(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハにイオンを注入するためのイオンビームを生成するステップであって、前記ウェーハが平面を画成する表面を有する、ウェーハにイオンを注入するためのイオンビームを生成するステップと、
前記ウェーハの前記表面に対して前記平面内の第１の方向に前記イオンビームを走査するステップと、
前記走査されたイオンビームを通して前後に横切るように、前記第１の方向を横断する第２の方向に前記ウェーハを繰り返し往復運動させるステップと、
ウェーハが前記ビームを横断する都度常に同じ縁を向けるように、前記走査されたイオンビームを通して前記ウェーハが次に横断する間に、前記ウェーハを前記ウェーハの中心軸の周りに１８０度回転させるステップとを有する、イオン注入装置内のウェーハにイオンを注入する方法。
【請求項２】
前記ビーム走査ステップが、前記イオンビームの磁気偏向である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ビーム走査ステップが、前記イオンビームの静電偏向である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ウェーハにイオンを注入するためにイオンビームを生成するイオンビーム・ジェネレータであって、前記ウェーハが平面を画成する表面を有する、ウェーハにイオンを注入するためにイオンビームを生成するイオンビーム・ジェネレータと、
前記ウェーハの前記表面に対して前記平面内の第１の方向に、前記イオンビームを走査するためのイオンビーム・スキャナと、
前記走査されたイオンビームを通して前後に横切るように、前記第１の方向を横断する第２の方向に前記ウェーハを繰り返し往復運動させるアーム組立体であって、前記ウェーハを前記ウェーハの中心軸の周りに回転させる回転駆動機構と、ウェーハが前記ビームを横断する都度常に同じ縁を向けるように、前記走査されたイオンビームを通して前記ウェーハが次に横断する間に、前記ウェーハを１８０度回転させるために、前記回転駆動機構を動作させるようにアレンジされた制御装置とを有する、アーム組立体とを備える、
イオン注入装置内のウェーハにイオンを注入する装置。
【請求項５】
ウェーハにイオンを注入するためにイオンビームを生成する手段であって、前記ウェーハが平面を画成する表面を有する、ウェーハにイオンを注入するためにイオンビームを生成する手段と、
前記ウェーハの前記表面に対して前記平面内の第１の方向に前記イオンビームを走査する手段と、
前記走査されたイオンビームを通して前後に横切るように、前記第１の方向を横断する第２の方向に前記ウェーハを繰り返し往復運動させる手段と、
前記走査されたイオンビームを通して前記ウェーハが次に横断する間に、前記ウェーハを前記ウェーハの中心軸の周りに１８０度回転させる手段とを有する、イオン注入装置内のウェーハにイオンを注入する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造において、ウェーハあるいは基板といったワークピースにイオンを注入するイオン注入プロセスに関する。特に、本発明はイオン注入処理中にイオン注入装置内のウェーハ表面の加熱を低減させることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入技術は、集積回路製造プロセスの１つとして通常使用される。イオン注入装置は、予め定めた領域を不純物原子でドーピングすることにより、半導体材料の予め定めた領域内の電気的移送特性すなわち導電率を修正するために使用される。イオン注入技術は、イオンビーム・ジェネレータ内に特定の種類のイオンビームを生成し、真空チャンバを介してイオンビームを基板ホルダーあるいはプラテン組立体の上で支えられる目標ウェーハに向けることを通常必要とする。イオンビームの静電及び／又は磁気偏向のいずれかを使用して、イオンビームはウェーハの全体にわたって走査することができる。他のイオン注入装置は、ウェーハのイオンビームに対する機械的走査、あるいはウェーハの機械的走査とイオンビームの静電及び／又は磁気偏向の組み合わせを必要とする。枚葉式のイオン注入装置は、ウェーハの全体にわたって１方向に比較的速い速度でビームが走査され、ウェーハが走査されたビームを通して横方向に機械的に前後に往復運動するハイブリッド走査装置を多くの場合使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの装置のいずれにおいても、特に高電流及び/又は高エネルギーのイオン注入の用途においては、処理中に、ウェーハ表面の任意の点における温度はウェーハ表面上の構造に損傷を起こす温度に上昇する恐れがある。ウェーハ表面の任意の点における温度は、イオンビーム電力と、イオンビーム走査及び/又はウェーハ走査に使用する技術の関数である。従来技術では、処理中の基板表面における最高温度を制限するための手段がとられている。ウェーハ表面温度を制限するこれらの試みには、たとえば、ウェーハの裏面を通しての熱伝導係数を高めるために、ヒートシンク表面にウェーハをクランプするウェーハ・クランピング装置の使用を含む。これらの既知のウェーハ冷却装置によっても、ウェーハあるいはウェーハの部分の過熱を避ける必要から、ウェーハの処理速度は制限される恐れがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施例の目的は、ハイブリッド走査装置を使用した単一ウェーハ注入装置を使用してイオン注入を行う間に、ウェーハ表面上の到達最高温度を下げ、各機械的走査に際してウェーハ表面上の各点がほぼ同じ熱的なサイクルを経験する方法及び装置を提供することである。
