CN102832092B - 离子注入装置及离子注入方法 - Google Patents

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Abstract

一种离子注入方法，其中在射束扫描方向扫描离子束并且在与射束扫描方向垂直的方向机械地扫描晶圆，该方法包括：将相对于所述离子束的晶圆旋转角度设定使得为是变化的，其中，以阶梯的方式改变所述晶圆旋转角度的设定角度，从而以每个设定角度将离子注入所述晶圆，以及其中，在晶圆旋转一次期间的多次离子注入操作中的以各个设定角度的离子注入中，将晶圆扫描区域长度设定为是变化的，并且同时，改变离子束的射束扫描速度，从而将所述离子注入所述晶圆并且对其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性进行校正。

Description

离子注入装置及离子注入方法
本申请是基于2011年6月14日提交的日本专利申请NO.2011-132216，并且要求该日本专利申请的优先权权益，在此通用引用的方式将其公开文本全部并入本文。
技术领域
本发明涉及一种离子注入装置和一种离子注入方法，并且更特别地涉及该离子注入装置的离子注入量控制。
背景技术
在半导体制造工艺中，在用于改变导电性、改变晶圆的结晶结构等目的的标准过程中执行将离子注入半导体晶圆的工艺。在该工艺中使用的装置称为离子注入装置。离子注入装置具有如下两个功能：使用离子源生成离子并且然后形成加速的离子束；以及，通过进行射束扫描、晶圆扫描或其组合来利用该离子束照射半导体晶圆的整个表面。
在半导体制造工艺中，为了制作在晶圆的整个表面上具有相同性能的半导体芯片，通常必须在晶圆表面内形成均匀状况。在离子注入工艺中，通常对离子注入装置进行控制以致在晶圆的整个区域注入的离子注入量变得均匀。
在一些半导体制造工艺中，原理上很难在晶圆表面内获得均匀状况。特别地，近些年来，半导体芯片的微型化已快速发展，并且随着在晶圆表面内获得均匀状况的难度的增大，不均匀性的程度(degree)也增大。如果在这样的状况下在其他的工艺中在晶圆表面内形成均匀状况，则结果将无法制作在晶圆整个表面具有相同性能的半导体芯片。例如，在离子注入工艺中，当对应晶圆的整个区域执行典型的离子注入以致表面内的离子注入量均匀，则作为结果的半导体芯片的电气特性相互不同，并且因此不能制作出具有相同性能的半导体芯片。
因此，在不能在其他半导体制造工艺中在晶圆表面内形成均匀状况的情况下，为了处理晶圆表面内的剂量不均匀性，使用离子注入装置在利用离子束照射整个晶圆表面的工艺中建立有意的非均匀的二维离子注入量表面内分布(在下文中，有时候通过省略“有意的不均匀的”，来简称为二维离子注入量表面内分布)，并且可以在其他半导体制造工艺中校正晶圆表面内的剂量不均匀性。此时，重要的是必须是应用具有如下功能的离子注入装置及离子注入方法：能够处理在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内的剂量不均匀性的大小及其二维不均匀形状图案两者。
作为在晶圆表面内建立二维离子注入量表面内分布的方法的示例，已提出了一种控制离子束的扫描速度以及半导体晶圆的扫描速度(机械扫描速度)的方法(参考日本未审查专利公开文本No.2003-86530)。
在日本未审查专利公开文本No.2003-86530公开的离子注入方法中，仅控制离子束的扫描速度及半导体晶圆的扫描速度。在该情况下，限制了扫描速度的控制范围，并且由此无法实现晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例二维离子注入量表面内分布。
另外，因为在日本未审查专利公开文本No.2003-86530公开的离子注入方法的目的在于在晶圆上建立具有不同离子注入量的区域，所以限制了能够在晶圆表面内实施的离子注入量的图案，并且因此它不具有能够处理在其他半导体制造工艺中的二维不均匀形状图案的建立二维离子注入量表面内分布的功能。
需要实现晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为大比例(largescale)的二维离子注入量表面内分布。
本发明特定实施例实现了以下目的：
1、实现在晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例的二维离子注入量表面内分布。
2、提供能够处理在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内的剂量不均匀性的程度的功能。
3、提供能够处理在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内的剂量不均匀性的二维不均匀形状图案的功能。
4、相互独立地控制能够处理晶圆表面内的剂量不均匀性的程度的功能以及能够处理二维不均匀形状图案的功能。例如，即使晶圆表面内的剂量不均匀性的程度相同，也能够改变其二维不均匀形状图案，并且，相反地，即使二维不均匀形状图案相同，也能够改变晶圆表面内的剂量不均匀性的程度。
发明内容
本发明的特定实施例被应用于沿射束扫描方向扫描离子束、沿与射束扫描方向大致垂直的方向机械地扫描晶圆、并且将离子注入晶圆的装置。
