(57)【要約】      （修正有）【課題】基板とイオン注入用ビーム間の相対的な移動を制御して均一のドーズに維持するイオン注入方法を提供する。【解決手段】イオン注入装置は、イオン注入用ビームに対して基板の二次元走査を行って、ビームが基板上に走査線のラスタを描くようにする。基板から離れた転換ポイントでビーム電流を測定し、その電流値を使用して、低速走査方向におけるドーズ均一性に対するビーム電流の変動の影響を補償するように、その後の高速走査速度を制御する。走査は、非交差の均一離間された平行走査線のラスタを発生することができ、線と線との間隔は、適切なドーズ均一性を確保するように選択される。【選択図】図１
2005203771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をイオン注入する方法であって、
ａ）所定のビーム方向を有するイオン注入用ビームを発生させるステップと、
ｂ）前記基板の面を横切る軸周りにイオン注入用ビームに関して第１配向に前記基板を方向付けるステップと、
ｃ）前記第１配向において、基板とビーム間に第１相対的移動を生じさせ、前記第１相対的移動は（ｉ）基板上方にビームの少なくとも１つのビームパスを形成する為に、ビーム方向を横切る第１方向と平行であり、（ii）各々の前記パス中において基板上方でビームの複数走査を形成する為に、ビーム方向及び前記第１方向を横切る第２方向と平行であり、前記走査は、前記第１方向に所定間隔をもつ中間ポイントを有する第１ラスタ線を基板上に描くステップと、
ｄ）前記第１配向に対し前記軸周りに１８０°で第２の前記配向に基板を方向付けるステップと、
ｅ）前記第２配向において、基板とビーム間に相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線でインターリーブされた第２ラスタ線を基板上に描くステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
前記第１配向に対し前記軸周りに９０°で第３の前記配向に基板を方向付けるステップと、
前記第３配向において、第３の前記相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線と前記第２ラスタ線に対し９０°の第３ラスタ線を描くステップと、
前記第３方向に対し前記軸周りに１８０°で第４配向に基板を方向付けるステップと、
前記第４配向において、第４の前記相対的移動を生じさせて、前記第３ラスタ線でインターリーブされた第４ラスタ線を描くステップと、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記軸は、ビーム方向と同一方向である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記走査は、非交差の均一に離間された実質的に平行なラスタ線を基板に描く、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２方向における基板とビーム間の前記相対的移動は、基板を前記第２方向と平行に機械的に往復動することにより生じ、更に、前記第１方向における前記相対的移動は、前記基板を走査間で均一距離だけ前記第１方向に対し平行に機械的に並進移動することにより生じさせる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板は、各走査間に前記均一距離のステップで並進移動される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
イオン注入用ビームは、前記第１方向において一定の強度プロフィールを持ち、非対称であり、前記第１ラスタ及び第２ラスタは、共通の線ピッチで描かれ、前記相対的移動は、前記第２ラスタを描き、上記第１ラスタに関し空間的位相シフトを有し、第１ラスタは、１００％位相シフトが前記共通線ピッチに等しい場合に５０％と異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記空間的位相シフトは、前記第１方向におけるドーズを改善するように選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
所望の原子種を含む所定ビーム束を有するイオン注入用ビームを生じさせるイオンビーム発生装置を備えるイオン注入装置において：
イオン注入される基板を保持する為の基板ホルダであって、ホルダ上の基板ウェハ面を横切る捻り回転軸の周りで回転する為に取り付けられた、前記ホルダと；
前記ホルダをイオン注入用ビームに関し選択された配向まで捻り回転軸周りに回転させる、前記捻り回転用駆動装置と、
ホルダ上の基板とビーム間に、相対的移動を生じさせる為に動作可能な走査装置であって、前記相対的移動は（ｉ）基板上にビームの少なくとも１つのパスを実施する為に、ビーム方向を横切る第１方向と平行であり、（ii）各々の前記パス中に基板上にビームの複数の走査を生じさせる為に、ビーム方向及び前記第１方向を横切る第２方向と平行であり、前記走査は、前記第１方向で均一に離間された中間ポイントを有するラスタ線を基板上に描く、前記走査装置と、
前記捻り回転用駆動装置と前記走査装置をイオン注入中に制御するように配置されたコントローラであって、
ａ）ホルダ上の基板を前記軸周りにイオン注入用ビームに関し第１配向まで方向付け、
ｂ）前記第１配向において、基板とビーム間に前記第１相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線を基板上に描き、
ｃ）前記第１配向に対し前記軸周りに１８０°で前記第２配向にホルダ上の基板を方向付け、
ｄ）前記第２配向において、基板とビーム間の前記第２相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線でインターリーブされた第２ラスタ線を基板上に描く、
イオン注入装置。
【請求項１０】
コントローラは、
ホルダ上の基板を、前記第１配向に対し前記軸周りに９０°で前記第３配向にホルダ上の基板を方向付けるように配置され、
前記第３配向において、第３の前記相対的移動を生じさせて、前記第１及び第２ラスタ線に対し９０°で第３の前記ラスタ線を描き、
前記第３配向に対し、前記軸周りに１８０°で第４配向に上記基板を方向付け、
前記第４配向において、第４の前記相対的移動を生じさせて、前記第３ラスタ線でインターリーブされた第４の前記ラスタ線を描く、
イオン注入装置。
【請求項１１】
前記捻り回転軸は、ホルダ上の基板ウェハの面に垂直であり、前記ホルダは、前記面と同一方向の傾斜軸周りに回転するように取り付けられ、イオン注入装置は、傾斜駆動装置を含み、イオン注入用ビームに関し選択された傾斜角度に対し傾斜軸周りに前記ホルダを回転させ、ここで、前記コントローラは、前記傾斜駆動装置が基板とビーム間の前記第１相対的移動中に第１傾斜角度で前記ホルダを方向付けるように、更に、基板とビーム間の前記第２相対的移動中に前記第１傾斜角度と同一かつ反対側の第２傾斜角度で前記ホルダを方向付けるように、前記傾斜駆動装置を同様に制御する、請求項１０記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記走査装置は、走査が非交差の均一離間された実質的に平行線のラスタを基板上に描くように動作する、請求項９に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記走査装置は、基板とビーム間の相対的移動が、前記第２方向において機械的に上記基板ホルダを前記第２方向と平行に往復動することにより生じ、前記相対的移動が、前記第１方向において機械的に前記基板を第１方向と平行に走査間で均一距離だけ並進移動することにより生じるように動作可能である、請求項１２記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記走査装置は、各走査間で前記均一距離だけ前記基板ホルダを並進移動するように動作可能である、請求項１３に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、基板とイオン注入用ビームとの間の相対的な移動を制御して、基板表面にわたり、イオン注入される種を所望の及び均一のドーズに維持するような基板のイオン注入方法に関する。又、本発明は、この方法を実施するように適応されたイオン注入装置にも関する。
