓外周形狀的公切線規定之虛擬植入及照射區域16的邊界線是必須且重要的理由亦相同。下面進行詳細說明。
第9圖係模式地表示將本發明之某些實施例適用於混合式掃描離子植入裝置時，在必須處理晶圓面內均勻性下降時，虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀為圓弧時的離子植入方法之圖。該圓弧形狀亦即相當於超出半導體晶圓10之部份的掃描離子束的重心位置的掃描範圍變得相同。以下，將該掃描範圍的長度稱為虛擬圓弧植入區域與晶圓間距離18。
假設規定於由包含晶圓慢速掃描方向的晶圓直徑之直線分成2部份之植入及照射區域的一側之虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀為圓弧。此時，即使例如以在半導體晶圓10的射束掃描方向的晶圓直徑位置，掃描離子束一定超出半導體晶圓10的方式確定該虛擬植入及照射區域16的邊界線，如從第9圖明確，亦不能說在半導體 晶圓10的另一位置，掃描離子束一定超出半導體晶圓10。此時，如已說明，無法對半導體晶圓10的整面植入離子，而脫離離子植入裝置的目的。若假設實際上掃描離子束的2維射束形狀(截面形狀)足夠小，且無需考慮該2維射束形狀之情況，則本發明中的，藉由從2維射束形狀與基準射束位置計算之射束情報及晶圓外周形狀的公切線規定之虛擬植入及照射區域16的邊界線成為圓弧。亦即，虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀可設為圓弧的情況只限於主動掃描離子束的2維射束形狀足夠小的情況，因此在實際的離子植入裝置中不會產生該種情況。
假如，在將虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀設為圓弧時，為了在半導體晶圓10的整個區域使主動掃描離子束一定超出半導體晶圓10，只能將虛擬圓弧植入區域與晶圓間距離18設定得足夠大來進行控制。此時，與第4圖所示之通常的離子植入相比能夠預料晶圓生產性的提高，但與本發明之實施例的晶圓生產性的提高效果相比，其效果是有限的。從這一點看，本發明的優越性亦明顯。另外，此時，已說明之掃描範圍的統一性控制被阻礙，在後面說明之射束掃描方向的離子植入控制與晶圓慢速掃描方向的離子植入控制之間的關聯上亦產生課題。
如已說明，規定晶圓生產性的是虛擬植入及照射區域16的面積，在考慮射束掃描方向上的離子植入控制時，亦需要同時將晶圓慢速掃描方向上的離子植入控制考慮進去。如使用第7圖、第8圖所示，在本發明中，射束掃描 方向的植入及照射區域與晶圓慢速掃描方向的植入及照射區域均基於有關在離子植入之前測定出之掃描離子束的2維射束形狀的情報，統一地控制。亦即，虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀成為射束掃描方向與晶圓慢速掃描方向均藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線統一地規定之曲線狀乃至大致直線狀的形狀。
另外，如第9圖，當將虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀設為圓弧時，在射束掃描方向的離子植入控制與晶圓慢速掃描方向的離子植入控制之間的關聯上產生課題。亦即，若始終維持射束掃描方向的虛擬植入及照射區域16的圓弧，則半導體晶圓10的晶圓慢速掃描方向的端部的虛擬植入及照射區域的邊界線變成在第9圖的上部以雙點虛線表示之邊界線。以下，將該雙點虛線的邊界線稱為完全圓弧控制時之晶圓慢速掃描方向晶圓端部邊界線19。這不能說在晶圓慢速掃描方向上，掃描離子束一定超出半導體晶圓10，無法對半導體晶圓10的整面植入離子。亦即，導致確定完全圓弧控制時之晶圓慢速掃描方向晶圓端部邊界線19之離子植入方法其本身脫離離子植入裝置的目的。
為了實現在晶圓慢速掃描方向上掃描離子束一定超出半導體晶圓10之狀況，半導體晶圓10的晶圓慢速掃描方向的端部的虛擬植入及照射區域的邊界線必須成為在第9圖的下部以一點虛線所示之邊界線。以下，將該一點虛線的邊界線稱為不完全圓弧控制時之晶圓慢速掃描方向晶圓 端部邊界線20。在此，需要注意的是不完全圓弧控制時之晶圓慢速掃描方向晶圓端部邊界線20已不是圓弧。亦即，在虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀中，有以圓弧規定形狀與不完全圓弧控制時之晶圓慢速掃描方向晶圓端部邊界線20的形狀，需要在連續性之掃描範圍控制基礎上，連接它們。但是，在混合式掃描離子植入裝置中，根據對半導體晶圓10機械地進行掃描(移動)之晶圓慢速掃描方向，確定怎樣以圓弧控制從哪裏到哪裏之虛擬植入及照射區域16的邊界線，控制成從哪裏到哪裏形成不完全圓弧控制時的晶圓慢速掃描方向晶圓端部邊界線20非常難。亦即，在射束掃描方向的離子植入控制與晶圓慢速掃描方向的離子植入控制之間的關聯上產生課題。
