KR100846110B1 - 이온주입장치 및 이온주입방법 - Google Patents

이온주입장치 및 이온주입방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것으로, 그 과제는 레지스트막을 사용하지 않고, 반도체기판의 특정영역에 소정의 주입 에너지, 주입 도우시즈로 주입할 수 있는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은, 다가 이온원(1A)과 대전류 이온원(1B)를 동일한 질량분리부(2)에 접속하고, 어느 것으로부터 끌어내어지는 이온을 가속부(3)로 가속하고, 구경가변 에퍼처(4), 초점위치변경 렌즈(5), 빔스캐너(6), 콜리메터 렌즈(7)를 구비한 빔 라인부(10B)로 보낸다. 빔 라인부(10B)에서는, 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔은 직경을 줄이고, 엔드스테이션(10C)내의 반도체기판(W)상에 수속시켜 스캔하고, 높은 도우시즈 레벨의 이온빔은 콜리메터 렌즈(7)의 초점위치에서 수속시켜 디포커스시켜 비교적 큰 직경의 평행광으로 하고, 스캔시키지 않고, 엔드스테이션(10C)의 주입영역제한 마스크(12)를 통해 반도체기판(W)으로 주입한다.

Description

이온주입장치 및 이온주입방법{Ion implantation system and ion implantation method}
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 이온주입장치의 구성도이다.
도 2는 1 칩단위의 주입용의 주입영역제한 마스크(mask)를 예시하는 평면도로, 도2a 및 도2b는 다른 주입영역에 대하는 것이다.
도 3은 4 칩단위의 주입용의 주입영역제한 마스크를 예시하는 평면도이다.
도 4는 회전가능한 원판에 개공 페턴(pattern)이 다른 4종의 칩 규격의 개공부가 형성된 주입영역제한 마스크를 도시한 평면도이다.
도 5는 활동적 제어제진대(制御除振台)의 일례의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태의 이온주입장치의 다가(多價) 이온 원에 의한 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔에 의한 반도체 기판에의 고정밀도의 이온주입을 설명하는 그림이다.
도 7은 같은 다가 이온원에 의한 높은 도우시즈 레벨의 이온빔에 의한 반도체 기판으로의 국부적인 이온주입을 설명하는 그림이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태의 이온주입장치의 대 전류 이온 원에 의한 높은 도우시즈 레벨의 이온빔에 의한 반도체 기판에의 국부적인 이온주입을 설명하는 그림이다.
도 9는 같은 대 전류 이온 원에 의한 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔에 의한 반도체 기판에의 고정밀도의 이온주입을 설명하는 그림이다.
도 10은 반도체 기판, 칩, 주입영역 제한마스크, 스포트 빔과의 관계를 상세히 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 평면도이다.
도 12는 반도체 기판, 칩, 주입영역 제한마스크, 스캔 빔과의 관계를 상세히 도시한 단면도이다.
도 13은 도 12의 평면도이다.
*부호의 설명*
1 : 이온주입장치 1A : 다가 이온 원
1B : 대 전류 이온 원 2 : 질량분리부
3 : 가속부 4 : 구경가변 에퍼처
5 : 초점위치변경 렌즈 6 : 빔 스캐너
7 : 콜리메터(Collimator) 렌즈 10A : 고전압 터미널
10B : 빔라인부 10C : 엔드스테이션
12 : 주입영역제한 마스크 15 : 빔 모니터
21 : 활동적제어제진대(制御除振台) W : 반도체기판
G : 간격
본 발명은 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이며, 더욱 자세히는, 반도체장치의 반도체기판 내나 FPD(flat-panel display)장치에 있어서의 유리기판상의 소자형성용 반도체막 내의 특정영역으로의 불순물 이온의 주입 시에, 주입 에너지 및 주입 도우스(dose; 선량)를 적절히 선택하는 것이 가능한 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.
반도체장치 또는 FPD 장치의 제조공정에 있어서는, 반도체기판의 특정영역, 또는 유리기판상의 소자형성용 반도체막의 특정영역에 불순물 이온을 도핑하는 공정이 있어 이온주입장치를 이용해 행하여지지만, 특정영역에만 이온 주입하는 것이 필요하기 때문에, 일반적으로는 리소그래피 기술을 조합해 이온주입이 행하여지고 있다. 또 이후에서는, 반도체기판과 소자형성용 반도체 막을 모두 반도체기판으로 칭한다. 상기의 리소그래피 공정에서는, 반도체기판의 전면에 감광성 고분자막인 레지스트막을 형성하고, 소정의 형상 페턴의 마스크를 통해 노광하여 현상하여, 이온 주입해야 할 특정영역의 레지스트 막을 제거한 뒤, 반도체기판의 전면에 이온빔을 스캔시키는 것에 의해 특정영역에 이온을 주입하고, 그 후, 남아 있는 레지스트 막을 제거하는 방법이다.
상기와 같은 방법에서는 우선 반도체기판의 전면에 이온빔을 스캔시키는 경우, 반도체기판에 대하는 이온빔의 입사각도가 일반적으로는 수직한 것이 요구되기 때문에, 이온주입장치의 이온 원에서 반도체기판까지의 거리는 크지 않을 수가 없지만, 금후에 채용이 예정되어 있는 예컨대 지름 300㎜φ의 기판과 같이 반도체기 판의 규격이 크게 된 경우에는, 이온주입장치도 대형화하여 가격의 상승을 초래한다고 하는 문제가 있다. 이 문제에 대해서는, 예컨대 일본 특개평 11-288680호 공보에는 빔 차폐 마스크를 반도체 기판 상에서 X방향과 Y방향으로 스캔시킴으로써 1 칩 단위 또는 수 칩 단위로 이온을 주입함으로써 장치를 소형화하는 기술이 개시되고 있다.
게다가, 상기와 같은 반도체기판의 특정영역으로의 불순물 이온의 도핑은 주입 이온 종류, 주입 에너지, 주입 도우스가 다른 주입이 필요하고, 이온주입공정에 한정해도 레지스트 막을 형성하여 이온 주입하는 작업을 5∼10회 되풀이하는 것이 필요하여 이온주입공정은 지극히 번잡한 공정이다. 또한 레지스트 막을 사용하는 프로세스는 웨트 프로세스(wet process)이기 때문에 폐액(廢液)을 안전히 처리해야 한다. 이 문제에 대하여 일본 특허공개 2000-3881호 공보에는 일본 특허 공개평 11-288680호 공보에 개시한 이온주입장치에 고안을 가하여 빔 차폐 마스크 대신에 반도체기판의 이온 주입하는 특정영역에만 개공을 갖는 스텐씰 마스크(stencil mask)를 반도체기판으로부터 약 50㎛ 이하의 간격을 두고 배치하는 이온주입장치가 개시되어 있다.
또, 일본 특개평 6-308300호 기재의 「이온주입장치및 방법」에 의하면, 그 실시예로 기재되어 있는 바와 같이 RF 이온 원과 CS 스퍼터링(sputtering) 이온 원을 동일한 분리 전자석에 도입하고 있고, 이 분리전자석은 이들 2개의 이온 원 중 한편을 선택하는 활동 외에, 이온 원에서 끌어 내여 진 빔으로부터 원하는 이온을 골라내는 데 사용된다고 그 명세서의 [0076] 단락에 기재되어 있다. 그러나, 이들 이온 원은 저 에너지의 싱글 이온(단일의 이온) 또는 고 에너지의 싱글 이온을 선택하는 것 이어서 최종의 공정에서는 SEM 첨부 타겟트 쳄버 또는 PIXE용 챔버에 도입하고 있다. 반도체기판의 특수영역에 선택적으로 여러 개의 이온을 주입하는 것이 아니다. 또한 상술한 바와 같이 상기 공보로서는 1개의 단일의 고 에너지 또는 저 에너지의 이온을 시검체(試檢體)에 주입시키는 것이다.
