(57)【要約】イオン注入を最適化する方法であって、基板がイオンビームを通過して二次元的に走査される。この方法は、イオンビーム電流、イオンのドーズ量、及びスロースキャン方向にビームを通過する基板の数の１つまたはそれ以上を含む処理方法を提供する。ビームは、処理方法に基づいてプロファイルされ、そして、ビームのサイズが決定される。ファーストスキャン方向における複数の異なるスキャン速度の１つが、イオン注入の所望の均一性及び処理方法に基づいて選択される。この処理方法は、所望の均一性、基板に対する処理能力時間、所望の最小イオンビーム電流、及び１つ以上の基板条件の１つまたはそれ以上に基づいて制御される。スロースキャン方向における複数の速度の１つが注入のドーズ量に基づいて選択される。
2008522431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板がファーストスキャン方向とそれにほぼ直交するスロースキャン方向にイオンビームを通過させて、前記基板にイオンを注入する間、イオンビームの利用率を最適化する方法であって、
イオンビームのプロフィールが決定されるイオン注入のための処理方法を用意し、
前記基板を横切るイオンの注入における所望の最大不均一性、所望の基板処理能力、最小イオンビーム電流、及び１つ以上の所望の基板条件のうち、１つまたはそれ以上を含む一組の性能基準を与え、
決定された前記イオンビームプロフィールと前記一組の性能基準に基づいて、前記ファーストスキャン方向における前記基板の複数の異なる速度の１つを選択し、
選択された前記ファーストスキャン速度に基づいて前記処理方法を制御する、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記処理方法は、所望のイオンビーム電流、イオンビームの大きさ、スロースキャン方向におけるイオンビームの通過する数、基板に注入されるイオンの所望ドーズ量、及びスロースキャン方向における基板の速度のうち、１つまたはそれ以上を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも部分的に、前記制御した処理方法及び前記性能基準に関連したイオン注入に基づいて前記処理方法を制御した後で、前記ファーストスキャン方向における複数の異なる速度の別の１つを更に選択することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の前記所望の基板条件は、前記基板の最大温度及び前記基板の最大運動量の１つ以上を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記イオンビームのプロフィールは、処理方法に基づいたビームプロフィールの経験的データ及び予測値の１つまたはそれ以上に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記所望の最大不均一性は、基板を横切るイオンビームにおいて、１％オーダーの標準偏差を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記基板は、ファーストスキャン方向において、約１Ｈｚ〜約１５Ｈｚの間で振動し、スロースキャン方向において、約0.05Ｈｚ〜約0.2Ｈｚの間で振動することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記制御された処理方法、イオンビームプロフィール、及び一組の性能基準に基づいて、ファーストスキャン速度を制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
基板がファーストスキャン方向とそれにほぼ直交するスロースキャン方向にイオンビームを通過させて、前記基板にイオンを注入する間、イオンビームの利用率を最適化する方法であって、
イオンビーム電流、イオンのドーズ量、及びスロースキャン方向において前記イオンビームを通過する基板のパス数のうち、１つまたはそれ以上を含む、イオン注入のための処理方法を用意し、
前記処理方法に基づいて、前記イオンビームをプロフィールして、イオンビームの大きさを決定し、
少なくとも部分的に、前記イオン注入の所望の最大不均一性及び処理方法に基づいて、前記ファーストスキャン方向における前記基板の複数の異なる速度の１つを選択し、
前記所望の最大不均一性、前記基板のための処理能力時間、所望の最小イオンビーム電流、及び１つ以上の基板条件のうち、１つまたはそれ以上に基づいて、前記処理方法を制御し、
前記イオン注入のドーズ量に基づいて、前記スロースキャン方向における複数の速度の１つを選択する、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記制御した処理方法に関連したイオン注入に基づいて前記処理方法を制御した後で、前記ファーストスキャン方向における複数の異なる速度の別の１つを更に選択する、ことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ファーストスキャン方向における複数の速度の１つを選択することは、さらに、１つ以上の所望の基板条件に基づいていることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