根据本发明的一方面，在具有离子束扫描功能和晶圆扫描功能的离子注入装置中，在同时控制用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度以及离子束的射束扫描速度的时候，将离子注入晶圆。
根据本发明的另一方面，在沿射束扫描方向扫描离子束、沿与射束扫描方向大致垂直的方向机械地扫描晶圆、并且将离子注入晶圆的装置中，在同时控制用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度以及离子束的射束扫描速度的时候，将离子注入晶圆。
用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度可以小于晶圆的整个长度(直径)并且其可以是连续变化的，并且可以将射束扫描速度控制为是连续变化的。
在根据该发明的实施例的离子注入方法中，每当相对于离子束的晶圆旋转角度被改变时，执行在同时控制用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度以及离子束的射束扫描速度的时候将离子注入晶圆的注入操作，并且可以在晶圆的一次旋转期间多次地重复执行该注入操作，由此将离子注入晶圆的整个表面。
在根据本发明的实施例的离子注入方法中，根据需要，除了用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度以及离子束的射束扫描速度以外，还可以控制在机械地扫描晶圆的方向上的剂量分布，由此执行对晶圆表面内的离子注入量分布的调整。
在此，在根据本发明的实施例的离子注入方法中，根据需要，以减小的离子注入量针对晶圆的整个表面进一步执行均匀的离子注入，由此执行对晶圆表面内的离子注入量分布的调整。
附图说明
图1是示出了可应用本发明的离子注入装置的示例的原理性配置的平面图。
图2是通过放大的方式示出图1所示的离子注入装置的晶圆周围的示例的原理性配置的侧视图。
图3是示出离子束扫描方法和晶圆扫描方法的图。
图4是示出相关领域执行的用于实现晶圆表面内的剂量均匀性的离子注入的图。
图5是示出根据本发明的实施例的对用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度的控制的图。
图6A至图6C是示出根据本发明的实施例的在同时控制用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度以及沿射束扫描方向的射束扫描速度的时候利用离子束照射晶圆的离子注入方法的图。
图7是示出根据本发明的实施例的用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度的可变性的图。
图8A和图8B是示出根据本发明的实施例的在改变相对于离子束的晶圆旋转角度的时候反复地多次执行同时控制晶圆扫描区域长度和射束扫描速度的离子注入方法的离子注入方案的图。
图9A至图9E是示出根据本发明的实施例的在改变相对于离子束的晶圆旋转角度的时候反复地多次执行仅改变用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度的离子注入方法的离子注入方案的图。
图10A至图10E是示出根据本发明的实施例的在改变相对于离子束的晶圆旋转角度的时候反复地多次执行仅改变用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度的离子注入方法的离子注入方案的图。
图11A至图11E是示出执行根据本发明的实施例的在每当相对于离子束的晶圆旋转角度被改变时执行同时控制晶圆扫描区域长度和离子扫描速度的离子注入方法并且反复地多次执行该离子注入方法的离子注入方案的图。
图12A至图12E是示出执行根据本发明的实施例的在每当相对于离子束的晶圆旋转角度被改变时执行同时控制晶圆扫描区域长度和离子扫描速度的离子注入方法并且反复地多次执行该离子注入方法的离子注入方案的图。
图13A至图13E是示出执行根据本发明的实施例的在每当相对于离子束的晶圆旋转角度被改变时执行同时控制晶圆扫描区域长度和离子扫描速度的离子注入方法并且反复地多次执行它的离子注入方案的图。
图14是示出晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例二维离子注入量表面内分布的示例的图，该大比例二维离子注入量表面内分布已经根据本发明的实施例实际上实现了。
图15是示出了指示晶圆表面内的剂量不均匀性及其二维不均匀形状图案的两个控制量可以被相互独立控制的离子注入量分布的示例的图，该离子注入量分布已经根据本发明的实施例实际上实现了。
具体实施方式
在此，将参考图1来描述可应用本发明的离子注入装置的原理性配置。在可应用本发明的离子注入装置中，沿着该射束线按照以下顺序布置质谱(mass spectrometry)磁设备3、质谱狭缝4、射束扫描仪5、晶圆处理室(离子注入室)(未示出)，使得由提取电极2从离子源1提取出的离子束穿过射束线到达晶圆7。在晶圆处理室内，布置了具有机械结构的机械扫描设备，该机械机构包括保持晶圆7的固定器8。从离子源1提取出的离子束被沿着射束线引导到固定器8上的晶圆7，固定器8被布置在晶圆处理室的离子注入位置。