상술한 바와 같이, 이온주입장치의 소형화나 이온주입공정의 합리화에 대한 검토가 되기는 하였지만 반도체기판의 특정영역에 이온 주입하는 경우, 전술의 것같이, 주입 이온 종류, 주입 에너지, 주입 도우즈가 다른 주입을 필요로 하여, 통상은 복수대의 이온주입장치를 필요로 한다.
본 발명은 상술한 문제에 비추어 봐 이루어져, 소형이고 1대이면서 반도체기판의 특정영역에 주입 이온 종류, 주입 에너지, 주입 도우즈가 다른 주입이 가능한 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 과제는 청구항 1 내지 청구항 20의 구성에 의해서 해결되지만, 그 해결수단을 설명하면 다음과 같다.
청구항 1의 이온주입장치는, 이온 원 수단과, 이온의 질량분리부와, 이온의 가속부와, 이온빔의 수속(收束)편향부와, 이온을 반도체기판에 주입하는 엔드스테이션을 구비한 이온주입장치에 있어서, 이온 원 수단은 복수의 이온 원으로 이루어져 이들은 동일한 질량분리부에 접속되어 있고, 해당 질량분리부는 복수의 이온 원 중 하나를 선택 가능하게 하고, 인출되어 질량 분리되는 이온을 동일한 가속부로 이끌도록 구성되어 엔드스테이션내의 반도체기판에 근접하여, 주입영역제한 마스크수단이 설치되어 있는 장치이다. 이러한 이온주입장치는, 하류 측의 가속부, 이온빔의 수속편향부, 엔드스테이션을 공용할 수 있기 때문에, 종래는 적어도 2기를 요한 이온주입장치의 점유면적을 저감시켜 설비 비용을 삭감할 수가 있다.
청구항 2의 이온주입장치에 의하면, 엔드스테이션내의 반도체기판에 근접하여, 복수의 이온 원의 각각에 대응하는 주입영역제한 마스크가 교환 가능하게 설치되는 장치이다. 이러한 이온주입장치는 반도체기판으로의 이온주입에 있어서, 주입영역, 주입 에너지, 및 주입 도우즈를 적절히 선택하는 것이 가능하다.
청구항 3에서는 복수의 이온 원이 2개로 다가 이온 원과 대 전류 이온 원이고, 각각에 적절한 이온주입영역 제한마스크를 선정할 수 있다.
청구항 4의 이온주입장치는, 수속편향부가, 이온빔 직경 조정용의 구경가변 에퍼처(Aperture)와, 이온빔을 반도체 기판 상에 수속(收束)시키던가 또는 하류 측의 콜리메터(Collimator)의 초점영역에 수속시키는 초점위치변경 렌즈와, 이온빔을 주입영역제한 마스크 상에서 스캔시키던가 또는 스캔시키지 않는 빔 스캐너와, 이온빔을 평행화 시키는 콜리메터를 가지고 있는 장치이다.
이러한 이온주입장치는, 한편으로는, 이온빔을 구경가변 에퍼처에 의해서 비교적 소경으로 조정하고, 초점위치변경 렌즈에 의해서 빔 스캐너의 축심부를 통과하여 반도체 기판 상에서 수속하도록 한 이온빔을 빔 스캐너로 스캔시켜, 콜리메터에 의해서 평행화시켜 엔드스테이션으로 이끌고, 다른 한편으로서는, 이온빔을 구경가변 에퍼처에 의해서 비교적 큰 직경으로 조정하고, 초점위치변경 렌즈에 의해서 빔 스캐너의 축심부에서 하류 측의 콜리메터의 초점영역으로 수속시키고, 계속해서 디포커스(defocus)되는 이온빔을 스캔시키지 않고, 콜리메터에 의해서 평행화시켜 엔드스테이션으로 이끄는 것을 가능하게 한다. 또, 구경가변 에퍼처는 반도체 기판으로 입사하는 이온빔의 확대 각을 조정하기 위해서, 확대 각의 큰 빔 성분을 잘라내는 역할도 부담하고 있다.
청구항 5의 이온주입장치는, 주입영역제한 마스크수단과 반도체기판과의 간격을 소정의 값으로 유지하도록, 상기 간격의 측정기기에 의한 측정치 또는 미리 계측된 반도체 기판의 휘어짐의 맵핑(mapping)에 따라서 반도체기판의 위치가 조정되는 장치이다. 이러한 이온주입장치는 반도체기판이 그 휘어짐에 의해서 주입영역 제한 마스크와 접촉하거나 간격이 크게 되어 이온이 주입영역 외로 넓어져 주입되는 것을 회피할 수 있다.
청구항 6의 이온주입장치는, 엔드스테이션 내에 이온빔의 평행도 및 밀도분포를 모니터하는 모니터가 이온주입영역제한 마스크수단의 상류 측 또는 하류 측으로 삽입 가능하게 설치되어 있는 장치이다. 이러한 이온주입장치는, 이온주입에 앞서, 이온빔의 평행도 및 밀도분포를 계측하여 그들이 소정의 범위 내에 없을 때는 상류 측 이온빔의 수속편향부에서 구경가변 에퍼처나 초점위치변경 렌즈를 조정하던가 혹은 빔 스캔 속도를 변조하고 이온주입의 균일화 및 빔 형상의 고정밀도화를 꾀할 수 있다.
청구항 7의 이온주입장치는, 엔드스테이션내에 이온 주입된 반도체기판내의 특정영역을 열처리하기 위한 레이저 열처리기기가 설치되어 있는 장치이다. 이러한 이온주입장치는 특정영역으로의 이온주입의 종료 후 단시간 중에 열처리하는 것이 가능하다.
청구항 8의 이온주입장치는, 엔드스테이션이 온도 제어된 폐 공간 내에 단독으로 설치되어 있는 장치이다. 이러한 이온주입장치는 이온주입에 의한 주입영역제한 마스크의 온도상승 내지는 환경온도의 변동에 의한 주입영역제한 마스크와 반도체기판과의 간격의 변화 또는 정렬 정밀도의 열화를 회피할 수 있다.
청구항 9의 이온주입장치는, 엔드스테이션이 활동적 제어제진대에 설치되어 있는 장치이다. 이러한 이온주입장치는 엔드스테이션의 진동을 상쇄하도록 진동을 엔드스테이션에 주는 것에 의해 엔드스테이션을 실질적으로 무진동화시킬 수 있어 반도체기판에 대한 주입영역제한 마스크의 위치 맞춤을 간이화, 단시간화시켜 더욱 진동계속시간을 단축할 수 있다.
청구항 10의 이온주입장치에 의하면 질량분리부의 자장의 강도를 바꿔 이온의 궤도반경을 바꾸는 것에 의해 이온 원의 선택을 할 수 있다.
청구항 11의 이온주입방법은, 이온 원에서 이온을 끌어내어 질량분리하는 공정과, 이온을 가속하는 공정과, 이온빔을 수속 편향시키는 공정과, 이온을 반도체기판에 주입하는 공정을 갖는 이온주입방법에 있어서, 이온 원 수단으로부터 이온을 끌어내어 질량분리하는 공정이, 복수의 이온 원으로 되는 이온 원 수단 중 어느 이온 원을 선택하고, 끌어내어지는 이온을 동일한 질량분리부에서 질량분리하여 동일 가속부로 이끄는 주입방법이다. 이러한 이온주입방법은 질량분리공정 외에 하류 측의 이온의 가속공정, 이온빔의 수속편향공정, 이온의 주입공정에서 동일한 장치기기를 공용할 수가 있기 때문에 종래 적어도 2기를 요한 이온주입공정에서의 기기가 차지하는 면적을 저감시켜 설비비용을 삭감한다.
