(57)【要約】【課題】  １枚の基板に対して、複数のレシピに依るイオン注入を、明確にかつ効率良く行うことができるイオン注入方法を提供する。【解決手段】  このイオン注入方法は、イオン種、イオンビームのエネルギー、ドーズ量、基板のチルト角、基板のツイスト角および基板面内の領域の６注入条件を含む複数のそれぞれ内容の異なるレシピを１枚の基板２６について設定するレシピ設定工程と、そのレシピを実行する順番を設定する順番設定工程と、１枚の基板２６に対して、前記順番に従って、当該順番のレシピごとに当該レシピの内容でイオン注入を行う複数のイオン注入工程と、一つのレシピに依るイオン注入とその次のレシピに依るイオン注入との間に、注入室２４内に基板２６を残した状態で、しかもイオンビーム１２が基板２６に入射していない状態で、レシピを次のレシピに切り換えるレシピ切り換え工程とを備えている。【選択図】  図１
2008066664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビームを用いることと、基板をＹ方向に機械的に往復駆動することとを併用して、真空に排気される注入室内において基板にイオンビームを入射させてイオン注入を行うイオン注入方法であって、
イオン注入に用いるイオン種、イオンビームのエネルギー、ドーズ量、基板に立てた垂線とイオンビームとが成す角度であるチルト角、基板をその中心を中心にして基準位置から回転させた角度であるツイスト角および基板面内の領域の６注入条件を含む複数のそれぞれ内容の異なるレシピを１枚の基板について設定するレシピ設定工程と、
前記複数のレシピを実行する順番を設定する順番設定工程と、
１枚の基板に対して、前記順番に従って、当該順番のレシピごとに当該レシピの内容でイオン注入を行う複数のイオン注入工程と、
一つのレシピに依るイオン注入とその次のレシピに依るイオン注入との間に、前記注入室内に前記基板を残した状態で、しかもイオンビームが前記基板に入射していない状態で、レシピを次のレシピに切り換えるレシピ切り換え工程とを備えていることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
前記複数のレシピ中の前記領域は、全て異なる領域である請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項３】
前記複数のレシピ中の前記領域に、異なる領域が含まれている請求項１記載のイオン注入方法。
【請求項４】
前記複数のレシピ中の前記領域は、全て同一の領域である請求項１記載のイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リボン状のイオンビームを用いることと、基板を機械的に駆動することとを併用して、基板にイオン注入を行うイオン注入方法に関し、より具体的には、１枚の基板に対して複数のレシピに依ってイオン注入を行うイオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１枚の基板を有効活用するために、１枚の基板の面内において一様でないドーズ量分布を形成するイオン注入方法が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３５６８２号公報（段落０００９、００１１、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板に対する注入条件には、ドーズ量以外にも様々なものがある。
【０００５】
例えば、基板上に半導体デバイスを形成する場合、半導体デバイスの開発・試作の段階では、様々なレシピ（これは、イオン種、イオンビームのエネルギー、ドーズ量等の複数の注入条件の集合のことである。以下同様）でイオン注入を行った後に、最終的なレシピを決定したいという要望がある。
【０００６】
また、開発・試作後に実際の製品となる半導体デバイス等を基板上に形成する場合にも、複数のイオン注入工程を経る場合があるので、１枚の基板に対して複数のレシピに依ってイオン注入を行いたいという要望もある。
【０００７】
従って、特許文献１に記載のように１枚の基板の面内において一様でないドーズ量分布を形成するだけでは不十分であり、１枚の基板に対して複数のレシピに依ってイオン注入を行うことへの要望が強い。
