专利名称：离子注入方法和离子注入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在基板面内形成不均匀剂量分布的离子注入方法和离子注入装置。
背景技术：
在作为半导体基板的一个制造工序的离子注入工序中，有时以使向基板(例如晶片或玻璃基板)面内注入的离子的注入量(也称为剂量)分布不均匀的方式进行离子注入处理。例如，在半导体基板的制造工序中，存在一个基板上制造出的半导体器件的特性在基板面内不均匀的问题。作为对这种不均匀的半导体器件的特性分布进行补偿的方法，以往以来采用如下方法在离子注入工序中，使向基板注入的离子的剂量在基板面内不均匀地分布。专利文献I中具体地公开了这种方法。在此，公开了一种离子注入装置，该离子注入装置通过沿Y方向驱动基板使其往复移动、并利用电场或磁场沿垂直于Y方向的X方向扫描点状的离子束，来实现向基板注入离子。这种类型的离子注入装置被称为混合扫描方式，使用该离子注入装置，通过根据基板上的离子束的位置来切换离子束的扫描速度，从而在基板面内形成不均匀的剂量分布。另一方面，在半导体基板的制造工序中，为了提闻基板的利用效率，在一个基板上的不同区域内制造特性不同的半导体器件。专利文献2中公开了这种例子。与专利文献I同样，在专利文献2中使用混合扫描方式的离子注入装置，向基板注入离子。首先，为了夹着基板的中央部分形成两种不同的剂量分布，当离子束横穿基板的中央部分时，将离子束的扫描速度和基板的驱动速度中的任一个的速度切换为另外的速度来向基板注入离子。接着，使基板转动90度，当离子束再次横穿基板的中央部分时，切换离子束的扫描速度和基板的驱动速度中的任一个的速度的值来注入离子。由此，在基板上形成具有不同剂量分布的四个区域。专利文献I :日本专利公开公报特开2010-118235号(图3 图10、图12 图18)专利文献2 :日本专利公开公报特开2003-132835号(图I 图10、第0062 0064段、第0096段)如专利文献2的第0062 0064段和第0096段所记载的那样，虽然将离子束的扫描速度或基板的驱动速度从开始切换到切换成所希望的值所需要的时间较短，但是也需要一定时间。如果在从开始切换到切换成所希望的速度的期间向基板照射离子束，则在基板上形成被称为过渡区域(遷移领域)的不希望的剂量分布区域。在图11的(A) (F)中记载有形成过渡区域的状况。在图11的(A)中，描绘了在基板面内想要形成的剂量分布。在此，例举了同心圆形的剂量分布，其目的是在中央区域形成剂量D2、在外周区域形成剂量D1的区域。在图11的⑶中，描绘了沿图11的(A)中记载的线段A-A切断基板时剂量分布的状况。另外，图11的(B) (E)的图形中的横轴表示在线段A-A上的位置，图11的(A)、图11的(F)中记载的线段A-A通过基板的中央，将基板分成两部分。在该例子中，为了简单地进行说明，在混合扫描方式的离子注入装置中，设离子束的电流密度和基板的驱动速度始终固定。在该情况下，向基板注入的离子的剂量与离子束的扫描速度成反比。因此，为了得到图11的⑶所示的剂量分布，需要像图11的(C)所示的那样改变离子束的扫描速度。但是，由于切换扫描速度需要一些时间，所以实际上如图11的(D)所示的那样切换离子束的扫描速度。其结果，在线段A-A上形成如图11的(E)所示的剂量分布。最终，如图11的(F)描绘的那样，在基板面内形成的剂量分布除了形成有剂量D1、剂量D2的区域以外，还形成有过渡区域R。如果这种过渡区域较大，则会产生半导体器件的特性分布补偿不充分等问题。因此，希望使该过渡区域尽量小。所以，为了使这种过渡区域变小，专利文献2中提出了使离子束的尺寸变小的方案。具体地说，当切换在基板的中央部分沿X方向扫描的离子束的扫描速度时，使作为离子束的X方向尺寸的Wx变小。如果使离子束的尺寸变小，则离子束的束电流对应地减少。因此，如果使用这种离子束对基板进行离子注入处理，则达到所希望的剂量分布所需要的时间变长。作为对策提出了如下方案通过使作为与X方向垂直的Y方向的离子束尺寸的Wy变大，使用大体椭圆形的离子束进行离子注入处理，来抑制离子束的束电流的减少。然而，当在基板上形成专利文献I和图11所示的圆形的剂量分布时，即使使用了专利文献2中提出的椭圆形的离子束，也不能得到使过渡区域变小、并且抑制束电流的减少从而缩短离子注入处理所需时间的效果。在专利文献I和图11中记载的圆形剂量分布中，当离子束在基板上沿X方向扫描时，在Y方向上剂量分布也发生变化。因此，由于在Y方向上也必须考虑使过渡区域变小，所以仅使用专利文献2中提出的椭圆形的离子束是不够的。