청구항 12 및 13의 이온주입방법은, 이온을 반도체기판에 주입하는 공정이, 선택된 이온 원에 대응하여 설정된 주입영역제한 마스크를 통해 이온주입을 하는 주입방법이다. 이러한 이온주입방법은 반도체기판내의 특정영역으로의 이온주입 시에, 적절한 주입 이온 종류, 주입 에너지, 주입 도우즈의 주입을 가능하게 한다. 청구항 13은 2개의 이온 원으로서 다가 이온 원과 대 전류 이온 원을 설치한 경우이다.
청구항 14의 이온주입방법은, 이온빔을 수속편향시키는 공정이, 다가 이온 원 또는 대 전류 이온 원에서의 바닥으로부터 가운데의 도우시즈(dosage; 주입량) 레벨(1011∼1014 이온/㎠)의 이온빔은 구경가변 에퍼처에 의해서 비교적 소경으로 조정하고, 초점위치변경 렌즈에 의해서 반도체 기판 상에 수속시켜, 빔 스캐너에 의해서 주입영역제한 마스크 수단 상을 스캔시켜, 콜리메터에 의해서 평행화시키고, 다른 한편, 높은 도우시즈 레벨(1014∼1016 이온/㎠)의 이온빔은 구경가변 에퍼처에 의해서 비교적 큰 직경으로 조정하고, 초점위치변경 렌즈에 의해서 콜리메터의 초점영역에 수속시켜 디포커스(defocus)시키고, 빔 스캐너는 단지 통과시켜서, 콜리메터에 의해서 이온빔을 평행화하여 상기 엔드스테이션으로 보내는 주입방법이다. 이러한 이온주입방법은 반도체 기판 상에 수속되어 스캔되는 이온빔에 의해서, 주입영역제한 마스크의 개공부(開孔部)를 사이에 끼워, 주입영역, 주입깊이, 주입 도우시즈를 고정밀도로 관리하여 이온 주입하는 것, 또는, 일단 수속된 뒤에 디포커스되고 스캔은 되지 않는 이온빔에 의해서, 주입영역제한 마스크의 개공부분을 통해서 국부적으로 대량의 불순물을 단시간에 주입하는 것을 가능하게 한다.
청구항 15의 이온주입방법은, 주입영역제한 마스크수단을 통해 이온 주입할 시에, 주입영역제한 마스크수단과 반도체기판과의 간격의 측정치 또는 미리 구한 반도체기판의 휘어짐의 맵핑에 따라서, 상기의 간격이 소정의 값으로 되도록 반도체기판의 보지위치를 이동시켜 이온 주입하는 방법이다. 이러한 이온주입방법은 반도체기판이 그 휘어짐에 의해서 주입영역제한 마스크와 접촉하거나, 간격이 크게 되어 이온이 주입영역 밖으로 넓어져 주입되는 것을 회피할 수 있다.
청구항 16의 이온주입방법은, 이온주입의 개시 전에 이온빔의 평행도 및 밀도분포를 측정하고, 평행도 및 밀도분포가 소정의 범위 내가 되도록 이온빔의 수속편향공정을 조정하는 방법이다. 이러한 이온주입방법은 이온빔의 평행도 및 밀도분포가 소정의 범위 내에 없을 때는 이온빔의 수속편향공정에서 구경가변 에퍼처나 초점위치변경 렌즈를 조정하던가, 혹은 이온빔의 스캔 속도를 변조하여 이온주입의 균일화 및 빔 형상의 고정밀도화를 꾀할 수 있다.
청구항 17의 이온주입방법은, 이온 주입된 반도체기판의 특정영역을 엔드스테이션내에서 열처리하는 방법이다. 이러한 이온주입방법은 이온주입의 개시로부터 열처리의 완료까지의 시간을 짧게 하여 이온주입장치로 반도체기판을 장입하고나서 집어내기까지의 시간을 단축한다.
청구항 18의 이온주입방법은, 엔드스테이션을 온도 조정된 폐공간 내에 단독으로 설치하여 이온 주입하는 방법이다. 이러한 이온주입방법은 이온주입에 의한 온도상승 내지는 환경온도의 변동에 의한 주입영역제한 마스크와 반도체기판과의 간격 및 정렬 정밀도의 열화를 억제한다.
청구항 19의 이온주입방법은, 엔드스테이션을 활동적 제어제진대 위에 설치한 상태로 이온 주입하는 방법이다. 이러한 이온주입방법은 엔드스테이션의 진동을 상쇄하도록 하는 진동을 엔드스테이션에 주는 것에 의해 엔드스테이션을 실질적으로 무진동화시키는 수 있어 반도체기판에 대한 주입영역제한 마스크수단의 위치 맞춤을 간이화시켜 단시간화 시킨다.
청구항 20의 이온주입방법에 의하면 질량분리부의 자장의 강도를 바꿔 이온 원의 선택을 할 수 있다.
[발명의 실시의 형태]
본 발명의 실시의 형태에 의한 이온주입장치 및 이온주입방법은, 상술한 바와 같이, 이온 원 수단으로서 다가 이온 원과 대 전류 이온 원이 동일한 질량분리부에 접속되어 있고, 다가 이온 원과 대 전류 이온 원 중 한편을 여기서 선택하여, 끌어내어지는 이온을 질량분리하여, 동일한 가속부로 이끌 수 있도록 한 것이다.
도 1은 본 발명의 이온주입장치의 구성의 일례를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1에 도시한 바와 같이 이온주입장치(1)의 전체는 고전압 터미널(10A), 빔라인부(10B), 엔드스테이션(10C)으로 이루어지는 진공계이다. 고전압 터미널(10A)에는 고 에너지에서의 이온주입이 가능한 다가 이온 원(1A)과, 높은 도우시즈에서의 이온주입이 가능한 대 전류 이온 원(1B)이 설치되어 있고, 각각은 질량분리부(2)에 접속되어 있다. 그리고, 다가 이온 원(1A)과 대 전류 이온 원(1B)들 중 한편을 선택하여 이온주입이 행하여진다.
고전압 터미널(10A)에는 이온을 소정의 에너지로 가속하는 가속부(3)가 취부되어 있고, 그 후 단의 빔 라인부(10B)에는, 구경가변 에퍼처(4), 초점위치변경 렌즈(5), 빔 스캐너(6), 콜리메터 렌즈(7)가 설치된다. 그리고, 엔드스테이션(10C)에는 X-Y-Z 스테이지(stage; 19)에 의해서 X축, Y축, Z축 방향으로 이동 가능하게 한 기판보지부(18)에 반도체기판(W)이 고정되어 있고, 반도체기판(W)의 위쪽에 근접하여 배치되는 주입영역제한 마스크(12)를 통해 반도체기판(W)에 이온주입이 행하여진다.
반도체장치의 웰이나 체널의 형성 시와 같이, 반도체기판(W) 내의 특정깊이에 있어서의 불순물 농도를 제어하여 원하는 불순물 분포를 형성시키기 위한 고정밀도의 주입에는 통상은 고 에너지의 이온빔에 의한 주입이 행하여져 가속 에너지가 200keV∼3MeV의 열음극형 이온 원{예컨대 버너스형(Bernas type)이나 프리맨형(Freeman type)의 이온 원}또는 ECR(전자 사이크로트론 공명)형 이온 원의 다가 이온 원(1A)이 사용된다. 그리고, 반도체기판(W)의 특정영역에 1011∼1014 이온/㎠ 정도의 바닥부터 중간의 도우시즈 레벨에서의 이온주입이 행하여진다. 물론, 1014∼1015 이온/㎠ 정도의 높은 도우시즈 레벨의 이온주입을 하더라도 좋고 도우시즈 레벨은 적절히 선택된다. 다가 이온 원(1A)에서는, B2+, 또는 P2+, P3+, P4+, 또는 As2+, As3+, As4+와 같은 이온이 형성된다.