從以上的說明可知，若將在實際的混合式掃描離子植入裝置中的掃描離子束的2維形狀考慮進去，則虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀不能成為圓弧。並且還可知，確定基於本發明之實施例使在對半導體晶圓10進行離子植入之前測量之、晶圓平面上的2維射束形狀與橢圓形狀近似，藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定之、虛擬植入及照射區域16的邊界線亦是必須且重要的。
關於前述的虛擬植入及照射區域16的邊界線形狀為圓弧時的不良情況的論述，對使用第6圖說明之無需處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之離子植入方法亦相同則不言而喻。
另外，在將本發明適用於2維機械晶圓掃描離子植入裝置時，對虛擬植入及照射區域16的邊界線形狀為圓弧時的不良情況的論述加以附言。2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，只要考慮晶圓掃描的離子植入控制即可，因此不產生有關離子植入控制的問題。但是，在2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，在將虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀設為圓弧時，不得不為了使在半導體晶圓10的整個區域的離子束一定超出半導體晶圓10，將虛擬圓弧植入區域與晶圓間距離18設定得足夠大而進行控制，相較於本發明的晶圓生產性的提高效果，其效果是有限的。因此，本發明的優越性明顯。
至此，對在混合式掃描離子植入裝置及2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，為了一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性，基於本發明之實施例之虛擬植入及照射區域16的形狀滿足該要求之情況進行了說明。具體而言，在對半導體晶圓10進行離子植入之前預先測定離子束，利用在此獲得之2維射束形狀，根據需要/無需處理晶圓面內均勻性下降，使晶圓平面上的2維射束形狀與橢圓形狀近似，藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定虛擬植入及照射區域16的一部份乃至整個形狀。藉此，能夠確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，並且提高晶圓生產性。
以下，進一步詳細說明用於具體地實現該虛擬植入及照射區域16之、基於本發明之實施例之控制之一。
在此參閱第10圖，對在將本發明之某些實施例適用於混合式掃描離子植入裝置時，為了具體地實現必須處理晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例之虛擬植入及照射區域16的混合式掃描離子植入裝置的控制進行說明。為了數學性地嚴謹地實現至此說明之虛擬植入及照射區域16，根據半導體晶圓10的機械掃描方向的位置，按每一次的射束掃描的掃描，由連續性的射束掃描長的變更接近無限階段的次數求出。但是，如第10圖所示，若根據能夠進行統攬代表幾個射束掃描長的變更的射束掃描長的變更，減少該變更次數而簡略化，藉此階段性的射束掃描長的變更可能之混合式掃描離子植入裝置則不需要至此的數學性的嚴謹性。在該種混合式掃描離子植入裝置中，可將前述虛擬植入及照射區域16包含於內側之植入及照射區域設定為如第10圖所示之變化為階梯狀的曲線。 以下，將基於本發明之實施例之該實際的植入及照射區域稱為生產性提高虛擬植入及照射區域22，將該邊界線稱為生產性提高虛擬植入及照射區域邊界線23。換言之，本發明亦可稱為確定生產性提高虛擬植入及照射區域22的設定方法之手法。
生產性提高虛擬植入及照射區域22的設定中，階段性地規定複數個削減射束掃描長之一側的掃描末端位置，並規定削減射束掃描長之一側的植入及照射區域、第10圖中圖上右側的植入及照射區域。第10圖中，雖然規定13個掃描末端位置，但這只是例子，可規定得更多，亦 可規定得更少。但是，若該掃描末端位置為1個，則與使用第4圖說明之通常的混合式掃描離子植入裝置中的離子植入沒有區別。因此，本發明中，複數個掃描末端位置的規定是必須的。而且，使用第7圖、第8圖概念性地進行了說明，但如從第10圖亦可知，必須處理晶圓面內均勻性下降時之基於本發明之實施例之生產性提高虛擬植入及照射區域22設定為左右非對稱的植入及照射區域。
如已說明，在生產性提高虛擬植入及照射區域22的設定中重要的是在內側包含虛擬植入及照射區域16。亦即，生產性提高虛擬植入及照射區域22的形狀藉由測定出之2維射束形狀變化不言而喻。因此，階段性地設定複數個之掃描末端位置亦又藉由測定出之2維射束形狀改變設定。