１つ以上の前記基板条件は、前記基板の最大温度及び前記基板の最大運動量の１つ以上を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記イオンビームのプロフィールは、経験的なデータ及び処理方法に基づくビーム形状の予測の１またはそれ以上に基づいて決定されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記所望の最大不均一性は、基板を横切るイオンビームにおいて、１％オーダーの標準偏差を有することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記基板は、ファーストスキャン方向に約１Ｈｚ〜約１５Ｈｚの間で振動し、スロースキャン方向に約0.05Ｈｚ〜約0.2Ｈｚの間で振動することを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に半導体処理システムに関し、特に、半導体基板のイオン注入に関連したイオンビームの利用率を最適化するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業において、種々の製造工程が、一般的に基板（例えば、半導体ウエハ）上に実行され、基板上に種々の結果をもたらす。イオン注入等の処理工程は、基板上または基板内に特定の性質を与えるために実行され、例えば、イオンの特定種を注入することによって基板上の誘電体層の拡散率を制限する。従来、イオン注入処理は、多数の基板が同時に処理されるバッチ処理、または単一の基板が個々に処理されるシリアル処理のいずれかで実行される。一般に、高エネルギー又は高電流のバッチ式イオン注入機は、例えば、短いビームラインを達成するように稼動でき、多数のウエハが、１つのホイール即ちディスク上に配置される。そして、このホイールは、同時に回転とイオンビームを半径方向に並進させ、これにより、注入処理中多数回にわたり、基板表面積全体をイオンビームに曝すことになる。しかし、このように多数の基板を処理するには、一般的にサイズの大きいイオン注入装置で行われる。
【０００３】
一方、典型的なシリアル処理では、扇形状の走査イオンビームを一方向に並進させて、イオンビームが固定のウエハを横切って単一軸線方向に走査される場合と、固定のイオンビーム、即ち、スポットビームに対して直交する軸線の方向にウエハが並進移動する場合のいずれかの場合がある。しかし、均一なイオンビームの走査またはこのイオンビームの形成は、複雑なおよび／または長いビームラインを必要とし、望まない低いエネルギーでの処理となる。
【０００４】
一般的に直交軸線へのウエハの並進移動は、ウエハを横切って均一なイオン注入を与えるために、イオンビームまたはウエハのいずれかを均一に並進および／または回転させる必要がある。さらに、イオン注入処理における受入可能な処理能力を与えるために、このような並進移動を便宜的な方法で行うべきである。しかし、このような均一な並進移動および／または回転は、少なくとも部分的に、処理中に、従来の装置及び走査機構を作動させることに関連した慣性力によって、達成することが難しい。
【０００５】
従来のイオン注入装置において、ウエハは、固定のスポットビームに対して移動され、このウエハは、一般的に、ファーストスキャン方向と、直交方向のスロースキャン方向に並進移動される。スロースキャン方向におけるウエハの移動速度は制御され、ファーストスキャン方向におけるスポットビームを通るウエハの各走査は、均一なイオン注入を与えるために前の走査に重なり合うように制御される。一般的に、ファーストスキャン方向における基板の速度は固定されており、スロースキャン速度が、ウエハを横切る均一なイオン注入を与えるために調整される。しかし、このような固定のファーストスキャン速度は、最適なイオンビーム利用率および／または基板の処理能力を与えることができる。
【０００６】
それゆえ、イオンビームに対する基板の走査を最適化する方法が必要とされ、基板は、イオンを用いて均一に注入されるとともに、イオン源の利用を最適にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術の限界を克服する。その結果、本発明の基本的ないくつかの構成を理解するために、本発明の単純化した要約を以下に示す。この要約は、本発明の拡張された全体の概要を示すものではない。また、本発明のキー、即ち、重要な部分を識別するためのものでもなく、本発明の範囲を正確に概説するためのものでもない。むしろ、第１の目的は、後で説明する詳細な説明の序文として、単純化した形式で、本発明の１つまたはそれ以上の概念を単に示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板へのイオン注入中に、イオンビームの利用率を最適化するための方法に向けられている。イオン注入システムは、たとえば、ファーストスキャン方向と共に、これにほぼ直交するスロースキャン方向において、基板に向けてイオンビームを走査あるいは通過させるように作動可能である。ファーストスキャン方向における基板の速度は、スロースキャン方向における基板の速度よりもかなり高速である。
