(57)【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ための方法であって，
イオンビームを発生する工程と，
ビーム走査幅を画成する走査波形に応じて第一の方向に，ワークピースにわたってイオンビームを走査する工程と，
イオンビーム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，並進移動速度で，ワークピースを第二の方向に並進移動させる工程と，
イオンビームがワークピースから外れる時間を制限するために，並進移動速度およびビーム走査幅を制御する工程と，
を含み、
並進移動速度およびビーム走査幅を制御する工程は，機械的並進移動システムにより発生する位置パルスに応答してイオンビーム走査を反転する工程を含み、
位置パルスは，ワークピースが固定した距離だけ第二の方向に並進移動するごとに，機械的な並進移動システムにより発生する，
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
ワークピースは半導体ウエハからなり，並進移動速度およびビーム走査幅は，実質的に円形の走査パターンを形成するように制御される，請求項１に記載の方法。
【請求項３】
並進移動速度は，イオンビームがウエハの中心近くにあるとき比較的遅い並進移動速度となるように制御され，イオンビームがウエハの頂部および底部近くにあるときに，比較的速い並進移動速度となるように制御される，請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ビーム走査幅は並進移動速度の逆関数に制御される，請求項２に記載の方法。
【請求項５】
並進移動速度およびビーム走査幅を制御する工程は，並進移動速度が比較的速いところのビーム走査幅を減少させること，および並進移動速度が比較的遅いところのビーム走査幅を増加させることを含む，請求項２に記載の方法。
【請求項６】
イオンビーム走査を反転する工程は，走査パターンがウエハに中心付けされるように走査の反転のタイミングを調節することを含む，請求項２に記載の方法。
【請求項７】
イオンビームは，ドーズ量の一様性を確実にするために，ワークピースをから外れるように走査される，請求項１に記載の方法。
【請求項８】
イオンビームを走査する工程はさらに，イオンビームをウエハから完全に外れて走査することなく，ドーズ量の一様性を達成するために，走査の端部付近で走査を遅くしまたは停止することを含む，請求項２に記載の方法。
【請求項９】
並進移動速度およびビーム走査幅は，半導体ウエハの表面にわたって一様なイオン分布を達成するために制御される，請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
並進移動速度およびビーム走査幅は，走査領域がワークピースよりも実質的に大きくないように制御される，請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
イオン注入装置であって，
イオンビームを発生するためのイオンビーム発生器と，
ビーム走査幅を画成する走査波形に応答して第一の方向に，ワークピースにわたってイオンビームを走査する走査器と，
イオンビーム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，並進移動速度で，ワークピースを第二の方向に並進移動させる機械的並進移動器と，
イオンビームがワークピースから外れる時間を制限するために，並進移動速度およびビーム走査幅を制御する制御器と，
を含み、
制御器は，機械的並進移動器から受信した位置パルスに応答してイオンビーム走査の反転をトリガーする手段を含み，
位置パルスは，ワークピースが固定した距離だけ第二の方向に並進移動するごとに，機械的並進移動器により発生する，
イオン注入器。
【請求項１２】
ワークピースは半導体ウエハからなり，並進移動速度およびビーム走査幅は実質的に円形の走査パターンを形成するように制御される，請求項１１に記載のイオン注入器。
【請求項１３】
制御器は，並進移動速度が比較的速いときに，比較的狭いビーム走査幅を形成するため，および並進移動速度が比較的遅いときに，比較的広いビーム走査幅を形成するための手段を含む，請求項１１に記載のイオン注入器。
【請求項１４】
制御器は，走査パターンがウエハ上に実施的に中心付けられるようにイオンビーム走査の反転のタイミングを調節する手段を含む，請求項１２に記載のイオン注入器。
【請求項１５】