【発明の背景】
【０００２】
典型的なイオン注入装置では、所望の原子種の比較的小さい断面のイオンビームが、イオン注入されるべき基板、通常、半導体ウェハに対して走査される。
【０００３】
固定のウェハに対してビームが二次元で横方向に走査されてもよいし、或いは固定のビームに対してウェハが二次元で走査されてもよい。又、ビームが１つの次元で走査される一方、ウェハが第２の、通常それに直交する方向に機械的に走査されるときの混成走査技術も存在する。
【０００４】
種々の技術には、利点と欠点がある。半導体ウェハのバッチ処理については、１つのバッチのウェハを回転ホイールに取り付け、次いで、ホイールの回転軸を前後に走査し、固定のビームを横切ってウェハの二次元の機械的走査を与えることができる。この種のバッチ式イオン注入装置の一例が、米国特許第５，３８９，７９３号に説明されている。
【０００５】
単一ウェハのイオン注入装置は、上述した混成の機械的及び静電的又は電磁的ビーム走査を使用することができる。このような構成は、本出願人の共通に譲渡された米国特許第５，８９８，１７９号に説明されている。ここでは、イオンビームが、イオン注入装置においてビーム軸に垂直な第１方向に電磁的に走査される一方、ウェハが、第２の一般的にそれに直交する方向に機械的に移動される。
【０００６】
イオン注入では、半導体ウェハ又は他の基板へイオン注入される所望の種の全ドーズが、基板表面全体にわたり所望レベルのドーズ均一性をもつように確保することが重要である。上述したバッチ式のイオン注入装置では、これは、イオン注入用ホイールを高速度でスピンさせると共に、ホイール軸を前後に走査して、ホイール上に取り付けられたウェハがイオン注入プロセス中に何回もビームを横切るようにさせることにより達成される。又、上述した混成単一ウェハイオン注入装置では、静電的又は電磁的ビーム走査を、イオン注入されるべきウェハの機械的移動に比して比較的高い速度で実行することにより、ドーズ均一性が維持される。ウェハの機械的移動方向におけるウェハ表面上のドーズ均一性は、この機械的移動速度を制御することにより確保されるが、機械的移動速度は、常に、ビーム走査速度より相当に低速である。
【０００７】
２次元の機械的走査を使用するイオン注入装置において良好なドーズ均一性を得る為の配置を開示するＷＯ０３／０８８２９９号を参照する。本発明の実施形態は、最初のケースに説明されたプランター及びイオン注入法に対する改良を構成する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、以下の説明から明らかになる特定の効果を発揮することのできる新規な走査アルゴリズムを提供することである。
【０００９】
従って、本発明は、基板をイオン注入する方法であって、ａ）所定のビーム方向を有するイオン注入用ビームを発生させるステップと、ｂ）前記基板の面を横切る軸周りにイオン注入用ビームに関して第１配向に前記基板を方向付けるステップと、ｃ）前記第１配向において、基板とビーム間に第１相対的移動を生じさせ、前記第１相対的移動は（ｉ）基板上方にビームの少なくとも１つのビームパスを形成する為に、ビーム方向を横切る第１方向と平行であり、（ii）各々の前記パス中において基板上方でビームの複数走査を形成する為に、ビーム方向及び前記第１方向を横切る第２方向と平行でり、前記走査は、前記第１方向に所定間隔をもつ中間ポイントを有する第１ラスタ線を基板上に描くステップと、ｄ）前記第１配向に対し前記軸周りに１８０°で第２の前記配向に基板を方向付けるステップと、ｅ）前記第２配向において、基板とビーム間に相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線でインターリーブされた第２ラスタ線を基板上に描くステップと、を備えた方法を提供する。
【００１０】
上記方法において、横軸周りの基板の配向は、インターリーブされた走査間で逆になっている。この手順により、組み合わされたインターリーブ走査の有効線ピッチが減少すると、基板に送られるドーズの前記第１方向において良好な均一性が保証される。同時に、イオン注入セグメント間の逆方向の配向は、ビーム内イオンのイオン注入角度の分布における非均一性を平均化する。
【００１１】
また更に、基板の熱的負荷は、減少可能である。基板とビーム間の相対的移動の前記第１方向は、低速走査方向であり、その方向における移動は、通常、特質的に往復動である。逆方向の低速走査パス間で基板の配向を１８０°だけ回転させることにより、各パスは、基板の同一の縁から始まり基板を交差して、イオンビームに晒す熱的影響が平均化される。
【００１２】
本発明は、低速走査方向においてビームと基板との間に連続的な相対的移動を使用して、基板上にジグザグ又は鋸歯状の走査パターンを形成するように使用されてもよい。しかしながら、非交差の均一に離間された実質的な平行線のラスタを基板上に走査で描く場合に、良好な結果が得られる。
【００１３】
従って、前記第１方向に基板上にビームの単一パスしかない場合でも、基板上に良好なドーズ均一性を得ることができる。
【００１４】
又、重要なことに、前記第２方向におけるビームの高速走査それ自体が、電磁／静電ビーム走査システムで達成できる走査速度に比して比較的低速である場合でも、良好なドーズ均一性が可能となる。その結果、この方法は、ビームに対するウェハの高速走査が、ウェハホルダ上のウェハの機械的往復移動により達成されるような単一ウェハ機械的走査システムに特に適用できる。機械的な往復走査システムでは、イオン注入用ビームを横切ってウェハを往復させることのできる最高速度が制限される。その結果、イオン注入されるべき所望の原子種の所定の束を有するイオン注入用ビームでは、走査パスにおいて基板の各単位面積に与えられるドーズ量は、ビームがその領域を越える単一横断をなすときに、非常に高くなる。それ故、次々の高速走査間の間隔、特に、走査システムにより形成されるラスタの線間の間隔が大きくなる傾向となる。
【００１５】
好ましくは、前記第２の方向における基板とビームとの間の前記相対的移動は、前記第２の方向に平行に基板を機械的に往復動することにより発生され、更に、前記第１の方向における前記相対的な移動は、走査と走査との間の均一な距離だけ前記第１の方向に前記基板を機械的に並進移動することにより発生される。
【００１６】
この種の二次元の機械的走査手順は、上述したような混成走査単一ウェハイオン注入装置に使用されるビーム走査システムをもたずに、比較的簡単なビーム線を使用してウェハを１つずつ（即ちバッチ処理ではなく）イオン注入することができる。ウェハの往復機械的走査は、電気的なビーム走査に比しておそらく比較的低速であるので、プロセスレシピで指定された所要の原子種のドーズを基板に付与するのに、基板上で比較的少数のビーム走査しか要求されない。これは、走査プロセスにより形成されるラスタの個々の線がイオンビーム巾のほんの一部分だけ離間されてもよいことを意味する。又、完全なイオン注入を行うのに、基板上にビームの少数のパスしか必要としなくてよい（機械的往復方向即ち第２方向を横断する前記第１方向において）。
