(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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∫0TＪ（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∫0H｛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】
0003692999.tif 000002
【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】
0003692999.tif 000003
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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