【０００８】
特に、半導体基板の寸法が大型化し高価になっている状況下では、上記要望は強い。
【０００９】
しかも、単に複数のレシピに依るイオン注入を行うだけではなく、レシピの切り換えによるイオン注入を、レシピ切り換え途中の不所望な注入条件でのイオン注入が成されることなく明確に行うと共に、複数のレシピに依るイオン注入を効率良く行うことが要望されている。
【００１０】
そこでこの発明は、上記要望に応えるために、１枚の基板に対して、複数のレシピに依るイオン注入を、明確にかつ効率良く行うことができるイオン注入方法を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るイオン注入方法は、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビームを用いることと、基板をＹ方向に機械的に往復駆動することとを併用して、真空に排気される注入室内において基板にイオンビームを入射させてイオン注入を行うイオン注入方法であって、イオン注入に用いるイオン種、イオンビームのエネルギー、ドーズ量、基板に立てた垂線とイオンビームとが成す角度であるチルト角、基板をその中心を中心にして基準位置から回転させた角度であるツイスト角および基板面内の領域の６注入条件を含む複数のそれぞれ内容の異なるレシピを１枚の基板について設定するレシピ設定工程と、前記複数のレシピを実行する順番を設定する順番設定工程と、１枚の基板に対して、前記順番に従って、当該順番のレシピごとに当該レシピの内容でイオン注入を行う複数のイオン注入工程と、一つのレシピに依るイオン注入とその次のレシピに依るイオン注入との間に、前記注入室内に前記基板を残した状態で、しかもイオンビームが前記基板に入射していない状態で、レシピを次のレシピに切り換えるレシピ切り換え工程とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
前記複数のレシピ中の前記領域は、全て異なる領域でも良いし、異なる領域が含まれていても良いし、全て同一の領域でも良い。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、レシピ設定工程によって設定した複数のレシピに依るイオン注入を、順番設定工程によって設定した順番で１枚の基板に対して行うことができる。
【００１４】
しかも、一つのレシピに依るイオン注入とその次のレシピに依るイオン注入との間のレシピ切り換え工程において、イオンビームが基板に入射していない状態でレシピを切り換えるので、レシピ切り換え途中の不所望な注入条件でのイオン注入が成されることなく、複数のレシピに依るイオン注入を明確に行うことができる。
【００１５】
更に、レシピ切り換え工程において、注入室から基板を搬出せずに注入室内に基板を残した状態でレシピを切り換えるので、注入室に対する基板の搬出入等に要する時間を省いて、複数のレシピに依るイオン注入を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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中の基板駆動装置周りの具体例を示す概略側面図である。
【００１７】
このイオン注入装置は、イオンビーム１２の進行方向をＺとし、Ｚ方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、電界または磁界によるＸ方向の走査を経てＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビーム１２を用いることと、このリボン状のイオンビーム１２を基板２６に入射させる注入位置で基板２６をＹ方向に機械的に往復駆動することとを併用して、注入室２４内において基板２６にイオンビーム１２を入射させてイオン注入を行う構成をしている。Ｘ方向は例えば水平方向、Ｙ方向は例えば垂直方向であるが、その逆でも良い。
【００１８】
