JP3692999B2 - イオン注入方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、一つの基板の面内に互いにドーズ量(単位面積当たりの入射イオン数)の異なる複数の注入領域を形成するイオン注入方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成したいという要望が生じている。これは、例えば、イオン注入装置の調整や、特性の異なる半導体デバイスを製造すること等において、必要とする基板の数や工程等を減らす上で有効だからである。
【0003】
このような要望に応えるためのイオン注入方法の一例が、特開2000−150407号公報に記載されている。
【0004】
この従来のイオン注入方法は、図12A〜Cに示すように、イオンビーム4を縦横の2方向に(即ち2次元に)走査するラスタースキャン方式において、基板2の中央でイオンビーム4の走査方向を反転させる方法を用いて、基板2の面内の1/4領域ごとにドーズ量を変えてイオン注入を行うものである。ドーズ量の変更は、イオンビーム4の走査速度の変更によって行われる。これによって、一つの基板2の面内に互いにドーズ量の異なる四つの注入領域が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のイオン注入方法では、基板2の中央でイオンビーム4の走査方向を反転させており、この反転の前後にイオンビーム4は減速→静止→反対方向への加速という過程を経るために、基板2の中央でのイオンビーム4の走査速度が遅くなり、図13に示すように、他よりも過剰に注入される過注入領域6が基板2の中央に直線状に発生する。この過注入領域6の幅W1 は、スポット状のイオンビーム4の直径をd0 としたとき、必ずd0 よりも大きくなる。
【0006】
仮に何らかの方法で上記課題を回避できたとしても、上記従来のイオン注入方法では、図14に示すように、四つの注入領域の各境界部に、ドーズ量が連続的に変化している遷移領域8が発生する。これは、イオンビーム4が有限の大きさを持っているためであり、その直径をd0 としたとき、遷移領域8の幅W2 はd0 に達する。
【0007】
基板2の全表面の内で、半導体デバイス形成等に実際に使用することができるのは、上記過注入領域6や遷移領域8以外の部分であるから、有効利用できる領域を広くするためには、イオンビーム4の直径d0 を小さくしなければならない。しかし、直径d0 を小さくすると、イオンビーム4の断面積が小さくなってイオンビーム4のビーム電流は著しく小さくなり、基板2の処理に非常に長い時間を要するようになる。従って、これは実用的ではない。
【0008】
また、上記従来のイオン注入方法は、イオンビーム4を縦横の2次元に走査するラスタースキャン方式を前提としているが、現在の(将来もそうであろう)イオン注入方法(装置)の主流は、例えば特開2001−143651号公報、特開2001−185071号公報等に記載されているような、イオンビームの電磁気的な走査と基板の機械的な駆動とを併用することによって、基板の全面にイオン注入を行うハイブリッドスキャン方式であり、これに上記従来の方法をそのまま適用することはできない。
【0009】
仮にハイブリッドスキャン方式のものに、上記従来のイオン注入方法の考え方を適用できたとしても、イオンビームの走査と基板の駆動の両方を通常のハイブリッドスキャン方式のものとは異ならせなければならないので、イオンビームの走査装置と基板の駆動装置の両方を変更して、イオンビームをその走査途中で瞬時に方向反転させると共に、基板をその駆動途中でイオンビームの方向反転に同期して小刻みに、かつ瞬時に駆動および停止することができるようにする必要があり、それによって制御や機構が複雑になり、またコストも嵩むなど、容易ではない。
【0010】
そこでこの発明は、一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成するものであって、過注入領域を発生させずに済み、かつビーム電流の減少を防止しつつドーズ量の遷移領域の幅を小さくすることができ、しかも制御が簡単であるイオン注入方法およびその装置を提供することを主たる目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第1のイオン注入方法は、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオンビームを走査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ(例えば1回ずつ)実施することを特徴としている。
【0012】