制御器は，イオンビームをウエハから完全に外れて走査することなく，ドーズ量の一様性を達成するために，走査の端部付近で走査を遅くしまたは停止するための手段を含む，請求項１２に記載のイオン注入器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は，2000年5月15日に出願された米国仮出願第60/204,285号（ここに参考文献として組み込まれる）に基づく。
【０００２】
発明の分野
本発明は，半導体ウエハ，その他ワークピースのイオンビーム走査システムおよび方法に関し，過度の走査を制限し，ドーズ量の一様性を達成する，高能率のイオンビーム走査システムおよび方法に関する。
【０００３】
発明の背景
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ために加速され，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。
【０００４】
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にイオン源を含む。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。ほとんどのイオン注入器は，ウエハよりも非常に小さなイオンビームを両方向について使用し，ビームを電子的に走査し，ウエアを機械的に移動させることにより，またはビームの走査とウエハの移動を組み合わせることにより，イオンビームからのドーズ量をウエハにわたって分布させる。電子的なイオンビーム走査および機械的なウエハ移動の組み合わせを利用するイオン注入器は，Berrianらの，1990年5月1日に発行された米国特許第4,922,106号およびBerrianらの，1990年12月25日に発行された米国特許第4,980,562号に記載されている。これらの特許は，このようなシステムにおける走査および線量制御技術を説明する。開示のシステムのビーム能率は，イオンビームは矩形パターン（ウエハが丸いにもかかわらず）で走査される事実により制限される。走査における非能率は，走査時間の一部のみの間，イオンビームがウエハに向けられる事態をもたらす。能率はまた，ファラデービームセンサーに到着し，ウエハの縁でドーズ量に一様にするために，ウエハを過度に走査する必要性により制限を受ける。
【０００５】
従来の走査技術の他の欠点は，イオンビームがウエハにおいて費やす時間を変化させることにより，ドーズ量を変化させることができるように，イオンビームがいろいろな時間，電子的走査の間でウエハの一面の一定な位置に維持されることである。この問題は，汚染ビームが主ビームに加えて存在することによる。ビームが固定した位置にあるとき，汚染ビームの一部分がウエハ上に当たるとき，ドーズ量の汚染が，ウエハ上のスポットにある汚染ビームにより生じる。この問題は，イオンビームを走査するために，二極の偏向を使用するイオン注入器で生ずる。
【０００６】
Tokoguchiらの1986年12月30日に発行された米国特許第4,633,138号は，ビーム走査の幅が，幅検知器に応答して，ウエハの形状に近くなるように制御するイオン注入器を開示する。ウエハ速度は，異なる走引幅から生じるドーズ量の変化を保証するために制御される。Bakkerらの1981年4月7日に発行された米国特許第4,260,897号は，ビーム走引がターゲットの形状に整合するように制御されるイオン注入の技術を開示する。ターゲットの両側にある湾曲したセンサーがイオンビームを検出し，走引の反転を開始する。Robertsonらの1983年12月20日に発行された米国特許第4,421,988号は，走査幅が，所望の連続した走査時間により，ターゲットウエハの幅に整合するイオンビーム走査技術を開示する。
【０００７】
従来の走査技術のすべては，制限された能率および制限された適用性を含む一つ以上の欠点をもつ。たとえば，それら技術は，二次元方向の静電イオン走査を採用するイオン注入器に限定される。したがって，イオン注入器において，高能率な走査のシステムおよび方法の必要性がある。
【０００８】
発明の要約
本発明は，イオンビームが，一方の方向に，典型的には水平方向に電子的に走査され，ウエハが，他方の方向に，典型的に，ウエハ表面にわたってイオンビームを分布させるために，機械的に並進移動されるイオン注入器に関する。機械的な並進移動の速度は，ビームが，電子的な走査方向においてより広くなるウエハの中心を横切るように走査されるときに，ウエハがよりゆっくりと並進移動するように，変化させられる。ビーム走査幅は，ビームがウエハを外れることによりイオンビームの浪費を避ける一方で，ウエハ上で一様なドーズ量を維持するために，ウエハの並進移動に連帯して変化する。好適に，電子的走査は，汚染ビームが走査され，ウエハの一点に集中しないように，イオンビームが移動するようにしている。