【００１７】
通常、イオン注入用ビームは、非対称である前記第１方向において、強度プロフィールを有する。その後、前記第１及び第２ラスタは、共通線ピッチで描かれ、前記第２相対的移動は、前記第２ラスタを描き、１００％位相シフトが前記共通線ピッチに等しい場合には５０％とは異なる第１ラスタに関して空間的位相シフトを有する。空間的位相シフトは、前記第１方向において、ドーズ均一性を改善するように選択可能である。発生し得るドーズ均一性における改善を、以下に説明する。
【００１８】
本発明は、また、所望の原子種を含む所定ビーム束を有するイオン注入用ビームを生じさせるイオンビーム発生装置を備えるイオン注入装置において：イオン注入される基板を保持する為の基板ホルダであって、ホルダ上の基板ウェハ面を横切る捻り回転軸の周りで回転する為に取り付けられた、前記ホルダと；前記ホルダをイオン注入用ビームに関し選択された配向まで捻り回転軸周りに回転させる、前記捻り回転用駆動装置と、ホルダ上の基板とビーム間に、相対的移動を生じさせる為に動作可能な走査装置であって、前記相対的移動は（ｉ）基板上にビームの少なくとも１つのパスを実施する為に、ビーム方向を横切る第１方向と平行であり、（ii）各々の前記パス中に基板上にビームの複数の走査を生じさせる為に、ビーム方向及び前記第１方向を横切る第２方向と平行であり、前記走査は、前記第１方向で均一に離間された中間ポイントを有するラスタ線を基板上に描く、前記走査装置と、前記捻り回転用駆動装置と前記走査装置をイオン注入中に制御するように配置されたコントローラであって、ａ）ホルダ上の基板を前記軸周りにイオン注入用ビームに関し第１配向まで方向付け、ｂ）前記第１配向において、基板とビーム間に前記第１相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線を基板上に描き、ｃ）前記第１配向に対し前記軸周りに１８０°で前記第２配向にホルダ上の基板を方向付け、ｄ）前記第２配向において、基板とビーム間の前記第２相対的移動を生じさせて、前記第１ラスタ線でインターリーブされた第２ラスタ線を基板上に描く、イオン注入装置も提供する。
【００１９】
上述した概要及び以下の詳細な説明において、「ラスタ」という語は、イオン注入されている基板にイオンビームにより描かれた１組の走査線を示すのに使用される。単一ラスタの走査線は、ビームの単一パスにおいてウェハ上に描いてもよいし（低速走査方向に）、又は２つ以上の次々のパスにより描いてもよい。又、ラスタの単一走査線を、多数の重畳するビーム走査により基板上に描ける（高速走査方向に）ことにも注意されたい。
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【好ましい実施形態の説明】
【００２１】
図１を参照すれば、図示されたイオン注入装置は、イオンソース１０を備え、ここからイオンビーム１１が抽出電極１２により抽出される。イオンビーム１１は、次いで、質量分析磁石１３を通過し、この質量分析磁石１３から出て来るビームのイオンであって、イオン注入されるべき原子種を含むイオンに対応する所望の質量を有するイオンが、質量分解スリット１４によりビームから選択される。周知のように、イオン注入用に選択されるビームイオンは、イオン注入される為に必要な原子種だけを含む原子イオン、必要な原子種を含む分子イオン、又は、所望の種の複数の原子又は複数の分子を備えるクラスタイオンが可能である。
【００２２】
イオン注入装置のこれら要素は、標準的なもので、イオン注入の当業者に良く知られている。これらの要素が集まって、半導体ウェハにイオン注入するための所望の原始種を含むイオンのビームを発生するイオンビーム発生器が形成される。
【００２３】
上述したビーム発生器からの質量選択されたイオンビームは、排気されたプロセスチャンバーに入り、その一部分のチャンバー壁が１５で示されている。１６で一般的に示されたウェハ走査構成体は、プロセスチャンバーの壁１５に取り付けられ、ウェハホルダ１８に保持されたウェハ１７を、質量選択されたイオンビーム１９に対して横方向である２つの方向に走査するように動作できる。ウェハホルダ１８は、真空シール２２を通してプロセスチャンバーの内部から外部へ延びる走査アーム２１の遠方端２０に取り付けられる。真空シール２２は、走査アーム２１の長手軸に対して横方向に直線移動するようにロータリーキャリアプレート２４に取り付けられたスライドプレート２３に形成され、ロータリーキャリアプレート２４は、走査アーム２１に対して横方向の平面内でプロセスチャンバーの壁１５に対して回転移動するように取り付けられる。
【００２４】
走査アーム２１は、長手方向に移動するようにスライドプレート２３に取り付けられ、モーター２５により長手方向に前後に駆動することができる。走査アーム２２を支持するスライドプレート２３それ自体は、駆動モーター２６により走査アーム２１に対して横方向に駆動することができる。駆動モーター２５及び２６を適当に動作すると、ウェハホルダ１８及びその上の半導体ウェハの合成走査移動を、イオンビーム１９を横切る二次元走査パターンで生じさせる。
【００２５】
好都合な実施例では、走査システムのロータリー支持プレート２４は、米国特許第５，８９８，１７９号及びＧＢ−Ａ−２３６０３３２号に開示されたようなエアベアリング及び真空シール結合体によりプロセスチャンバーの壁１５に取り付けられる。同様に、スライドプレート２３は、これも前記米国特許の明細書に開示されたようなエアベアリング及び真空シール結合体により、直線運動するようにロータリー支持プレート２４に取り付けられる。走査アーム２１は、明細書の内容全体を参考としてここに援用する本出願人の国際特許出願第ＷＯ  ０３／０８８３０３号に開示されたリニアモーター及びそれに準拠するエアベアリング真空シール構成体により、スライドプレート２３の真空シール２２により長手方向に移動するように取り付けられるのが好ましい。
【００２６】
イオン注入装置のプロセスチャンバーでは、ウェハホルダ１８の下流で、ビーム１９のどの部分もホルダ１８のウェハ１７又は走査アーム２１に当たらないようにウェハホルダ１８が配置されたときに全イオンビーム１９を吸収する位置にファラディーが配置される。ファラディー３０によりイオンビームから吸収される全電荷は、イオン注入されるべき原子種、よって、所望の原子種の束を含むイオンのビーム１９における束の尺度を与える。コントローラ３１は、ファラディー３０からライン３２を経て信号を受信し、この信号から、所望の種の全ビーム束の値を導出するように動作する。又、コントローラ３１は、ドライブモーター２５及び２６の動作を制御して、走査アーム２１の走査運動を制御するようにも動作する。
【００２７】
好ましい構成では、コントローラ３１は、図１の紙面においてビーム１９を横切る一連の直線移動でウェハホルダ１８を移動するように動作し、各直線移動は、紙面に直角な段階的移動により分離される。それにより得られる走査パターンが図２に示されており、ここで、破線３５は、ウェハ１７の中心３６がＸ座標方向に走査アーム２１により前後に往復され且つ各往復ストロークの終りにＹ座標方向に平行に下方にインデックスされるときのウェハ１７の中心３６の軌跡である。
【００２８】