在射束扫描仪5沿射束扫描方向对离子束进行扫描之后通过平行透镜6的功能使离子束变得平行，并且然后将其引导至晶圆7。在根据本发明的实施例的离子注入装置中，沿与离子束扫描方向大致垂直的方向机械地扫描晶圆7，并且由此将离子注入晶圆7中。在图1中，可以沿相对于图垂直的方向扫描晶圆7。
图2是通过放大的方式示出图1所示的离子注入装置的晶圆周围的示例的原理性配置的侧视图。在图2中，在与图面垂直的面上扫描离子束，并且将该离子束施加到保持在固定器8上的晶圆7。通过升降设备10在图2中的箭头A方向往复驱动固定器8，并且作为结果，也在图2中的箭头A方向往复驱动被保持在固定器8上的晶圆7。换言之，沿射束扫描方向扫描离子束，并且在与射束扫描方向大致垂直的方向机械地扫描晶圆7，由此将离子注入晶圆7的整个表面。
此外，该离子注入装置设置有将固定器8在箭头B方向上旋转的旋转设备9。作为结果，保持在固定器8上的晶圆7也相对离子束旋转。即，晶圆7以其中心轴为中心进行旋转。升降设备10不仅仅在图2的箭头A方向往复地驱动晶圆7和固定器8，而且在图2的箭头A方向往复地驱动旋转设备9。
在此，将参考图3描述离子束扫描方法和晶圆扫描方法。在图3中，仅示出了被扫描的晶圆7、被扫描的离子束以及升降设备10，而未示出固定器和旋转设备。在该示例中，在横向方向扫描离子束，并且在纵向方向扫描晶圆7。如图3所示，在典型的离子注入装置中，离子束的扫描区域超过晶圆直径，并且对机械地扫描晶圆7的区域进行控制以使晶圆7穿越离子束照射区域(由实线表示的区域为被扫描的离子束)。
虽然未示出离子注入装置的控制***，但是由控制器(未示出)执行对包括旋转设备9和升降设备10的机械扫描装置的控制，以及例如对射束扫描仪5中的射束扫描速度的控制。为此，安装了诸如检测旋转设备9的旋转角度的传感器、检测升降设备10的升降位置和升降速度的传感器以及测量在晶圆处理室中的离子束的传感器之类的各种测量设备，并且控制器使用由该测量设备的测量结果来执行控制操作。
如上所述，根据本发明的实施例的离子注入装置是沿射束扫描方向扫描离子束、在与射束扫描方向大致垂直的方向机械地扫描晶圆、并且将离子注入晶圆的装置，但是如果将要考虑被注入晶圆的离子注入量时，则离子束与晶圆之间的相对运动是成问题的。因此，为了便于理解，假设晶圆是静态的，并且可以相对地考虑离子的注入区域以及射束扫描速度。
图4是示出相关领域执行的用于实现晶圆表面内的剂量均匀性的离子注入的图。在图4中，能够看到，离子注入区域在横向方向上以及在纵向方向上，均遍及晶圆7的整个表面。换言之，便利的离子束注入区域范围包括晶圆形状。
在相关领域执行用于实现晶圆表面内的剂量均匀性的标准离子注入中，为了确保在晶圆上在横向方向的离子注入量均匀性，离子束的扫描速度被维持为几乎恒定。此外，为了维持在晶圆上在纵向方向的均匀性，晶圆的扫描速度，即机械扫描速度，被维持为几乎恒定。
作为在晶圆表面内建立有意的不均匀的二维离子注入量表面内分布(如上所述，以下通过省略“有意的不均匀的”，简称为二维离子注入量表面内分布)的方法的示例，可以考虑对离子束的扫描速度以及半导体晶圆的扫描速度进行控制的方法。然而，在该情况下，因为每个扫描速度的控制范围是受限的，所以无法实现晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例的二维离子注入量表面内分布(其旨在被本发明的特定实施例实现)。
在本发明的特定实施例中，使用一种离子注入方法，其中在同时对用于调节机械地扫描晶圆的范围的晶圆扫描区域长度和沿射束扫描方向的射束扫描速度进行控制的情况下，利用离子照射晶圆，并且首先，参考图5，将描述根据本发明的实施例的对用于扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度的控制。在图5中，仅示出了被扫描的晶圆7、被扫描的离子束及升降设备10，而未示出固定器和旋转设备。在该示例中，在横向方向扫描离子束，并且在纵向方向扫描晶圆。
如在图3中描述的，在典型的离子注入装置中，离子束照射区域超过晶圆直径，并且对机械地扫描晶圆7的区域进行控制以使晶圆7穿越离子束照射区域。与此相对，在本发明的特定实施例中，离子束的照射区域以与典型的离子注入装置相同的方式超过晶圆直径，但对机械地扫描晶圆7的区域进行控制以使晶圆7并不完全穿越离子束照射区域。图5示出了，当晶圆7到达由双点划线表示的最低位置时，晶圆7并不完全穿越离子束照射区域。然而，这是一个示例，并且当晶圆7到达由与其不同的双点划线表示的最高位置时，晶圆7可以不完全穿越离子束照射区域，或者晶圆7可以在晶圆最高位置或者晶圆最低位置不完全穿越离子束照射区域。
在此，参考图6A至图6C，将描述在同时对用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度以及沿射束扫描方向的射束扫描速度进行控制的时候利用离子束照射晶圆7的离子注入方法。如在图4中所描述的，如果要考虑注入晶圆7的离子注入量，则为了便于理解，假设晶圆7静止，可以相对地考虑离子束照射区域及射束扫描速度。因此，在图6A中，同样为便于理解，犹如其是静止地示出晶圆7。