【０００９】
本発明の第一の態様にしたがって，ワークピースのイオン注入の方法が提供される。本方法は，イオンビームを発生する工程，ビーム走査幅を画成する走査波形に応じて第一の方向に，ワークピースにわたってイオンビームを走査する工程と，イオンビーム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，並進移動速度で，ワークピースを第二の方向に並進移動させる工程，およびイオンビームがワークピースを外れる時間を制限するために，並進移動速度およびビーム走査幅を制御する工程とを含む。
【００１０】
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。本イオン注入装置は，イオンビームを発生するイオン発生器，ビーム走査幅を画成する走査波形に応じて，第一の方向に，ワークピースにわたってイオンビームを走査する走査器，イオンビーム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，並進移動速度で，ワークピースを第二の方向に並進移動させる機械的並進移動器，ならびにイオンビームがワークピースを外れる時間を制限するために，並進移動速度およびビーム走査幅を制御する制御器とを含む。
【００１１】
本発明のよりよい理解のために，添付図面が参照される。
【００１２】
詳細な説明
本発明を組み込むのに適したイオン注入器の実施例の，簡単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，図２は側面図である。図１および図２において同様の要素には同じ符号が付されている。
【００１３】
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させ，イオンビームを所望のエネルギーまで加速し，エネルギーおよび質量汚染を除去するために，イオンビームを質量/エネルギー分析し，低レベルのエネルギーおよび質量汚染となる，エネルギーをもったイオンビームを供給する。走査システム16（走査器20，角度補正器24および走査発生器26を含む）が平行またはほぼ平行なイオン軌道をもつ，走査されたイオンビーム30を生成するためにイオンビーム12を偏向する。
【００１４】
エンドステーション32が，所望の種のイオンが半導体34または他のワークピースに注入されるように，走査されるイオンビーム30の経路内に，半導体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は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38を含んでもよい。
【００１５】
図２に示されているように，イオン注入はプラテン36およびウエハ34を垂直な方向に機械的に移動するための，機械的な並進移動システム40を含む。機械的な並進移システム40は，プラテン36に機械的に連結された並進移動ドライバー42，およびプラテン36の垂直な位置を検知するための位置センサー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および並進移動ドライバー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有する汎用性マイクロプロセッサのように実行されるものでよい。
【００１６】
イオンビーム発生器10はイオンビーム源60，ソースフィルター62，加速/減速カラム64および質量分析計70を含む。ソースフィルター62は好適に，イオンビーム源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と質量分析計70との間に配置される。質量分析計70は双極分析磁石72および分解開口76を有するマスク74を含む。
【００１７】
走査器20（静電走査器であってもよい）はイオンビーム12を偏向し，走査原点80から発散するイオン軌道をもつ走査イオンビームを形成する。走査器20は走査発生器26に接続される，間隔があけられた走査プレートを含み得る。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，水平プレートにおいて走査される。
【００１８】