この発明に係る第1のイオン注入装置は、イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板の全面にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、前記走査装置および前記駆動装置の内の一方ならびに前記回転装置を制御して、イオンビームを走査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ(例えば1回ずつ)実施する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴としている。
【0013】
これらの発明によれば、1回の注入工程によって基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行うので、これと回転工程とを組み合わせることによって、一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。
【0014】
より具体的には、注入工程の回数をn1 (n1 は2以上の整数)とすれば、回転工程の回数はn1 −1となり、このような注入工程および回転工程を実施することによって、一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる注入領域を2n1 個形成することができる。
【0015】
しかもこれらの発明では、イオンビームを走査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変更するものであって、従来例のように基板の面内でイオンビームの走査方向を反転させるものではなく、かつ基板にイオンビームが照射されている間に基板を小刻みに駆動および停止するものでもないので、即ち基板上でイオンビームが静止することはないので、基板の面内に過注入領域を発生させずに済む。
【0016】
また、上記速度を変更する際には、基板の面内にドーズ量の遷移領域が発生するけれども、この速度を変更する方向は、従来例の2次元と違って1次元(即ちイオンビームを走査するX方向または基板を駆動するY方向のいずれかの1次元)であるので、イオンビームの寸法を当該1次元(X方向またはY方向)において小さくすることによって、遷移領域の幅を小さくすることができる。しかし、もう一つの次元におけるイオンビームの寸法は小さくする必要がなく、むしろ大きくしても良いので、イオンビームの断面積の減少を抑えて、ビーム電流の減少を防止することができる。
【0017】
また、速度を変更する方向は上記のように1次元であり、しかも速度を変更するだけであって従来例のような瞬時の方向反転や瞬時の駆動・停止を行う必要はなく、また基板を上記のように回転させることも、それ自体は公知の簡単な技術によって行うことができる。従って、ハイブリッドスキャン方式の場合でも、上記のような制御は簡単であり、かつ機構も複雑にせずに済む。
【0018】
この発明に係る第2のイオン注入方法は、イオンビームを電界または磁界によってX方向およびそれに直交するY方向にそれぞれ往復走査して、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方法において、イオンビームをX方向に走査する速度およびY方向に走査する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ(例えば1回ずつ)実施することを特徴としている。
【0019】
この発明に係る第2のイオン注入装置は、イオンビームを電界または磁界によってX方向およびそれに直交するY方向にそれぞれ往復走査する走査装置を備えていて、基板の全面にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、前記走査装置および前記回転装置を制御して、イオンビームをX方向に走査する速度およびY方向に走査する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ(例えば1回ずつ)実施する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴としている。
【0020】
これらの発明の場合も、上記発明の場合とほぼ同様の作用効果を奏する。
【0021】
即ち、これらの発明によれば、1回の注入工程によって基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行うので、これと回転工程とを組み合わせることによって、一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。
【0022】