【０００９】
本発明の１つの実施形態によれば、イオン注入のための処理方法が与えられ、この方法は、イオンビーム電流、基板に注入されるべき所望のイオンドーズ量、及びスロースキャン方向においてイオンビームを通過する基板の数のうち、１つまたはそれ以上を含む。この処理方法によれば、イオンビームの大きさを決定するようにプロフィールされる。ファーストスキャン方向における基板の速度を変えることが選択され、この選択は、少なくとも部分的に、所望のイオン注入の最大不均一性及び処理方法に基づく。この処理方法に関連する１つ以上のパラメータが、所望の最大不均一性、基板に対する処理能力時間、所望の最小イオンビーム電流、及び最大基板温度及び走査中に基板によって達成される所望の最大運動量等の１つ以上の基板条件のうち、１つまたはそれ以上に基づいて制御される。
【００１０】
本発明の他の構成によれば、スロースキャン方向における複数の基板速度の１つが選択される。この選択は、イオン注入のドーズ量に基づいている。本発明の他の構成によれば、ファーストスキャン方向における複数の基板速度の別の１つが、処理方法の制御の後で選択される。この選択は、制御された処理方向に関連したイオン注入の均一性に基づいている。
【００１１】
本発明の別の構成によれば、イオンビームプロフィールが、イオン注入に関連した経験的な１つ以上のデータ、および処理方法に基づくビームプロフィールの予測に基づいて決定される。経験的なデータは、より正確な最適化を与え、一方、予測アプローチは、より早い最適化をもたらす。
【００１２】
上述及び関連した目的を達成するために、本発明は、請求項に記載及び特定した特徴を含んでいる。以下の記載及び添付の図面により、本発明の詳細な例示的な構成が設定される。これらの実施形態は、例示的なものであるが、種々の方法のうちいくつかは、本発明の原理として用いられる。本発明の他の目的、利点、および特徴が、添付する図面にとともに詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、イオン注入システムにおけるイオンビームに対して基板を走査するとき、イオンビーム利用率を最適化するための方法に向けられている。さらに、本発明の方法は、イオン注入システムに関連した１つ以上の性能基準に基づく最適化を与える。従って、本発明は、図面に関連して記載され、同一の参照番号は、同一の要素を指すものとして使われる。これらの構成の記載は、単に例示的なものであり、制限する意味で用いられるべきものではないことが理解できよう。以下の記載において、説明の目的のため、多くの特定の構成が、本発明の完全な理解を与えるために設定される。本発明は、これらの特定の構成なしで実施できることも当業者には明らかである。
【００１４】
イオン注入システムにおける生産において、いくつかのファクターによって定義される。例えば、イオンビーム電流の特定量、基板（例えば、シリコンウエハ）内に実際注入されるイオン数に対する、システムによって発生するイオン数の比、及び基板がイオンで注入される時間とイオン注入のために前記基板を配置するための時間との比を与えるシステムの能力によって生産性が定量化される。発生するイオンと、基板内に実際に注入されるイオンとの比は、例えば、後述するように、イオンビーム利用率と一般的に呼ばれる。
【００１５】
低ドーズ量のイオン注入（例えば、イオン注入が、約１×１０14ｃｍ2より少ないドーズ量を有する。）に対して、イオンビーム電流は、一般的にイオン注入システムの能力における制限以下の範囲にあり、このイオンビーム電流は、電位的に低いイオンビームの利用率を説明するために増加させることができる。しかし、高ドーズ量のイオン注入（例えば、イオン注入が、約１×１０15ｃｍ2より大きいドーズ量を有する。）に対して、イオンビーム電流は、イオン注入システムの最大能力またはそれに近い値であり、イオンビーム利用率は、最適イオン注入のためのシステムの生産性よりもかなり高い。このようなイオン注入は、「制限されたビーム電流」の注入と呼ばれ、イオンビーム電流の利用率は、イオン注入システムの種々の形式の最も有効な使用を決定する重要な要因である。例えば、多数基板のイオン注入システムまたはバッチ型イオン注入機は、従来から単一の基板システムよりかなり高いイオンビーム利用率を有する。その結果、多数基板システムに高ドーズ量注入に対する選択の通常のツールを備える。しかし、単一基板型のイオン注入システムまたはシリアル型システムは、汚染物質制御、処理ロットの大きさの柔軟性、及びある形状、入射ビーム角度制御等の種々の他の利点がある。それゆえ、生産性におけるロスが最小化できるならば、利用されるべき単一基板型システムに対して大いに望ましいこととなる。
【００１６】