図２において、イオンビーム１９は、実質的に円形断面を有するものとして示され、その直径は、ウェハ１７の直径より実質的に小さい。実際に、ウェハ１７は、３００ｍｍの直径を有してもよく、一方、イオンビームの直径は、通常、５０ｍｍである。明らかなように、ウェハ１７の往復走査アクションは、ウェハ１７の全ての部分がイオンビーム１９に露出されるように確保する。ウェハ１７の移動は、ビーム１９がウェハ１７上を繰り返し走査するようにさせ、個々の走査は、平行で且つ等離間されたものであり、ビームがウェハ上に完全なパスを形成するまで行なわれる。
【００２９】
図２の線３５は、固定のイオンビーム１９に対するホルダ１８上のウェハ１７の移動を表わすが、線３５は、ウェハを横切るイオンビームの走査を目に見えるようにしたものでもある。このため、ウェハ１７は、図示された走査パターンの中心において破線輪郭１７ａで表わされ、イオンビームは、１９Ａで表わされている。明らかに、ウェハ１７ａに対するイオンビーム１９Ａの移動は、イオンビーム１９に対するウェハ１７の実際の移動に比して逆方向である。
【００３０】
この実施例では、コントローラ３１は、イオンビーム１９Ａが非交差の均一離間された平行線のラスタを基板上に描くようにウェハ１７を走査する。各線３７は、基板上のイオンビームの単一走査に対応する。図示されたように、これらのイオンビーム走査は、ウェハ１７の縁を越えて延び、ビームの断面がウェハ１７ａを完全に越えてビーム束がウェハにより吸収されなくなる位置３８まで延びる。これらの位置では、ビーム１９Ａの全束が、ウェハホルダ１８の下流に配置されたファラディー３０に到達し、従って、所望の種の全ビーム電流を、ライン３２の信号からコントローラ３１により決定することができる。ビーム１９Ａがウェハ１７ａ上を走査する図２に示された可視表示では、ファラディー３０がビーム１９Ａと共に効果的に移動することが明らかである。実際には、当然、ビーム１９及びファラディー３０が固定され、移動されるのはウェハ１７である。
【００３１】
イオン注入されるべき原子種のビーム束が時間と共に一定であると仮定すれば、ウェハ１７ａに付与される所望の種のドーズは、ラスタ線に沿ったウェハ１７の移動速度を一定に維持することにより、ラスタ線３７の座標方向Ｘにおいてウェハ上で一定に維持される。又、個々のラスタ線３７間の間隔が均一であるように確保することにより、座標方向Ｙに沿ったドーズ分布も、実質的に一定に維持される。
【００３２】
しかしながら、実際には、ウェハ１７がイオンビーム１９を越えて完全なパスを実行し、即ち図２に示すように線３７の全ラスタを完成するに要する時間中に、ビーム束が若干連続的に変動することがある。
【００３３】
走査ラスタ中のこのようなビーム束変動の影響を減少するために、コントローラは、全ビーム束がファラディー３０により吸収されるときに位置３８においてビーム束を測定し、次いで、その測定された束を使用して、ウェハホルダ１８が次の走査即ちラスタ線３７上を移動する速度を調整するように構成される。位置３８におけるビーム束測定で、ビーム束が少なくなったことが指示された場合には、コントローラは、ウェハホルダを次の走査線３７に沿って低速度で駆動して、走査線に沿ったウェハホルダ１８の単位進行距離当たり所要の原子種の所望のイオン注入率を維持するように確保する。このように、ウェハ上に走査線の完全なラスタを形成する間のビーム電流の変動が、走査線の間隔方向において基板に付与されるドーズに変動を生じさせることはない。
【００３４】
前述された実施例において、ウェハは、走査動作中、イオン注入を完了する為に、イオンビームに直交する面内で保持される。これが、ゼロ度のイオン注入である。角度が付けられたイオン注入も同様に、イオン注入用ビームに対し捻られた角度または所望の傾斜角度で保持されたウェハ（及びより詳細にはウェハの結晶構造）を用いて実行可能である。ウェハの傾斜角度は、ウェハホルダ１８上のウェハ１７の面において、走査アーム２１に平行な軸周りに回転支持プレート２４上で全体の走査配置１６を回転させ、イオンビーム１９を横切らせることにより、調整可能である。図１は、概略的なので、プレート２４の回転軸の幾何形状を正確に示していない。ウェハの捻れ配向は、ウェハの中心を通る垂線周りに、走査アーム２１の末端部２０上で捻れ回転用モーター５６を用いてウェハホルダ１８を回転させることにより、調整可能である。ウェハの傾斜角度は、中央の走査配置１６を回転させることにより、調整可能であることから、ウェハが後で走査される面も、イオンビームに関し同一角度で面（Ｘ，Ｙ１）まで傾斜される。傾斜されたウェハは、その後、ウェハの面に平行な面内のＸ及びＹ１の両方向で、走査ラスタ中に並進移動される。
【００３５】
以上に述べた実施例では、半導体基板又はウェハとイオンビームとの間の相対的移動が、イオンビームに対して横方向の２つの方向に半導体ウェハを機械的に走査することにより与えられる。これは、イオンビーム偏向システムを使用してイオンビーム自体を走査する必要性を回避する。しかしながら、異なる実施例では、ウェハとビームとの間に二次元の相対的走査を与える２つの横断方向の少なくとも一方においてビーム偏向器によりビームが走査されてもよい。しかしながら、全ての場合に、走査システムは、１つ以上の各パスにおいてウェハ上に多数のビーム走査を発生し、これらの走査で、非交差の均一に離間された平行線のラスタを基板上に描く。又、ビーム束は、ウェハの縁を越えて走査が延びる位置において測定され、次の走査の速度は、走査の単位長さ当りのドーズ率を所望値に維持するように調整される。
【００３６】
図１及び図２を参照して上述した機械的走査システムでは、ウェハ１７が、各個々の走査間に、即ち走査アーム２１の、その軸に沿った往復運動の各個々のストローク間に、均一な距離だけ並進移動されて、図２に示すジグザグのラスタパターンを形成する。しかしながら、走査メカニズムは、ラスタの同じ線に沿って多数の走査が実行されるように制御されてもよい。例えば、各ラスタ線は、走査アーム２１の二重ストローク即ち往復を表わしてもよく、このとき、ウェハホルダ１８は、各二重ストロークの間にのみ均一な距離だけ並進移動される。これにより得られる走査パターンが図３に示されている。
【００３７】
又、図２は、Ｙ座標方向と平行なウェハ上の単一ビームパスしか示していないが、完全なイオン注入手順は、多数のパスを含んでもよい。次いで、イオン注入プロセスのこのような各パスは、均一に離間された平行線の各独立ラスタを描くように構成されてもよい。しかしながら、多数のパスの走査線は、複数のパスの走査から効果的に描かれた複合ラスタを描くように合成されてもよい。例えば、第２パスの走査を、第１パスの走査間の厳密に中間に描いて、各パスの次々の走査間の間隔の半分である均一なラスタ線間隔をもつ複合ラスタを形成することができる。
【００３８】
上述したように、純粋な機械的走査システムを使用すると、通常、半導体ウェハ上のイオンビームの最大進行速度が、ウェハホルダの機械的走査の最大速度により制限されることになる。図１に示され、且つ前記国際特許出願第ＷＯ  ０３／０８８３０３号に詳細に説明された種類の機械的走査システムでは、走査アーム２１の、その長手方向軸に沿った最大往復速度が１Ｈｚ程度であろう。イオン注入されるべき所望の原子種の所与のイオンビーム電流又は束に対して、イオン注入プロセス中に半導体ウェハをイオンビームに露出できる時間は、イオン注入されるべき原子種のレシピドーズで指定される。イオンビームに対するウェハのオーバー走査が、ウェハ上に均一なドーズ分布を確保するに必要な量、即ち図２に示す方形ラスタパターンに制限されると仮定すれば、イオン注入のための制限された全時間と、制限された機械的走査速度との結合により、各走査で個別の線が描かれるとして、ウェハ表面上に走査により描かれるラスタ線に対する間隔が指定されることが明らかである。
【００３９】
