KR100275398B1 - 제어 메카니즘에 의해 이온 주입기 소스의 수명을 연장시키는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온을 타겟(target)에 주입(implantation)하는 것을 제어하는 방법에 관한 것이다. 주입될 이온을 방출하기 위한 필라멘트를 갖는 이온 소스 챔버(ion source chamber)가 제공된다. 주입될 이온종에 대한 소스로서 이온 소스 반응 기체가 제공된다. 이온 소스 기체 이온과 필라멘트 사이의 반응에 따라 필라멘트로부터 또는 필라멘트로의 화학적 이동에 반작용하고 이 반응을 보상하기 위한 반작용(counteracting) 기체가 제공된다. 이온 소스 반응 기체는 이온 소스 챔버에 도입된다. 필라멘트의 전기적 또는 물리적 특성과 관련된 변수가 측정된다. 이 측정된 변수에 따라서 반작용 기체가 도입되고, 반작용 기체는 필라멘트 위에서의 물질의 제거 또는 침착을 보상하기 위해 이온을 형성한다. 주입될 이온은 이온 소스 챔버로부터 추출되어(extracted) 타겟으로 향한다.

Description

제어 메카니즘에 의해 이온 주입기 소스의 수명을 연장시키는 방법{EXTENDED ION IMPLANTER SOURCE LIFETIME WITH CONTROL MECHANISM}

본 출원은 전문이 본원에서 참고로 인용될, 본 출원과 동일한 발명자들에 의해 출원된, "수명이 연장된 이온 주입기 소스(Extended Ion Implanter Source Lifetime)"에 관한, 동시계류중인 미국 특허 출원 제 08/845,970 호의 일부계속출원이다.

본 발명은 미리 선택된 이온을 타겟에 주입시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 미리 선택된 이온을 타겟에 주입시켜 이온 주입기 소스(ion implanter source) 또는 필라멘트의 수명을 연장시키는 것에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 이온 주입기 소스 또는 필라멘트로부터 또는 그로의 화학적 이동에의 반작용에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 소스 또는 필라멘트로부터 또는 그로의 화학적 이동에의 반작용을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

반도체 소자를 제작하는데 있어서, 도판트(dopant)라고 불리는 양성 또는 음성 이온들을 반도체 웨이퍼의 본체에 확산 또는 주입시킴으로써 반도체 웨이퍼를 다양한 영역에서 변형시킨다. 도판트에는 붕소, 인, 아르센, 안티몬 등과 같은 물질이 포함될 수 있다. 따라서 도판트는 다양한 전도도를 갖는 영역을 생성시킬 수 있다.

당해 분야의 숙련자들이라면 여러 종류의 이온 소스들을 사용하는 다양한 이온 주입기들을 알고 있을 것이다. 이온 주입기는 이온 소스 챔버내의 필라멘트에 가해진 전류에 의해 미리 선택된 종의 이온빔을 형성시킨다. 이온 주입기는 또한 전원, 이온 전구 기체 공급 장치 및 제어 장치를 포함한다.

양성 소스 챔버와 추출 수단 사이의 포텐셜로 인해서 이온 소스 챔버내의 개구를 통해 이온이 추출된다. 질량/전하에 따라 원치않는 이온으로부터 원하는 이온을 분리시키고 이온빔의 초점을 맞추는 자기 분석 스테이지(magnetic analysis stage)와, 원하는 이온을 원하는 이온빔 전류 수준에서 타겟 또는 기재 웨이퍼에 보다 확실하게 전달하기 위한 후가속된 스테이지(post accelerated stage)가 연계된 가속 시스템에 의해 시스템이 완결된다.

상업적으로 사용되는 가장 흔한 유형의 이온 소스는 프리만(Freeman) 소스라고 알려져 있다. 프리만 소스에서 필라멘트 또는 음극은, 양극인 벽을 갖는 아크(arc) 챔버로 통하는 곧은 막대를 포함한다. 필라멘트 또는 음극은 전형적으로 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 만들어진다. 그러나, 필라멘트는 이리듐과 같은 기타 물질로 만들어질 수도 있다.