또한, 반도체장치의 소스(source)나 드레인(drain)의 형성 시와 같이, 반도체기판(W)의 비교적 얕은 영역에 불순물을 고농도로 주입하기 위해서는 통상은 높은 도우시즈의 이온빔에 의한 주입이 행하여져, 가속 에너지가 5∼200keV의 열음극형 이온 원의 대 전류 이온 원(1B)이 사용된다. 즉, 수 mA의 전류로 1014∼1016 이온/㎠ 정도의 높은 도우시즈 레벨의 주입이 행하여진다. 물론, 1011∼1014 이온/㎠ 정도의 바닥부터 중간의 도우시즈 레벨의 이온주입을 하더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
다가 이온 원(1A)과 대 전류 이온 원(1B)은 자장의 강도를 바꾸는 것이 가능한 동일한 질량분리부(2)에 접속되고, 질량분리된 이온은 계속되는 동일한 가속부(3)로 도달 할 수 있다. 즉, 동일한 질량분리부(2)에 있어서, 평면적으로 보면, 한편의 이온 원(1A)으로부터의 이온은 큰 반경 R1의 원호 상, 다른 쪽 이온 원(1B)으로부터의 이온은 작은 반경 R2의 원호 상에 구부러져 이온분리 된다. 통상적으로는 한편의 이온 원, 예컨대 다가 이온 원(1A)이 사용되고 있는 경우, 연속적으로 사용되는 것이 많기 때문에 다른 쪽의 대 전류 이온 원(1B)은 휴지(休止)된다. 그리고, 이온 원을 변경하는 경우에는 질량분리부(2)에 인가되는 자장의 강도를 변경시킨다.
이상 기술한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는 질량분리부에서 자장의 강도 를 바꾸는 것에 의해 각 이온 원에서의 이온빔의 궤도를 바꾸도록 하고 있기 때문에 양 이온 원(1A, 1B)을 항상 구동해 두고, 반도체기판에 주입해야 할 이온 에너지나 이온 종류를 연속적으로 변경시킬 수 있다. 즉, 자장 일정에서는 각각의 궤도를 취함에 의해 다른 쪽은 질량분리되어 버리기 때문이다. 물론, 에너지 절약의 관점이나 혹은 진공실내의 오염을 되도록 이면 감하도록 한편을 구동하고 있을 때는 다른 쪽을 정지시켜 놓더라도 좋다.
질량분리부(2)에 이어서 가속부(3)에 있어서, 이온은 소정의 에너지까지 가속되지만 일반적으로는 직류 형태의 가속관이 사용된다.
빔 라인부(10B)에서는 이온빔은 구경가변 에퍼처(4)에 의해서 소정의 직경으로 된다. 예컨대, 고정밀도의 주입을 하기 위한 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔은 통상적으로는 지름 3∼5㎜φ로 되지만, 물론, 이것보다 큰 직경으로 해도 좋다. 또한, 높은 도우시즈 레벨의 이온빔은 통상적으로는 지름 20∼30㎜φ로 되지만, 물론, 이것보다 소 직경이라도 좋다.
초점위치변경 렌즈(5)는 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔을, 후술하는 도 6에 도시한 바와 같이, 엔드스테이션(10C) 내의 반도체기판(W) 상에 수속시키고, 높은 도우시즈 레벨의 이온빔을, 후술하는 도 7에 도시한 바와 같이, 하류 측의 콜리메터 렌즈(7)의 초점영역에 수속시키는 것이다. 따라서, 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔은 거의 그 직경을 유지한 채로 직진하지만, 높은 도우시즈 레벨의 이온빔은 일단 수속된 뒤에 디포커스된다. 이 초점위치변경 렌즈(5)에는 정전기적 또는 자기적인 4중 극 렌즈가 사용된다.
빔 스캐너(6)는, 도 6을 참조하여, 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔을 반도체기판(W)에 근접하여 배치되는 주입영역제한 마스크(12)상에서 스캔시키는 것이다. 높은 도우시즈 레벨의 이온빔이 사용되는 경우에는 빔 스캐너(6)는 휴지된다. 이 빔 스캐너(6)에는 정전기적 또는 자기적인 4중 극 스캐너가 사용된다.
콜리메터 렌즈(7)는 빔 스캐너(6)로 스캔되어 반도체기판(W)에 수속되는 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨에서 소 직경의 이온빔은 거의 그 대로의 상태로 평행화시키고, 높은 도우시즈 레벨의 이온빔은 상술한 바와 같이 그 초점으로부터 디포커스시켜 평행화시키고, 각각 반도체기판(W)에 대하여 수직화시킨다. 이 콜리메터 렌즈(7)에는 정전기적 또는 자기적인 렌즈가 사용되지만 토로이달 코일(toroidal coil)에 의한 것으로서도 좋다.
엔드스테이션(10C)에서는 X-Y-Z 스테이지(19)상의 기판보지부(18)에 반도체기판(W)이 보호 유지되어 있고, X-Y면 내에서의 이동과 Z방향으로의 이동이 가능하게 되어 있다. 또한 반도체기판(W)의 위쪽에 극히 근소한 간격 G를 두고 주입영역제한 마스크(12)가 반도체기판(W) 에 대하여 위치 맞춤 가능하게 배설되어 있다. 상기의 반도체기판(W)과 주입영역제한 마스크(12)와의 간격 G는 50㎛이하, 통상적으로는 10∼20㎛ 정도로 된다.
주입영역제한 마스크(12)는 평면도인 도 2에 도시한 바와 같이, 반도체기판(W)에 형성되는 예컨대 30㎜ 각 칩C 한 개의 면적보다 약간 크거나, 또는 도 3에 도시한 바와 같이, 종횡으로 세운 여러 개의 칩C의 면적보다 약간 큰 면적으로서 작성된다. 또, 도 2, 도 3에 있어서, 일점쇄선은 1개의 칩 규격을 나타 낸다. 또한 주입영역제한 마스크(12)에는 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이, 칩C에 형성시켜야 되는 웰이나 체널, 내지는 소스, 드레인에 대응하는 형상의 개공(13a), 또는 개공(13b)이 각각 복수 설정되고, 그들이 교환하여 사용된다. 물론, 개공(13a)과 개공(13b)을 동일한 주입영역제한 마스크(12)에 마련하여, 한편을 사용하는 경우에는 다른 편을 셔터(shutter)로 덮도록 하더라도 좋다. 또한, 도 2a의 개공(13a)을 하나 걸러서 덮도록 셔터를 마련하더라도 좋다. 게다가, 도 4에 도시한 바와 같이, 원판(12')에 개공 형태가 다른 칩 규격의 개공부 P1, P2, P3 , P4를 마련하고 놓아 용도에 따라서 중심O의 주위에 회전하여 페턴을 선택하도록 하더라도 좋다.
또한, 엔드스테이션(10C) 내에서는 주입영역제한 마스크(12)의 상류 측에 빔 모니터(15)가 대기위치와 이온빔을 가리는 위치와의 사이에서 이동할 수 있도록 설치된다. 즉, 빔 모니터(15)는 이온주입에 앞서 이온빔을 가리도록 삽입되어 이온빔의 평행도 및 밀도분포가 측정된다. 그리고, 평행도 및 밀도분포가 허용 한도의 범위를 넘고 있는 경우에는 빔 라인부(10B)의 초점위치변경 렌즈(5) 또는 구경가변 에퍼처(4)를 조정하던가, 또는 빔 스캐너(6)의 스캔속도를 변조하여 적정화시킨다. 빔 모니터(15)는 전류계 또는 검류계를 이차원으로 나란히 진열한 평면 배열(array)에 의해서 구성할 수 있지만, 작은 페러데이 컵(Faraday cups)을 이차원으로 진열하는 것이 적합하고, 어스펙트(aspect)비가 큰 페러데이 컵을 사용하면 이온빔의 평행도를 고정밀도로 검출할 수가 있다.
