(57)【要約】【解決手段】半導体ウエハのようなワークピースへのイオン注入を制御する方法および装置が提供される。本方法は、イオンビームを発生する工程と、走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査する工程と、走査線が標準空間繰り返し度で、ワークピースにわたって分布するように、イオンビームに対して第二の方向にワークピースを移動する工程と、ワークピースのドーズ量のマップを取得する工程と、および取得したドーズ量のマップが規定内になく、必要なドーズ量補正が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正の注入を開始し、ドーズ量補正の注入中に走査線の空間繰り返し度を制御する工程と、を含む方法。
2004531066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースへのイオン注入の方法であって、
イオンビームを発生させる工程と、
走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査する工程と、
走査線がワークピースにわたって分布するように、イオンビームに対して第二の方向にワークピースを移動する工程と、
所望のドーズ量のマップにしたがって、ワークピース上における走査線の空間繰り返し度を制御する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さい、必要なドーズ量補正を達成するために、走査線の空間繰り返し度を減少させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、標準空間繰り返し度をもつn本の走査線のグループを、ひとつの走査で走査することを含み、ここで、グループ内の走査線の数nは、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正を、必要なドーズ量補正で割った値以上のものである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
走査線のグループが、ワークピースの移動の方向におけるイオンビームの断面寸法以下の幅をもつ、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、ワークピースのドーズ量のマップを取得し、必要なドーズ量補正を決定するためにドーズ量のマップを評価し、必要なドーズ量補正を達成するためにワークピース上における走査線の空間繰り返し度を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が注入の終了近くで実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程がワークピースの注入の或る間または注入中に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ワークピースへのイオン注入の方法であって、
イオンビームを発生する工程と、
走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査する工程と、
走査線が標準空間繰り返し度で、ワークピースにわたって分布するように、イオンビームに関して第二の方向にワークピースを移動する工程と、
ワークピースのドーズ量のマップを取得する工程と、
取得したドーズ量のマップが規定内になく、必要なドーズ量補正が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正の注入を開始し、ドーズ量補正の注入中に、走査線の空間繰り返し度を制御する工程と、
を含む方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、
(a)標準空間繰り返し度をもつ、n本の走査線のグループを選択すること、
(b)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下かどうかを決定すること、
(c)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下のときに、選択された走査線のグループにわたってイオンビームを走査すること、
(d最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下でなく、走査線のグループ内の走査線の数nが最大値よりも小さいときに、走査線のグループ内の走査線の数nを増加させ、そして上記工程(b)から(d)を繰り返すこと、
を含み、
ここで、数nはグループ内の走査線の数を表わす、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
走査線のグループ内の走査線の数nが少なくとも2である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
走査線のグループ内の走査線の数nの最大値が、第二の方向におけるイオンビームの高さに基づく、請求項９に記載の方向。
【請求項１２】
第二の方向におけるイオンビームの高さにしたがって、走査線のグループの走査線の数nの最大値を調節する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、走査線の空間繰り返し度を標準空間繰り返し度よりも小さくなるように減ずることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、第二の方向でのワークピースの移動に対して走査線の開始を制御することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、ワークピースの注入の完了近くで実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
イオン注入装置であって、
イオンビームを発生するイオンビーム発生器と、
走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に、走査する走査器と、