しかも、イオンビームを走査する速度を基板の中心部で変更するだけであって、従来例のようにイオンビームの走査方向を基板の面内で反転させるものではないので、即ち基板上でイオンビームが静止することはないので、基板の面内に過注入領域を発生させずに済む。
【0023】
また、イオンビームを走査する速度を変更する方向は、X方向またはY方向の1次元であるので、イオンビームの寸法を当該次元においてのみ小さくすることによって、ビーム電流の減少を防止しつつ、遷移領域の幅を小さくすることができる。
【0024】
また、イオンビームの走査速度を変更する方向は上記のように1次元であり、しかも走査速度を変更するだけであるので、制御は簡単である。また基板を上記のように回転させることも、それ自体は公知の簡単な技術によって行うことができる。従って、上記のような制御は簡単であり、かつ機構も複雑にせずに済む。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係るイオン注入方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。図2は、図1のイオン注入装置の基板周りの一例を拡大して示す概略側面図である。
【0026】
このイオン注入装置は、ハイブリッドスキャン方式のものであり、イオンビーム4を電界または磁界によってX方向(例えば水平方向)に往復走査することと、基板(例えば半導体基板)2をX方向と実質的に直交するY方向(例えば垂直方向)に機械的に往復駆動することとを併用して、基板2の全面にイオン注入を行う構成をしている。
【0027】
より具体的には、このイオン注入装置は、イオンビーム4を引き出すイオン源10と、このイオン源10から引き出されたイオンビーム4から特定のイオン種を選別して導出する質量分離マグネット12と、この質量分離マグネット12から導出されたイオンビーム4を加速または減速する加速管14と、この加速管14から導出されたイオンビーム4を整形するQレンズ16と、このQレンズ16から導出されたイオンビーム4から特定エネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離マグネット18と、このエネルギー分離マグネット18から導出されたイオンビーム4をこの例では磁界によって前記X方向に往復走査する走査マグネット20と、この走査マグネット20から導出されたイオンビーム4を曲げ戻して走査マグネット20と協働してイオンビーム4の平行走査を行う、即ち平行なイオンビーム4を作る平行化マグネット24とを備えている。
【0028】
平行化マグネット24から導出されたイオンビーム4は、注入室26内において、ホルダ28に保持されている前記基板2に照射され、それによって基板2にイオン注入が行われる。その際、基板2は、駆動装置32によって、前記Y方向に往復駆動される。この基板2の往復駆動とイオンビーム4の往復走査との協働によって、基板2の全面にイオン注入を行うことができる。
【0029】
このようなハイブリッドスキャン方式のイオン注入装置において、通常は、基板2の全面に均一なドーズ量のイオン注入を行う。これは、基板2のX、Y両方向においてそれぞれ均一な注入が行われるように制御することによって実現することができる。その方法は公知であり、それを簡単に説明すれば次のとおりである。
【0030】
まず、X方向に関しては、上記イオンビーム4は、その走査方向Xにおいてその濃度がほぼ一定であるとみなすことができる。これは、この種のイオン注入装置においては妥当なものである。従って、イオンビーム4をX方向に一定の速度で走査することによって、X方向における均一な注入を実現することができる。
【0031】
Y方向に関しては次のような制御を行う。基板2の表面のある点へのドーズ量Dは、その点に照射されたイオンビーム4のビーム電流密度J(t)を照射時間Tで積分した値に比例し、次式で表される。(t)は、時間tの関数であることを表している(以下同様)。Cは比例定数である。
【0032】
【数1】
D=C∫0 TJ(t)dt
【0033】
ある時刻tにおける基板2のY方向の駆動速度をv(t)、Y方向の距離をHとすると、v(t)は次式で表される。但し、dHは微小な時間dtの間に駆動した距離である。
【0034】
【数2】
v(t)=dH/dt
【0035】
これから、上記数1は次のように表される。
【0036】
【数3】
D=C∫0 H{J(t)/v(t)}dH
【0037】
即ち、たとえビーム電流密度J(t)が変動しても、J(t)/v(t)が一定になるようにv(t)を制御すれば、着目している点へのドーズ量Dを目標値に保つことができる。この制御を基板2のY方向の全域に亘って行う。これによって、ビーム電流密度J(t)の変動の影響を受けずに、Y方向における均一な注入を実現することができる。この実施例の装置では、基板2に照射されるイオンビーム4のビーム電流密度J(t)をファラデー34で間接的に測定してそれを制御装置36に与える。制御装置36は、与えられたビーム電流密度J(t)を用いて、駆動装置32を制御して、駆動速度v(t)を上記のように制御する。