それゆえ、本発明は、単一基板型イオン注入システムにおいて、イオンビーム有効利用の最適化に向けられる。ここで、リニアスキャン速度、及び基板の加速度等の種々のイオン注入作動パラメータが、イオン注入システムによって実行される種々の個別の処理の特性に基づいて制御される。しかし、本発明は、上述のバッチ型イオン注入機等の他の種々のイオン注入システムにおいて、注入することができる。このような実行の全ては、本発明の特許請求の範囲内に入るものと考えられる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、一般的な単一基板、即ち、単一のウエハ形式のイオン注入システムを用いる従来の方法におけるいくつかの利点が提供される。例えば、従来の単一基板、即ち、シリアル型イオン注入機は、一般的に固定のリニアスキャン速度及び１つ以上の軸方向（例えば、スロースキャン軸）における加速度を有し、また、イオンビーム利用率に対して一般的に最適化されない。しかし、後述するように、種々のイオン注入作動パラメータの制御は、種々の生産性効率において増加するように導くことができる。
【００１８】
例えば、与えられた処理方法のために、リニア走査スキャン速度及び１つ以上の軸方向の基板の加速度を制御することにより、従来のイオン注入システムにおいて一般的にできなかったイオンビーム利用率の最適化を提供できる。
【００１９】
本発明の１つの実施形態に従って図面を参照すると、図１は、典型的な二次元の機械的走査の単一基板型イオン注入システム１００を示す。このシステムは、イオンビーム１１０を介して基板１０５を機械的に走査することができる。上述したように、本発明の種々の構成は、いくつかのイオン注入装置の形式に関連して実施することができ、この装置は、図１の典型的なシステム１００に制限されるものではない。このイオン注入システム１００は、ターミナル１１２、ビームラインアセンブリ１１４、及びイオンビーム１１０が加工物の位置へ向うようになる処理室を形成するエンドステーション１１６を含んでいる。ターミナル１１２におけるイオン源１２０は、電源１２２によって駆動され、ビームラインアセンブリ１１４に引き出されたイオンビーム１１０を供給する。このイオン源１２０は、イオン源室からイオンを引き出すために１つ以上の引き出し電極(図示略)を含んでいる。そして、引き出されたイオンビーム１１０をビームラインアセンブリ１１４の方向に導く。
【００２０】
ビームラインアセンブリ１１４は、例えば、引き出されたイオンビーム１０を受け取り、適切な電荷質量比またはその範囲のイオンのみを通過させるための双極子磁界を作り出す質量分析器１３４と共に、イオン源１２０の近くに入口を有しかつ分析開口１３２を備える出口を有するビームガイド１３０を含んでいる（例えば、質量分析されたイオンビーム１１０は、分析開口１３２を通って、エンドステーション１１６に関連した加工物走査システム１３６上の基板１０５に向う。）。イオンビームがビーム径路に沿って加工物走査システム１３６上に支持された基板１０５へと輸送されるとき、ビームラインアセンブリ１１４に関連した種々のビーム形成／整形構造体(図示略)が、イオンビーム１１０を維持しかつ拘束するために更に設けることができる。
【００２１】
図１に示すエンドステーション１１６は、例えば、排気された処理室を与えるシリアル型のエンドステーションである。ここで、単一の基板１０５（例えば、半導体ウエハ、ディスプレイパネル、または他の加工物）は、イオンを用いて注入するためにビーム径路に沿って支持される。しかし、バッチ型または他の形式のエンドステーションも代わりに用いることができ、本発明の範囲内に入ることに注目すべきである。
【００２２】
本発明の他の構成では、このシステム１００は、ビーム走査システム(図示略)を有し、この走査システムは、エンドステーション１１６に関連した基板に走査イオンビームを供給するために基板１０５に関する単一のビーム走査平面内でイオンビームを走査するビームスキャナーを含んでいる。従って、このような走査されるまたは走査されないイオンビーム１１０の全ては、本発明の範囲内に入るものと考えられる。
【００２３】
本発明の１つの典型的な例によれば、単一基板型のイオン注入システム１００は、固定のイオンビーム（例えば、「スポットビーム」または「ペンシルビーム」と呼ばれる。）を供給し、ここで、加工物走査システム１３６は、固定のイオンビームに対してほぼ直交した２つの軸線上で基板１０５を移動する。図２は、イオンビーム１１０の軌道から見たときの典型的な加工物走査システム１３６の平面図を示す。加工物走査システム１３６は、例えば、基板１０５が存在する移動可能なステージ１４０を含み、このステージは、ファーストスキャン軸線１４２に沿って、またイオンビーム１１０に対してほぼ直交するスロースキャン軸線１４４に沿って基板を並進させることができる。ファーストスキャン軸線１４２に沿って基板１０５を移動させる速度（または「ファーストスキャン方向」と呼ばれる）は、スロースキャン軸線１４４（または「スロースキャン方向」と呼ばれる）に沿って基板１０５を移動させる速度よりもかなり高速である。便宜のために、ファーストスキャン軸線１４２に沿う基板の速度は、「ファーストスキャン速度」と呼び、またスロースキャン軸線１４４に沿う基板の速度は、「スロースキャン速度」と呼ぶことにする。
【００２４】