走査線が標準空間繰り返し度で、ワークピースにわたって分布するように、イオンビームに対して第二の方向に、ワークピースを移動する機械的移動機と、
ワークピースのドーズ量のマップを取得するドーズ量測定システムと、
取得したドーズ量のマップが規定内になく、必要なドーズ量補正が走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正の注入を開始し、ドーズ量補正の注入中に、走査線の空間繰り返し度を制御する制御器と、
を含むイオン注入装置。
【請求項１７】
前記制御器が、
標準空間繰り返し度をもつn本の走査線のグループを選択する手段と、
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下かどうかどうかを決定する手段と、
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下のときに、選択された走査線のグループにわたってイオンビームを走査する手段と、
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下でなく、選択された走査線のグループ内の走査線の数nが最大値よりも小さいときに、走査線のグループ内の走査線の数nを増加させ、そして決定、走査および増加の動作を繰り返すための手段と、
を含み、
ここで、数nはグループ内の走査線の数を表わす、
ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１８】
走査線のグループを選択する手段が、少なくとも二本の走査線のグループを選択する手段を含む、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
選択された走査線のグループ内の走査線の数nの最大値が、第二の方向におけるイオンビームの高さに基づく、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２０】
第二の方向におけるイオンビームの高さにしたがって、選択された走査線のグループ内の走査線の数nの最大値を調節する手段をさらに含む、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2001年5月21日に出願の米国仮出願第60/297,754号（ここに参考文献として組み込まれる）に基づくものである。
本発明は、半導体ウエハ、他のワークピースへのイオン注入のためのシステムおよび方法に関し、特に、可変空間繰り返し度をもつ走査線がドーズ量の精度およびドーズ量の一様性を制御するために使用されるイオン注入のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、半導体ウエアに電気伝導性を変える不純物を導入する標準的な技術である。所望の不純物がイオン源でイオン化され、イオンは所期のエネルギーをもつイオンビームを形成するように加速され、イオンビームはウエハの表面に向けられる。イオンビーム中のエネルギーをもつイオンは半導体材料のバルク内に侵入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれ、所望の伝導性の領域を形成する。
【０００３】
イオン注入システムは通常、ガスまたは固体物質を、よく画成されたイオンビームに変換するためのイオン源を含む。イオンビームは不所望のイオン種を除去するために質量分析され、所望のエネルギーに加速され、ターゲット面に向けられる。多くのイオン注入器は両方向において、ウエハよりもはるかに小さなイオンビームを使用し、ビームの電子的な走査により、ターゲットの機械的な移動により、またはビームの走査とターゲットの移動とを組み合わせることにより、ビームをターゲット領域にわたって分布させる。電子的なビーム走査および機械的なターゲットの移動の組み合わせを利用するイオン注入器が、特許文献１（Berrian等、1990年5月1日に発行）および特許文献２（Berrian等、1990年12月25日に発行）に開示されている。これらの米国特許は、このようなシステムにおいて、走査および線量測定制御技術を開示する。
【特許文献１】
米国特許第4,922,106号明細書
【特許文献２】
米国特許第4,980,562号明細書
【０００４】
イオン注入器における走査およびドーズ量の制御のシステムの重要な目的はドーズ量の精度およびドーズ量の一様性である。すなわち、イオン注入器は、ドーパント原子の特定のドーズ量をウエハに注入し、ウエハの表面にわたって特定のドーズ量の一様性を達成することが要求される。ドーズ量の一様性およびドーズ量の精度を達成するために、従来技術のイオン注入器は、ウエハの表面にわたって一様に間隔があいた走査線が生じるように、可変な電子的な走査速度およびほぼ一定な機械的な移動速度を利用していた。ウエハへの完全な注入というのは、所望の全ドーズ量が達成されるまで、ウエハにわたるいくつかの完全な経路を必要とする。走査線の間の間隔は典型的に、走査線の重なり合いを確実にし、ドーズ量の一様性を達成するために、機械的な移動方向において、ビームの高さよりも小さい。
【０００５】
上記のように、典型的で重要なプロトコルがウエハにわたる多数回の完全な経路に関する。ビームは、注入の間、間隔をあけたビーム電流を測定するファラデーカップにわたって電子的に走査される。ドーズ量の測定は、注入されたウエハのドーズ量のマップを形成するために使用される。ドーズ量のマップが測定ビーム電流に基づくことから、ビーム電流の変化が考慮される。ドーズ量のマップは、ドーズ量制御システムにより、特定のドーズ量のマップとの比較でもって評価される。実際のドーズ量が特定のドーズ量より少ない領域で、ドーズ量補正走査が実施される。
【０００６】