若比較第7圖、第8圖與第10圖則明顯，如第10圖，在規定複數個非長方形形狀之一側的植入及照射區域中的掃描末端位置時，呈最小射束掃描長之掃描末端位置不成為與第7圖或第8圖中示出之半導體晶圓10對應的中心之位置。
另外，如已說明，第10圖中，著眼於離子束與半導體晶圓10的相對運動，為了便於理解，假設半導體晶圓10靜止，考慮虛擬植入及照射區域16，但實際上，混合式掃描離子植入裝置中，對半導體晶圓10機械地進行掃描。因此，第10圖的離子植入狀況相當於根據對半導體晶圓10機械地進行掃描之晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃 描位置，切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值。
第10圖中，生產性提高虛擬植入及照射區域22設定為上下對稱。亦即，第10圖中，設定有13個掃描末端位置，但作為射束掃描長上下對稱地設定有7種。而且，如使用第7圖概念性地說明，對半導體晶圓機械地進行掃描之晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描末端位置亦藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線上下分別規定合計2個，呈生產性提高虛擬植入及照射區域22的形狀的一個環節。
在此，關於切換掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置，本發明的一個特徵例示於第10圖。本發明之某些實施例中，設定為階段性地切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置中，至少一個為對晶圓機械地進行掃描之晶圓慢速掃描方向的射束重心如存在於半導體晶圓的內部之晶圓掃描位置，並且至少另一個為晶圓慢速掃描方向的射束重心如存在於半導體晶圓的外部之晶圓掃描位置。第10圖中，由於有13個掃描末端位置，因此切換掃描末端位置的設定值之晶圓掃描位置存在12個。關於其中8個晶圓掃描位置，設定成射束重心存在於半導體晶圓的內部，關於4個晶圓掃描位置P1、P2、P13、P14，設定成射束重心存在於半導體晶圓的外部。
如已說明，為了提高晶圓生產性，使晶圓平面上的2維射束形狀與橢圓形狀近似，藉由前述橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線確定虛擬植入及照射區域16 的邊界線，隨此控制掃描離子束較重要。若欲將該狀況在切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值及同樣設定有複數個之掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置實現化，則在切換掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置中，設定為至少一個的射束重心存在於半導體晶圓的內部，並且設定為至少另一個的射束重心存在於半導體晶圓的外部較適當。該設定手法為將掃描離子束的射束2維形狀加入考慮，並且根據已說明之藉由橢圓形的射束外周與圓形的晶圓外周的公切線規定的虛擬植入及照射區域設定手法首次明確之手法。亦即，不考慮前述手法時，無需在射束重心存在於半導體晶圓的外部之位置切換掃描末端位置的設定值，因此在該射束重心存在於半導體晶圓的外部之位置切換掃描末端位置的設定值這一點又是本發明的特徵之一。
關於前述的生產性提高虛擬植入及照射區域22的設定的論述，對使用第6圖說明之無需應對晶圓面內均勻性下降時之、基於本發明之實施例的離子植入方法亦相同則不言而喻。
而且，關於前述的生產性提高虛擬植入及照射區域22的設定的論述在將本發明之某些實施例適用於2維機械晶圓掃描離子植入裝置時亦相同則不言而喻。
以下，結合離子植入裝置的實際動作，進一步詳細說明基於本發明之實施例的離子植入控制。為了說明方便，以混合式掃描離子植入裝置為例子。
如已說明，依據本發明之實施例之離子植入裝置包括 擔當控制之CPU14和儲存半導體晶圓10的垂直方向(晶圓慢速掃描方向)的位置之RAM15。而且，CPU14能夠根據需要讀取儲存於RAM15之晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的位置。本發明之某些實施例中，CPU14始終讀取儲存於RAM15之晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的位置，若半導體晶圓10到達應切換掃描末端位置的設定值之晶圓掃描位置，則切換掃描末端位置的設定值。亦即，藉由使用儲存於RAM15之晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的位置情報的基於CPU14之控制，根據晶圓慢速掃描方向的半導體晶圓10的位置，階段性地切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值。