明らかに、ラスタ線間隔の方向にウェハに付与されるドーズの充分な均一性を確保するためには、この間隔即ち線ピッチが、線間隔方向（図１のＹ座標方向）におけるイオンビームの断面寸法より小さくなければならない。実際に、ドーズ均一性は、ラスタ線ピッチを小さくすることで改善される。
【００４０】
ビーム電流、走査メカニズムの機械的往復速度及び所要のレシピドーズにより指定される線ピッチで走査線のラスタを描く単一パスを実行することによりウェハにレシピドーズを付与することができる。しかしながら、イオンビームが当たることにより生じるウェハの熱的負荷を減少するには、イオンビームを横切るウェハの多数のパスにおいてウェハに同じレシピドーズを付与するのが好ましいことがある。従って、ドーズ均一性を最大にするために、各パス中に描かれる走査線は、以前のパスの走査線にインターリーブして、線ピッチが減少した複合ラスタを形成するように構成されるのが好ましい。
【００４１】
例えば、上述したようにレシピドーズ要求で指定される線ピッチをＴとすれば、４つのパスの各々は、走査を４Ｔだけ分離した状態で行うことができる。各パスは、そのパスの走査を量Ｔだけ空間的に位相シフトし、４つのパスで描かれた複合ラスタがピッチＴの線を有するように構成される。このようにして、ウェハの熱的負荷が減少される一方、ラスタ線ピッチが所望値Ｔに維持されるよう確保する。図４は、上述したように４つのインターリーブされたパスの走査パターンの一部分を示す。
【００４２】
本発明を具現化するインターリーブされた走査の変形例は、図１３ａ、図１３ｂ、図１３ｃ、図１３ｄに例示されている。既知のイオン注入手順において、所望のイオン注入ドーズは、同等の部分に分配され、各部分は異なる捻れ配向のウェハに送られる。イオンビームに対しウェハが名目上、垂直であるゼロ度のイオン注入の場合、必要なレシピドーズは、４つの同等部分に分けられてもよく、その部分は、ウェハ面に垂直な（及びイオンビームに平行な）軸周りに同等な離間配向でウェハに送られる。そのため、イオン注入ドーズの４つの異なる部分に対する異なる配向は、この実施例では、９０°だけ離間される。結果として生じるイオン注入手順は、時々、「クワッド」イオン注入と呼ばれる。このようなクワッド型イオン注入の一つの目的は、ビーム内のイオンのイオン注入角度の分布における非均一性の影響を相殺することである。
【００４３】
イオン注入ドープの異なる部分が１８０°まで捻られたウェハ配向で送出される、どんなイオン注入手順においても、ドーズの各部分は、ビームを通じて走査されたウェハの別個のパスにより送出され、ウェハにわたり走査されたイオンの区別できるラスタを生じさせることが可能である。その後、１８０°まで捻られたウェハで発生されたラスタは、ドーズ均一性を改善する為にインターリーブし得る。
【００４４】
図１３ａは、走査ピッチ２Ｔを有する走査線５０の第１ラスタを例示する。この第１ラスタは、矢印５２の位置により表示された第１配向内のウェハ５１を用いて実行される。走査線の第２ラスタを実行する前に、ウェハは、図１３ｂに示される位置まで１８０°だけ再配向される。第２ラスタ走査線は、その後、第１ラスタ線５０間の中間でインターリーブされた第２ラスタ線５３を用いて実行される。結果として生じる、２つのラスタの合成物は、全体の線ピッチＴを有し、走査線５０，５３に直交する方向においてドーズ均一性は、高められる。
【００４５】
クワッド型イオン注入を完了する為に、２つの更なるラスタ走査線５４，５５は、図１３ｃ、図１３ｄに例示されるように、図１３ａの配向に関して９０°と２７０°に方向付けられたウェハを用いて、実行される。再び、第４ラスタの走査線５５は、第３ラスタ走査線５４間でインターリーブされた中間点になるように配置される。
【００４６】
この種のクワッド型イオン注入は、ビームを通じてウェハの４つの別個のパスを実行するように図１のコントローラ３１を適切にプログラムし、各パス間に必要であるようにウェハホルダ１８を再方向付けするように駆動モーター５６の回転を動作することにより、実行可能である。
【００４７】
前述した実施例において、クワッド型イオン注入は、ゼロのイオン注入角度で実行されので、ウェハに対する垂線は、イオンビームに対し平行になる。しかし、例えば、前述したように角度が付けられたイオン注入を与えるように、イオン注入が傾斜されたウェハを用いて実行される場合、イオン注入の異なるセグメントに対するウェハの配向を、ウェハに対する垂線周りでなく、イオンビームに対し平行な軸周りに調整することが時々、望ましいかもしれない。この方法において、ウェハの結晶軸に関するビームの角度は、イオン注入の異なるセグメントに対し同一のままである。
【００４８】
クワッド型イオン注入は、上記実施例で説明されているが、１８０°だけ回転されたウェハを用いたラスタの同一インターリービングは、６０°の角度間隔（６のイオン注入）、４５°間隔（８のイオン注入）、または他の角度間隔であって３６０°の偶数ファクタであるもので再方向付けされたウェハを用いて高次元のイオン注入で実行可能である。
【００４９】
前述され、図１３ａから１３ｄに例示された実施例において、インターリーブされたラスタ間の空間的位相シフトは、個々のラスタの各々のピッチの５０％であるが、図１３ａから図１３ｄに示された走査線がビームの中心の軌跡を表示することを推定する。Ｙ（または走査線間隔）方向において対称なプロフィールを有するビームにとって、これは申し分ない。しかし、イオン注入用ビームは、概して、多少は対称である。Ｙ方向において対称であるビームを用いて、Ｙ方向におけるビーム中心がビームの中間ポイントであると仮定すると、再方向付けされた、或いは１８０°だけ捻られたウェハ上のピッチの５０％の位相シフトでインターリーブされたラスタは、Ｙ方向において非均一なドーズになる可能性があり、これは、一定の配向で保持されたウェハ上の、２つのインターリーブされたラスタを実行するときに得られるであろうものより著しく悪い。
【００５０】
この理由は、以下の分析から理解される。（Ｙ方向における）対称ビームの場合、インターリーブされたラスタ間で１８０°だけウェハを再方向付けすると、２つのラスタの走査線からＹ方向においてビーム束のウェハ上の分布（又は、フートプリント）に違いが形成されない。そのため、インターリーブされたラスタから生じるウェハ上のビームのＹプロフィールの対称フートプリントは、（図１３ｂに例示されたように）各ラスタのピッチＴの２分の１に等しい有効間隔Ｔ／２で同様に反復される。
【００５１】
しかし、Ｙ方向において非対称プロフィールを有するビームにとって、ウェハ上のビームのＹプロフィールの、対応した非対称フートプリントは、２番目のラスタ中に逆になる。その結果、ウェハ上のビームのＹプロフィールの識別可能なフートプリントは、各ラスタのピッチＴだけに等しい有効間隔を持つインターリーブされたラスタ内で反復される。Ｙプロフィールの非対称特性は、有効間隔Ｔを有するが、対称特性は、有効間隔Ｔ／２を有するであろう。均一性は、有効間隔と強く関連するので、その結果として生じる、Ｙ方向において非対称であるビームに対する均一性は、悪くなる。
【００５２】
１８０°ウェハの捻れでインターリーブされた走査に対する均一性の劣化は、Ｔ／２とは異なるインターリーブされたラスタ間で位相シフトを選択することにより、ほとんど完全に削除可能である。Ｔ／２とは異なる、適切な位相シフトは、測定されたビームのＹ−プロフィールおよび各ラスタの意図されたピッチＴから、決定可能である。
【００５３】
数値的な分析は、ピッチＴで線走査の単一ラスタからＹ−方向におけるドーズ分布を計算する為にコンピュータを使用して実施される。その後、このドーズ分布は、異なる空間的位相シフトにおいて、その鏡像で数値的に重畳されるが、異なる空間的位相シフトは、２つの異なる位相シフトの為に計算された結果として生じた結合ドーズ分布間にあり、特定ピッチの値Ｔの為にＹ方向において最小ドーズ変動を提供する最適化された位相シフトを見い出す。