しかし、ある条件の下、ドーズ量補正が従来技術のドーズ量制御アルゴリズムの使用で行えないことがある。特に、走査システムは、ウエハに適用することができる最小のドーズ量補正により特徴付けることができる。最小の補正は、イオンビーム電流が、或る注入中に実質的に固定されていること、および電子的走査速度が走査増幅器の特性に基づく最大値をもつことにより生ずるものです。したがって、ウエハに適用することができるドーズ量補正は下限をもつ。必要なドーズ量補正が最小補正よりも少ないと、所望のドーズ量は、従来の走査技術では達成することができない。この場合、最小の補正がウエハに適用されると、実際のドーズ量は所望のドーズ量を超えてしまう。最小の補正がウエハに適用されないと、実際のドーズ量は所望のドーズ量よりも少なくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、イオン注入方法および装置の改良の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はイオン注入器とともに記述されるが、ここでイオンビームは一つの方向、典型的には水平方向に電子的に走査され、ウエハや他のワークピースは第二の方向、典型的には垂直方向に機械的に移動され、ウエハ表面にわたってイオンビームが分布される。イオンビームの電子的走査は走査線を形成し、ウエハの機械的な移動は、ウエハ表面にわたってその走査線を分布させる。ウエハ上の走査線の空間繰り返し度はドーズ量およびドーズ量の一様性を制御するために、制御される。
【０００９】
本発明の一態様にしたがって、ワークピースへのイオン注入の方法が提供される。この方法は、イオンビームを発生すること、走査線を形成するためにワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査すること、走査線がワークピースにわたって分布するようにイオンビームに対して第二の方向にワークピースを移動すること、および所望のドーズ量のマップにしたがってワークピース上の走査線の空間繰り返し度を制御することを含む。
【００１０】
本発明の他の態様にしたがって、ワークピースへのイオン注入の方法が提供される。この方法は、イオンビームを発生すること、走査線を形成するためにワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査すること、走査線がワークピースにわたって標準空間繰り返し度でもって分布するようにイオンビームに対して第二の方向にワークピースを移動すること、ワークピースのドーズ量のマップを取得すること、およびドーズ量補正の注入を開始し、取得したドーズ量のマップが規定内になく、必要なドーズ量補正が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正の注入の間、走査線の空間繰り返し度を制御することを含む。
【００１１】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程は、(a)標準空間繰り返し度をもつn本の走査線のグループを選択すること（ここでnはグループ内の走査線の数を表す）、(b)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下かどうかを決定すること、(c)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下のとき、選択された走査線のグループにわたってイオンビームの走査を開始し、(d)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下で、選択された走査線のグループ内の走査線の数が最大値より小さいときに、工程(b)−(d)を繰り返すことを含む。選択された走査線のグループ内の、走査線の数nが最大値に等しく、最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下でなく、または走査に続くとき、走査線の次のグループが選択され、同じ方法で評価される。同様のプロセスが、走査線の全セットまたはサブセットにわたって繰り返され、全プロセスはドーズ量のマップが規定内にとなるまで繰り返すことができる。
【００１２】
本発明の他の態様にしたがって、イオン注入装置が提供される。イオン注入装置は、イオンビームを発生するビーム発生器、走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査する走査器、走査線が標準空間繰り返し度でもって、ワークピースにわたって分布するように、イオンビームに対して第二の方向にワークピースを移動する機械的移動機、ワークピースのドーズ量のマップを取得するためのドーズ量測定システム、およびドーズ量補正の注入を開始し、そして取得したドーズ量のマップが規定内になく、取得したドーズ量補正が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正の注入の間、走査線の空間繰り返し度を制御する制御器を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の最良の理解のために、ここに添付される図面が参照される。
【００１４】
本発明の組み込みに適したイオン注入器の例の、簡略化したブロック図が図１および図２に示されている。図１は平面図で、図２は側面図である。図１および図２において同じ要素には同じ符号が付されている。
【００１５】
イオンビーム発生器10が所望の種のイオンビームを発生し、所望のエネルギーをもつまでイオンビームを加速し、エネルギーおよび質量汚染を除去するために、イオンビームの質量/エネルギー分析を実施し、エネルギーおよび質量汚染が低レベルになったイオンビーム12を供給する。走査システム16（スキャナー20、角度補正器24および走査発生器26を含む）が、平行あるいは平行に近い軌道をもつ、走査されたイオンビーム30を形成するために、イオンビームを偏向する。
【００１６】
エンドステーション32が、所望の種のイオンが半導体ウエハ34に注入されるように、走査されたイオンビーム30の経路に、半導体ウエハ34（または他のワークピース）を支持するプラテン36を含む。エンドステーション32がイオンビームドーズ量およびドーズ量の一様性をモニターするためのファラデーカップ.8を含む。典型的に、ウエハをイオン注入器に導入し、注入後ウエハを除去する自動化した取り扱い設備、ドーズ料測定システム、電子供給銃などを含む。イオンビームが通過する全経路はイオン注入の間、排気されることは理解されよう。
【００１７】