此時，不中斷對半導體晶圓10之離子植入，根據在半導體晶圓10的晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，僅切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值。藉由切換複數個該掃描末端位置設定值，遍及晶圓整面進行離子植入，藉此一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性。
如已說明，切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置中，至少一個為如掃描離子束的射束重心在晶圓慢速掃描方向上存在於半導體晶圓的內部之晶圓掃描位置，並且至少另一個為如掃描離子束的射束重心在晶圓慢速掃描方向上存在於半導體晶圓的外部之晶圓掃描位置則不言而喻。
此時，對半導體晶圓10之離子植入一律不中斷，根 據半導體晶圓10的晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，僅切換設定有複數個之掃描末端位置的設定值。藉由切換複數個該掃描末端位置的設定值，一邊對晶圓整面進行離子植入來確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，一邊提高晶圓生產性。
在此，雖然設定有複數個之掃描末端位置的設定值根據晶圓掃描位置切換，但如已說明，關於實際的構成掃描離子束的離子束，亦可考慮其晶圓慢速掃描方向的射束重心位置在改變。此時，虛擬植入及照射區域16的邊界線的形狀及生產性提高虛擬植入及照射區域22的邊界線的形狀僅以2維射束形狀規定，因此不變化，但切換掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置必須改變。但是，此時，亦能夠藉由預先測定對半導體晶圓10進行離子植入之前掃描之離子束，獲得2維射束形狀，測定射束重心位置的變化，並藉由適當變更切換掃描末端位置的設定值的晶圓掃描位置採取對策。
如以上說明，依據本發明之實施例，在混合式掃描離子植入裝置及2維機械晶圓掃描離子植入裝置中，能夠一邊處理實際植入之離子束的2維形狀，一邊確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，並且提高晶圓生產性。而且，為了在必須應對晶圓面內均勻性下降時，應對該情況，而控制射束掃描方向(快速掃描方向)的掃描方法，藉此在產生一點點之射束變動時或在從離子源至半導體晶圓之射束傳輸用機器產生放電，離子未到達半導體晶圓時，亦能夠 確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，並且提高晶圓生產性。
至此，對至少一個例示的實施例進行了說明，但前述說明僅僅是一例，並不意味著限定於此。
應了解的是，本發明並不限定於上述之實施例，而可在基於本發明之精神下，被修改成各種形式。此外，該等修改亦包含於本發明之範圍內。
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‧‧‧角能量過濾器
8‧‧‧植入時射束測定裝置
9‧‧‧晶圓區域射束測定裝置
10‧‧‧半導體晶圓
11‧‧‧機械掃描裝置
12‧‧‧晶圓旋轉單元
13‧‧‧晶圓升降單元
14‧‧‧CPU
15‧‧‧RAM
16‧‧‧虛擬植入及照射區域
17‧‧‧虛擬植入時射束測定裝置
第1A及1B圖分別係用於說明依據本發明之一實施例的離子植入裝置之概要結構之範例的俯視圖(圖1A)及側視圖(圖1B)。
第2圖係用於說明第1A及1B圖所示的離子植入裝置中的機械掃描裝置之概要圖。
第3圖係用於說明混合式掃描離子植入裝置的離子植入動作之圖。
第4圖係用於說明通常使用之離子植入方法的範例之圖。
第5圖係用於說明通常使用之離子植入方法的另一範例之圖。
第6圖係用於說明依據本發明之一實施例的離子植入的範例之圖。
第7圖係用於說明依據本發明之一實施例的離子植入之另一範例之圖。
第8圖係用於說明依據本發明之一實施例的離子植入的又另一範例之圖。
第9圖係用於說明離子植入方法之一之圖。
第10圖係用於說明依據本發明之一實施例的離子植入之圖。
第11圖係用於說明2維機械晶圓掃描離子植入裝置中的機械掃描裝置之概要圖。
第12圖係用於說明2維機械晶圓掃描離子植入裝置的離子植入動作之圖。
17‧‧‧虛擬植入時射束測定裝置
16‧‧‧虛擬植入及照射區域
10‧‧‧半導體晶圓

Claims (9)