本発明によれば、イオンビーム１１０の利用率を最適化するために、ファーストスキャン速度及びスロースキャン速度は、例えば、可変することができ、１つ以上のファーストキャン方向１４２及びスロースキャン方向１４４の複数の異なる速度の１つが選択され、かつ一組の性能基準に基づいている。一組の性能基準は、例えば、基板１０５を横切るイオン注入の１つ以上の所望の最大不均一性を含んでいる。以下に論じられるように、所望の基板処理能力、最小のイオンビーム電流、及び１つ以上の望ましい基板状態を含んでいる。
【００２５】
図１のイオン注入システム１００の重要な目的の１つは、ウエハの表面１４５を横切ってイオンの均一な分布を与えるとともに、イオンビーム１１０（例えば、ペンシルまたはスポットビーム）から基板すなわちウエハ１０５に注入される修正したイオンの数（ドーズ量と呼ばれる）を与えることである。従って、図２に示す典型的なウエハ１０５へのドーズ量は、例えば、
ドーズ量＝ＵBeam（ＩBeam*ｔimplant／ｅ）／（Ａwafer）                （1）
で計算される。
【００２６】
ここで、ＵBeamは、イオンビーム１１０の利用率、ＩBeamは、イオンビームの電流、ｔimplantは、全体の注入時間、ｅは、電子の電荷、及びＡwaferは、ウエハ１０５の表面積１４５である。図１のシステム１００等の機械的な走査システムに対して、全体の注入時間ｔimplantは、ウエハ１０５の表面１４５を横切る所定数の機械的走査を考慮に入れている。また、この注入時間の間、イオンビームはウエハの表面上にあるとともに、イオンビーム１１０に対するウエハの走査を停止しない。それゆえ、付加的な式は、以下の通りである。
【００２７】
ｔimplant＝ｎ*ＬSlowScan／ＶSlowScan                                    （2）
ここで、ＬSlowScanは、スロースキャンパスの長さ、ＶSlowScanは、スロースキャン軸線１４４に沿う基板１０５の速度、ｎは、図２に示すように、スロースキャン方向におけるスキャンパスの数である。注入時間ｔimplantは、イオンビーム電流ＩBeaとビーム利用率ＵBeamによってほぼ決定され、その結果、スロースキャンのスキャン速度ＶSlowScanにおいて大きな部分を占めかつ制約されることに注目すべきである。
【００２８】
スキャン速度を選択する別の制約条件は、ウエハ１０５を横切るイオンビームの均一性によって与えられる。ウエハ１０５は、ファーストスキャン軸線１４２に沿うイオンビーム１１０を個別に通過させるので、ドーズ量は、ファーストスキャン軸線１４２に沿う各パス間に、スロースキャン軸線１４４に沿うリップルまたは「マイクロ的な不均一性(micro non‐uniformity)効果」を有することになる。例えば、スロースキャン方向におけるウエハ１０５の中心を通る垂直線に沿って見るとき、リップル(図示略)は、ファーストスキャンの各パス間で見ることができる。リップルの周期は、例えば、ファーストスキャン方向における各スイープ対するスロースキャン方向における進んだ距離に関係する。
【００２９】
従って、
ＴRipple＝ＬFastScan*（ＶSlowScan／ＶFastScan）                              （3）
ここで、ＴRippleは、リップルの周期、ＬFastScanは、ファーストスキャンの各パスの長さ、ＶSlowScanは、ファーストスキャン軸線１４２に沿う基板速度である。
【００３０】
このリップル周期ＴRippleは、概算値であり、正確なリップルは、スキャン周波数間の縁取りパターンによる多数のリップル周期ＴRippleである。このリップルの振幅は、一般的に計算することが難しく、システム１００の開始条件等の種々のファクターに従ってかなり変化させることができる。それゆえ、注入時間中のファーストスキャンパスとスロースキャンパスの各々の間で累積したドーズ量の合計値によって、特定点Ｐでのドーズ量が与えられることから、一般的な解法が得られる。各所定点Ｐに対するファーストスキャンの各パスでのドーズ量は、単一のスイープを作るのにかかる時間にわたって、点Ｐでのビームプロフィールを積分することによって計算することができる。それゆえ、全体のドーズ量は、スロースキャンのパス数にわたり、通過すなわちスイープするファーストスキャンの各パスの合計として計算することができる。
【００３１】
多数のスロースキャンパスに対して、特定のファーストスキャンパスの位置は、２つのスキャン方向の同期に基づいて、前のスロースキャンパスからの関連したファーストスキャンパスに対応する場合としない場合とがある。しかし、所定組の条件に対して、リップルの振幅は、その周期の増加に従って増加する。例えば、目標が、非常に均一なイオン注入（例えば、最大不均一性は、基板１０５を横切るイオンビームの１％オーダーの標準偏差を有する。）を与えることである場合、スロースキャン速度よりかなり大きいファーストスキャン速度を作ることによって、その周期を最小にすることができる。例えば、あるイオン注入利用において、イオン注入の所望の最大不均一性は、基板１０５を横切るイオンビームの約２％程度の標準偏差を有することである。一方、他の利用では、均一性が、基板を横切るイオンビームの０．５％またはそれ以下のオーダーの標準偏差を有するように、より厳しい所望の最大不均一性を有している。それゆえ、本発明は、イオン注入中の利用率を変えるために、少なくとも部分的に、基板を横切ってイオン注入されるイオンビームの所定の最大不均一性に基づいて、１つ以上のファーストスキャン速度及びスロースキャン速度を制御するように操作可能である。