図２に示されているように、イオン注入器は、プラテン36およびウエハ34を垂直方向に機械的に移動するための機械的移動システム40を含む。機械的移動システム40はプラテン36に機械的に連結された移動ドライバー42、およびプラテン36の垂直位置を検知する位置センサー44を含む。システム制御器50がファラデーカップ38および位置センサー44からの信号を受信し、走査発生器26および移動ドライバー42に制御信号を与える。たとえば、システム制御器50は適切なメモリーおよび他の周辺装置をもつ、プログラムされた汎用性マイクロプロセッサのようなものでもよい。システム制御器50は好適にドーズ量制御システムを含む。
【００１８】
イオンビーム発生器10はイオンビームソース60、ソースフィルター62、加速/減速カラム64および質量分析器70を含んでもよい。ソースフィルター62は好適に、イオンビームソース60の近傍に配置される。加速/減速カラム64はソースフィルター62と質量分析器70との間に配置される。質量分析器70は双極分析磁石72および解像開口76を有するマスク74を含む。
【００１９】
センサー20（静電的センサーであってもよい）は走査基点80か発散する軌道をもつ走査されたイオンビームを形成するために、イオンビーム12を偏向する。センサー20は走査発生器26に接続された、間隔があけられた走査プレートを含む。走査発生器26は走査プレートの間の電場にしたがってイオンビームを走査するために、三角波形のような走査電圧波形を適用する。イオンビームは典型的に水平な面で走査される。
【００２０】
角度補正器24が、平行なイオン軌道をもつ、走査されたイオンビーム30を形成するために、走査されたイオンビーム中のイオンを偏向し、したがって走査されたイオンビームが集束するように、設計されている。特に、角度補正器24は、間隙を画成するために間隔が空けられた磁気ポールピース、および電源（図示せず）に接続された磁石コイルを含み得る。走査されたイオンビームは、ポールピースの間の間隙を通過し、間隙内の磁場にしたがって偏向される。磁場は、磁石コイルを流れる電流を変えることで調節することができる。
【００２１】
動作において、走査システム16はウエハにわたって水平方向にイオンビーム12を走査し、機械的移動システム40が走査イオンビーム30に対して垂直に、プラテン36およびウエハ34を移動する。走査システム16は、ウエハ34の表面上に走査線を形成する。イオンビーム12の電子的走査およびウエハ34の機械的移動の組み合わせにより、走査線がウエハ34の表面にわたって分布するようになる。イオンビーム電流は、プラテン36が下方位置にあるとき、ファラデーカップ38により測定され、イオンビーム電流を示す信号がシステム制御器50に供給される。他の実施例において、ファラデーカップはウエア34の近傍に位置し、間欠的に走査される。電子的走査速度は、ドーズ量の一様性を達成するために、水平方向のビームの位置の関数で変化させることができる。
【００２２】
半導体ウエハの典型的な注入は、あるビーム電流および走査プロトコルに対して、所望のドーズ量を達成するために、ウエハにわたって多数の完全な経路に関するものである。たとえば、ウエハにわたって十個の完全な経路が特定のドーズ量を達成するために必要となってもよく、より多数の経路がより高いドーズ量のレベルを達成するために必要となってもよい。「経路」は、イオンビームをウエハにわって分布させる、組み合わされた電子的走査および機械的移動を示す。ひとつの例として、一インチ当たり約40本の走査線となる標準空間繰り返し度を達成するために、イオンビームは電子的に走査され、機械的に走査される。したがって、大きなウエハに対して、完全な経路が数百本の走査線が必要となる。典型的に、イオンビームの機械的移動方向の高さが、約１センチメートルまたはそれ以上となる。したがって、一インチ当たり約40本の走査線となる空間繰り返し度をもつ走査プロトコルにより、走査線は重なり合い、ドーズ量の一様性は促進される。注入中、ドーズ量のマップがイオンビーム電流の測定から形成される。ドーズ量のマップはウエハの表面領域にわたるイオンのドーズ量を表し、したがって、ドーズ量およびドーズ量の一様性の両者を含む、ウエハのドーズ量プロファイルを与える。注入が進み、ウエハにわたる各経路が完了すると、ドーズマップは更新され、ドーズ量のレベルは、ウエハ上の多数の位置で、所望のドーズ量レベルと比較される。所望のドーズ量のレベルが達成されると、注入は終了する。
【００２３】
所望のドーズ量のマップからの偏差が、イオンビームの誤動作やイオンビームのドリフトといったいろいろなソースから生じる。さらに、注入チェンバー内の圧力が、たとえば、フォトレジストのアウトガスの結果、所期の制限を超えると、イオン注入器は典型的に、イオンビームが止まるように連動する。圧力が所期の制限を超えると、イオンビームは所望の圧力が回復するまで止まっている。したがって、注入はビームの停止を含め、ビーム電流の変化を受ける。
【００２４】
図３Aに示されているように、ドーズ量のマップが示されているが、ここで、適用されたドーズ量（所望のドーズ量のパーセント）が走査線の数の関数で示されている。図３Aの例において、注入には、600本の走査線が含まれるが、走査線ゼロはウエハの底を示す、走査線600はウエハの頂部を示す。ドーズ量曲線100は、イオンビームが、走査線が0から200まで遮断され、つぎに、走査線が200から400までの間、徐々に回復した例を示す。ドーズ量は、ウエハの下部では所望のドーズ量より著しく少ないことがわかる。
【００２５】
従来技術のドーズ量アルゴリズムにしたがった図３Aのビーム電流遮断に対する応答が図３Bに示されている。ドーズ量制御システムは、ドーズ量のマップにより示された実際のドーズ量と所望のドーズ量とを比較することで、ウエハの下部におけるドーズ量が規定以下であると決定する。ドーズ量補正の注入は、ウエハの下部におけるドーズ量が特定のドーズ量の100パーセントまで増加するように、実行される。このことは、実際のドーズ量が特定のドーズ量に可能な限り近くなるまで、標準空間繰り返し度をもつ走査線でもって、ウエハの下部を走査することによる。
【００２６】