게다가, 엔드스테이션(10C)은 이온주입에 의해서 주입영역제한 마스크(12)가 열 팽창하여 주입영역의 치수가 소정의 치수와 다르게 되는 것 이외로, 이온주입장치(1)가 설치되어 있는 실내온도의 변동에 의해서 엔드스테이션(10C) 내의 온도가 변화하여 주입영역제한 마스크(12)가 반도체기판(W)과의 간격 G가 시간적으로 변화하는 것을 막기 위해서 엔드스테이션(10C)을 상류측의 고전압 터미널(10A), 빔 라인부(10B)와는 독립하여 온도 제어하는 것이 바람직하다. 온도제어는 어떠한 방법을 채용하더라도 좋지만, 온도 제어된 항온실내에 엔드스테이션(10C)의 전체를 수용하는 것이 가장 경제적이다.
엔드스테이션(10C)에서는 반도체기판(W)을 기판보지부(18)로 반입하고 반출하는 반송 로보트나 기판(W)을 X, Y, Z방향 및 회전, 경사 구동하는 구동계가 스텝(step)적이고 또한 주기적으로 동작하고 있다. 그 결과, 엔드스테이션(10C)은 반송 로보트 또는 X-Y-Z, θ, 틸트스테이지(Tilt Stage; 19)의 동작에 기인하는 주기적인 진동을 갖고 있고, 반도체기판(W) 에 대하는 주입영역제한 마스크(12)의 위치 맞춤에 시간을 요하고 있고, 또한 잘못된 위치 맞춤을 하는 염려가 있다. 따라서, 엔드스테이션(10C)의 전체를 도 5에 일례를 도시한 바와 같은 활동적 제어제진대(21)상에 설치하는 것이 바람직하다.
활동적 제어제진대(21)는 그 4측면 및 저 면을 공기분출 유닛(22)으로부터 분출되는 공기가 공기용수철(23)로서 지지되어 있다. 그리고, 도 5는 활동적 제어제진대(21)에 의한 엔드스테이션(10C)의 저 면에서의 Z방향 및 X방향의 진동제어기구를 나타낸다. 즉, 공기분출 유닛(22)과의 사이에 구상 스페이서(24)를 통해 압전엑츄에이터(25)가 설정되고, 활동적 제어제진대(21)의 위쪽에는 변위 센서(26, 26')가 설치되고 있고, 각각은 제어기(27)와 접속되어 있다. 그리고, 엔드스테이션(10C)의 진동을 상쇄하도록 역상의 진동을 제어기(27)로부터 압전엑츄에이터(25)에 주고, 또한 변위 센서(26, 26')에 의해서 구해지는 엔드스테이션(10C)의 진동을 피드백 시킨다. 이는 X, Z방향의 진동을 억제 제어하는 것이지만, Y방향에도 같은 제어기구를 마련하는 것에 의해 엔드스테이션(10C)을 실질적으로 무진동화시킬 수 있다. 또, 이 예로서는 공기용수철(23)에 의해서 활동적 제어제진대(21)를 부상시켰지만 자기부상기구를 채용하는 것도 가능하다. 또, X방향용의 변위 센서는 26'으로서 나타낸다.
실시 형태의 이온주입장치(1)는 이상과 같이 구성되고, 다음에 그 이온주입장치(1)에 의한 이온주입방법에 관해서 설명한다. 도 6은 도 1에 도시한 이온주입장치(1)의 다가 이온 원(1A)에 의한 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨(1011∼1014 이온/㎠), 예컨대 도우시즈 레벨이 1012 이온/㎠의 이온빔에 의해서 반도체기판(W)에 이온 주입하는 경우를 설명하는 도면이다. 또, 질량분리부(2)에 있어서의 자장은 강도변경 가능하게 되고 있다. 그리고 엔드스테이션(10C) 내의 주입영역제한 마스크(12)는 도 2a에 도시한 반도체장치의 웰 형성용의 것이 세트되어 있는 것으로 한다. 또한, 도 6에는 도시되어 있지 않지만, 엔드스테이션(10C)은 활동적 제어제진대 위에 있고 실질적으로 무진동화되어 있고, 또한 온도 제어된 폐공간 내에 설치되어 있는 것으로 한다.
고전압 터미널(10A) 내에서 다가 이온 원(1A)이 기동되어 끌어낸 전압 30㎸ 앞에 끌어내어지는 인 이온 P2+가 질량분리부(2)로 질량분리되어, 가속부(3)로 도달하여 에너지 1MeV로 가속된다. 그리고, 가속된 이온빔은 구경가변 에퍼처(4)에 의해서 빔 직경 4㎜φ로 되고, 이어서 초점위치변경 렌즈(5)에 의해서 엔드스테이션(10C) 내의 반도체기판(W) 상에 수속하도록 조정된다. 그리고, 콜리메터 렌즈(7) 및 빔 스캐너(6)가 기동됨에 의해 이온빔은 콜리메터 렌즈(7)에 의해 평행화되어 주입영역 제한마스크(12) 위를 균일히 스캔된다. 그리고, 이온빔이 스캔된 상태에 있을 시에 빔 모니터(15)를 대기위치로부터 이온빔을 가리는 위치로 이동되어 이온빔의 평행도와 밀도분포가 측정되고 필요하면 구경가변 에퍼처(4), 초점위치변경 렌즈(5) 및 빔 스캐너(6)중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해서 조정되어 소정의 범위 내에 있는 것이 확인되면, 빔 모니터(15)는 대기위치로 되돌아가고, 도 2a에 도시한 주입영역제한 마스크(12)의 개공(13a)을 통과하는 이온빔에 의해서 반도체기판(W)으로의 이온주입이 시작된다.
또, 본 실시의 형태에서 빔 평행이란 콜리메터 렌즈(7)의 상류 측에 배설되어 있는 빔 스캐너(6)의 중심 축, 즉 광 축에 평행이라고 하는 의미이다. 또한, 본 실시의 형태에 의한 빔 스캐너(6)에 의하면, X방향 및 Y방향에 빔을 주기적으로 편향시키는 구성으로 되어 있다.
상기는 다가 이온 원(1A)에 의한 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨로 이온주입을 하는 경우이지만, 다가 이온 원(1A)으로부터의 이온의 인출량을 높여, 빔 직경을 줄이지 않고, 또한 주입영역제한 마스크(12)상에서 스캔시키지 않고서, 높은 도우시즈 레벨(1014∼1016 이온/㎠)에서 국부적으로 이온 주입하는 것도 가능하다. 즉, 도 7은 다가 이온 원(1A)에 의한 높은 도우시즈 레벨의 이온빔에 의해서 반도체기판(W)에 이온 주입하는 경우를 설명하는 그림이다. 다가 이온 원(1A)이 기동되어 인출 전압을 높여 예컨대 도우시즈 레벨이 1015 이온/㎠로 한 P2+ 이온의 빔이 질량분리부(2)에서 질량분리되어, 가속부(3)로 도달되어 예컨대 에너지 30keV로 가속된다. 가속된 이온빔은 구경가변 에퍼처(4)에 의해서 빔 직경 30㎜φ로 되고, 이어서 초점위치변경 렌즈(5)에 의해서 하류 측의 콜리메터 렌즈(7)의 초점영역에 수속하도록 줄여지지만, 빔 스캐너(6)는 휴지되어 이온빔은 스캔되지 않는다. 그리고, 콜리메터 렌즈(7)가 기동되는 것에 의해 이온빔은 수속위치로부터 디포커스되어 콜리메터 렌즈(7)로 들어가 평행화되고 주입영역제한 마스크(12)의 전 개구를 포함하는 직경의 빔으로 되어 도달한다. 그 사이에, 이온빔의 평행도, 밀도분포가 빔 모니터(15)에 의해서 체크되는 것은 같다. 그리고, 예컨대 도 2b에 도시한 주입영역제한 마스크(12)의 개공(13b)을 경유하여 반도체기판(W)의 특정영역으로 이온 주입이 행하여진다.