【００３２】
上記制約条件が注入時間に関係する一方で、式（1）における別の項が、ビーム利用率ＵBeamである。所定の二次元的な走査システムに対して、各スキャンに関して、停止および逆方向を実行するために要する時間は、生産性にとって重要であり、この中には、更にファーストスキャン速度及びスロースキャン速度が関連してくる。均一性を維持するために、ウエハ１０５は、図２に示すようにオーバースキャンされ、ここで、ウエハは、イオンビーム１１０の直径（例えば、円形の断面積を有するスポットビームの直径）に等しい距離Ｄだけ、エッジ１５０を越えて走査される。加速及び減速が一定であると仮定すると、ファーストスキャンの各パスに対して要求される注入時間は、次のとおりである。
【００３３】
ｔscan＝（（ＤWafer＋ＤBeam）／ＶFastScan）＋２*ＶFastScan／a              （4）
ここで、aは、基板１０５の加速度及び減速度の値である。利用率を計算にするために、等価なスキャン長さによって、走査時間ｔscanを表現するのに便利である。この等価なスキャン長さは、一定速度でかつゼロ加速時間及びゼロ減速時間と仮定して、走査時間ｔscan中に移動する距離として定められる。長さを変えることにより、イオンビームの利用率は、ウエハ面積に比較して単純化される。それゆえ、等価な長さを次式で計算することができる。
【００３４】
ＬFastScan＝ＶFastScan*ｔscan                                             （5）
即ち、
ＬFastScan＝ＤWafer＋ＤBeam＋２*ＶFastScan2／ａ                            （6）
またスロースキャン軸線に対して同様に、
ＬSlowScan＝ＤWafer＋ＤBeam＋２*ＶSlowScan2／ａ                            （7）
【００３５】
ビームの利用率は、スキャン領域に対するウエハ面積ＡWaferの比から直接計算することができる。
ＵBeam＝ＡWafer／（ＬFastScan*ＬSlowScan）                                （8）
【００３６】
それゆえ、所定組の条件に対して、イオンビームの利用率は、スキャン速度が増加するにつれて減少する。従って、イオンビーム利用率を増加させるために、できるだけ加速度を高く設定するとともに、できるだけスキャン速度を遅く設定することが有益である。ファーストスキャン速度は、一般的に、スロースキャン速度よりもかなり大きい（ファーストスキャン方向１４２における発振周波数は、単一ウエハの走査に対して、約１Ｈｚ〜約５ＨＺの間の範囲にあり、また、多数ウエハの走査に対して、約１０Ｈｚ〜１５Ｈｚの間の範囲にある。そして、スロースキャン方向１４４における発振周波数は、約0.05Ｈｚ〜約0.2ＨＺの間の範囲にある）ので、利用効率は、ファーストスキャン方向における仕組みに支配される。
【００３７】
それゆえ、イオンビーム１１０を最適化するために、一般的な二次元走査システムに対して、ファーストスキャン方向１４２における複数のスキャン速度の１つ及びスロースキャン方向１４４における複数のスキャン速度の１つを選択することは、多数の変数に依存する。従って、上述したことから理解できるように、スロースキャン速度を増加することは、最小注入時間を減じることになる。更に、スロースキャン速度に対するファーストスキャン速度の比を増加することは、一般的に均一性を改善することになる。さらに、ファーストスキャン速度を減少させ、ファーストスキャン方向における加速度を増加することにより、イオンビームの利用率が改善される。
【００３８】
本発明の別の構成によれば、イオンビームの利用効率を最適化するための１つの解法は、システムおよび／または基板１０５に関連した一組の条件に対して、イオン注入システム１００を設計することである。ここで、このシステムは、他の条件については効率的でないように構成される。従って、本発明のイオン注入システム１００及びその最適化方法は、可変のファーストスキャン速度及びスロースキャン速度の範囲を提供し、ファーストスキャン速度及びスロースキャン速度は、各注入条件に対して最適化することができる。たとえば、この最適化は、少なくとも部分的に、イオンビーム１１０の大きさ、及びイオン注入システム１００のセットアップ中に測定され、経験的なデータに対して最適化の高いレベルを与えるイオン分布に基づいている。別の例では、エネルギー、種、及びイオンビーム電流等のイオンビームパラメータを用いること、及びイオンビームパラメータに基づいて予想されるビームサイズに基づきシステムを最適化することを含む。理解できるように、このような予測的なアプローチは、イオン注入システムに対する迅速なセットアップを与える。