図３Bに示されているように、ドーズ量曲線110は、実際にドーズ量が所望のドーズ量よりも低くなったウエハの中心部付近の領域112を示す。領域112のドーズ量が減少した理由は以下の通りである。領域112の位置は、ドーズ量が所望のドーズ量より僅かに低くなった図３Aの領域114に対応する。したがって、領域114において、比較的少ないドーズ量補正が必要となる。しかし、従来技術のドーズ量制御システムは適用することができる最小のドーズ量補正により特徴付けられている。最小の補正は、イオンビーム電流および走査プロトコルが固定されているという事実によるものである。走査プロトコル（上記の例は一インチ当たり40本の走査線となる標準空間繰り返し度をもつ）は、ウエハの表面にわたってドーズ量の一様性を確実にするために利用された。ドーズ量補正は、電子的な走査速度を増加せることにより減少させることができ、これにより、単位面積当たり注入されたイオンの数が減少する。しかし、電子的な走査速度は、走査発生器26（図２）の特性により決定される最大値をもつ。その結果、従来技術のドーズ量制御システムは、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正により制限された。最小のドーズ量補正は、注入レシピで変化はするが、5から10パーセントまで高くできる程度である。ウエハが、領域114（最小のドーズ量補正が必要なドーズ量補正よりも高い場合）のような、領域について最小のドーズ量補正を使用して走査されると、実際のドーズ量は所望のドーズ量を超えてしまう。ドーズ量の制御システムは典型的に、所望のドーズ量を超えないようにプログラムされている。したがって、最小のドーズ量補正が必要なドーズ量補正よりも多い場合には、最小のドーズ量補正は適用されず、領域114は低いドーズ量のままとなる。このようなドーズ量が低いままのものは、半導体製造者にとって受け入れが難いものである。
【００２７】
本発明の特徴にしたがって、走査線の空間繰り返し度は、所望のドーズ量のプロファイルを達成するために制御される。特に、走査線の空間繰り返し度は、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも少ないドーズ量補正が必要な、ウエハの領域において減少させられる。標準空間繰り返し度をもつ走査線のグループはひとつの走査線で走査されてもよい。したがって、たとえば、三本の走査線（それぞれは最小のドーズ量補正の三分の一である）をもつ標準空間繰り返し度は、三本の走査線の中心にわたって一つの走査により補正される。このプロセスは、ウエハ表面の全体またはウエハの表面の選択された部分にわたって走査線のグループに対して繰り返されてもよい。この技術は、機械的な移動方向におけるイオンビームの高さが、走査線の標準空間繰り返し度に対応する、走査線の間隔よりも高いということを前提としている。走査線のグループが、走査プロトコルの標準空間繰り返し度をもつ、二つ以上の接近した走査線として定義される。グループ内の走査線の数は、必要なドーズ量補正の程度にしたがって決定される。走査線の最大の数は、機械的な移動方向におけるビームの高さに依存する。この技術は、たとえば、図３Cに示されたドーズ量曲線120により示された所望のドーズ量のマップを形成する。本発明が実施されると、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正はもはや、ドーズ量補正に下限が設けられない。
【００２８】
走査線のグループ内の標準空間繰り返し度をもつ走査線の数nは、必要なドーズ量補正で、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正を割ることにより選択することができる。したがって、たとえば、最小のドーズ量補正が10パーセントで、必要なドーズ量補正が2パーセントである場合、グループ内の走査線の数nは、10/2＝5となる。必要なドーズ量補正で割られた最小のドーズ量補正から生ずる数nが整数値ででないときは、切り上げた整数とする。下述する同等なプロセスにおいては、小さな数の走査線をもつ走査線のグループが選択され、数nは、最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下となるまで増加する。グループ内の走査線の数nは、必要なドーズ量補正がドーズ量のマップにしたがって変化するとき、ウエハの表面にわたって変化してもよい。走査線の最大数nmaxは走査線間の標準的間隔で、移動走査方向のイオンビームの高さを割ることにより決定されてもよい。このことは、走査線グループのひとつの走査がそのグループ内の走査線のすべてをカバーすることを確実にする。
【００２９】
本発明の実施例にしたがったドーズ量の制御を含むイオン注入プロセスのフローチャートが図４に示されている。プロセスは、システム制御器（図２）のソフトウエアにより実行され、走査発生器26および移動ドライバー42を制御するために使用される。
【００３０】
図４に示されているように、イオンビームが工程200で発生する。イオンビームは、図１で示され、上述したイオンビーム発生器10により発生させてもよい。工程202において、イオンビームは、走査システム16により、半導体ウエハまたは他のワークピースを第一の方向にわたって走査され、そのウエハは機械的移動システム40により、走査されたイオンビームに対して第二の方向に移動される。注入は、ドーパントの特定のドーズ量をウエハに与えるために、特定の注入レシピにしたがって実施される。必要なドーズ量の精度およびドーズ量の一様性は典型的に1％以下である。
【００３１】
工程204において、ウエハのドーズ量のマップが取得される。ドーズ量のマップは、注入中、ファラデーカップ38によるビーム電流測定に応じてシステム制御器50により形成される。ドーズ量のマップは、半導体ウエハのドーズ量およびドーズ量の一様性といったドーズ量のプロファイルを表す。ドーズ量のマップは、注入が進行していくと、累積的に取得することができる。注入が、ウエハの表面にわたるひとつ以上の完全な経路を必要としてもよい。
【００３２】