【０００５】
本発明によれば、ワークピースにイオンを注入するためのイオンビームを生成するステップであって、前記ワークピースは平面を画成する表面を有する、ワークピースにイオンを注入するためのイオンビームを生成するステップと、前記ワークピースの前記表面に対して前記平面内の第１の方向に前記イオンビームを走査するステップと、前記走査されたイオンビームを通して前後に横切るように、前記第１の方向に横向きの第２の方向に前記ワークピースを繰り返し往復運動させるステップと、ウェーハが前記ビームを横断する都度常に同じ前縁を向けるように、前記走査されたイオンビームを通して前記ウェーハが次に横断する間に、前記ワークピースを前記ワークピースの中心軸の周りに１８０度回転させるステップとを有する、イオン注入装置内のワークピースにイオンを注入する方法が提供される。
【０００６】
さらに、本発明によれば、ワークピースにイオンを注入するためにイオンビームを生成するイオンビーム・ジェネレータであって、前記ワークピースは平面を画成する表面を有する、ワークピースにイオンを注入するためにイオンビームを生成するイオンビーム・ジェネレータと、前記ワークピースの前記表面に対して前記平面内の第１の方向に前記イオンビームを走査するためのイオンビーム・スキャナと、前記走査されたイオンビームを通して前後に横切るように、前記第１の方向に横向きの第２の方向に前記ワークピースを繰り返し往復運動させるアーム組立体であって、前記ワークピースを前記ワークピースの中心軸の周りに回転させる回転駆動機構と、ウェーハが前記ビームを横断する都度常に同じ前縁を向けるように、前記走査されたイオンビームを通して前記ウェーハが次に横断する間に、前記ワークピースを１８０度回転させるために、前記回転駆動機構を動作させるようにアレンジされた制御装置とを有する、アーム組立体を備える、イオン注入装置内のワークピースにイオンを注入する装置が提供される。
【０００７】
ウェーハの後縁付近のウェーハ表面上の点における熱を放散させるために、走査されたイオンビームをワークピースが毎回横断すなわち掃引する間に、本装置は十分な時間を提供する。したがって、連続する掃引の間、ウェーハ表面上の任意の点における到達最高温度はほぼ最小となり、ウェーハ表面上の任意の点における熱的なサイクルはほぼ同じであり、これはウェーハ表面上の構造に対する損傷の危険を大幅に低減する。
【０００８】
本発明の実施形態の例を図を参照して次に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はイオン注入装置１、特にイオン注入装置で使用する走査アーム組立体を示す。イオン注入装置は、イオンビームを生成するためのイオンビーム・ジェネレータ（図示せず）と、イオンビーム中の特定の種類のイオンを選択し、真空チャンバ２４を介してそのイオンビームをウェーハ・ホルダーにより支えられているウェーハあるいは基板に向ける手段（図示せず）を通常有する。ウェーハ１１を支えているウェーハ・ホルダー１０が、図１の走査アーム組立体１の中に示されている。走査アーム組立体１、及びイオン注入装置内のそのような走査アーム組立体の使用法は、同時係属出願のＰＣＴ特許出願公開明細書ＷＯ９９／１３４８８号に詳細に説明されており、参考文献として本明細書に包含される。図１に示す走査アーム組立体は単に説明のためのものであり、本発明の実施形態は、たとえば、米国特許第５，００３，１８３号及び５，２２９，６１５号で開示されているような他の走査アーム組立体でも実現することができる。
【００１０】
走査アーム組立体１は、イオンビーム９の静電及び/又は磁気偏向の組み合わせで、イオン注入装置内のスキャナによりイオンビーム９に対してウェーハ１１を機械的に走査する。ウェーハ１１の表面はＸＹ平面を画成する。イオンビーム９は、Ｚ方向に沿って基板に向けられており、イオン注入装置内でＸＹ平面に垂直にＸ方向に走査位置２１から他の走査位置２３まで磁気的、あるいは静電的にスキャナにより前後に掃引される。ウェーハ・ホルダー１０は走査アーム１３の一端に搭載されており、走査アームは軸受組立体１２，１７に搭載されている。走査アーム１３は、ウェーハ・ホルダー１３とその上のウェーハを、ウェーハの中心軸８の周りにＺ方向に沿って制御可能に回転させる回転駆動装置６，７をさらに有する。走査アーム１３の中に配置され、モータ６をウェーハ・ホルダーに連動させ、ウェーハ・ホルダー１０を回転さぜる機械的連動機構組立体７を始動させるための軸受組立体の上に配置されたモータ６を、回転駆動装置は有することができる。このような機械的連動機構組立体は、ベルトあるいはチェーン駆動機構または同等物でもよい。回転軸受部材１７上のリニア軸受部材１２は、駆動モータ１４に接続されている。駆動モータ１４及び回転駆動装置６、７は、共にマイクロプロセッサ／制御装置１５に接続され、マイクロプロセッサ／制御装置１５により制御される。制御装置１５は、電流積分器１７を介してファラデー・カップ１６に電気的に接続されている。ファラデー・カップは、イオンビーム走査の位置２１のような、イオンビームの静電あるいは磁気偏向の間にイオンビームがウェーハの端縁を掃引する期間にイオン電流を収集しモニタするような位置で、ウェーハ及びイオンビームに対してチャンバ２４の中に搭載されている。