发明内容
本发明的目的在于提供离子注入方法和离子注入装置，该离子注入方法和离子注入装置可以不受在基板面内形成的不均匀剂量分布的形状的限制，使作为不希望的剂量分布区域的过渡区域变小，并且可以缩短离子注入处理所需要的时间。本发明提供一种离子注入方法，通过改变离子束和基板的相对位置关系，向所述基板注入离子，其特征在于，所述离子注入方法按照事先确定的顺序进行第一离子注入处理和第二离子注入处理，所述第一离子注入处理在所述基板面内形成均匀的剂量分布，所述第二离子注入处理在所述基板面内形成不均匀的剂量分布，并且在进行所述第二离子注入处理时向所述基板上照射的所述离子束的断面尺寸比在进行所述第一离子注入处理时向所述基板上照射的所述离子束的断面尺寸小。由此，当在基板面内形成不均匀的注入分布时，由于将使用了具有大断面尺寸的离子束的离子注入处理和使用了具有小断面尺寸的离子束的离子注入处理进行组合，所以不仅可以使在基板上形成的过渡区域足够小，还可以缩短离子注入处理所需要的时间。 此外，优选的是，当使用所述第一离子注入处理和所述第二离子注入处理对多个基板进行处理时，在对所述多个基板连续进行了一种离子注入处理之后，对所述多个基板连续进行另一种离子注入处理。当在第一离子注入处理和第二离子注入处理中改变离子注入装置的运转参数时，按照所述的方法，可以使改变运转参数的次数仅为一次。因此，由于几乎不需要考虑伴随改变运转参数而使装置从停止到再次运转所需要的等待时间，所以对应地可以使离子注入处理在更短的时间内完成。此外，本发明还提供一种离子注入装置，通过改变离子束和基板的相对位置关系，向所述基板注入离子，其特征在于，所述离子注入装置包括控制装置，该控制装置进行控制，使得按照事先确定的顺序进行第一离子注入处理和第二离子注入处理，并且使在进行所述第二离子注入处理时向所述基 板照射的所述离子束的断面尺寸比在进行所述第一离子注入处理时向所述基板照射的所述离子束的断面尺寸小，所述第一离子注入处理在所述基板面内形成均匀的剂量分布，所述第二离子注入处理在所述基板面内形成不均匀的剂量分布。此外，优选的是，所述控制装置进行控制，使得当使用所述第一离子注入处理和所述第二离子注入处理对多个基板进行处理时，在对所述多个基板连续进行了一种离子注入处理之后，对所述多个基板连续进行另一种离子注入处理。按照这种装置结构，可以得到与所述离子注入方法相同的效果。此外，也可以采用如下所述的装置结构。优选的是，所述离子注入装置还包括离子束整形罩，所述离子束整形罩对向所述基板照射的离子束进行整形，所述控制装置根据所述第一离子注入处理和所述第二离子注入处理，来调整所述离子束整形罩的位置。如果利用所述的离子束整形罩，则可以简单地调整离子束的断面尺寸。按照本发明，可以不受在基板面内形成的不均匀剂量分布的形状的限制，使作为不希望的剂量分布区域的过渡区域变小，并且可以缩短离子注入处理所需要的时间。
图I是表示本发明的离子注入装置的一个例子的俯视图。图2是表示本发明的不均匀注入处理的一个例子的流程图。图3表示在本发明的第一离子注入处理和第二离子注入处理中向基板上照射的离子束的断面尺寸的关系。图4是表示本发明的不均匀注入处理的另一个例子的流程图，接续到图5的A。图5是表示本发明的不均匀注入处理的另一个例子的流程图，是从图4的A起的接续。图6表示使用本发明的第一离子注入处理和第二离子注入处理在基板面内形成的不均匀剂量分布的一个例子。图7表示使用本发明的第一离子注入处理和第二离子注入处理在基板面内形成的不均匀剂量分布的另一个例子。图8表示本发明的离子注入装置所具有的加速管的一个例子。图9表示本发明的离子注入装置所具有的四极透镜的一个例子。图10表示本发明的离子注入装置所具有的离子束整形罩的一个例子。图11是描绘了形成过渡区域的状况的说明图。