工程206において、ドーズ量補正が必要かどうかの決定がなされる。取得したドーズ量のマップは典型的に、レシピからの特定のドーズ量と、ドーズ量のマップの複数の位置における測定ドーズ量とを比較することにより、評価される。ドーズ量補正が必要かどうかの決定は、ドーズ量のマップが、ドーズ量およびドーズ量の一様性に関して、所定の基準に適合するかどうかに基づいてなしてもよい。一実施例において、ドーズ量補正が必要なときは、(1)取得したドーズ量のマップの一様性が所定の値以下のとき（この条件は注入中、いつでも生ずる）、または(2)所望のドーズ量と測定ドーズ量との差が最小のドーズ量補正よりも小さいとき、取得したドーズ量のマップが一様であるかかどうか（この条件は注入の最後で生ずる）である。ドーズ量補正が必要とされないと、注入は、所望のドーズ量が注入されるまで続く。
【００３３】
工程206において、ドーズ量補正が必要でないとの決定がされたとき、工程208において、注入が完全かどうかについて決定される。注入が、ドーズ量およびドーズ量の一様性に関して完全であるとき、プロセスは工程210において終了となる。工程208において、注入が完全でないとの決定がなされると、プロセスは、ワークピースにわたるイオンビームの付加的な走査およびウエハの移動のために、工程202に戻る。典型的な注入が、半導体ウエハにわたって、多数の完全な走査または経路を必要とする。
【００３４】
工程206において、ドーズ量補正が必要との決定がなされると、プロセスは工程212に進む。工程212において、必要なドーズ量補正が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいかどうかについての決定がなされる。最小のドーズ量補正、典型的には既知の量は、イオンビーム電流、イオンビームの断面積、最大走査速度および走査線の標準空間繰り返し度の関数である。工程212において、必要なドーズ量補正が最小のドーズ量補正よりも小さくないとの決定がされると、工程214で在来のドーズ量補正アルゴリズムが使用される。在来のドーズ量補正アルゴリズムは、所望のドーズ量の分布を得るために、走査波形を調節することを含むことができる。特に、走査速度は、ドーズ量の増加が必要な領域において減少させることができ、ドーズ量の減少が必要な領域で増加させることができる。プロセスは、補正された波形で半導体ウエハにわたる経路を達成するために、工程202に戻る。
【００３５】
必要なドーズ量補正が最小のドーズ量補正よりも小さいとの決定が、工程212でなされると、プロセスは工程216に進む。工程216において、可変空間繰り返し度のドーズ量補正アルゴリズムが利用される。可変空間繰り返し度ドーズ量補正アルゴリズムは典型的には、注入の終了近くで利用される。たとえば、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正が10％以下で、取得したドーズ量のマップから決定されるように、ウエハに注入される電流のドーズ量が所望のドーズ量の95％であると仮定する。この場合、在来のドーズ量補正アルゴリズムを使用する最小のドーズ量補正はウエハにおいて、5％の過剰なドーズ量をもたらすことになる。したがって、可変空間繰り返し度ドーズ量補正アルゴリズムが利用される。可変ドーズ量補正アルゴリズムの例が図５に関連して下述される。工程216に続いて、プロセスは、さらにドーズ量補正が必要かどうかを決定するために工程206に戻ることができる。これに代えて、注入プロセスは工程216で完了したとしてもよい。
【００３６】
可変空間繰り返し度ドーズ量補正を実施するフローチャートが図５に示されている。標準空間繰り返し度をもつ走査線のグループが工程250で選択される。ここでnはグループ内の走査線の数である。走査線の最初の選択されたグループは典型的に、ドーズ量補正を必要とする領域の近傍またはその縁である。ドーズ量補正が必要な領域は、ウエハの一部または全ウエハを含んでもよい。図３Bの例において、補正が必要な領域112はウエハの中心近くに位置する。工程250で選択された最初の走査線のグループは二つの隣接した走査線を含んでもよい。
【００３７】
工程252において、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正を、走査線のグループ内の走査線の数で割った値が、必要なドーズ量補正以下かどうかの決定がなされる。したがって、たとえば、グループが二本の走査線（n＝2）を含み、最小のドーズ量補正が10％で、必要なドーズ量補正が2％であるとき、最小のドーズ量補正をnで割った値は、必要なドーズ量補正以下ではない。上記例が、必要なドーズ量補正が5％のように変わると、nで割った最小のドーズ量補正は必要なドーズ量補正以下である。最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下であるとの決定が工程252においてなされるとき、走査線のグループは、工程254で、好適にはn本の走査線の選択されたグループの中心でまたはその近傍でひとつの走査線を使用して走査される。
【００３８】
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下でないとの決定が工程252でなされると、グループ内の走査線の数nが最大値nmaxに等しいかどうかの決定が工程256でなされる。グループ内の走査数の最大の数nmaxは、機械的移動方向におけるイオンビームの高さに基づくことができる。典型的なビームの高さは1センチメートルか、それ以上である。したがって、走査数の最大の数nmaxは一インチ当たり40本の標準空間繰り返し度に対して、15本かそれ以上である。走査線の数が最大値nmaxに等しいと、ドーズ量補正はなされず、プロセスが工程260に進む。この場合、ドーズ量補正が、所望のドーズ量を超えないようにするために、実行されない。
【００３９】
走査線の数が最大数nmaxより小さいと、工程256で決定されると、グループ内の走査線の数nは、工程258で、ひとつの走査線だけ増加し、プロセスは工程252に戻る。工程252において、最小のドーズ量補正を数nの新しい値で割った値が、新規に選択された走査線のグループに対して必要なドーズ量補正以下かどうかが決定される。グループ内の走査線の数nは、最小のドーズ量補正を数nの新しい値で割った値が、必要なドーズ量補正以下となるまで、またはグループ内の走査線の最大数nmaxが達成されるまで、増加する。最小のドーズ量補正をグループ内の走査線の数で割った値が必要なドーズ量補正以下であるとき、n本の走査線のグループは工程254で走査され、好適には、走査線グループの中心でまたはその近傍で一回、走査される。走査線グループの中心またはその近傍の走査は、走査線を走査線グループの中心またはその近傍に位置付けるために、ウエハの機械的移動に関して走査線の開始を遅延することにより達成することができる。