如在图5中所描述的，在本发明的特定实施例中，用于扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度被配置为被连续改变。因此，在图6A中，离子束照射区域在横向方向上遍及晶圆的整个表面，而在纵向方向上仅高于晶圆7的中间部分地执行离子注射。换言之，便利的离子束照射区域的范围并不包括晶圆形状。此外，如从图6B清楚可见的，能够控制离子束的射束扫描速度V以使其在晶圆的横向方向上是被连续改变的。在图6A中，示出晶圆扫描区域长度以致其超过晶圆中心，但这是示例，而晶圆扫描区域长度可以不超过晶圆中心。此外，如从图6B清楚可见的，可以控制(设定)射束扫描速度V以致其在晶圆的中央区域(射束扫描范围的中央区域)呈谷型(由C1、C2、C5表示)，相反地，也可以控制(设定)射束扫描速度V以致其在晶圆的中央区域呈峰型(C4)，或者还可以控制(设定)射束扫描速度V以致从晶圆的端部到晶圆的中央区域出现多个谷和峰(C3)，或者使得其变得非对称。
在此，参考图6C，将描述射束扫描速度V与离子注入量D之间的关系。当射束扫描速度V较大时，单位时间在对应的离子束照射区域中的离子注入量D与该射束扫描速度V成反比地减小。在本发明的特定实施例中，虽然射束扫描速度被实际控制，但是其目的是控制离子注入量，并且在下文，除特别清楚地指示之外，将使用离子注入量来进行讨论。
接着，参考图7，将描述用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度。在本发明的特定实施例中，能够将用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度设定为变化的。换言之，用于扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度可以被设定成小于晶圆半径，或者也可以被设定成大于晶圆半径并且小于晶圆直径。
在根据本发明的实施例的离子注入方法中，因为用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度被改变了，因此在晶圆的纵向方向上存在未被注入离子的区域，并且在该步骤存在被注入离子的区域。基于该两个区域的离子注入量的巨大差别，如稍后将详细描述的，在连续改变相对于离子束的晶圆旋转角度的同时多次反复地执行注入方法之后，能够实现最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例的二维离子注入量表面内分布。此外，在被注入离子的区域中，响应于射束扫描速度的改变，取决于在晶圆的横向方向上的位置，能够有意地在离子注入量中产生分布。基于该分布，如稍后详细描述的，在连续改变相对于离子束的晶圆旋转角度的同时多次反复地执行注入方法之后，能够相互独立地对晶圆表面内的剂量不均匀性的程度及晶圆表面内的剂量不均匀性的二维不均匀形状图案进行控制。
接着，本发明的特定实施例应用以下的注入方法：其中每当相对于离子束的晶圆旋转角度被改变时执行晶圆扫描区域长度和射束扫描速度被同时控制的离子注入，并且在晶圆的一次旋转期间反复执行多次这样的离子注入。
将参考图8A和图8B描述该注入方法。如在图2中描述的，在根据本发明的实施例的离子注入装置中，通过旋转固定器8的旋转设备9以设定的角度间歇性地旋转固定器8，并且作为结果，保持在固定器8上的晶圆7能够被相对于离子束以该设定的角度间歇地旋转。然而，如果要考虑注入晶圆7的离子注入量，则离子束与晶圆7之间的相对运动是成问题的。因此，为了便于理解，假设晶圆7静止，可以认为离子束照射区域是被旋转的。在图8A和图8B中，将晶圆7示出为是静止的。
如在图6A至图6C中描述的，因为本发明的特定实施例应用了在同时控制用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度以及离子束扫描速度的时候将离子注入晶圆7的注入方法，作为结果，当第一次注入操作完成时，在晶圆7内出现未被注入离子的区域12以及被注入离子的区域13。在此，通过基于本发明的特定实施例对射束扫描速度的控制，在被注入离子的区域13中出现离子注入量表面内分布11。在本发明的特定实施例中，使用以下的注入方法：其中相对于离子束的晶圆旋转角度被连续改变，在旋转停止后执行上述的注入操作，并且这在晶圆的一次旋转期间反复地执行多次。在此，通过晶圆的360度除以n而得到的设定角度来定义该多次，具有2～n次的数量(其中n是正整数)。图8B示出了第2次注入操作的示例。通过画上斜线来指示在第1次注入操作中被注入离子的区域14。在第2次注入操作中同样地，以与第1次注入操作相同的方式，因为使用了在同时控制用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度以及射束扫描速度的时候将离子注入晶圆7的注入方法，所以在第2次注入操作中，也出现了在该注入操作中未被注入离子的区域以及被注入离子的具有注入量表面内分布的区域。由于在第1次注入操作和第2次注入操作中，晶圆7相对于离子束的旋转角度发生变化(图8B中在逆时针方向旋转)，因此晶圆内未被注入离子的区域减小。此外，在被注入离子的区域内，进一步形成离子注入量表面内分布。