より具体的には、このイオン注入装置は、リボン状のイオンビーム１２の元になるイオンビーム１２を発生させるイオン源１０と、このイオン源１０から発生させたイオンビーム１２から所定のイオン種のイオンビーム１２を選別して導出する分析電磁石１４と、この分析電磁石１４から導出されたイオンビーム１２を所定のエネルギーになるように加速または減速する加減速器１６と、この加減速器１６から導出されたイオンビーム１２から所定のエネルギーのイオンビーム１２を選別して導出するエネルギー分離器１８と、このエネルギー分離器１８から導出されたイオンビーム１２を電界または磁界によってＸ方向に往復走査する走査器２０と、この走査器２０から導出されたイオンビーム１２を電界または磁界によって曲げ戻して走査器２０と協働してイオンビーム１２の平行走査を行って、前述したようなリボン状の形をしているイオンビーム１２を形成するビーム平行化器２２とを備えている。
【００１９】
ビーム平行化器２２から導出されたリボン状のイオンビーム１２は、真空に排気される注入室２４内において、基板駆動装置３０のホルダ３２に保持されている基板２６に照射され、それによって基板２６にイオン注入が行われる。通常、基板２６の全面にイオン注入を行うために、イオンビーム１２のＸ方向の寸法は、基板２６のＸ方向の寸法よりも若干大きくしている（図３参照）。
【００２０】
但し、イオンビーム１２を上記のようにＸ方向に走査する代わりに、イオン源１０からＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビーム１２を発生させて、それを基板２６まで輸送して基板２６に入射させるようにしても良い。即ち、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム１２を用いても良い。  
【００２１】
基板２６は、例えば、半導体基板、ガラス基板、その他の基板である。その平面形状は、例えば図３、図４に示す例のような円形でも良いし、四角形でも良いし、その他の形でも良い。
【００２２】
基板駆動装置３０は、例えば図２に示す例のように、基板２６を保持するホルダ３２と、ホルダ３２を基板２６の表面の中心２６ａを中心に矢印Ａに示すように回転させて傾けて、基板２６の表面に立てた垂線４０とイオンビーム１２とが成す角度であるチルト角αを設定するチルト角設定モータ３４と、ホルダ３２を基板２６の中心２６ａを中心に矢印Ｂに示すように回転させて、図３に示すように、基板２６を所定の基準位置（例えば基板２６のオリエンテーションフラット２６ｂが二点鎖線で示すように下に向いた位置）から回転させた角度であるツイスト角βを設定するツイスト角設定モータ３６と、基板２６、ホルダ３２、チルト角設定モータ３４およびツイスト角設定モータ３６の全体を矢印Ｃに示すようにＹ方向に往復駆動する往復駆動装置３８とを有している。オリエンテーションフラット２６ｂの代わりにノッチを基準にする場合もある。
【００２３】
このイオン注入装置は、更に、ドーズファラデー４２と、ダンプファラデー４４と、注入制御装置５０とを備えている。
【００２４】
ドーズファラデー４２は、注入室２４内に設けられていて、イオン注入中のイオンビーム１２を受けて、基板２６に対するドーズ量（イオン注入量）を測定するものである。
【００２５】
ダンプファラデー４４は、例えばビーム平行化器２２を収納する真空容器内であって、走査器２０においてイオンビーム１２を走査しないときに直進したイオンビーム１２が入射する位置に設けられていて、イオンビーム１２をそれが基板２６に入射しない位置に退避させるときにイオンビーム１２を受けること等に用いられるものである。このダンプファラデー４４によって、イオン源１０の立ち上げ時等においてイオンビーム１２のビーム電流を測定することもできる。
【００２６】
注入制御装置５０は、このイオン注入装置の注入制御を行うものであり、例えば次の（ａ）〜（ｄ）の機能を有している。
【００２７】
（ａ）例えば表１に示す例のように、１枚の基板２６についてのレシピであって、イオン注入に用いるイオン種、イオンビーム１２のエネルギー、ドーズ量、上記チルト角α、上記ツイスト角βおよび基板２６の面内における領域（例えば図４に示す領域Ｒ1 〜Ｒ3 ）の６注入条件を含む複数のそれぞれ内容の異なるレシピ（例えばレシピ１〜３）が設定されてそれを記憶する機能。ちなみに表１は、複数のレシピ中の上記領域が全て異なる領域である場合の例である。
【００２８】
（ｂ）例えば表２に示す例のように、複数のレシピ（例えばレシピ１〜３）を実行する順番が設定されてそれを記憶する機能。