【００４０】
必要なドーズ量補正が2％で、最小のドーズ量補正が10％である上記例では、隣接した5本の走査線のグループが可変空間繰り返し度ドーズ量補正アルゴリズムにより使用される。この場合、ドーズ量補正は、5本の走査線グループの中央でまたはその近傍で一回の走査がなされ、ここでイオンビームはグループ内の全走査線にわたって広がっている。
【００４１】
工程260で、走査線の今のグループがドーズ量補正を必要としている最後のグループであるかどうかが決定される。今のグループが最後のグループでないときは、プロセスは工程250に進み、標準空間繰り返し度をもつ、n本の走査線の新しいグループが選択される。新しいグループは、ドーズ量補正を必要とする領域にわたって規則的に処理するように、前のグループに隣接したものとすることができる。これに代えて、新しいグループは、ドーズ量補正を必要とするウエハの他の領域においてであってもよい。上述のプロセスは、ドーズ量補正を必要とする領域が完了するまで、走査線の選択された各グループに対して繰り返される。各グループの走査線の数は、最小のドーズ量補正をグループ内の走査線の数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下となるまで、増加する。ウエハが可変空間繰り返し度ドーズ量補正アルゴリズムを利用して走査されると、ドーズ量のマップについての更新がファラデーカップ38（図２）により取得される。
【００４２】
走査線の今のグループが工程260で、補正を必要とする最後のグループであると決定されると、プロセスは工程206（図４）に戻ることができる。工程206で、さらにドーズ量補正が必要かどうかの決定がなされる。したがって、可変空間繰り返し度ドーズ量補正アルゴリズムが所望のドーズ量のマップを達成したことをプロセスが証明することになる。これに代えて、ドーズ量のマップをさらに証明することなく、注入は次のステップ260で完了するとしてもよい。
【００４３】
開示の技術は、標準空間繰り返し度に関して走査線の空間繰り返し度を減少させること、および走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正と比較して、ウエハに適用できるドーズ量補正を減少させることという効果をもつ。各走査線のグループ内の走査線の数を変えることにより、走査線の空間繰り返し度およびドーズ量補正は必要なドーズ量補正を与えるように調節される。したがって、走査線の比較的低い空間繰り返し度は小さなドーズ量補正を得るために利用される。逆に、走査線の比較的高い空間繰り返し度はより大きなドーズ量補正を得るために利用される。
【００４４】
可変空間繰り返し度のドーズ量補正アルゴリズムはドーズ量補正を達成するために、注入の終了間近で利用することができる。ドーズ量補正は、ウエハの選択された領域で、または全ウエハ表面にわたって実施することができる。他の実施例において、走査線の空間繰り返し度の制御は低ドーズ量の注入を実行するために使用することができる。このアプローチは、標準走査プロトコルを使用してウエアにわたる一つの経路が、特定のドーズ量を超えるドーズ量となる場合に、利用することができる。したがって、走査線の空間繰り返し度の制御は、低ドーズ量の注入を達成するための技術を提供することができる。
【００４５】
図５の例において、グループ内の走査線の最大数nmaxは固定された。他の実施例では、走査線のグループ内の走査線の最大数は、機械的移動の方向において、イオンビームの高さにしたがって、調節することができ、またはプログラムすることができる。ビーム高さが比較的、大きいとき、走査線グループ内の最大数nmaxは増加させることができ、これにより可能なドーズ量補正の範囲も増加する。
【００４６】
本発明の好適実施例が開示され、説明されてきたが、当業者には、特許請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更、修正がなし得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の実施に適した、イオン注入器の略示図である。
【図２】図２は、図１のイオン注入器の側面略示図である。
【図３】図３Aはウエハの中央近くでイオンビームが遮断される場合における、適用されたドーズ量の、走査線の関数となるグラフ（パーセント）である。図３Bは、図３Aで示されたドーズ量のプロファイルを補正するために、従来技術の制御アルゴリズムが利用された場合における、適用されたドーズ量の、走査線の関数となるグラフ（パーセント）である。図３Cは、図３Aで示されたドーズ量のプロファイルを補正するために、本発明の実施例にしたがったドーズ量の制御アルゴリズムが利用された場合における、適用されたドーズ量の、走査線の関数となるグラフ（パーセント）である。
【図４】図４は、本発明の実施例にしたがったドーズ量の制御を含むイオン注入プロセスのフローチャートである。
【図５】図５は、図４の可変の空間繰り返し度ドーズ量補正の実施例のフローチャートである。
【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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月26日(2003.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースへのイオン注入の方法であって、
イオンビームを発生する工程と、
走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査する工程と、
走査線が標準空間繰り返し度で、ワークピースにわたって分布するように、イオンビームに対して第二の方向にワークピースを移動する工程と、
ワークピースのドーズ量のマップを取得する工程と、