角度補正器24は，平行なイオン軌道をもつ，走査イオンビームを形成し，したがって，走査イオンビームを集束するために，走査イオンビームのイオンを偏向するように設計されている。特に，角度補正器は，間隙を画成するために間隔があけられた磁器ポールピース，および電源（図示せず）に接続された磁石コイルを含んでもよい。走査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，磁石コイルに流れる電流を変化させることにより調節できる。
【００１９】
動作において，走査システム16はイオンビームをウエハ34にわたって水平方向に走査し，機械的な並進移動システム40は，走査イオンビーム30に関して，垂直に，プラテン36およびウエハ34を並進移動させる。イオンビーム12の電子的走査とウエハ34の機械的な並進移動との組み合わせにより，イオンビームはウエハ34の表面にわたって分布される。イオンビーム電流は，プラテン36が定位置にあるときに，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表す信号がシステム制御器50に供給される。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ビーム位置の関数で変化させることができる。
【００２０】
従来技術のシステムは典型的に，矩形の走査パターンを形成するために，一定のビーム走査幅および所期のウエハの並進移動を利用する。矩形の走査パターンは，ウエハの縁でのドーズ量の一様性を確実なものとするために，十分に大きな走査寸法をもつ。ウエハが丸いことから（ノッチや，フラット部を除き），矩形の走査パターンの稼働はウエハに入力せず，したがった浪費する。
【００２１】
本発明の態様にしたがって，ビーム走査幅および並進移動速度は，ウエハまたは他のワークピースの大きさおよび形状とほぼ整合するビーム走査を与えるように制御される。半導体ウエハの場合，走査パターンは実質的に円形である。
【００２２】
図３Bに示されているように，実質的に円形走査パターン100はウエハ34の頂部および底部の近くで，比較的狭い走査線102を与え，ウエハ34の中心付近で比較的広い走査線104を与え，ウエハ34の底部から中心へ，中心から頂部へ徐々に変化する走査線を与えることにより達成できる。
【００２３】
典型的に，電子的走査速度はほぼ一定である。ウエハ並進移動が一定であると，ビーム走査幅は減少し，ドーズ量の一様性は悪影響を受けるが，その理由は，イオンビームは早く反転し，走査線は互いに接近するからである。ドーズ量の一様性を維持しながら，円形走査パターンを達成するために，垂直な並進移動の速度は，図３Aに例示されているように，ウエハ上のビーム位置の関数で変化する。したがって，並進移動速度は，ウエハ34の頂部および底部付近で比較的速く，ウエハ34の中央付近で比較的遅い。このことは，走査線がウエハ34の表面にわたってほぼ等間隔をもつ走査パターンを実施する。特に，並進移動速度は，ビーム走査幅が比較的狭いところでは比較的速く，並進移動速度は，ビーム走査幅が比較的広いところで比較的遅い。並進移動速度およびビーム走査幅は，ほぼ円形の走査パターンを形成し，ウエハ34でのドーズ量を一様にするために，調和させられる。
【００２４】
並進移動速度およびビーム走査幅はいろいろな方法で調和せることができる。一実施例において，機械的並進移動システム40は，ウエハ34が一定の距離だけ移動するごとに，システム制御器50に位置パルスを与える。システム制御器50は，各位置パルスに一度，ウエアにわたってイオンビームを走査するように，走査発生器26を命令する。この実施例において，各位置パルスにより，イオンビームは走査方向を反転する。このことは，ウエハが速く移動するときに走査が狭くなり，ウエハがよりゆっくりと移動する時に，走査が広くなるようにする効果をもつ。したがって，電子的走査線を位置パルスでトリガーし，並進移動速度を変えることにより，ほぼ円形の走査パターンが得られる。図３Ａに示されているように，並進移動速度110は，イオンビームがウエハ34の頂部および底部に入射したときに速くなり，イオンビームがウエハの中心部に入射するときに遅くなる。さらに，走査線はウエハ34上に一様に分布され，ドーズ量の一様性は達成される。走査方向の反転を位置パルスでトリガーすることにより，イオンビームは常に移動し，汚染ビームにより生ずるドーズ量の誤りが避けられる。
【００２５】
上記した走査技術（電子的ビーム走査が位置パルスによりトリガーされる）は，走査パターン100を確実にウエハの中心に維持するものではない。したがって，走査の方向が反転する位置はチェックされ，中心にくるように位置パルスに対してい調節され得る。