【００５４】
典型的な非対称ビームプロフィールに対する単一ラスタピッチの値Ｔの範囲を超えて、最適化された空間的位相シフト値を計算することが示すことは、１８０°のウェハの捻れを有することなく、５０％でインターリーブされた非対称ビームに対するものに合致するだけでなく、著しく良好な均一性を、Ｔの値で提供可能なドーズ均一性が得られることである。これは、図１５，図１６、図１７に例示されている。
【００５５】
図１５は、Ｙ方向において、多少、非対称なビームプロフィールのグラフ表示である。図１６は、図１５のビームプロフィールを使用して、ウェハ上の平行走査ラスタに対する走査線のピッチ（ｘ軸）に対しドーズ（ｙ軸）の非均一性のプロットを示す。図１６において、線７０は、ゼロ度のイオン注入に対する、種々のピッチにおける単一ラスタからの非均一性である。ライン７１は、２つの重畳されたラスタの非均一性であり、各々は、線７０の単一ラスタと同一ピッチを有し、ラスタ間のウェハの再方向付けを有することなく、５０％だけ空間的に位相シフトされた。そのため、線７１のプロットは、ｘ軸上のピッチの値を倍にすることにより、右にシフトされた線７０のプロットに対応する。
【００５６】
図１６のプロット線７２は、５０％だけ空間的に位相シフトされた、２つの重畳されたラスタの非均一性であるが、１８０°捻れ後のウェハに適用された第２のラスタを備える。５０％のラスタシフトは、Ｙ−方向における非対称ビームの中心の走査線の軌跡に適用される。
【００５７】
対比により、図１７におけるプロット線７３は、１８０°の捻れと、ピッチの各数値の為に最適化されたラスタシフトで重畳されたラスタの均一性である。分かるように、一定の低ピッチ値で得られる均一性は、１８０°捻れを有することなく得られる均一性より、実際に良好である。この改善は、逆行的（counter-intuitive）である。しかし、以下の認識から理解できることは、最適化されたピッチシフトにおける鏡像で非対称プロフィールを結合することにより、対称であり、かつ、当初の非対称プロフィールより広い複合プロフィールを生じさせることができる点である。選択されたピッチにおける走査線の為に達成可能なドーズの均一性は、走査線間隔方向における有効ビームプロフィール幅と強く  相関関係がある。そのため、たとえ、複合プロフィールにより形成されたラスタが、ビーム走査線の別個のラスタの各々の実際のピッチＴと等しい（結合されたプロフィールにより形成された複合線のウェハ上のフートプリント間の）ピッチを有する場合でも、均一性は良好であるが、これは、結合プロフィールが対称であり、イオンビームプロフィールの実際の幅より、かなり広い有効なものを有するからである。
【００５８】
前述された走査線のラスタの実施例において、イオン注入されるべきウェハが円形であっても、全ラスタは、輪郭上、実質的に矩形になっている。生産性を改善し、各ラスタ中の時間量を減少させる為に、どんなビーム束も吸収されないようにウェハをビームが通過することが必要である場合、どんなビーム束もウェハ上で吸収されないように時間量を最小限にする為に、走査線は長さが調整可能である。修正されたラスタは、図１４に例示されているが、ここで、ウェハを横切るビームの相対的移動は線６０により例示され、点線６１は、修正された走査パターンから省かれた矩形ラスタの部分を例示する。その結果、図１４に例示されたラスタを生じさせる為の時間は減少され、イオン注入装置の生産性は増加される。処理能力は、１０〜２０％だけ増加可能である。走査パターンは、図１４に例示されているように、完全に円形でなくてもよい。例えば、ビームプロフィールが非対称となるように測定される場合、走査線は、一側部において他側部より、ウェハ縁を更に超えて伸びてもよい。さらに、角度が付けられたイオン注入が実行されるとき、ビーム方向に直交する面における走査パターンの輪郭形状は、それに従って修正され、楕円形状になる場合がある。また、全ビーム電流が、ウェハとホルダをバイパスし、イオン注入中に、一定時間または回数で長期間の間、ビーム絞りファラディービームに入ることを許容することが、線量測定上、望まれる場合がある。そのため、適した走査パターン輪郭は、実質的には円形であるが、一つの完全な四角形の角を備えている。以前のように、図１４は、便宜上、ビームがウェハを横切って走査する方法を例示するが、図１に例示されたように、機械的に走査される装置において、実際、それは、固定ビームを横切って走査されるウェハである。
【００５９】
機械的走査システムに使用できるラスタ線間隔は、上述したように、レシピドーズ及びビーム電流により指定されるが、それでも、線間隔又はピッチが、その間隔方向に所望のドーズ均一性を与えるに充分なほど小さくなるよう確保することが重要である。この均一性は、ビームプロフィールの形状及びラスタ線ピッチの関数である。ピッチが小さいほど、ウェハを横切るドーズ分布の均一性が高くなる。平行線の走査パターンに対する走査ピッチの関数として均一性がどのように変化するかを以下に数学的に説明する。分析にはドーズ分布の周期的パターンが含まれるので、フーリエ変換がツールとして使用される。
【００６０】
この研究において、ビーム電流及びプロフィールがイオン注入中に変化しないと仮定する。時間依存性は、非常に類似しているが、取り扱われない。表記τ、ｔ、μ、υ及びＴは、空間変数として使用され、同様に、ω及び１／Ｔは、空間周波数として使用される。
【００６１】
平行線スキャナでは、ウェハ上の位置ｔにおけるイオン注入用ドーズｈ（ｔ）は、周期的なδ関数を使用して、次のように書き表すことができる。
【００６２】
【数１】
2005203771.tif 000003
但し、ｂ（τ）は、低速走査方向（図２のｙ）におけるビームプロフィールであり、δＴ（τ）は、周期Ｔの周期的δ関数である。Ｔは、１つの並進移動ステップ、即ち複合ラスタにおけるラスタ線間の間隔に対応する。図５は、関数を示し、図６は、ラスタ走査パターンを示す。ウェハ１７は、ビーム１９の前方において一定距離Ｔだけ離間された平行線で走査される。簡単化のため、ｂ（τ）は、範囲［０、１］内で定義される。換言すれば、ステップＴは、実際のビームサイズに対して正規化される。式１は、１つの完全な低速走査、又は１／Ｔ高速走査を伴う１つの完全なラスタの後の位置ｔにおける累積ドーズを与える。ドーズｈ（ｔ）は、周期Ｔの周期的関数でもある。
【００６３】
式１の関数のフーリエ変換は、次のように定義される。
【００６４】
【数２】
2005203771.tif 000004
周期的δ関数のフーリエ変換も、周期的δ関数である。
【００６５】
【数３】
2005203771.tif 000005
畳み込み定理及び前記表記法を使用すると、式１は、次のように変換される。
【００６６】
【数４】
2005203771.tif 000006
これは、意義のある結果である。式３は、ドーズｈ（ｔ）のフーリエ変換が、一定のインターバルをもつ一連のインパルスω０＝２π／Ｔより成り、且つω＝ｎω０における各インパルスの振幅が、ω０Ｂ（ｎω０）に等しく、即ちω＝ｎω０におけるビームプロフィールのスペクトル密度のω０倍であることを示す。
【００６７】
イオン注入のバリアンスσ２は、次のように定義される。
【００６８】
【数５】
2005203771.tif 000007
ｈ（ｔ）は、周期Ｔの周期的関数であるので、積分は、［０、Ｔ］の領域で実行される。
【００６９】
【数６】
2005203771.tif 000008
これは、ｆ（ｔ）の累乗の定義である。パーシバルの定理を使用すると、これは、次のように表わすことができる。
【００７０】
【数７】