取得したドーズ量のマップが規定内になく、必要なドーズ量補正が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正の注入を開始し、ドーズ量補正注入中に、走査線の空間繰り返し度を制御する工程と、
を含み、
走査線の空間繰り返し度を制御することは、標準空間繰り返し度をもつn本の走査線のグループを走査することを含み、各グループは一回の走査で走査され、各グループ内の走査線の数nは、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正を必要なドーズ量補正で割った値以上で、走査線の各グループは、ワークピースの移動の方向におけるイオンビームの断面寸法以下の幅をもち、走査線の空間繰り返し度は、標準空間繰り返し度に対して減ずる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さい、必要なドーズ量補正を達成するために、走査線の空間繰り返し度を減少させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が注入の終了近くで利用される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程がワークピースの注入の或る間または注入中に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、
(a)標準空間繰り返し度をもつ、n本の走査線のグループを選択すること、
(b)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下かどうかを決定すること、
(c)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下のときに、選択された走査線のグループにわたってイオンビームを走査すること、
(d)最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下でなく、走査線のグループ内の走査線の数nが最大値よりも小さいときに、走査線のグループ内の走査線の数nを増加させ、そして上記工程(b)から(d)を繰り返すこと、
を含み、
ここで、数nはグループ内の走査線の数を表わす、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
走査線のグループ内の走査線の数nが少なくとも2である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
走査線のグループ内の走査線の数nの最大値が、第二の方向におけるイオンビームの高さに基づく、請求項９に記載の方向。
【請求項１２】
第二の方向におけるイオンビームの高さにしたがって、走査線のグループの走査線の数nの最大値を調節する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
走査線の空間繰り返し度を制御する工程が、第二の方向に、ワークピースの移動に関して走査線の開始を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
イオン注入装置であって、
イオンビームを発生するイオンビーム発生器と、
走査線を形成するために、ワークピースにわたってイオンビームを第一の方向に走査する走査器と、
走査線が標準空間繰り返し度でワークピースにわたって分布するように、イオンビームに対して第二の方向に、ワークピースを移動する機械的移動機と、
ワークピースのドーズ量のマップを取得するドーズ量測定システムと、
取得したドーズ量のマップが規定内になく、必要なドーズ量補正が走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正よりも小さいときに、ドーズ量補正注入を開始し、ドーズ量補正注入中に、走査線の空間繰り返し度を制御する制御器と、
を含み、
走査線の空間繰り返し度を制御することは、標準空間繰り返し度をもつn本の走査線のグループを走査することを含み、各グループは一回の走査で走査され、各グループ内の走査線の数nは、走査線の標準空間繰り返し度で得ることができる最小のドーズ量補正を必要なドーズ量補正で割った値以上で、走査線のグループは、ワークピースの移動の方向におけるイオンビームの断面寸法以下の幅を有し、走査線の空間繰り返し度は、標準空間繰り返し度に関して減ずる、
ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１７】
前記制御器が、
標準空間繰り返し度をもつn本の走査線のグループを選択する手段と、
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下かどうかを決定する手段と、
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下のときに、選択された走査線のグループにわたってイオンビームを走査する手段と、
最小のドーズ量補正を数nで割った値が、必要なドーズ量補正以下でなく、選択された走査線のグループ内の走査線の数nが最大値よりも小さいときに、走査線のグループ内の走査線の数nを増加させ、そして決定、走査および増加の動作を繰り返すための手段と、
を含み、
ここで、数nはグループ内の走査線の数を表わす、
ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１８】
走査線のグループを選択する手段が、少なくとも二本の走査線のグループを選択する手段を含む、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項１９】
選択された走査線のグループ内の走査線の数nの最大値が、第二の方向におけるイオンビームの高さに基づく、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【請求項２０】
第二の方向におけるイオンビームの高さにしたがって、選択された走査線のグループ内の走査線の数nの最大値を調節する手段をさらに含む、請求項１７に記載のイオン注入装置。
【国際調査報告】
2004531066.tif 000033
2004531066.tif 000034