在本发明的特定实施例中，虽然，在连续执行的注入操作中，用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度被设定成对应每一个特定旋转角度而连续变化，但是也可以使用相同的晶圆扫描区域长度。此外，虽然沿射束扫描方向的射束扫描速度也被控制从而对应每一个特定旋转角度而连续变化，但也可以使用相同的射束扫描速度模式。
通过反复多次地执行注入操作，能够在将离子注入晶圆表面内的整个表面区域的同时在晶圆表面内实现二维离子注入量表面内分布。因为在本发明的特定实施例中对用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度进行控制，所以能够实现晶圆表面内最大离子注入量与最小离子注入量之比增大的有意的大比例二维离子注入量表面内分布。具体而言，能够实现在最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的情况下的大比例二维离子注入量表面内分布。
为了更详细地描述根据本发明的特定实施例的离子注入方法，首先，参考图9A至图9E以及图10A至图10E，将描述在旋转晶圆7时仅仅改变用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度的注入方法。此外，在下文中，在涉及图9A至图9E、图10A至图10E、图11A至图11E、图12A至图12E以及图13A至图13E的描述中，各个图中的A至D示出了反复执行4次将晶圆7在顺时针方向旋转90度(设定角度)并且在旋转停止之后将离子注入的注入操作的结果，各个图中的E示出了反复执行8次将晶圆7旋转45度(设定角度)并且在旋转停止之后将离子注入的注入操作的结果。然而，示出这些仅为了便于描述而非意在限制。此外，在涉及图9A至图9E、图10A至图10E、图11A至图11E、图12A至图12E以及图13A至图13E的描述中，无论晶圆旋转角度是多少，示出的用于机械地扫描晶圆的晶圆扫描区域长度是恒定的，但这也是示出以便描述，而并非意在限制。另外，在涉及图9A至图9E、图10A至图10E、图11A至图11E、图12A至图12E以及图13A至图13E的描述中，无论晶圆旋转角度是多少，示出的沿射束扫描方向的射束扫描速度模式是恒定的，但这也是示出以便于描述，而并非意在限制。
图9A至图9E示出了一种注入方法，其中用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度被设定为大于晶圆半径并且小于晶圆直径，并且仅晶圆扫描区域长度被改变。在该情况下，如能够从图9A至图9D中看到的，在将晶圆7在顺时针方向旋转90度的同时连续地执行注入操作，并且由此晶圆7内未被注入离子的区域减小。当将晶圆7旋转该设定角度的同时执行的一系列注入操作完成时的晶圆表面内离子注入量分布与图9E中的相同。在此，要注意的是，当如图9A至图9E所示的仅改变晶圆扫描区域长度时，因为一种变量被改变，所以晶圆表面内剂量不均匀性的程度与其二维不均匀形状图案具有某种关系。
该情况对应使用以下注入方法的例子也是相同的，在该注入方法中，如图10A至图10E所示，用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度被设定成小于晶圆半径，并且仅晶圆扫描区域长度是变化的。换言之，除了晶圆扫描区域长度被设定成小于晶圆半径之外，图10A至图10E与图9A至图9E相同。
总之，如在图9A至图9E和图10A至图10E所示的离子注入方法中，因为如果仅改变晶圆扫描区域长度则仅改变一种变量，所以晶圆表面内剂量不均匀性的程度与其二维不均匀形状图案是相互关联的，并且因此不能自由地相互分离。晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案是在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内不均匀性中的重要因素，并且如果不能独立地满足每个要求时，则这不能与校正在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性的目的兼容。因此，如果仅改变晶圆扫描区域长度，则无法实现用于校正在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性的目的的具有大比例不均匀性的二维离子注入量表面内分布(这是本发明的特定实施能力将要实现的)。
在此，因为本发明的特定实施例应用了在同时对用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度和沿射束扫描方向的射束扫描速度进行控制的时候将离子注入晶圆7的注入方法，所以在图8A至图8B的注入方法中，能够个别地且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的大小及其二维不均匀形状图案这两个控制量。因此，它能够与校正在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性的目的(其将由本发明的特定实施例实现)兼容。在下文中，将对它进行描述以便于更好地理解。