附图标记说明I离子注入装置2离子源3离子束4质量分析磁铁5加速管6四极透镜
7能量分离器8扫描器9准直仪磁铁10离子束整形罩11 基板12 台板13驱动装置14处理室30控制装置
具体实施例方式本发明的附图中记载的X、Y、Z轴的方向相互垂直，Z方向表示离子束的前进方向，X方向表不离子束的扫描方向。图I表示本发明的离子注入装置I的一个例子。图I中记载的X、Y、Z各轴是指在后述的处理室14内的方向。该离子注入装置I是所谓的混合扫描方式的离子注入装置，并且具有与专利文献I和专利文献2所述的离子注入装置相同的功能。简单地说明各部分的结构。从离子源2射出的点状离子束3通过质量分析磁铁4产生偏转，通过未图示的分析狭缝从离子束3中仅抽出所希望的成分的离子。此后，通过使离子束3通过加速管5，来将其转换成具有所希望的能量的离子束3。离子束3通过加速管5之后，通过四极透镜6对离子束3的形状进行整形，再入射进能量分离器7。能量分离器7例如与质量分析磁铁4相同，由电磁铁构成，通过使离子束3以规定的偏转量偏转，从离子束3中分离中性粒子和不需要的能量成分。通过扫描器8利用磁场或电场使离子束3在X方向上进行扫描，使得离子束3在X方向上具有比基板11宽的宽度。通过准直仪磁铁9使通过扫描器8进行扫描后的离子束3偏转，使得离子束3的外形与Z方向平行。此后，离子束3通过离子束整形罩10，向配置在处理室14内的基板11照射。利用静电吸附将基板11保持在台板12上，台板12与沿Y方向延伸设置的未图示的扫描轴连接。在驱动装置13上设置有电动机，通过利用该电动机使扫描轴沿Y方向往复驱动，向基板11的整个面照射离子束3。在这种离子注入装置I中设置有控制装置30。该控制装置30具有控制各种电源的功能，并且为了调整向基板11照射的离子束3的断面尺寸，例如与离子源2、加速管5、四极透镜6和离子束整形罩10的驱动装置各自具有的电源之间，通过有线或无线的方式进行电信号S的交换。并且，根据后述的第一离子注入处理和第二离子注入处理的切换，通过该控制装置30来控制这些电源。另外，该控制装置30除了具有所述功能以外，还可以具有以下功能控制通过扫描器8使离子束3扫描的扫描速度；控制驱动基板11使其移动的驱动速度；以及控制其他光学部件(质量分析磁铁4和能量分离器7等)。此外，该控制装置30还可以具有如下功能通过未图示的输送机构，将基板11输送到处理室14内并配置在规定的注入位置上；以及从注入位置取出基板11并将其输送到处理室14外。此外，也可以设置另外的控制装置，该另外的控制装置具有控制所述的扫描器8等的功能。在这种情况下，使两个控制装置之间处于能够进行电信号通信的状态，并且也可以考虑将它们的关系设置成由一个控制装置控制另一个控制装置。如专利文献2中记载的那样，如果想要仅使过渡区域变小，则只要使向基板11照射的离子束3的尺寸变小即可。但是，如果使离子束3的尺寸变小，则导致在基板11面内形成所希望的不均匀剂量分布需要较长时间。另一方面，如果使离子束3的尺寸变大，则虽然可以使在基板11面内达到所希望的不均匀剂量分布的时间变短，但是会导致过渡区域变大。考虑到所述方面，本发明的特征在于，使用向基板照射的断面尺寸不同的离子束来进行两种离子注入处理。图2中记载了表示本发明的不均匀注入处理的一个例子的流程图。下面对此进行说明。图2的流程图中记载了如下方法将多个基板一个一个地配置在注入位置上，在连续进行第一离子注入处理和第二离子注入处理之后，将处理完的基板从注入位置上取出，直到作为处理对象的基板全部被处理完为止反复进行所述一系列的处理。更详细地说，首先，在SlOl中确定需要进行不均匀注入处理的基板的个数。在此，需要处理M个基板。接着，在S102中将表示作为处理对象的基板为第几个的N设定为I。然后，在S103中将第N个基板配置在注入位置上。进而，在S104中进行第一离子注入处理，接着，在S105中进行第二离子注入处理。