【0038】
以上が、従来から行われている、基板2の全面に均一なドーズ量のイオン注入を行う方法である。
【0039】
次に、この発明に従って、一つの基板2の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成する方法および装置の例を説明する。
【0040】
このような注入を行うために、この例では、基板2をホルダ28と共に、基板2の中心部2aを中心にして回転(例えば図2の矢印B方向)させる回転装置30を備えている。上記駆動装置32は、この回転装置30、ホルダ28および基板2の全体をY方向に往復駆動する。この回転装置30による回転も、この例では上記制御装置36によって制御される。
【0041】
注入領域分割のためには、基板2のY方向の駆動速度を変更する場合と、イオンビーム4のX方向の走査速度を変更する場合とがある。ここではまず前者の例を詳しく説明し、後で後者の例を説明する。
【0042】
図3および図4に、この発明に係るイオン注入方法の一例を示す。
【0043】
まず、基板2のY方向の駆動速度を基板2の中心部2aで変更することによって、例えば基板2の上半分にイオンビーム4が照射されるときの駆動速度をvA 、下半分のそれをvB (≠vA )とすることによって、図4Aに示すように、基板2を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域RA およびRB (それぞれのドーズ量はDA およびDB )に分けてイオン注入を行う注入工程40を実施する。この明細書で上下は、Y方向における上下を意味する。
【0044】
基板2のY方向の駆動速度を基板2の中心部2aで変更するということは、換言すれば、イオンビーム4が基板2の中心部2aに照射される位置に基板2がある(来た)ときに、基板2のY方向の駆動速度を変更するということである。基板2がそのような位置に来たか否かは、駆動装置32の制御を行う制御装置36は、駆動装置32への制御指令によって、あるいは駆動装置32からのフィードバック情報によって、容易に把握することができる。
【0045】
なお、上記各駆動速度の場合のドーズ量は、具体的には、前記数3で表される。また、基板2の駆動速度を上記のように変更する前および後における駆動速度の制御は、上記のように、J(t)/v(t)が一定になるように制御する。以下に述べる他の注入工程においても同様である。
【0046】
次いで、イオンビーム4が基板2に当たっていない間に、例えば基板2がイオンビーム4の位置よりも上方または下方に外れた所にある間に、基板2をその中心部2aを中心にして、例えば前記矢印B方向(反時計回り)に、所定の角度θだけ回転させる回転工程41を実施する。この回転角度θを90度とすると、その結果は、図4Bとなる。
【0047】
次いで、基板2のY方向の駆動速度を基板2の中心部2aで変更することによって、例えば基板2の上半分にイオンビーム4が照射されるときの駆動速度をvC 、下半分のそれをvD (≠vC )とすることによって、図4Cに示すように、基板2を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域RC およびRD (それぞれのドーズ量はDC およびDD )に分けてイオン注入を行う注入工程41を実施する。
【0048】
その結果、基板2の面内では、上記二つの注入工程41および42による注入結果が重なるので、図4Cに示すように、基板2の面内には四つの注入領域R1 〜R4 が形成される。この各注入領域R1 〜R4 のドーズ量D1 〜D4 は次式で表される。
【0049】
【数4】
D1 =DA +DC
D2 =DB +DC
D3 =DB +DD
D4 =DA +DD
【0050】
上記駆動速度は、vC =vA およびvD =vB でも良いけれども、そうするとDC =DA およびDD =DB となり、数4からも分かるように、D2 =D4 となって、注入領域R2 とR4 とはドーズ量が互いに同じになる。これでも複数の注入領域形成を実現することはできるけれども、同じになることを避けるためには、vC ≠vA およびvD ≠vB の少なくとも一方を実現すれば良い。例えば、vC ≠vA とする。以下の例においても同様である。
【0051】
なお、各注入工程40または42における基板2の駆動は、片道1回に限られるものではなく、所望のドーズ量が得られるように、上記駆動速度の変更をそれぞれ行いながら、複数回繰り返すようにしても良い。以下の例においても同様である。
【0052】