【００３９】
更に、本発明の他の構成によれば、図３は、図１の典型的なイオン注入システム等のイオン注入システムの例示的な最適化を示す典型的な方法２００の概略的なブロック図である。典型的な方法は、一連の行為または事象として図示されかつ記載されているが、本発明は、このような行為または事象の順序によって制限されるものではないことを理解してほしい。いくつかのステップは、本発明に従い、ここで示しかつ記載したものから離れた他のステップと異なる順序および／または同時に起こることも可能である。さらに、本発明に従う方法論を実行するために、図示した複数のステップを必ずしも必要とするものでもない。さらに、これらの方法は、ここで図示しかつ記載したシステムに関連して実行されるとともに、図示しない他のシステムに関連して実行できることも理解してほしい。
【００４０】
図３に示すように、方法２００は、動作２０５から開始され、イオン注入の処理方法が提供される。この処理方法は、たとえば、所望のイオンビーム電流、イオンビームの大きさ、スロースキャン方向においてイオンビームを通過する基板によって作られるパスの数、基板内に注入されるイオンの所望ドーズ量、及びスロースキャン方向における基板速度の１つまたはそれ以上以上を含んでいる。この処理方法から、イオンビームのプロフィールが動作２１０において決定される。このイオンビームプロフィールは、例えば、経験的データから決定され、あるいは、処理方法に基づいて予想される。
【００４１】
動作２１５において、一組の性能基準が与えられ、この性能基準は、基板を横切るイオン注入の所望の最大不均一性、所望の基板処理能力、最小イオンビーム電流、及び１つ以上の所望基板条件のうち、１つはそれ以上を含む。所望の最大不均一性は、例えば、将来の基板処理において受け入れ可能な結果を生じるリップル量に基づいて決定される。１つ以上の所望の基板条件は、例えば、最大基板温度（例えば、イオンビームからの熱によって生じる基板の所望最大温度）、基板のチャージング、ビーム電流の変化及びドロップアウトに対する基板の磁化率、及び基板の最大運動量の１つ以上を含む。ここで、例えば、ファーストスキャン速度の範囲における制限が更に付加される。基板の最大運動量は、例えば、図１の移動可能なステージ１４０の基板１０５に対するグリップ、あるいは、ステージの移動に対する駆動力に基づいている。
【００４２】
図３の動作２２０において、ファーストスキャン方向における基板の異なる複数の速度の１つが選択される。この選択は、少なくとも部分的に、決定したイオンビームプロフィール及び一組の性能基準に基づいている。例えば、図４は、イオン注入の不均一性３０５と注入時間３１０（たとえば、ウエハ上のイオン注入を完了するための全時間）との間の交換条件のシミュレーションを示すグラフ３００である。
【００４３】
グラフ３００は、典型的な不均一性及びイオン注入に対する注入時間を示し、このイオン注入は、５×１０14cm2（即ち、１平方ｃｍ当たりのイオン数）、２ｍＡのイオンビーム電流、300ｍｍ径ウエハの単一スロースキャンパス、及び８ｃｍのパラボラ状に分布したイオンビームを用いる。注入時間３１０は、例えば、ファーストスキャン速度を変えることにより変えられる。また、不均一性３０５は、ドーズ量におけるピークピーク値変動により定められる。例えば、所望の0.5％のピークピーク値よりも少ない不均一性であると仮定すると、ファーストスキャン速度は、約３０ｃｍ／秒となり、約７１秒の注入時間を導く。これに対して、システムがファーストスキャン速度が200ｃｍ／秒で作動するように設計されている場合、注入時間は、約１０７秒となるであろう。このような場合、イオン注入の生産性は、３０ｃｍ／秒から200ｃｍ／秒に、ファーストスキャン速度を最適化することによって約３３％近く改善される。
【００４４】
さて、図３の方法２００を再び参照すると、動作２２５は、処理方法の制御を示し、この制御は、少なくとも部分的に、選択されたファーストスキャン速度に基づいている。このような制御は、たとえば、１つ以上の処理パラメータ、すなわち、所望のイオンビーム電流、イオンビームの大きさ、スロースキャン方向におけるイオンビームを通過するパス数、基板内に注入されるイオンの所望ドーズ量、及びスロースキャン方向における基板速度を制御または調整することを含んでいる。この制御は、前に選択されたファーストスキャン速度に基づいている。
【００４５】
本発明の別の構成によれば、動作２２５において、処理方法を制御した後、ファーストスキャン方法における複数の異なる速度の１つが選択される。この選択は、少なくとも部分的に、制御された処理方法及び性能基準に関連した、別の基板に対する別のイオン注入に基づいている。従って、この最適化方法２００は、反復的に実行することができ、処理方法、性能基準、ファーストスキャン速度、及びスロースキャン速度の１つまたはそれ以上に関連した、１つまたは複数の変数を変えることにより、他の変数に衝撃を与えることになる。例えば、ファーストスキャン速度を変えることは、イオンビームの利用率を変えることになり、それゆえ、所望のドーズ量を達成するために必要とされるスロースキャン速度を変えることになる。