此后，在S106中将处理完的基板从注入位置上取出，在S107中确认处理完的基板的个数(N)是否到达了 M个。在此，当未到达M个时，在S108中将N替换为N+1，再对下一个基板进行处理。并且，直到M个基板被处理完为止反复进行所述一系列的处理。在第一离子注入处理中，使用大断面尺寸的离子束向基板11面内进行均匀的离子注入处理。接着，在第二离子注入处理中，使用比在第一离子注入处理中使用过的离子束3的断面尺寸小的断面尺寸的离子束3，向基板11面内进行不均匀的离子注入处理。最终，在基板11面内形成的剂量分布为将由各离子注入处理形成的剂量分布相加后的剂量分布。另外，在此所说的均匀、不均匀是指在基板面内的剂量遍布整个面是为固定值(均匀)、还是为不固定值(不均匀)。由此，通过将由不同的离子注入处理形成的剂量分布相加，可以使过渡区域变小，并且可以在短时间内在基板11面内形成所希望的不均匀的剂量分布。另外，虽然以在第一离子注入处理之后接着进行第二离子注入处理为例进行了叙述，但是也可以颠倒它们之间的顺序关系。即，也可以在第二离子注入处理之后接着进行第一离子注入处理。在图3的⑷ ⑶中表示了在第一离子注入处理 和第二离子注入处理中向基板上照射的离子束的断面尺寸关系的例子。图3的(A)是在第一离子注入处理中使用的离子束3的断面形状，并且在图3的(B) (D)中用虚线描绘了该离子束3的外形。此外，图3的(B) (D)的实线描绘了在第二离子注入处理中使用的离子束3的断面形状。本发明的特征在于，在第二离子注入处理中使用的离子束3的断面尺寸比在第一离子注入处理中使用的离子束3的断面尺寸小。以如下方式考虑在此所说的断面尺寸的大小关系。在考虑了向基板11照射的离子束3的断面形状的情况下，在第二离子注入处理中使用的离子束3的断面形状被包在在第一离子注入处理中使用的离子束3的断面形状中。在该情况下，在第二离子注入处理中使用的离子束3的断面尺寸比在第一离子注入处理中使用的离子束3的断面尺寸小。更具体地说，如图3的(B) (D)所例举的那样，在第一离子注入处理中使用的离子束的断面形状(虚线)将在第二离子注入处理中使用的离子束的断面形状(实线)包在里面。
在图4、图5中表示了本发明的不均匀注入处理的流程图的另一个例子。作为与图2的例子的不同点，在本例中，在对多个基板连续进行了第一离子注入处理之后，连续进行第二离子注入处理。具体叙述所述一系列的处理。首先，在S201中确定需要进行不均匀注入处理的基板的个数。在此，需要处理M个基板。接着，在S202中将表示作为处理对象的基板为第几个的N设定为I。然后，在S203中将第N个基板配置在注入位置上。在S204中进行了第一离子注入处理之后，在S205中将注入处理完的基板从注入位置上取出。进而，在S206中确认处理完的基板的个数(N)是否到达了 M个。在此，当未到达M个时，在S207中将N替换为N+1，再对下一个基板进行处理。而且，直到M个基板被处理完为止反复进行所述一系列的处理。在基板的处理个数到达了所希望的个数之后，接着进行第二离子注入处理。第二离子注入处理最初在S208中将表示作为处理对象的基板为第几个的N设定为I。接着，在S209中将第N个基板配置在注入位置上。在S210中进行了第二离子注入处理之后，在S211中将注入处理完的基板从注入位置上取出。而且，在S212中确认处理完的基板的个数(N)是否到达了 M个。在此，当未到达M个时，在S213中将N替换为N+1，再对下一个基板进行处理。而且，直到M个基板被处理完为止反复进行一系列的处理。另外，与图2的例子相同，也可以颠倒进行第一离子注入处理和第二离子注入处理的顺序。在各离子注入处理中，当改变离子束3的断面尺寸时，变更离子注入装置I的离子源2和各种磁铁等的运转参数。例如，在图2的例子中，每处理一个基板，至少在各注入处理之间，必须对所述运转参数进行变更。此外，运转参数变更后，监测是否向基板11照射了所希望的断面尺寸的离子束3，如果在不是所希望的尺寸的情况下进行对所述运转参数的值进行修正等处理，则导致花费更多的时间。因此，如图4、图5例示的那样，对多个基板连续进行各个离子注入处理，可以实现缩短离子注入处理所需要的时间。