【００２６】
イオンビーム走査パターンは典型的に，ウエハの縁でドーズ量の一様性を確実にするための過度の走査を含む。したがって，ビームはウエアの各縁で完全に外れて走査され，その結果ウエアの各縁でビームの直径の半分だけが過度の走査となる。このアプローチは，受け入れ可能な一様性をもたらすが，しかしビームがウエハを外れる時間に対する能率を下げる。走査の端部で，ウエハから完全に外れるイオンビームを走査しないようにすることで，付加的な走査能率を得ることができる。このアプローチは，保証することなく，ウエハの縁でのドーズ量を低下させる。減少したドーズ量は，ドーズ量を増加するために，ウエハの縁またはその付近で，走査を急速に遅くし，または停止することにより補正され得る。このアプローチは，ビームの中心がウエハの縁を通り過ぎて走査されるときに働き，そしてビームの断面の形状を知っておく必要がある。走査方向にそったビームの直径の半分だけビーム走査幅を減少させることはこのようにして得ることができる。このアプローチは比較的広いイオンビームとともに使用できる。
【００２７】
三角走査波形による典型的なドーズ量の分布が図４に示されている。イオンビームは，ウエハ上の一様なドーズ量の分布を生じさせるために，三角波形130により，ウエハの縁132を過ぎて走査される。走査の縁におけるドーズ量の分布はビームの形状の積分である。遅くし，または停止する走査波形により生じるドーズ量の分布は図５に示されている。走査波形150はウエハ上のドーズ量分布を生じさせる。ビームを停止することを含む走査波形がビームと同じ形状であるドーズ量を生じさせる。唯一の関数（それ自身の積分に等しい）は指数関数であるので，ビームは，ビームの断面は指数な減衰をもつときにのみ，完全に平坦化され得る。他のビーム形状に対して，ドーズ量の分布は改良されるが，完全に一様となるわけではない。
【００２８】
走査発生器26（図２）の実施が図６に示されている。システム制御器50はイオンビーム走査を制御する。走査波形は区分的に線形な曲線（各区分は傾斜と端部点により定義される）であってもよい。波形を定義するデータはシステム制御器50の波形メモリーに記憶されている。システム制御器は傾斜および端部点値を，デジタル−アナログ変換器（DAC）160および162にそれぞれ与える。デジタル−アナログ変換器160は積分器164を駆動する。積分器164の出力およびデジタル−アナログ変換器162の出力は比較器170の入力に供給される。積分器164の出力が特定の端部点に到着すると，比較器170はシステム制御器50に信号を与える。システム制御器はつぎに，波形の次の部分に対して，新たな傾斜および端部点を出力する。積分器164の出力は走査波形として，増幅器166を通して供給される。システム制御器50はまた，ウエハ34が，所望の走査線の間隔に等しい距離だけ移動したことを示す機械的な並進移動システム40からのパルスを受信する。システム制御器50は，新しい傾斜および端部点をデジタル−アナログ変換器160および162にそれぞれ与えることにより走査方向を反転する。システム制御器50はまた，ウエハ上に波形を中心付けるために，走査の反転のタイミングを調節する。システム制御器50は，上記したように，必要な過度の走査を減少するために，ウエハの縁またはその近くで，ある時間間隔に間，走査を遅くまたは停止することができる。
【００２９】
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】
【図１】  図１は，本発明を実施するのに適したイオン注入器の略示平面図である。
【図２】  図２は，図１のイオン注入器の側面略示ブロック図である。
【図３】  図３Aは本発明の実施例にしたがった，垂直位置の関数となるウエハ並進移動速度のグラフであり，図３Bは本発明の実施例にしたがった，ウエハ上の走査パターンの略示図である。
【図４】  図４は，三角走査波形に対する水平位置の関数となるウエハのイオンドーズ量のグラフである。
【図５】  図５は，走査の端部付近で遅くなり停止する走査波形に対する水平位置の関数となるウエハのイオンドーズ量のグラフである。
【図６】  図６は，本発明の実施例にしたがった走査発生器の略示ブロック図である。
【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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【図６】
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