또한, 도 8은 이온주입장치(1)의 대 전류 이온 원(1B)으로부터의 높은 도우시즈 레벨의 이온빔에 의해서 반도체기판(W)에 이온 주입하는 경우를 설명하는 도면이다. 이 경우, 도 6의 다가 이온 원(1A)에서 도 8의 대 전류 이온 원(1B)으로의 바꾸기는 질량분리부(2)에 있어서의 인가 자장의 강도를 바꾸는 것에 의해 행하여진다. 또한, 엔드스테이션(10C) 내의 주입영역제한 마스크(12)는 예컨대 도 2b에 도시한 것이 세트된다.
고전압 터미널(10A) 내에서 대 전류 이온 원(10B)이 기동되고, 예컨대 인출 전압 30㎸ 앞으로 끌어내어지는 도우시즈 레벨 10l5 이온/㎠의 붕소 이온 B1+가 질량분리부(2)로 질량분리되어, 가속부(3)로 도달하여 에너지 30keV에 가속된다. 가속된 이온빔은 구경가변 에퍼처(4)에 의해서 빔 직경 30㎜φ로 되고, 이어서 초점위치변경 렌즈(5)에 의해서 하류 측의 콜리메터 렌즈(7)의 초점영역에 수속하도록 줄여진다. 빔 스캐너(6)는 휴지한 채로 콜리메터 렌즈(7)가 기동되는 것에 의해, 콜리메터 렌즈(7)의 초점영역에 수속된 이온빔은 스캔되는 일없이 수속위치로부터 디포커스되어, 콜리메터 렌즈(7)로 들어와 평행화되고, 엔드스테이션(10C) 내의 주입영역제한 마스크(12)의 전 개구를 포함하는 직경의 빔으로 되어 반도체기판(W)에 도달한다. 그 사이, 스캔되지 않는 이온빔에 대하여, 빔 모니터(15)를 대기위치로부터 이온빔을 가리는 위치로 이동시켜 이온빔의 평행도와 밀도분포가 측정되고, 필요하면 조정되어, 소정의 허용 한도의 범위 내에 있는 것의 확인이 행하여지면, 도 2b의 주입영역제한 마스크(12)의 개공(13b)을 통과하는 이온빔에 의해서 반도체기판(W)의 특정영역으로의 높은 도우시즈 레벨에서의 이온주입이 시작된다.
상기 이외, 대 전류 이온 원(1B)에 의한 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨로 정밀도가 높은 이온주입도 가능하고, 도 9는 그와 같은 이온주입을 설명하는 도면이다. 고전압 터미널(10A) 내에서 대 전류 이온 원(1B)이 기동되고, 전류 치를 낮게 하여 예컨대 1012 이온/㎠의 도우시즈 레벨로 한 붕소 이온 B1+이 질량분리부(2)로 질량분리되고, 가속부(3)로 도달되어 에너지 1MeV로 가속된다. 가속된 이온빔은 구경가변 에퍼처(4)에 의해서 빔 직경 4㎜φ로 되고 이어서 초점위치변경 렌즈(5)에 의해서 엔드스테이션(10C) 내의 반도체기판(W)상에 수속하도록 조정되어진다. 그리고, 빔 스캐너(6), 콜리메터 렌즈(7)가 기동되는 것에 의해 이온빔은 콜리메터 렌즈(7)에 의해서 평행화되어 주입영역제한 마스크(12)상을 균일히 스캔된다. 그 사이의 이온빔의 움직임(拳動)은 도 6에 있어서 설명한 바와 같고 중복을 피하여 더 이상의 설명은 생략한다.
또, 이상의 실시의 형태에서는, X-Y-Z-스테이지(19)는 그 용어대로 X방향, Y방향 및 Z방향으로 이동 가능하게 했지만, 종래의 공지와 같이 Z축의 주위로 회전시키는 구성(θ)으로 하더라도 좋고, 혹은 수평면에 대하여, 즉 X축 방향에 대하여 경사(Tilt)하는 기구를 구비하고 있더라도 좋다. 따라서, 본 발명에 있어서는, X-Y-Z-스테이지 뿐 만 아니라, X, Y, Z, (θ), (Tilt) 스테이지를 더 포함하는 것으로 한다.
이상의 설명에서는, 이온빔(b)과 주입영역 제한마스크(12)와 반도체기판(W)과 칩(C)의 치수관계 및 기하학적 위치관계에 대하여 극히 개략적으로 도시했지만, 이를 상세히 설명하면 이하와 같이 된다. 즉, 도 10에 있어서, 반도체기판(W)에는 다수의 칩(C)이 형성되어 있지만 1개만을 과장하여 도시한다. 그 위쪽에 주입영역 제한 마스크(M)가 근접하여 배설되고, 이에는 도 11에도 도시한 바와 같은 개구(M1, M2, M3, M4, M5 및 M6)가 형성되어 있다. 이는 이상에서는 도시하지 않았지만, 정전(靜電) 척(electro-static chuck;E) 등에 의해 엔드스테이션(10C)의 내벽에 고정되어 있다. 이온빔(b)이 스폿트(spot) 주입되는 경우를 도 10 및 11에 도시하지만, 이는 칩(C)의 주입영역 제한마스크(M)의 전 개구를 포함하는 직경이다. 이때에는 이온빔(b)은 스캔되지 않고 X-Y면 위에서는 정지의 상태로 소정시간, 소정의 이온이 개구(M1, M2, M3, M4, M5 및 M6)를 통하여 칩(C)내에 주입된다.
도 12 및 도 13은 이온빔을 빔 스캐너(6)에 의해 스캔하는 경우이지만, 스캔되지 않은 빔(H)은 예컨대 도면과 같은 직경(φ)을 가지고, 그것이 빔 스캐너(6)의 구동에 의해 도 13에 도시한 바와 같이 화살표 F로 나타내는 바와 같이 X방향 및 Y방향의 주기가 다른 편향전압에 의한 스캔에 의해 마스크영역 전 영역을 스캔하도록 하고 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태에 관해서 설명했지만, 물론, 본 발명은 이것에 한정되는 일없이, 본 발명의 기술적 사상에 따라서 여러 가지의 변형이 가능하다.
예컨대 본 실시의 형태에 있어서는, 반도체기판(W)과 주입영역제한 마스크(12)와의 간격(G)의 제어에 있어서는 언급하지 않았지만, 반도체기판(W)의 거의 전면에 걸쳐 칩 단위로 이온주입을 하는 경우 그 간격(G)을 일정히 유지하는 것이 중요하다. 즉, 간격(G)이 커지면 이온빔 자신이 가지는 넓이에 의해서 예컨대 개공(13a)보다도 넓은 면적에 이온 주입되게 되고, 또한 간격(G)이 작으면 반도체기판(W)과 주입영역제한 마스크(12)가 접촉하고 주입영역제한 마스크(12)를 파손시킬 염려가 있다. 그러나, 반도체기판(W)은 이온주입에 달하기까지의 프로세스에 있어서도 가열되어 냉각되는 결과, 약간 휘어진 상태로 되어 있는 것이 많고, 일정 한 간격(G)을 유지하는 것을 곤란하게 한다. 따라서, 도 1에는 도시를 생략했지만, 엔드스테이션(10C) 내에, 또는 엔드스테이션(10C)의 내부 또는 외부에 간격(G)을 측정하는 기기를 설치하여 그 계측 치에 의해서 기판보지부(18)의 X-Y-Z 스테이지(19)를 Z방향으로 이동시켜 간격(G)을 유지하는 제어기구를 마련하는 것이 바람직하다. 그밖에, 미리 반도체기판(W)의 휘어짐을 면내의 여러 점에서 측정하여 휘어짐의 맵핑을 작성해 두고, 이것을 제어기로 읽어 측정 점마다 기판보지부(11)의 위치를 조정하도록 하더라도 좋다.