上記のような注入工程を合計3回(即ち注入工程40、42および44)、その各注入工程の合間に上記のような回転工程を1回ずつ、合計2回(即ち回転工程41および43)実施する例を図5に示す。更に、上記のような注入工程を合計4回(即ち注入工程40、42、44および46)、その各注入工程の合間に上記なような回転工程を1回ずつ、合計3回(即ち回転工程41、43および45)実施する例を図6に示す。
【0053】
注入工程の合計の回数をn1 (これは2以上の整数)とすると、回転工程の合計の回数n2 および形成される注入領域の数Nの関係は次式で表される。
【0054】
【数5】
n2 =n1 −1
【0055】
【数6】
N=2n1
【0056】
また、各回転工程における基板2の回転角度θ[度]を次式を満たすものにすれば、形成される複数の注入領域の面積を互いに等しくすることができる。
【0057】
【数7】
θ=360/N
【0058】
これらの、図3、図5および図6の例の場合の関係を表1にまとめて示す。
【0059】
【表1】
【0060】
上記のような制御は、即ち上記のような注入工程および回転工程の制御は、この例では、上記制御装置36によって行われる。制御装置36には、そのために必要な情報が取り込まれる。
【0061】
上記実施例(イオン注入方法およびイオン注入装置)では、基板2を駆動する速度を基板2の中心部2aで変更するものであって、従来例のように基板2の面内でイオンビーム4の走査方向を反転させるものではなく、かつ基板2にイオンビーム4が照射されている間に基板2を小刻みに駆動および停止するものでもないので、即ち基板2上でイオンビーム4が静止することはないので、基板2の面内に過注入領域を発生させずに済む。
【0062】
ドーズ量の遷移領域に関しては、図4では各注入領域の境界を直線で示したけれども、厳密に見れば、各注入領域間には、ドーズ量が連続的に変化している遷移領域が発生する。これは、基板2の上記のような駆動速度の変更は、ほぼ瞬時に完了するけれども、その速度が変わりつつある間にもイオンビーム4が基板2に照射されるからである。しかしこの基板2の駆動速度の変更は、通常は、イオンビーム4が基板2を片道走査する程度の時間内に完了することができるので、この遷移領域の幅は、基板2の駆動速度が変更されるY方向におけるイオンビーム4の寸法をwY (図7参照)とすると、ほぼwY に等しい。従って、この寸法wY を、例えば図7に示す例のように小さくすることによって、遷移領域の幅を小さくすることができる。
【0063】
前述した従来のイオン注入方法では、前述したように、遷移領域の幅を小さくするためには、2次元走査のX、Y両方向におけるイオンビーム4の寸法を小さくする必要がある。即ち、イオンビーム4の断面積を小さくする必要がある。しかし、イオンビームの電流密度は空間電荷効果によって制限されるため、面積の小さなイオンビーム4のビーム電流は小さく制限される。従って前記従来技術においては、遷移領域の幅を小さくすると、基板2の処理に使えるビーム電流が小さくなり、実用的でなくなる。
【0064】
これに対して、上記実施例では、上記のように、遷移領域の幅を小さくするためにはY方向におけるイオンビーム4の寸法wY だけを小さくすれば良く、もう一つの次元における、即ちX方向におけるイオンビーム4の寸法wX は小さくする必要がなく、むしろ大きくしても良い。例えば図7に示す例のように、イオンビーム4の断面形状をwX >wY の長円形にしても良いので、イオンビームの面積の減少を抑えて、基板2の処理に使えるビーム電流の減少を防止することができる。従って実用的である。
【0065】
上記のようなイオンビーム4の寸法(断面形状)の変更は、例えば、前記Qレンズ16によって行うことができる。
【0066】
また、上記実施例では、速度を変更する方向は上記のようにY方向の1次元であり、しかも基板2のY方向の駆動速度を変更するだけであって従来例のようなイオンビーム4の瞬時の方向反転や、基板2の瞬時の駆動・停止を行う必要はなく、また基板2を上記のように回転させることも、それ自体は公知の簡単な技術によって行うことができる。従って、ハイブリッドスキャン方式の場合でも、上記のような制御は簡単であり、かつ機構も複雑にせずに済む。
【0067】
次に、一つの基板2の面内に互いにドーズ量の異なる四つの注入領域S1 〜S4 を形成する場合のより具体例を図8を参照して説明する。
【0068】
ここでは、第1の注入工程ではB1 方向を下にして、注入領域S1 とS2 とを互いに同じドーズ量で注入し、注入領域S3 とS4 とを互いに同じドーズ量で注入する。それに続く回転工程では、B2 方向が下になるように、基板2を反時計方向に90度回転させる。それに続く第2の注入工程では、注入領域S2 とS3 とを互いに同じドーズ量で注入し、S1 とS4 とを互いに同じドーズ量で注入する。