2005203771.tif 000009
但し、｜Ｆｎ｜は、Ｆのｎ番目の項の振幅である。
【００７１】
式３及び５から、次のようになる。
【００７２】
【数８】
2005203771.tif 000010
【００７３】
【数９】
2005203771.tif 000011
【００７４】
【数１０】
2005203771.tif 000012
式６及び７は、ドーズの非均一性が、ω０、ひいては、低速走査ステップＴにいかに依存するかを示すものである。周波数１／Ｔでイオン注入されるドーズの標準偏差は、ビーム関数のスペクトル密度においてＢ（ｎω０）の振幅より成る（ω０＝２π／Ｔ、ｎ＝１、２、・・・）。σは、ω≠ｎω０についてもω＝０についても振幅Ｂ（ω）を含まない。式６及び７は、無限加算が実行されるときしか数学的に正確ではない。しかしながら、Ｂ（ω）は、通常、ωの高速減少関数であり、級数の若干の低調波項だけを加算することによりσ及びσｒの非常に良好な近似が得られる。
【００７５】
連続周波数ドメインにおいてＢ（ω）を計算するには、非常に時間がかかる。むしろ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、個別周波数ωｎ＝２ｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・）に対してＢ（ωｎ）の値を導出することができる。２Ｉ個のデータポイントより成るビームプロフィールのＦＦＴは、ωＩ−１＝２π・２Ｉ−１までのＢ（ω）を生じるに過ぎない。ビームプロフィール関数が測定されて、各エレメントが例えばｂ（Δτ・ｍ）、ｍ＝０、１、２、・・・２７）に対応するようなベクトルとして知られている場合には、２７−１＝６４Ｈｚの周波数までのＢ（ω）を得ることができる。従って、式６及び７は、２７−２＝３２Ｈｚの周波数まで、σ及びσｒの非常に正確な値を各々与える。Ｂ（ω）は、フーリエ変換のスケーリング特性を使用することにより、非整数周波数において導出することができる。α＞１をスケーリング係数とすれば、関数ｂ（αｔ）のフーリエ変換は、一連の周波数ωｎ＝２ｎπ／α（ｎ＝０、１、２、・・・）に対してＢ（ω）／αを生じさせる。
【００７６】
図７は、図５に示す任意のビームプロフィール関数について、周波数１／Ｔの関数として計算されたσｒを示す。ＦＦＴは、長さ２７までｂ（Δτ・ｍ）に対して実行される。典型的な要求は、σｒがイオン注入の後に０．５％未満になることである。
【００７７】
このグラフから、イオン注入走査空間周波数として１／Ｔ＞８を選択することができる。従って、低速走査ステップ、即ち正規化された走査ラスタ線間隔Ｔは、必要なドーズ均一性σｒ＜０．５％を満足するために間隔方向（Ｙ）においてビーム寸法の１／８未満でなければならない。
【００７８】
図８には、２つの異なるαの値でＢ（ω）にスケーリング特性を適用した後のσｒのプロットが示されている。
【００７９】
図９において、ＦＦＴ結果が、式４による厳密な計算の結果と比較される。ビームプロフィールｂ（ｔ）が２７＝１２８ポイントでしかサンプリングされなかったにも関わらず、ＦＦＴは厳密な曲線に充分合致する。σｒは、周波数が上昇するときに高速減少傾向に加えて周期的パターンをもつことに注意されたい。
【００８０】
ビームプロフィール関数がガウスである場合には、図１０に示すように、走査ピッチが減少するにつれて、σｒが非常に急速に減少する。これは、以下に示すように、ガウス関数のフーリエ変換もガウスであるからである。
【００８１】
【数１１】
2005203771.tif 000013
項｜Ｂ(ｎω０)｜２＝(π／α２)・exp(−ｎω０２／２α２)であるために、σは急速に０に接近することが明らかである。式８における小さな値ａは、広いプロフィールと、σの迅速な減少を与える。
【００８２】
図１１に示すグラフは、ａ＝５．７の場合を示す。σｒは、１／Ｔ＝４．３Ｈｚにおいて０．５％より下がる。これは、図５の任意のビームプロフィールの周波数のほぼ半分である。
【００８３】
以上を要約すると、高速フーリエ変換方法を使用して、ラスタ線ピッチをもつラスタ線の間隔方向におけるウェハを横切るドーズ均一性の変化を、その間隔方向における特定のビームプロフィール関数として計算することができる。動作中に、前記計算は、イオン注入装置の他の制御機能に使用されるコンピュータのようなコンピュータにより迅速に実行することができる。この目的で既知のＦＦＴプロセッサ又はソフトウェアアプリケーションが使用されてもよい。ＦＦＴ技術に代わって、コンピュータシミュレーションの使用のような他の方法で均一性の計算が実行されてもよい。
【００８４】
上述した走査プロセスを使用してイオン注入を実行するときには、走査のラスタ線間隔の値は、間隔方向におけるドーズ均一性が、上述した実施例では＜０．５％である所要の標準を満足するよう確保するために、間隔方向にビーム寸法に対して充分に小さい値が選択される。
【００８５】
又、多数の異なる手順を使用して、ドーズ均一性の前記計算に使用するためのラスタ線間隔方向におけるイオンビームのプロフィール関数を決定してもよい。例えば、前記米国特許出願第１０／１１９２９０号に開示された構成が使用されてもよい。この構成では、通常１ｃｍ２の開口を有する小さなファラディーが走査アーム２１に取り付けられ、モーター２５及び２６を適切に動作して走査アーム２１をその２つの成分方向に駆動することによりイオンビームを横切ってそのファラディーを走査させることができる。次いで、全二次元マップをＸ及びＹの両方向にビーム断面プロフィールで形成できると共に、Ｙ方向における有効プロフィール関数を計算することができる。
【００８６】
Ｙ方向における測定されたプロフィール関数を使用して、所望のドーズ均一性を与えることのできるラスタ線間隔又はピッチの最大値を上述したように計算することができる。次いで、イオン注入を実行するときには、使用するラスタ線間隔がその計算された最大値を越えないよう確保するように、走査メカニズムが制御される。
【００８７】
実際には、使用可能なビーム電流、イオン注入レシピに基づきウェハの単位面積当たりにイオン注入されるべきイオンのドーズ、及び走査メカニズムがビームを横切り所望本数のパスを完成できる速度（これは、ひいては、Ｘ方向における最大走査速度に依存する）から計算されている走査のためのラスタ線間隔を使用するのがしばしば望ましい。従って、イオン注入を実行する前に、ビーム断面プロフィール及び使用可能なビーム電流を測定して、ラスタ線間隔のこの所望値が計算される。次いで、計算された所望の間隔値が所要のドーズ均一性を与えるよう確保するために、この所望の線間隔が、異なる線間隔に対して得られたドーズ均一性の計算された変化と比較される。計算された間隔値が満足な均一性を与える場合だけイオン注入が進められる。
【００８８】
所望の間隔値を使用して計算された均一性が、所望の均一性より悪い場合には、ビーム束が減少されてもよい。ビーム束が減少されると、計算された線間隔も減少される。ビーム束は、計算されたドーズ均一性が所要の標準を満足するレベルまで減少される。ビーム束は、イオンソースのアークチャンバーへの供給ガスの供給率、カソード電力、抽出電圧、及びイオンソースから抽出電極までの間隔を含むイオンソースの動作パラメータの１つ以上を調整することにより減少されてもよい。当業者であれば、適切な調整が分かるであろう。或いは又、ビーム束は、ビームパスに沿って選択された位置にあるビームアパーチャーを変更して、そのアパーチャーを通過するビームの電流を減少することにより調整することもできる。
【００８９】