图11A至图11E示出根据本发明的实施例的一种注入方法，在该注入方法中，将用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度设定为大于晶圆半径并且小于晶圆直径，晶圆扫描区域长度是变化的，并且射束扫描范围的中央区域的射束扫描速度低于其他位置处的射束扫描速度。如上所述，离子注入量D与射束扫描速度V成反比。因此，在图11A的离子注入中，在晶圆7内出现未被注入离子的区域12和被注入离子的区域13，并且通过对射束扫描速度V的控制，在被注入离子的区域13中出现离子注入量表面内分布，从而在射束扫描范围的中央区域的离子注入量D增大。每当晶圆7被旋转时执行同样的注入操作，并且由此晶圆7中未被注入离子的区域逐步减小。如上所述，图11A至图11D示出了将晶圆7顺序地在顺时针方向旋转90度并且总计执行4次离子注入的结果，并且图11E表示在将晶圆以45度旋转8次的同时执行离子注入之后的晶圆表面内离子注入量分布。
图12A至图12E示出根据本发明的实施例的一种注入方法，在该注入方法中，将用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度设定为大于晶圆半径并且小于晶圆直径，晶圆扫描区域长度是变化的，并且射束扫描范围的中央区域的射束扫描速度高于其他位置处的射束扫描速度。如上所述，离子注入量与射束扫描速度成反比。因此，在图12A的离子注入中，晶圆7内出现未被注入离子的区域12和被注入离子的区域13，并且通过对射束扫描速度的控制，在被注入离子的区域13中出现离子注入量表面内分布，从而在射束扫描范围的中央区域中的离子注入量减小。在图12A至图12E中，用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度与图11A至图11E中的相同。在图11E和图12E中，晶圆表面中取决于阴影、虚线和点的存在或不存在的明与暗指示了晶圆表面内剂量是不均匀的，即晶圆表面内剂量不均匀性，由这样的明与暗形成的图案指示了二维的不均匀形状图案。因此，如从图11E和图12E中能够清楚看出的，即使用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度是相同的，也能够个别地并且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量。换言之，因为本发明的特定实施例应用了在同时控制用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度和沿射束扫描方向的射束扫描速度的时候将离子注入晶圆7的注入方法，所以能够个别地并且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量。
在图11A至图11E和图12A至图12E中，虽然将射束扫描范围的中央区域的射束扫描速度低于其他位置处的射束扫描速度的注入方法与射束扫描范围的中央区域的射束扫描速度高于其他位置处的射束扫描速度的注入方法进行了比较，但是射束扫描速度的改变方法并不限于此。换言之，射束扫描速度的改变方法可以以如下形式：其中，其设定速度以阶梯的方式增大或减小，或者随机地增大或减小。此外，如已在图6B中所描述的，可以改变射束扫描速度中的峰和谷的数量。此外，可以普遍地改变射束扫描速度的模式。
图13A至图13E示出根据本发明的实施例的一种注入方法，其中用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度被设定为小于晶圆半径，晶圆扫描区域长度是变化的，并且射束扫描范围的中央区域的射束扫描速度小于其他位置处的射束扫描速度。在此，为了比较，图11A至图11E和图13A至图13E中的射束扫描速度是相同的。如从图11E和图13E中清楚看到的，即使射束扫描速度相同，也能够个别地并且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量。如上所述，因为本发明的特定实施例应用了在同时控制用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度以及在射束扫描方向的射束扫描速度的时候将离子注入晶圆7的注入方法，所以能够个别地并且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量，从图11A至图11E与图13A至图13E的比较中也证明了这一事实。
如图13A至图13E所示，当用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度被设定成小于晶圆半径时，在对相对于离子束的晶圆旋转角度进行改变的同时反复地多次执行注入操作之后，在晶圆的中央区域出现未被注入离子的区域。一系列的注入操作可以结束，因为该区域可以被认为是最低离子量为零的情况，可以直接被认为是无离子注入量的区域，或者，根据需要，也可以通过针对晶圆整个表面以小的离子注入量进一步执行均匀的离子注入，来执行对晶圆表面内离子注入量分布的微调。