【0069】
駆動装置32による基板2の駆動速度v(t)については、駆動速度の比例定数Kを用いた形で次のように表現する。このKの取り得る値は、理論的には、0より大きい正の数であるが、実用的には1の近傍の値になるであろう。より具体的には、例えば、1の±数十%程度の範囲内になるであろう。
【0070】
【数8】
vK (t)=v(t)/K
【0071】
従ってドーズ量Dは、駆動速度に反比例するから、次式のように表される。
【0072】
【数9】
DK =K・D
【0073】
上記比例定数Kの値を、制御装置36で制御する。具体的には、前述したように、基板2の中心部2aでこの比例定数Kの値を変更することによって、基板2のY方向の駆動速度を変更する。
【0074】
図8の例で、第1の注入工程における基板2の下半分における(即ち基板2の下半分にイオンビーム4が照射されている状態における)比例定数Kの値を1とし、基板2の上半分における比例定数Kの値をxとしたとき、注入領域S3 およびS4 におけるドーズ量をaと表現すると、注入領域S1 およびS2 におけるドーズ量はx・aとなる。
【0075】
同様に、第2の注入工程における基板2の下半分における比例定数Kの値を1とし、基板2の上半分における比例定数Kの値をyとしたとき、注入領域S1 およびS4 におけるドーズ量をaと表現すると、注入領域S2 およびS3 におけるドーズ量はy・aとなる。ここでは、第1の注入工程と第2の注入工程とで、基板2のY方向の駆動回数は同じにすることにしている。
【0076】
以上の結果をまとめると表2のようになる。
【0077】
【表2】
【0078】
上記各注入領域S1 〜S4 の合計のドーズ量を、それぞれ、αD、βD、γDおよびDと呼ぶことにすると、次式となる。
【0079】
【数10】
(x+1)a=αD
(x+y)a=βD
(1+y)a=γD
2a=D
【0080】
これらの式を解くと、次式が成り立つ。
【0081】
【数11】
x=2α−1
y=2γ−1
ただし、α−β+γ=1
【0082】
従って、各注入領域S1 〜S4 の希望のドーズ量αD、βD、γDおよびDを使って、上記駆動速度の比例定数Kのより具体的な値xおよびyを表すことができる。逆に言えば、駆動装置32による基板2のY方向の駆動速度を上記xおよびyに従って変化させることによって、各注入領域S1 〜S4 におけるドーズ量を制御することができる。ただし、完全に自由に制御できるわけではなく、α−β+γ=1という制約を受ける。
【0083】
上記原理を使って、どの程度ドーズ量を制御することができるかの例を以下に示す。
【0084】
例えば、ドーズ量を最大10%程度の幅内で変化させる場合を挙げる。(x,y)=(1.06,1.12)を使用すると、(α,β,γ)=(1.03,1.09,1.06)となり、基本ドーズ量の1.00倍、1.03倍、1.06倍および1.09倍の四つの注入領域が、1枚の基板2内で実現される。
【0085】
ドーズ量を最大30%程度の幅内で変化させる場合を挙げる。(x,y)=(1.20,1.40)を使用すると、(α,β,γ)=(1.10,1.30,1.20)となり、基本ドーズ量の1.00倍、1.10倍、1.20倍および1.30倍の四つの注入領域が、1枚の基板2内で実現される。
【0086】
更に大きな変化をさせることも可能である。(x,y)=(1.80,2.60)を使用すると、(α,β,γ)=(1.40,2.20,1.80)となり、基本ドーズ量の1.00倍、1.40倍、1.80倍および2.20倍の四つの注入領域が、1枚の基板2内で実現される。
【0087】
次に、イオンビーム4をX方向に走査する速度を基板2の中心部2aで変更することによって、注入領域を分割する例を図9〜図11を参照して説明する。
【0088】
通常のイオン注入方法および装置では、前記走査マグネット20と共に走査装置を構成する走査電源22から走査マグネット20に供給する走査出力P(t)(これは、走査器がこの例のように走査マグネット20である場合は走査電流、走査器が走査電極の場合は走査電圧)の波形は、基本的には、図10A中に2点鎖線で示すような傾きが一定の三角形をしており、基板2上でのイオンビーム4の走査速度s(t)は一定である。
【0089】
これに対して、この実施例では、図10A中に実線で示すように、走査出力P(t)の傾きを、基板2の中心部2aで変化させる。この例では、図9の左半分の走査領域E1 よりも右半分の走査領域E2 における傾きを小さくする。その結果、図10Bに示すように、走査領域E1 よりも走査領域E2 の方がイオンビーム4の走査速度s(t)は小さくなる。従って、走査領域E1 よりも走査領域E2 の方がドーズ量は大きくなる。なお、ここでは、走査速度s(t)の符号は、図9においてイオンビーム4が右向きに走査される場合をプラス、左向きに走査される場合をマイナスとしている。