【００１１】
処理中に、ウェーハ１１は機械的に走査され、図２に示すように、イオンビームを介してＹ方向に往復運動する。ウェーハは、たとえば、約０．５から１Ｈｚの範囲内の速度で機械的に走査することができる。
【００１２】
図４は、図２に示すように本発明を実施しない走査のときの、ウェーハ１１の表面上の５つの点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける４回の掃引中の表面温度の変化を示すグラフである。点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１は、ウェーハ１１の第１回の掃引の間の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける温度の読取り値を表す。同様に、グラフ上の他の点は、ウェーハの各掃引の間のウェーハ表面上の表示された点における温度読取り値を表す。
【００１３】
図２において、各掃引後のウェーハ１１の後縁は、次の掃引におけるウェーハの前縁である。前縁に最も近い点Ａと点Ｅは、オリエンテーション３１を有するウェーハの後縁に最も近い。第１回のウェーハ掃引後に、ウェーハはオリエンテーション３３を有し、機械的Ｙ方向走査が反転すると、第２回のウェーハ掃引に対して点Ｅが前縁に最も近く点Ａが後縁の最も近くにある。
【００１４】
図４のグラフに示すように、第２回の掃引の間に、ウェーハ表面上の表面点Ｅにおける温度読取り値Ｅ２は、他の点よりも高い。ウェーハ・オリエンテーション３１に対して後縁の近くである点Ｅにおける第１回の掃引による熱が、ウェーハ・オリエンテーション３３に対してウェーハ上の点Ｅが前縁の近くである第２回の掃引の前に、ウェーハ上の他の点と同じ程度に長く放散されないために、この現象が生ずる。同様に、Ａは第１回の走査のウェーハ・オリエンテーション３１に対して前縁であり、第２回の走査のウェーハ・オリエンテーション３３に対して後縁であるから、第２の走査の間の表面上の点Ａにおける温度は、ウェーハ上の他の点と比較して、点Ａにおける熱の放散を可能にするために、第１回の掃引の後により長い時間が経過したことを示す。
【００１５】
グラフからわかるように、ウェーハ上の端の点Ａ及びＥは、ビームを通過する各掃引の間の経過時間がほぼ一定である中心点Ｃより大幅に高い温度に交互に到達する。
【００１６】
図３は、図２に示すオリエンテーション３３とは、本発明の実施により異なるオリエンテーション３５を有するウェーハ１１を示す。ウェーハは、前縁の最も近くに点Ａを有し、後縁の最も近くに点Ｅを有するオリエンテーション３１を有する。第１回の掃引の終了と共にウェーハがイオンビーム９を通過した後に、第２回の掃引の前にウェーハ１１は中心軸の周りに１８０度回転される。図１を参照すると、このステップにおいて、制御装置１５はウェーハがイオンビームの範囲外にあることを検出し、モータ６を制御する。モータ６は、ウェーハ・ホルダー１３、しかるにその上のウェーハを、ウェーハの中心軸８の周りに制御可能に回転させるために、機械的連動機構組立体７を始動させる。この方法で、各回の掃引に対して点Ａを前縁に最も近くした状態で、ウェーハは機械的に走査される。点Ａが各回の掃引の間ウェーハの前縁の最も近くにあるようにウェーハを配置することにより、ウェーハ表面上の各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが掃引の間にビームから離れている時間はほぼ同じである。上に述べたように、図４の点Ｃのグラフ上のプロットは、ウェーハ１１上の５つの表面上の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれに対する連続した掃引の間の表面温度の典型的な変化を表している。
【００１７】
連続した掃引の間にウェーハを１８０度回転させることは、ウェーハの後縁の近くのウェーハ表面上の点において熱が放散するのに十分な時間をもたらす。連続した掃引の間に、ウェーハ表面上の端の点（Ａ、Ｅ）における到達最高温度は大幅に下がる。さらに、ウェーハ表面上の任意の点（たとえばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）は、連続した掃引の間に各走査でほぼ同じ熱的なサイクルを受ける。これは実際には、ウェーハへの高電力放散で、すなわち特定の注入エネルギーをもたらす高ビーム電流で、注入プロセスをより速く行うことを可能にする。
【００１８】
本明細書において説明した実施例の修正は当業者に明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン注入装置の斜視図を示す。
【図２】走査装置の正面図を示す。
【図３】本発明の実施例の走査装置の正面図を示す。
【図４】図２に示す走査装置のウェーハ表面温度の変化を示すグラフである。
【図１】
0004408525.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004408525.tif 000004
【図４】
0004408525.tif 000005