【００４６】
次に、図５を参照すると、イオン注入システムを最適化する別の方法４００が図示されている。この方法４００は、イオン注入システムのための処理方法４０５から始まる。この処理方法は、所望のイオンビーム電流、スロースキャン方法におけるイオンビームを通過するパス数、基板を横切るイオンビームの最大不均一性、及び基板に注入されるイオンのドーズ量等のパラメータを含む。動作４１０において、イオン注入システムは、処理方法に基づいて調整され、例えば、イオンビーム電流は、所望のイオンビーム電流に合致するように制御される。このイオンビームは、動作４１５において、プロファイルされ、ここで、イオンビームの大きさがほぼ決定される。動作４２０において、ファーストスキャン速度及びスロースキャン速度間の速度比が決定される。この決定された速度比は、少なくとも部分的に、イオン注入の最大不均一性及び処理方法に基づくイオンビーム分布に基づいて決定される。
【００４７】
動作４２５において、処理方法から所望のパラメータに基づいて、受け入れ可能な速度比の解法が見つけられるかどうかの決定がなされる。１つの解法が動作４２５で判明すると、複数のスロースキャン速度の１つが動作４３０で決定される。この決定は、少なくとも部分的に、イオン注入の所望ドーズ量に基づいている。例えば、動作４３０における決定は、ファーストスキャン速度および処理方法に基づきスロースキャン速度を計算することを含む。動作４３５において、イオン注入の不均一性が所望の最大不均一性に基づくかどうかについて、別の決定がなされる。この不均一性が受け入れ可能である場合、イオン注入は、動作４４０において、基板上で開始される。しかし、動作４３５での決定は、不均一性が所望の最大不均一性よりも大きい場合であり、別の速度比が動作４２０で再び計算され、そして、この処理が繰り返される。
【００４８】
動作４２５において、速度比の解法が見つからない場合、スロースキャンのパス数が単一のパス数よりも大きいかどうかについての判断が動作４４５においてなされる。動作４４５の判定がイエスである場合、そのとき、スロースキャンの所望のパス数が動作４５０において減じられる。そして、別の速度比が動作４２０において再び計算される。しかし、単一のスロースキャンパスのみが動作４４５において判断されると、イオンビーム電流が所望の最小イオンビーム電流よりも大きいかどうかについて、動作４５５で判定される。イオンビーム電流が所望の最低イオンビーム電流より大きい場合、そのとき、ビーム電流は、動作４６０において、より低いイオンビーム電流に下げられる。そして、イオン注入システムは、より低いイオンビーム電流に基づいた、動作４１０に再び戻る。しかし、動作４５５において、ビーム電流が所望の最小ビーム電流より低いか等しい場合、そのとき、イオンビームの大きさが増加するかどうかについて、動作４６５において判定される。イオン注入システムに関連した制限に従ってイオンビームの大きさを増加し得る場合、そのとき、イオンビームの大きさは、動作４７０において、適切に増加される。そして、イオン注入システムは、増加したイオンビームの大きさに基づいて、再び元に戻る。しかし、例えば、イオン注入システムにける制限または他の制限によって、イオンビームの大きさを増加させることができない場合、そのとき、イオン注入システムは、受け入れることができないと判断して、所望の処理パラメータに従う、受け入れ可能なイオン注入を生じさせ、そして、動作４７５において、このイオン注入が保持される。
【００４９】
本発明を、ある構成および実施形態に関して図示しかつ記載してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると、他の同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。特に、上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。
【００５０】
更に、本発明の特定の特徴は、幾つかの実施形態の内のただ一つに対して開示されてきたものであるが、このような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の１つの構成に従う、典型的なイオン注入システムの平面図である。
【図２】本発明の別の構成に従う、典型的な走査システム及びイオンビーム径路の平面図である。
【図３】本発明の別の構成に従う、イオン注入システムのイオンビーム利用率を最適化するための典型的な方法のブロック図である。
【図４】本発明の別の構成に従う、ファーストスキャン方向における基板速度及び基板上のイオン注入のために取られた時間に関連しているイオン注入の不均一性を示すグラフ図である。
【図５】本発明の別の構成に従う、イオン注入システムにおけるイオンビーム利用率の最適化のための別の典型的な方法のブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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