【0090】
制御装置36は、この実施例では、基板2のY方向の前記のような駆動速度を変更する制御を行う代わりに、走査電源22を制御して、走査出力P(t)の傾きを上記のように変更する制御を行う。イオンビーム4が基板2の中心部2aに来たことは、当該イオンビーム4の走査を行う走査電源22自身が把握している。
【0091】
一方、基板2は、Y方向に、制御装置36による制御下で前述したようにJ(t)/v(t)が一定になるように駆動されている。
【0092】
上記のようなイオンビーム走査と基板駆動との併用による1回の注入工程によって、図11に示すように、基板2を互いにドーズ量の異なる(この例ではDE <DF )二つの注入領域RE およびRF を形成することができる。両者のドーズ量DE 、DF の差は、走査出力P(t)の傾きの差によって制御することができる。
【0093】
このような注入工程を複数回実施すると共に、その各注入工程の合間に前述したような基板2の回転工程を1回ずつ実施することによって、図3〜図6に示した例の場合と同様に、一つの基板2の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。この場合も、数5〜数7および表1が適用される。
【0094】
上記のように走査出力P(t)の傾きを基板2の中心部2aで変えることは、公知の技術によって簡単に実現することができる。例えば、走査電源22を、任意の波形の信号を発生させる信号発生器と、その信号を増幅して走査出力P(t)を出力するアンプとを用いて構成することによって、簡単に実現することができる。
【0095】
この実施例(イオン注入方法およびイオン注入装置)の場合も、上記実施例の場合と同様の効果を奏する。即ち、イオンビーム4を走査する速度を基板2の中心部2aで変更するものであって、従来例のように基板2の面内でイオンビーム4の走査方向を反転させるものではないので、即ち基板2上でイオンビーム4が静止することはないので、基板2の面内に過注入領域を発生させずに済む。
【0096】
ドーズ量の遷移領域に関しては、イオンビーム4の走査速度が変更されるX方向におけるイオンビーム4の寸法wX を、例えば図9に示す例のように小さくすることによって、遷移領域の幅を小さくすることができる。ビーム電流の減少は、イオンビーム4のY方向の寸法wY を大きくすることによって防止することができる。
【0097】
また、イオンビーム4の走査速度の変更や基板2の前述したような回転は、上述したように簡単に行うことができるので、制御や機構を複雑にせずに済む。
【0098】
以上は、ハイブリッドスキャン方式の場合の例であるけれども、上記のような技術は、イオンビーム4をX方向およびY方向にそれぞれ往復走査して、基板2の全面にイオン注入を行うラスタースキャン方式のイオン注入方法およびイオン注入装置にも適用することができる。ただしこの場合も、上記のような回転装置30は備えておく。上記制御装置36は、この回転装置30およびイオンビーム4の上記走査を行う走査装置を制御する。
【0099】
この場合は、例えば、注入工程においては、イオンビーム4のY方向の走査速度は一定にしておいて、イオンビーム4のX方向の走査速度を、図9および図10を参照して上述したように、基板2の中心部2aで変更すれば良い。勿論その逆でも良い。
【0100】
また、基板2の回転は、イオンビーム4を基板2から外している間に行えば良い。必要があれば、基板2の所定角度の回転が完了するまで、イオンビーム4の走査を、基板2外で止めれば良い。
【0101】
このようなラスタースキャン方式のイオン注入方法およびイオン注入装置の場合も、上記ハイブリッドスキャン方式の場合とほぼ同様の作用効果を奏する。
【0102】
即ち、1回の注入工程によって基板2を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行うので、これと回転工程とを組み合わせることによって、一つの基板2の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。
【0103】
しかも、イオンビーム4を走査する速度を基板2の中心部2aで変更するだけであって、従来例のようにイオンビーム4の走査方向を基板2の面内で反転させるものではないので、即ち基板2上でイオンビーム4が静止することはないので、基板2の面内に過注入領域を発生させずに済む。
【0104】
また、イオンビーム4を走査する速度を変更する方向は、X方向またはY方向の1次元であるので、イオンビーム4の寸法を当該次元においてのみ小さくすることによって、ビーム電流の減少を防止しつつ、遷移領域の幅を小さくすることができる。
【0105】