【００２９】
（ｃ）１枚の基板２６に対して、上記順番に従って、当該順番のレシピごとに当該レシピの内容でイオン注入を行う複数のイオン注入工程を実行する制御を行う機能。
【００３０】
（ｄ）一つのレシピに依るイオン注入とその次のレシピに依るイオン注入との間に、注入室２４内から基板２６を搬出せずに注入室２４内に基板２６を残した状態で、しかもイオンビーム１２が基板２６に入射していない状態で、レシピを次のレシピに切り換えるレシピ切り換え工程を実行する制御を行う機能。
【００３１】
【表１】
2008066664.tif 000003
【００３２】
【表２】
2008066664.tif 000004
【００３３】
上記レシピ内の各注入条件の変更は、例えば、注入制御装置５０によって次のような制御を行うことによって行われる。
【００３４】
イオン種の変更は、イオン源１０に供給するイオン源ガスを切り換えることによって行われる。
【００３５】
イオンビーム１２のエネルギーの変更は、イオン源１０からイオンビーム１２を引き出す引出し電圧および加減速器１６に供給する加減速電圧の両方または一方を変更することによって行われる。
【００３６】
ドーズ量の変更は、イオン源１０から発生させるイオンビーム１２のビーム電流および基板２６にイオンビームを入射させる時間（注入時間）の両方または一方を変更することによって行われる。
【００３７】
チルト角αの変更は、チルト角設定モータ３４を制御することによって行われる。
【００３８】
ツイスト角βの変更は、ツイスト角設定モータ３６を制御することによって行われる。  
【００３９】
基板２６の面内における領域の切り換えは、例えば、基板駆動装置３０の往復駆動装置３８によって、基板２６を保持しているホルダ３２をＹ方向に移動させることによって行われる。ツイスト角設定モータ３６によってホルダ３２を回転させることによって行っても良い。両者を併用しても良い。
【００４０】
レシピの切り換えは、イオンビーム１２が基板２６に入射していない状態で行われる。例えば、走査器２０等を制御してイオンビーム１２を上記ダンプファラデー４４に入射する位置に退避させた状態で行われる。基板駆動装置３０によって基板２６をイオンビームが当たらない位置に退避（例えばイオンビーム１２よりもＹ方向における下方に退避）させた状態で行っても良い。両者を併用しても良い。
【００４１】
上記レシピ中の領域を、例えば、図４に示す例のようにＹ方向における三つの領域Ｒ1 〜Ｒ3 とし、表１に示した三つのレシピ１〜３に依るイオン注入を、表２に示した順番で実行する場合の例を、図１、図４、図５等を参照しながら説明する。以下の制御は、この例では、上記注入制御装置５０によって行われる。
【００４２】
まず、表１に示したレシピ１〜３および表２に示した順番を設定する（レシピ設定工程６０および順番設定工程６１）。これらをこの例では注入制御装置５０に設定する。
【００４３】
そして、１番目のレシピ１の注入条件を整える準備が行われる。その間、基板２６はホルダ３２に保持されて、イオンビーム１２が入射しない位置に、例えば前述したようにイオンビーム１２の位置よりも下方の位置に退避させられている。
【００４４】
レシピ１の注入条件が整えば、基板２６は、イオンビーム１２が領域Ｒ1 に入射する位置まで上昇させられ、イオンビーム１２が領域Ｒ1 のみに入射する範囲でＹ方向に往復駆動されると共に、イオンビーム１２がＸ方向に走査されて、レシピ１に依るイオン注入が目的のドーズ量になるまで行われる（イオン注入工程６２）。
【００４５】
レシピ１に依るイオン注入が終了したら、注入室２４内に基板２６を残した状態で、かつ前述したようにイオンビーム１２が基板２６に入射しない状態で、レシピを次のレシピ２に切り換える動作が行われる（レシピ切り換え工程６３）。
【００４６】
レシピ２の注入条件が整えば、基板２６は、イオンビーム１２が領域Ｒ2 に入射する位置まで上昇させられ、イオンビーム１２が領域Ｒ2 のみに入射する範囲でＹ方向に往復駆動されると共に、イオンビーム１２がＸ方向に走査されて、レシピ２に依るイオン注入が目的のドーズ量になるまで行われる（イオン注入工程６４）。
【００４７】
以降は上記と同様にして、次のレシピ３に切り換える動作が行われ（レシピ切り換え工程６５）、次いで領域Ｒ3 についてレシピ３に依るイオン注入が行われる（イオン注入工程６６）。