  1. 一種離子植入方法，包含：將由離子源產生之離子作為離子束傳輸至晶圓；對該晶圓機械地進行晶圓慢速掃描，並且沿與晶圓慢速掃描方向垂直之方向，使該離子束進行射束快速掃描或沿與晶圓慢速掃描方向垂直之方向，對該晶圓機械地進行晶圓快速掃描；使用沿該晶圓慢速掃描方向的晶圓慢速掃描和沿與該晶圓慢速掃描方向垂直之方向的離子束的射束快速掃描或沿與該晶圓慢速掃描方向垂直之方向的晶圓的晶圓快速掃描，以離子束照射該晶圓；及在對該晶圓植入離子之前，測定離子束的2維截面射束形狀，並藉由利用該測定出之2維截面射束形狀，介定該離子束的植入及照射區域，其中，使該2維截面射束形狀與橢圓形狀近似，設定該離子束的複數個射束掃描長度，使得整個橢圓形射束在各個射束掃描長度的兩端上行進超出該晶圓，且當整個橢圓形射束超出該晶圓時，使用該橢圓形的射束外周與該晶圓外周的公切線來設定該離子束的複數個射束掃描長度，藉此規定該植入及照射區域且其中該植入及照射區域包含變化為階梯狀的曲線，該階梯狀包含複數個階，其中各階包括至少兩個連續的射束掃描長度，該至少兩個連續的射束掃描長度是相同的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其 中，在該晶圓外周的整個區域中，使用該橢圓形的射束外周與該晶圓外周的公切線來規定該植入及照射區域。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入方法，其中，為了即使在對該晶圓植入離子之期間，產生離子電流量微少變動的情況中，能確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，並提高晶圓生產性，被包含該晶圓慢速掃描方向的晶圓直徑之直線分成2部份之該植入及照射區域的一側具有長方形形狀，而該植入及照射區域的另一側具有由該公切線所規定之形狀。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之離子植入方法，其中，不中斷對該晶圓之離子植入，根據該晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，階段性地改變該等射束掃描末端位置的設定值，藉此對該晶圓整面進行離子植入。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之離子植入方法，其中，改變複數個該等設定之射束掃描末端位置的設定值之該晶圓慢速掃描方向上的該等晶圓掃描位置之至少一個為該晶圓慢速掃描方向上的射束重心的位置存在於該晶圓內部之晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，並且該等晶圓掃描位置之至少另一個為該晶圓慢速掃描方向上的射束重心的位置存在於該晶圓的外部之該晶圓慢速掃描方向上的 晶圓掃描位置。
  6. 一種離子植入裝置，其將由離子源產生之離子作為離子束傳輸至晶圓，對該晶圓機械地進行晶圓慢速掃描，並且沿與晶圓慢速掃描方向垂直之方向，使該離子束進行射束快速掃描或沿與晶圓慢速掃描方向垂直之方向，對該晶圓機械地進行晶圓快速掃描，使用沿該晶圓慢速掃描方向的晶圓慢速掃描和沿與該晶圓慢速掃描方向垂直之方向的離子束的射束快速掃描或沿與該晶圓慢速掃描方向垂直之方向的該晶圓的晶圓快速掃描，以離子束照射該晶圓，該裝置包含：射束測定單元，其在對該晶圓植入離子之前，測定該離子束的2維截面射束形狀；及控制器，其利用該測定出之2維截面射束形狀，介定該離子束的植入及照射區域，其中，該控制器使該測定出之2維截面射束形狀與橢圓形狀近似，設定該離子束的複數個射束掃描長度，使得整個橢圓形射束在各個射束掃描長度的兩端上行進超出該晶圓，且當整個橢圓形射束超出該晶圓時，使用該橢圓形的射束外周與該晶圓外周的公切線來設定該離子束的複數個射束掃描長度，藉此規定該植入及照射區域，且其中該植入及照射區域包含變化為階梯狀的曲線，該階梯狀包含複數個階，其中各階包括至少兩個連續的射束掃描長度，該至少兩個連續的射束掃描長度是相同的。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入裝置，其 中，該控制器在該晶圓外周的整個區域中，使用該橢圓形的射束外周與該晶圓外周的公切線來規定該植入及照射區域。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入裝置，其中，為了即使在對該晶圓植入離子之期間，產生離子電流量微少變動的情況中，能確保離子植入量在晶圓面內之均勻性，並提高晶圓生產性，該控制器規定植入及照射區域，其中，被包含該晶圓慢速掃描方向的晶圓直徑之直線分成2部份之該植入及照射區域的一側具有長方形形狀，而該植入及照射區域的另一側具有由該公切線所規定之形狀。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之離子植入裝置，還包含：測量單元，其測量該晶圓慢速掃描方向上的晶圓掃描位置，其中，該控制器不中斷對該晶圓之離子植入，根據由該測量單元所測量之該晶圓慢速掃描方向上的該等晶圓掃描位置，階段性地改變該等射束掃描末端位置的設定值，藉此對該晶圓整面進行離子植入。
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