도 3의 주입영역제한 마스크(12)가 사용될 때 스폿트 빔 직경은 4개 칩C의 마스크 영역 또는 윤곽보다 어느 정도 크다.
또한 본 실시 형태에 있어서는, 이온 주입한 뒤에 반도체기판에 생기는 결정 결함을 수복시켜 주입 이온을 활성화시키기 위해서 종래는 전기로로 열처리되는 것이 많지만, 전기로에 의한 열처리는 비교적 긴 시간(20∼30분)을 요하는 외에 이온주입영역이외도 가열되기 때문에 그 가열에 의해서 결정에 2차 결함을 초래하기 쉽다. 따라서, 엔드스테이션(10C) 내에 레이저의 발진장치를 부설하여 이온주입이 끝난 특정영역에 대하여 즉시 레이저를 조사하고 밀리초 단위로 열처리하는 것이 바람직하다.
또, 이상의 실시 형태로서는 주입영역제한용 마스크(12)의 재질에 대해서는 특히 언급하지 않았지만, 이미 종래에도 사용하고 있는 바와 같이 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 다른 재질이라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 반도체기판은 종으로서 일반적으로 실리콘으로 이루어지지만, 이것과 동 재질 로 해 두면 개구 주변의 마스크의 재질이 기판 내에 침입하여 품질을 저하시키는 문제, 특히 중금속을 쓴 경우에는 그것이 큰 폐해로 된다는 것을 방지할 수 있다.
또한 이상의 실시의 형태로서는, 이온 원 수단으로서 2개의 이온 원, 즉 다가 이온 원 및 대 전류 이온 원을 써, 이들 중 한편을 질량분리부(2)에서 선택하도록 했지만, 이온주입 원은 이 2개에 제한되지 않고 3이상, 즉 일반적으로 복수의 이온 원으로 이루어지고 있더라도 좋다. 이들 복수의 이온 원에서 1개를 고르기 위해서는 상기 실시 형태에서 말한 바와 같이 질량분리부(2)에 있어서의 자장의 강도를 선택해야 할 이온 원에서 강도를 바꿔 이온빔의 궤도반경을 상술한 바와 같이 바꾸도록 하면 좋다. 또한, 이와 같이 복수의 이온 원을 쓰는 경우에는, 예컨대 도 4에 도시하는 원형의 마스크(12')를 사용한 경우에는, 개구 페턴 P1 내지 P4의 각각을 이 중심 O의 주위의 회전각, 이 마스크로서는 90도씩 회전할 때에, 예컨대 4개의 이온원의 1개를 순차, 고르도록 하더라도 좋다. 물론, 상기 실시의 형태와 같이 다가 이온원(1A)과 대전류 이온원(1B)을 쓰는 경우에는, 도 4의 마스크(12')에 있어서 P1, P3에 대해서는 다가 이온원(1A), 개구 페턴 P2, P4 에 대해서는 대전류 이온원(1B)을 선택하도록 하더라도 좋다. 도 4의 마스크(12')와 마찬가지인 원형의 복수의 개구 페턴을 형성한 마스크와 교체하여 복수의 이온원 중에서 1개를 골라 상술한 바와 같이 선택적으로 중심 O의 주위로 회전시켜 원하는 이온원을 고르도록 하더라도 좋다. 또한 물론, 도 5의 원형의 마스크(12')에는 4종의 개구 페턴 P1 내지 P4가 형성되어 있지만, 각각 대하여 4개의 이온원에서 1개를 골라 이온을 주입시키도록 하더라도 좋다. 기타, 여러가지 변형이 고려된다.
또한 이상의 실시의 형태에서는, 주입영역제한 마스크(12)의 상류측에 빔 모니터(15)를 배설했지만, 이것 대신에 이 마스크(12)의 하류측에, 즉 개구(13)의 아래쪽에 이를 막는 것 같은 모양으로 이동가능하게 설치하더라도 좋다.
본 발명의 이온주입장치 및 이온주입방법은 이상에 설명했던 바와 같은 형태로 실시되어, 다음에 기술하는 바와 같은 효과를 나타낸다.
(1)이온주입장치에 의하면 이온 원 수단은 복수의 이온 원으로 구성된다. 따라서 주입종류, 주입 에너지, 주입 도우시즈가 1 단위로 변경될 수 있어, 장치가 소형화 될 수 있다(청구항 1, 청구항 3, 청구항 11, 청구항 13).
(2)선택된 이온 원에 대응하여 설치된 주입영역제한 마스크를 사용하여 이온주입을 하기 때문에, 주입영역, 주입 에너지, 주입 도우시즈를 적절히 선택하여 이온을 주입할 수가 있다(청구항 2, 청구항 12).
(3)이온빔의 수속편향부가 이온빔 직경 조정용의 구경가변 에퍼처와 초점위치변경 렌즈와 빔 스캐너와 콜리메터를 갖고 있기 때문에, 다가 이온 원에서의 이온빔에 의한 주입 및 대 전류 이온 원에서의 이온빔에 의한 주입을 다양화시킨다(청구항 4, 청구항 14).
(4)주입영역제한 마스크와 반도체기판과의 간격을 반도체기판의 전면에 있어서 일정히 유지할 수 있기 때문에, 주입영역의 면적을 일정하게 유지하는 것이 가능하고, 제조되는 반도체장치의 성능에 불균등을 주지 않는다(청구항 5, 청구항 15).
(5)이온주입에 앞서 이온빔의 평행도, 밀도분포를 확인할 수 있기 때문에, 이온주입의 주입정밀도를 높인다(청구항 6, 청구항 16).
(6)이온주입이 종료한 특정영역만을 같은 엔드스테이션 내에서 열처리할 수가 있기 때문에, 종래의 열처리공정을 대폭 합리화시킨다(청구항 7, 청구항 17).
(7)엔드스테이션이 단독으로 온도 제어된 폐공간에 설치되어 있기 때문에, 엔드스테이션은 온도변동하지 않고 기기간의 치수가 일정히 유지되어 정밀도가 높은 이온주입이 가능하다(청구항 8, 청구항 18).
(8)엔드스테이션이 활동적 제어제진대상에 설치되어 있기 때문에, 실질적으로 무진동화되어 있고, 정밀도가 높은 이온주입이 가능하다(청구항 9, 청구항 19).
(9)질량분리부의 자장의 강도를 변경하는 것만으로 소정의 이온 원을 선택할 수가 있다(청구항 10, 청구항 20).