【００４８】
全てのレシピに依るイオン注入が終了したら、その基板２６に対するイオン注入は完了する。その後は、必要に応じて、基板２６の入れ換えを行い、即ち注入済の基板２６を注入室２４から搬出すると共に未注入の基板２６を注入室２４内に搬入してホルダ３２に保持させて、上記と同様のイオン注入を繰り返せば良い。
【００４９】
上記イオン注入方法によれば、レシピ設定工程によって設定した複数のレシピに依るイオン注入を、順番設定工程によって設定した順番で１枚の基板２６に対して行うことができる。即ち、１枚の基板２６に対して複数のレシピに依って様々な注入条件でイオン注入を行うことができる。その結果例えば、半導体デバイスの開発・試作のための基板枚数を少なくすることができる。即ち、１枚の基板２６を有効活用することができる。また、開発・試作後に実際の製品となる半導体デバイス等を基板２６上に形成する場合において、１枚の基板２６に対して複数のレシピに依るイオン注入を行うこともできる。
【００５０】
しかも、一つのレシピに依るイオン注入とその次のレシピに依るイオン注入との間のレシピ切り換え工程において、イオンビーム１２が基板２６に入射していない状態でレシピを切り換えるので、レシピ切り換え途中の不所望な注入条件でのイオン注入が成されることなく、複数のレシピに依るイオン注入を明確に行うことができる。
【００５１】
更に、レシピ切り換え工程において、注入室２４から基板２６を搬出せずに注入室２４内に基板を残した状態でレシピを切り換えるので、注入室２４に対する基板２６の搬出入等に要する時間を省いて、複数のレシピに依るイオン注入を効率良く行うことができる。  
【００５２】
なお、上記表１、図４は、レシピの数が三つの場合の例であるが、それに限られるものではなく、レシピの数は二つでも良いし、四つ以上でも良く、複数であれば任意である。  
【００５３】
また、上記表１、図４は、複数のレシピ中の領域が全て異なる領域である場合の例であるが、複数のレシピ中の領域に、異なる領域が含まれていても良い。換言すれば、同じ領域と異なる領域とが混在していても良い。その場合でも、１枚の基板２６の複数の領域に、複数の注入条件によるイオン注入を行うことができる。複数のレシピ中の領域が全て同一の領域でも良い。その場合は、１枚の基板２６の一つの領域（例えば全域）に、複数の注入条件によるイオン注入を行うことができる。基板２６の形が円形でない場合も同様である。
【００５４】
基板２６に入射させるイオンビーム１２は、前述したように、Ｘ方向の走査を経ることなく、イオン源１０から引き出したときからリボン状をしているイオンビーム１２でも良い。その場合は、イオンビーム１２が基板２６に入射していない状態でレシピの切り換えを行うには、上記走査器２０等を用いる代わりに、例えば、分析電磁石１４またはそれに代わる分析電磁石の磁場強度を変えることによって、イオンビーム１２が基板２６に入射しない位置にイオンビーム１２を退避させた状態で行っても良い。また前述したように、基板駆動装置３０によって基板２６をイオンビーム１２が当たらない位置に退避させた状態で行っても良い。両者を併用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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中の基板駆動装置周りの具体例を示す概略側面図である。
【図３】ツイスト角を説明するために、基板を正面から見て示す図である。
【図４】基板面内の領域の例を説明するために、基板を正面から見て示す図である。
【図５】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。
【符号の説明】
【００５６】
１０  イオン源
１２  イオンビーム
２４  注入室
２６  基板
３０  基板駆動装置
５０  注入制御装置
【図１】
2008066664.tif 000005
【図２】
2008066664.tif 000006
【図３】
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【図４】
2008066664.tif 000008
【図５】
2008066664.tif 000009