另外，在此所说的多个基板是指例如以批为单位的集体。在图6中表示了使用本发明的第一离子注入处理和第二离子注入处理在基板面内形成的不均匀剂量分布的一个例子。在此，在基板11的一部分上形成有呈大体环形的剂量多的区域。例如，在第一离子注入处理中向基板11的整个表面均匀地注入剂量Dtl的离子。此后，根据离子束3在基板11上的位置，控制离子束3的扫描速度或基板11的驱动速度，使得向规定的区域注入剂量Dltl或剂量D2tl的剂量。在图7中描绘了在基板11的中央部分被分为不同剂量的两个区域的状况。即使是图7所示的剂量分布的情况，也能够与对图6所示的剂量分布所进行的离子注入处理相同，通过进行两种离子注入处理，可以短时间内在基板11面内形成具有小的过渡区域的不均匀的剂量分布。当向基板11注入离子时，以如下方式求出在第一离子注入处理和第二离子注入处理的各离子注入处理中注入何种程度的剂量。在图6、图7中，着眼于在第二离子注入处理中注入的剂量。高剂量的部分(剂量D20)相对于低剂量的部分(剂量Dltl)成为何种程度的比例(称为剂量倍率。在算式I中由X表示)可以通过下面的算式I来表示。[算式I]
权利要求
1.一种离子注入方法，通过改变离子束和基板的相对位置关系，向所述基板注入离子，其特征在于， 所述离子注入方法按照事先确定的顺序进行第一离子注入处理和第二离子注入处理，所述第一离子注入处理在所述基板面内形成均匀的剂量分布，所述第二离子注入处理在所述基板面内形成不均匀的剂量分布，并且 在进行所述第二离子注入处理时向所述基板上照射的所述离子束的断面尺寸比在进行所述第一离子注入处理时向所述基板上照射的所述离子束的断面尺寸小。
2.根据权利要求I所述的离子注入方法，其特征在于，当使用所述第一离子注入处理和所述第二离子注入处理对多个基板进行处理时，在对所述多个基板连续进行了一种离子注入处理之后，对所述多个基板连续进行另一种离子注入处理。
3.一种离子注入装置，通过改变离子束和基板的相对位置关系，向所述基板注入离子，其特征在于， 所述离子注入装置包括控制装置，该控制装置进行控制，使得按照事先确定的顺序进行第一离子注入处理和第二离子注入处理，并且使在进行所述第二离子注入处理时向所述基板照射的所述离子束的断面尺寸比在进行所述第一离子注入处理时向所述基板照射的所述离子束的断面尺寸小，所述第一离子注入处理在所述基板面内形成均匀的剂量分布，所述第二离子注入处理在所述基板面内形成不均匀的剂量分布。
4.根据权利要求3所述的离子注入装置，其特征在于，所述控制装置进行控制，使得当使用所述第一离子注入处理和所述第二离子注入处理对多个基板进行处理时，在对所述多个基板连续进行了一种离子注入处理之后，对所述多个基板连续进行另一种离子注入处理。
5.根据权利要求3或4所述的离子注入装置，其特征在于， 所述离子注入装置还包括离子束整形罩，所述离子束整形罩对向所述基板照射的离子束进行整形， 所述控制装置根据所述第一离子注入处理和所述第二离子注入处理，来调整所述离子束整形罩的位置。
全文摘要
本发明提供离子注入方法和离子注入装置。该离子注入方法可以不受在基板面内形成的不均匀剂量分布的形状的限制，使作为不希望具有的剂量分布的过渡区域变小，并且可以缩短离子注入处理所需要的时间。该离子注入方法通过改变离子束(3)和基板(11)的相对位置关系，向基板(11)注入离子。而且，按照事先确定的顺序进行第一离子注入处理和第二离子注入处理，该第一离子注入处理在基板(11)上形成均匀的剂量分布，该第二离子注入处理在基板(11)上形成不均匀的剂量分布，并且在进行第二离子注入处理时向基板(11)上照射的离子束(3)的断面尺寸比在进行第一离子注入处理时向基板(11)上照射的离子束(3)的断面尺寸小。
文档编号H01J37/317GK102629543SQ20111030344
公开日2012年8月8日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年2月2日
发明者桥野义和, 浅井博文 申请人:日新离子机器株式会社