Claims (22)

  1. 이온 원 수단과, 이온의 질량분리부와, 이온의 가속부와, 이온빔의 수속(收束)편향부와, 이온을 반도체기판에 주입하는 엔드스테이션을 구비한 이온주입장치에 있어서,
    상기 이온 원 수단은 복수의 이온 원으로 이루어지고, 상기 복수의 이온 원은 동일한 질량분리부에 접속되어 있고, 해당 질량분리부는 상기 복수의 이온 원 중 하나를 선택 가능하게 하고,
    주입영역제한 마스크수단이 상기 엔드스테이션내의 상기 반도체기판에 근접하여 설치되어 있고,
    인출되어 질량분리되는 이온을 동일한 상기 가속부로 이끌도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 주입영역제한 마스크수단은 복수 매의 마스크로 이루어지고, 상기 엔드스테이션내의 상기 반도체기판에 근접하여 상기 복수의 이온 원의 각각에 대응하는 상기 마스크가 교환 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 이온 원 수단은 고 에너지에서의 주입이 가능한 다가 이온 원과, 높은 도우시즈(dosage; 주입량)에서의 이온주입이 가능한 대 전류 이온원인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 수속편향부가 이온빔 직경 조정용의 구경가변 에퍼처와, 상기 이온빔을 상기 반도체기판상에 수속(收束)시키던가 또는 하류측의 콜리메터의 초점영역에 수속시키는 초점위치변경 렌즈와, 상기 이온빔을 상기 주입영역제한 마스크수단 상에서 스캔시키던가 또는 스캔시키지 않는 빔 스캐너와, 상기 이온빔을 평행화시키는 상기 콜리메터를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 주입영역제한 마스크수단과 상기 반도체기판과의 간격을 소정의 값으로 유지하도록, 상기 간격의 측정기기에 의한 측정치 또는 미리 계측된 상기 반도체기판의 휘어짐의 맵핑에 기해서 상기 반도체기판의 위치가 조정되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 엔드스테이션 내에 상기 이온빔의 평행도 및 밀도분포를 모니터하는 모니터가 상기 주입영역제한 마스크수단의 상류 측 또는 하류 측으로 삽입 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 엔드스테이션 내에 이온 주입된 상기 반도체기판내의 특정영역을 열 처리하기 위한 레이저 열처리용 기기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 엔드스테이션이 온도 제어된 폐공간 내에 단독으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 엔드스테이션이 활동적 제어제진대 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 질량분리부에서의 자계의 강도를 바꾸는 것에 의해 상기 복수의 이온 원 중 어느 하나의 이온 원을 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  11. 이온 원 수단으로부터 이온을 끌어내어 질량분리하는 공정과, 이온을 가속하는 공정과, 이온빔을 수속편향시키는 공정과, 이온을 반도체기판에 주입하는 공정을 갖는 이온주입방법에 있어서,
    상기 이온 원 수단으로부터 상기 이온을 끌어내어 질량분리하는 공정이; 복수의 이온 원으로 구성되는 상기 이온 원 수단 중 어느 하나의 이온 원을 선택하고, 끌어내어지는 상기 이온을 동일한 질량분리부에서 질량분리하여 동일한 가속부로 이끄는 공정이고,
    상기 이온을 반도체기판에 주입하는 공정은; 엔드스테이션내의 상기 반도체기판에 근접하여 배설된 주입영역제한 마스크수단을 통하여 이온 주입이 되는 공정인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 주입영역제한 마스크수단은 복수 매의 마스크로 이루어지고, 상기 엔드스테이션내의 상기 반도체기판에 근접하여 상기 복수의 이온 원의 각각에 대응하는 상기 마스크가 교환 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 이온 원 수단은 고 에너지에서의 주입이 가능한 다가 이온 원과, 높은 도우시즈(dosage; 주입량)에서의 이온주입이 가능한 대 전류 이온원인 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 이온빔을 수속(收束)편향시키는 공정이 상기 이온 원 수단으로서의 다가 이온 원 또는 대 전류 이온 원으로부터의 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨(1011∼1014 이온/㎠)의 이온빔은 구경가변 에퍼처에 의해서 조정하고, 초점위치변경 렌즈에 의해서 상기 반도체기판 상에서 수속시켜, 빔 스캐너에 의해서 상기 주입영역제한 마스크수단 상을 스캔시켜, 콜리메터에 의해서 평행화시키고, 다른 한편, 높은 도우시즈 레벨(1014∼1016 이온/㎠)의 이온빔은 상기 구경가변 에퍼처에 의해서 바닥에서 중간의 도우시즈 레벨의 이온빔보다도 큰 직경으로 조정하고, 상기 초점위치변경 렌즈에 의해서 상기 콜리메터의 초점영역에 수속시켜 디포커스시키고, 상기 빔 스캐너는 단지 통과시켜, 상기 콜리메터에 의해서 평행화시켜서 상기 엔드스테이션으로 보내는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 주입영역제한 마스크수단을 통해 이온주입 할 때에 상기 주입영역제한 마스크수단과 상기 반도체기판과의 간격의 측정치 또는 미리 구한 상기 반도체기판의 휘어짐의 맵핑에 기해서, 상기 간격을 소정의 값으로 하도록 상기 반도체기판의 보지위치를 이동시켜서 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  16. 제 11항에 있어서, 이온주입의 개시 전에 상기 이온빔의 평행도 및 밀도분포를 측정하고, 상기 평행도 및 밀도분포가 소정의 범위 내로 되도록 상기 이온빔을 수속 편향시키는 공정을 조정하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  17. 제 11항에 있어서, 이온 주입된 상기 반도체기판의 특정영역을 상기 엔드스테이션 내에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  18. 제 11항에 있어서, 상기 엔드스테이션을 온도 조정된 폐공간 내에 단독으로 설치하여 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 엔드스테이션을 활동적 제어제진대상에 설치한 상태에서 이온 주입하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  20. 제 11항에 있어서, 상기 질량분리부에서의 자계의 강도를 바꾸는 것에 의해 상기 복수의 이온 원 중 어느 하나의 이온 원을 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  21. 이온빔을 발생시키는 이온 원 수단과,
    상기 이온 원 수단에 접속되는 이온의 질량분리부와,
    상기 질량분리부의 하류에 설치되어 상기 이온빔을 가속하는 이온의 가속부와,
    상기 이온의 가속부 하류에 설치되는 이온빔의 수속(收束)편향부와,
    상기 이온빔의 수속편향부 하류에 설치되어 이온이 주입되는 반도체기판이 설치되는 엔드스테이션을 구비한 이온주입장치에 있어서,
    상기 이온 원 수단은 고 에너지에서의 이온 주입이 가능한 다가 이온 원과, 높은 도우시즈(dosage; 주입량)에서의 이온 주입이 가능한 대전류 이온 원을 가지고,
    상기 질량분리부는 상기 다가 이온 원과 상기 대전류 이온 원이 접속되어 상기 다가 이온 원과 상기 대전류 이온 원 중 어느 하나로부터의 이온빔을 선택하고,
    상기 수속편향부는 구경가변 에퍼처와 초점위치변경 렌즈와 빔 스캐너와 콜리메터를 가지고,
    상기 구경가변 에퍼처는 상기 이온빔의 직경을 변경하고,
    상기 초점위치변경 렌즈는 상기 이온빔을 상기 반도체 기판에서 수속하도록 상기 콜리메터로 도입하는 설정과, 상기 콜리메터의 상류에서 일단 수속시키고 재확산시켜서 상기 콜리메터로 도입하는 설정을 절환하고,
    상기 빔 스캐너는 상기 반도체 기판상에서 수속된 상기 이온빔이 스캔되도록 상기 이온빔을 스캔하고,
    상기 콜리메터는 도입된 이온빔을 평행화하여 상기 엔드스테이션으로 도입하고,
    상기 엔드스테이션은 상기 반도체기판에 근접하여 설치되는 주입영역제한 마스크수단을 가지는
    것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  22. 이온 원 수단으로부터 이온을 끌어내어 질량분리하는 공정과,
    이온을 가속하는 공정과,
    이온빔을 수속편향시키는 공정과,
    이온을 반도체기판에 주입하는 공정을 가지는 이온주입방법에 있어서,
    상기 이온 원 수단이 가지는 다가 이온 원과 대전류 이온 원 중 어느 하나의 이온 원을 선택하고, 끌어 내어지는 상기 이온을 질량분리부에서 질량분리하여 가속부로 이끄는 공정을 가지고,
    상기 이온빔을 수속 편향시키는 공정은;
    상기 다가 이온 원이 선택된 때에는, 상기 이온빔을 상기 반도체기판상에서 수속하도록 콜리메터로 도입하는 공정과,
    상기 대전류 이온 원이 선택된 때에는, 상기 이온빔을 콜리메터의 상류에서 일단 수속시키고 재확산시켜서 상기 콜리메터로 도입하는 공정을 가지고,
    상기 이온을 반도체기판에 주입하는 공정은;
    엔드스테이션 내의 상기 반도체기판에 근접하여 주입영역제한 마스크수단을 배설하여 이온 주입영역을 제한하는 공정을 가지는
    것을 특징으로 하는 이온주입방법.
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