それとは別に、又はそれと共に、ビームプロフィールを変更することにより、計算された均一性を改善することもできる。上述したように、ビームプロフィールがガウスの形状に接近している場合には、ビームの混合特性を実質的に改善し、より大きなラスタ線間隔で良好なドーズ均一性を得ることができる。当業者に良く理解されたやり方でビームを返送すると、ビームプロフィールを改善することができる。この返送は、イオンソースからプロセスチャンバーへビームを通過するときのビームの切り取りを最小にし、ビームプロフィールの望ましからぬ非対称性又はピークを除去することができる。例えば、イオンソースのアークチャンバーに対してイオンソースの抽出電極の横方向位置を調整して、抽出されたビームがイオン注入装置のビーム線に沿った最適なフライト経路に沿って中央に向けられるよう確保することにより、ビームを返送することができる。又、ビーム線に単一の磁気四極子を導入して、Ｙ方向にビームの所望の拡散を生じさせることにより、ビームプロフィールが変更されてもよい。
【００９０】
この手順では、ビームプロフィールが再測定されると共に、所望の線間隔を使用して得られる均一性が、所要の均一性仕様を満足するという観点で再計算される。
【００９１】
上述した本発明の実施例では、走査メカニズムは、次々の高速走査間に均一なステップ移動を与えるようにしてステップ式低速走査を行って、ウェハ上に平行な走査線を形成するように制御される。本発明の他の実施形態では、連続的な低速走査アクションを、同時の高速走査と共に使用して、例えば、図１２に示すように、ウェハ上にジグザグ状の走査パターンを形成してもよい。例えば、次々の走査の中間ポイント４１、４２が低速走査方向に均一に離間される場合には、低速走査方向４０に許容ドーズ均一性を依然得ることができる。しかしながら、次々の線対間の間隔が次第に異なる状態となる中心線４４の各側のウェハ４３の縁に向ってドーズ均一性が次第に妥協されることが明らかである。それでも、ピッチ（線の中間ポイント間）が低速走査方向にビームサイズに比して充分に小さい場合には、全ウェハにわたり充分な均一性を得ることができる。所望の均一性を与えるに充分なほど小さい線の中間ポイント間隔を得るように、高速走査繰り返し率に対して低速走査速度を制御することが依然重要である。低速走査方向におけるドーズ均一性は、ジグザグ走査パターンによって均一性が最も妥協されるウェハの縁付近の位置で計算することができる。これらの計算は、平行線走査について上述したものと同様のフーリエ変換技術を使用して実行することができる。或いは又、コンピュータシミュレーション技術を使用してもよい。
【００９２】
低速走査方向に良好な全体的均一性を確保するために、最小ピッチサイズ（線の中間ポイント間の）が、ビームプロフィール形状の知識から計算により決定される。従って、ウェハのその後の走査は、この計算された最小値以下にピッチサイズを維持しなければならない。
【００９３】
平行線走査の場合と同様に、ビーム電流を減少し又はビームプロフィールを改善して、ウェハに対する必要なレシピドーズを越えずに必要な最小ピッチサイズを得ることが必要であろう。
【００９４】
パス中のビーム電流の変動を補償するために、次々の高速走査間の転換ポイントにおいてこれが測定されて、その後の高速走査の速度がそれに応じて制御される。高速走査の繰り返し率は一定に維持されるのが好ましく、従って、高速走査速度の変化が走査線の中間ポイント間のピッチに影響することはない。これは、例えば、高速走査速度の減少の結果生じる高速走査時間の増加を受け入れるために、各高速走査転換に使用できるある程度のデッドタイムを必要とすることがある。
【００９５】
上述した実施例では、そこに開示された機械的システムが、前記国際特許出願第ＷＯ  ０３／０８８３０３号に説明された構造に基づくものである。又、他の形式の機械的走査構成を使用して、所望の等離間された平行ラスタ線を発生するようにしてもよい。例えば、２００２年６月２１日に出願された英国特許出願第０２１４３８４．０号に開示された関節型アーム走査メカニズムが使用されてもよい。
【００９６】
又、平行ラスタ線を形成する基板ホルダの走査は、厳密に直線的である必要はなく、例えば、同心円の円弧として形成することもできる。
【００９７】
特許請求の範囲に規定された本発明の本質的な特徴を提供するのに多数の他の構成が使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態を示すイオン注入装置の概略図である。
【図２】所望のラスタを発生するために図１のイオン注入装置により実行される機械的走査パターンの概略図である。
【図３】実行することのできる別の走査パターンを示す図である。
【図４】更に別の走査パターンを示す図である。
【図５】１つの次元における任意のイオンビーム強度プロフィール関数のグラフ表示である。
【図６】イオン注入されるべき半導体ウェハを示す図で、基板上の走査ラスタを示すと共に、任意のビーム形状を示す図である。
【図７】高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により計算された、基板ウェハ上の走査ラスタ線の空間周波数に対するドーズ均一性を示すグラフである。
【図８】空間周波数に対するドーズ均一性の同様のグラフで、フーリエ変換のスケーリング特性を使用することによりプロットされた付加的なポイントを示すグラフである。
【図９】更に正確に計算されたラスタの空間周波数に対するドーズ均一性を示す更に別のグラフである。
【図１０】理想的なビームプロフィールをガウス関数の形態で示すグラフである。
【図１１】図１０のガウスプロフィールの場合に走査ラスタ線の空間周波数に対して計算されたドーズ均一性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ウェハ上に形成されるジグザグ状の走査パターンを示す。
【図１３ａ】図１３ａは、クワッド型イオン注入の為にインターリーブされた走査ラスタを例示し、本発明を例示する。
【図１３ｂ】図１３ｂは、クワッド型イオン注入の為にインターリーブされた走査ラスタを例示し、本発明を例示する。
【図１３ｃ】図１３ｃは、クワッド型イオン注入の為にインターリーブされた走査ラスタを例示し、本発明を例示する。
【図１３ｄ】図１３ｄは、クワッド型イオン注入の為にインターリーブされた走査ラスタを例示し、本発明を例示する。
【図１４】図１４は、生産性を改善する為のプロフィールラスタを例示する。
【図１５】図１５は、イオンビームの横断面イオン電流プロフィールのグラフ表示である。
【図１６】図１６は、走査線のピッチに対する走査線の、インターリーブされたラスタの為のイオン注入均一性のグラフ表示である。
【図１７】図１７は、インターリーブされたラスタ間のシフトを最適化する利点を示す、図１６に似たグラフ表示である。
【符号の説明】
【００９９】
１０・・・イオンソース、１１・・・イオンビーム、１２・・・抽出電極、１２・・・質量分析磁石、１４・・・質量分解スリット、１５・・・チャンバー壁、１６・・・ウェハ走査構成体、１７、１７ａ・・・ウェハ、１８・・・ウェハホルダ、１９、１９Ａ・・・イオンビーム、２１・・・走査アーム、２２・・・真空シール、２３・・・スライドプレート、２４・・・ロータリーキャリアプレート、２５、２６・・・モーター、３０・・・ファラディー、３１・・・コントローラ、３５・・・破線、３６・・・ウェハの中心、３７・・・線、３８・・・位置
【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１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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