因为本发明的特定实施例应用了在同时对用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度以及在射束扫描方向的射束扫描速度进行控制的时候将离子注入晶圆7的注入方法，所以能够个别地并且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量；然而，作为第三控制因素，可以进一步控制在机械地扫描晶圆的方向上的剂量分布，并且由此可以执行对晶圆表面内离子注入量分布的微调。在该情况下，可以通过控制用于机械地扫描晶圆7的机械扫描速度来控制在机械地扫描晶圆的方向上的剂量分布，可以通过改变并且控制射束扫描的周期来控制在机械地扫描晶圆的方向上的剂量分布，或者可以通过在晶圆被照射离子束期间间歇地省去时间来控制在机械地扫描晶圆的方向上的剂量分布。
再总而言之，因为本发明的特定实施例应用了在同时对用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度以及在射束扫描方向的射束扫描速度进行控制的时候将离子注入晶圆7的注入方法，所以能够个别地并且独立地控制晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量。因此，这与校正在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性的目的(其将有本发明的特定实施例实现)兼容。
当然，如上所述，能够实现最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例的二维离子注入量表面内分布的原因在于用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度被主要改变了。因此，可以认为：通过改变用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度来实现宽泛(或粗糙)的二维离子注入量表面内分布的图案，并且通过改变在射束扫描方向的射束扫描速度来实现精细的二维离子注入量表面内分布。
如上所述，当利用离子束照射晶圆的整个表面时，可以离子注入，使得晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例二维离子注入量表面内分布是能够实现的，以用于校正在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性的目的。
在下文，将描述已经根据本发明的特定实施例实际上实现的示例。
图14示出了已经根据本发明的特定实施例实际得到的离子注入量表面内分布的示例。在该示例中，随着所测量的数值变小，实际的离子注入量与该数值成反比地增大。在图14所示的示例中，晶圆中央区域的离子注入量较小，并且晶圆端部(或边缘)区域的离子注入量较大。图14示出了：以二维方式指示晶圆中二维表面内分布的测量数值的15a，以及指示在晶圆表面内在相互垂直的两个方向上的测量数值分布的15b和15c。
如图14中清楚示出的，测量数值的最大值与最小值之比超过5倍。如上所述，由于该测量数值与实际离子注入量成反比，所以在图14的示例中示出了在实际的晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上。虽然图14示出了一个示例，但是可以看到，能够实现晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的大比例二维离子注入量表面内分布。
参考图15，将描述根据本发明的特定实施例已经实际得到的离子注入量分布的示例。在图15中，示出了在晶圆的某些直线上的测量数值的曲线图16a、16b、16c。以与图14相同的方式，在该例子中同样，随着测量数值变小，实际的离子注入量与该数值成反比地增大。在图15所示的示例中同样，晶圆中央区域处的离子注入量较小，而晶圆端部(边缘)区域处的离子注入量较大。
图15中的曲线图16a、16b、16c指示了注入操作的示例，在该注入操作中，在改变相对于离子束的晶圆旋转角度的同时反复地多次地执行在用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度是相同的情况下对射束扫描速度进行各种改变的注入方法。如从图15清楚看到的，在晶圆表面内剂量不均匀性的程度相同的情况下，能够改变其二维不均匀形状图案。
图15示出了能够个别地并且独立地对晶圆表面内剂量不均匀性的程度及其二维不均匀形状图案这两个控制量进行控制的示例。如参考图11A至图13E所描述的，甚至在与图15所示的状况相反、在二维不均匀形状图案相同的情况下，也能够改变晶圆表面内剂量不均匀性的程度。
此外，通常地，可以说，图15是示出的这样的示例：通过改变用于机械地扫描晶圆7的晶圆扫描区域长度来实现宽泛(或粗略)的二维离子注入量表面内分布图案，并且通过改变在射束扫描方向的射束扫描速度来实现精细的二维离子注入量表面内分布。
如上所述，根据本发明的特定实施例，当离子束被施加到晶圆的整个表面时，实际显示了：能够实现大比例的二维离子注入量表面内分布来用于校正在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内剂量不均匀性的目的。