また、イオンビーム4の走査速度を変更する方向は上記のように1次元であり、しかも走査速度を変更するだけであるので、制御は簡単である。基板2の回転は、前記のように公知の簡単な技術によって行うことができる。従って、上記のような制御は簡単であり、かつ機構も複雑にせずに済む。
【0106】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。しかも、過注入領域を発生させずに済み、かつビーム電流の減少を防止しつつドーズ量の遷移領域の幅を小さくすることができる。また、制御も簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るイオン注入方法を実施するイオン注入装置の一例を示す概略平面図である。
【図2】図1のイオン注入装置の基板周りの一例を拡大して示す概略側面図である。
【図3】この発明に係るイオン注入方法の一例を示す工程図である。
【図4】図3に示したイオン注入方法を基板を用いて示す工程図である。
【図5】この発明に係るイオン注入方法の他の例を示す工程図である。
【図6】この発明に係るイオン注入方法の更に他の例を示す工程図である。
【図7】イオンビームの断面形状の一例を基板と共に示す図である。
【図8】一つの基板の面内に互いにドーズ量の異なる四つの注入領域を形成する場合のより具体例を説明するための図である。
【図9】イオンビームを走査する速度を基板の中心部で変更する場合のイオン注入方法の一例を説明するための図である。
【図10】イオンビームを走査する速度を基板の中心部で変更する場合のイオン注入方法におけるイオンビームの走査出力(A)および走査速度(B)の一例を示す図である。
【図11】図10のイオン注入方法によって得られる注入領域を示す図である。
【図12】従来のイオン注入方法の一例を示す工程図である。
【図13】従来のイオン注入方法によって基板上に発生する過注入領域を示す図である。
【図14】従来のイオン注入方法によって基板上に発生する遷移領域を示す図である。
【符号の説明】
2 基板
2a 中心部
4 イオンビーム
20 走査マグネット
22 走査電源
28 ホルダ
30 回転装置
32 駆動装置
36 制御装置
Claims (4)
- イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査することと、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動することとを併用して、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方法において、
イオンビームを走査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することを特徴とするイオン注入方法。 - イオンビームを電界または磁界によってX方向に往復走査する走査装置と、基板を前記X方向と実質的に直交するY方向に機械的に往復駆動する駆動装置とを備えていて、基板の全面にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、
前記走査装置および前記駆動装置の内の一方ならびに前記回転装置を制御して、イオンビームを走査する速度および基板を駆動する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。 - イオンビームを電界または磁界によってX方向およびそれに直交するY方向にそれぞれ往復走査して、基板の全面にイオン注入を行うイオン注入方法において、
イオンビームをX方向に走査する速度およびY方向に走査する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施することを特徴とするイオン注入方法。 - イオンビームを電界または磁界によってX方向およびそれに直交するY方向にそれぞれ往復走査する走査装置を備えていて、基板の全面にイオン注入を行う構成のイオン注入装置において、
基板をその中心部を中心にして回転させる回転装置と、
前記走査装置および前記回転装置を制御して、イオンビームをX方向に走査する速度およびY方向に走査する速度の内の一方を基板の中心部で変更することによって、基板を互いにドーズ量の異なる二つの注入領域に分けてイオン注入を行う注入工程を複数回実施すると共に、この各注入工程の合間であってイオンビームが基板に当たっていない間に、基板をその中心部を中心にして所定の角度だけ回転させる回転工程をそれぞれ実施する制御を行う制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
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