虽然迄今已经描述了至少一个示例性实施例，但该描述仅仅是示例，并非意在限定本发明的范围。
应当理解的是，本发明并不限于上述实施例，而且可以基于本发明的精神以各种形式修改本发明。另外，该修改被包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种离子注入方法，在所述方法中，沿射束扫描方向扫描离子束，并且沿与所述射束扫描方向垂直的方向机械地扫描晶圆，从而将离子注入所述晶圆，所述方法包括：
将相对于所述离子束的晶圆旋转角度设定为是变化的，
其中，以阶梯方式改变所述晶圆旋转角度的设定角度，从而以每个设定角度将离子注入所述晶圆，并且
其中，在所述晶圆的一次旋转期间的多次离子注入操作中的以每个设定角度的离子注入中，将用于对机械地扫描所述晶圆的范围进行调节的晶圆扫描区域长度设定为是变化的，并且同时，改变所述离子束的射束扫描速度，从而将所述离子注入所述晶圆并且对其他半导体制造工艺中的晶圆表面内的剂量不均匀性进行了校正，
所述离子束的照射区域长度超过所述晶圆的直径，
被设定为是变化的所述晶圆扫描区域长度小于所述晶圆的直径，
当一次注入操作完成时，在所述晶圆内出现未被注入离子的区域以及被注入离子的区域，接着，改变相对于所述离子束的所述晶圆旋转角度并执行离子注入，通过反复多次地执行该操作，将离子注入所述晶圆的表面内的整个表面区域。
2.根据权利要求1所述的离子注入方法，其中，
所述晶圆扫描区域长度被设定为对应关于所述设定角度的每个特定角度而连续地变化。
3.根据权利要求1所述的离子注入方法，其中，对应关于所述晶圆旋转角度的所述设定角度的每个特定角度，连续地改变所述离子束的所述射束扫描速度。
4.根据权利要求1所述的离子注入方法，其中，通过同时控制所述晶圆扫描区域长度的可变设定以及所述离子束的射束扫描速度的改变这两个控制参数，来相互独立地控制所述晶圆表面内的剂量不均匀性的程度及所述晶圆表面内的剂量不均匀性的二维不均匀形状图案这两个控制量。
5.根据权利要求1所述的离子注入方法，其中，通过在以所述晶圆旋转角度的每个设定角度进行的离子注入中将离子注入所述晶圆表面，同时形成未注入所述离子的区域，来实现所述晶圆表面内的最大离子注入量与最小离子注入量之比为5倍或以上的二维离子注入量表面内分布。
6.一种离子注入方法，在所述方法中，沿射束扫描方向扫描离子束并且沿与所述射束扫描方向垂直的方向机械地扫描晶圆，从而将离子注入所述晶圆，所述方法包括：
将相对于所述离子束的晶圆旋转角度设定为是变化的，并且将用于对机械地扫描所述晶圆的范围进行调节的晶圆扫描区域长度设定为是变化的，
其中，在所述晶圆的一次旋转期间，以用作所述晶圆旋转角度的基准的角度以及从用作基准的所述角度改变的一个或多个设定角度，针对从所述晶圆的一端侧到所设定的所述晶圆扫描区域长度为止的局部区域表面，多次地执行离子注入，并且
其中，执行在以每个设定角度的离子注入中对所述晶圆扫描区域长度的可变设定以及对所述离子束的所述射束扫描速度的改变控制的组合，从而将所述离子注入所述晶圆并且对在其他半导体制造工艺中的晶圆表面内的剂量不均匀性进行了校正，
所述离子束的照射区域长度超过所述晶圆的直径，
被设定为是变化的所述晶圆扫描区域长度小于所述晶圆的直径，
当一次注入操作完成时，在所述晶圆内出现未被注入离子的区域以及被注入离子的区域，接着，改变相对于所述离子束的所述晶圆旋转角度并执行离子注入，通过反复多次地执行该操作，将离子注入所述晶圆的表面内的整个表面区域。
7.一种离子注入装置，包括沿射束扫描方向扫描离子束的射束扫描仪以及沿与所述射束扫描方向垂直的方向机械地扫描晶圆的机械扫描***，并且所述装置将离子注入所述晶圆，所述装置包括：
旋转设备，其被设置在所述机械扫描***中，并且改变相对于所述离子束的晶圆旋转角度；以及
控制器，其具有至少控制所述射束扫描仪和所述机械扫描***的功能，
其中，在所述晶圆的一次旋转期间的多次离子注入操作中的以每个相对于所述离子束的所述晶圆旋转角度的设定角度的离子注入中，所述控制器控制所述旋转设备，从而以阶梯方式改变所述设定角度，以便以每个设定角度将离子注入所述晶圆，所述控制器控制所述机械扫描***，从而将用于对机械地扫描所述晶圆的范围进行调节的晶圆扫描区域长度设定为是变化的，并且同时，所述控制器控制所述射束扫描仪，从而改变所述离子束的所述射束扫描速度，进而将所述离子注入所述晶圆并且控制机械地扫描所述晶圆的方向的剂量，由此执行对晶圆表面内的离子注入量分布的调整，
所述离子束的照射区域长度超过所述晶圆的直径，
被设定为是变化的所述晶圆扫描区域长度小于所述晶圆的直径，
当一次注入操作完成时，在所述晶圆内出现未被注入离子的区域以及被注入离子的区域，接着，改变相对于所述离子束的所述晶圆旋转角度并执行离子注入，通过反复多次地执行该操作，将离子注入所述晶圆的表面内的整个表面区域。
8.根据权利要求7所述的离子注入装置，其中，除了对所述晶圆表面内的离子注入量分布的调整以外，所述控制器利用减小的离子注入量，针对所述晶圆的整个表面，进一步执行均匀的离子注入，由此执行对所述晶圆表面内的离子注入量分布的附加调整。
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