아크 챔버는 출구, 기상 전구체에 원하는 이온을 공급하는 수단, 진공 수단, 음극을 약 2000K 내지 약 2800K로 가열시켜 음극에서 전자가 방출되게 하기 위한 가열 수단, 필라멘트에 평행한 자기장을 가해 이온화된 종을 붕괴시킬 가능성을 증대시키기 위한 수단, 아크 챔버에 필라멘트를 접속시키기 위한 전원을 포함한다.

이온 주입 공정은 소스 챔버로부터의 이온종의 방출 및 추출로부터 시작된다. 고형 소스(증발기를 갖춤) 및 기상 소스, 예를 들면 BF₃, AsH₃, PH₃, GeH₄, SiCl₄및 GeF₄가 사용된다. 전형적으로, 이러한 소스 물질들은 불화물이거나 수화물이다.

소스 물질들은 승온의 필라멘트 위를 통과한다. 필라멘트는 소스 물질들을 원하는 이온화된 종으로 분해시킨다. 달리 말하면, 필라멘트는 소스 물질들을 주입될 화합물로 이온화시키고 소스 물질 화합물의 나머지로부터 이온으로 이온화시킨다. 예를 들면 AsH₃는 As, H, 및 AsH_X종으로 분해된다. BF₃는 B, BF₂, F 및 기타 BF_X화합물로 분해된다.

소스 물질 및 이온화된 종의 분해로 인해 이온 주입기의 조작에 있어 문제점이 발생될 수 있다. 예를 들면 이온 주입기에 의해 생성된 불소 이온은 소스 중공(cavity)으로부터 텅스텐을 에칭시켜 기상 WF₆를 생성시킬 수 있는 문제점이 발생될 수도 있다. 이어서 WF₆는 필라멘트 표면으로 확산되고 그 위에서 분해된다. 그 결과 고온 필라멘트위에 금속 텅스텐이 침착되고 불소 이온이 방출된다.

필라멘트위에 침착된 금속 텅스텐은 필라멘트의 단면적을 증가시켜 필라멘트 저항을 감소시킨다. 필라멘트위에 침착된 금속 텅스텐은 이렇게 필라멘트 저항에 영향을 줌으로써, 이온 주입기 소스에 대한 전력 공급에 영향을 미칠 수 있다. 가장 좋은 결과를 위해서, 소스에 대한 전력 공급은 일정하게 유지되어야 한다. 필라멘트 저항이 감소되는 경우, 필라멘트 전류를 증가시켜 목적하는 일정 전력을 유지해야 한다. 궁극적으로 주입기 전력 공급이 이 일정 필요 전력을 유지할만큼 충분한 전류를 공급하지 못하므로, 소스를 새로운 필라멘트로 재구성해야 한다.

아르신과 포스핀의 분해에 의해 생성된 수소에 의해 필라멘트로부터 텅스텐이 부식되는 결과가 초래될 수도 있다. 수소는 텅스텐을 필라멘트로부터 제거하여 구멍난(blown) 필라멘트를 생성시킴으로써 소스를 못쓰게 만드는 경향이 있다.

불화되지 않은 소스 물질과 관련된 문제는, 텅스텐이 필라멘트로부터 스퍼터링(sputtering)되어 필라멘트의 단면적이 감소될 수 있다는 것이다. 필라멘트는 금새 너무 가늘어져서 파괴될 것이며 소스를 새로운 필라멘트로 재구성해야 하는 문제점이 다시 발생된다. 이렇게 스퍼터링되어 나온 텅스텐은 또한 절연체의 표면 위에 침착되어 주입 소스의 여러 부분을 단리시킬 수도 있는 문제점을 발생시킬 수도 있다. 이로 인해 너무 이른 절연체 고장이 초래되며 이온 소스를 재구성해야 하는 문제점이 또다시 발생한다.

이렇게 소스 교환에 많은 시간이 소요됨은 이온 주입기 작동에 있어서는 주요한 문제이다. 소스의 교환은 또한 이온 주입기의 가동률을 떨어뜨리는 가장 큰 문제이기도 하다. GeF₄만을 이온 주입기에서 사용할 경우와 같은 어떤 경우에서는, 소스를 매 30시간마다 교환해야 한다. 단지 BF₃만을 이온 주입기에서 사용할 경우와 같은 또다른 경우에서는, 소스를 매 36 내지 48시간마다 교환해야 한다. 소스를 교환시키는데에는 많은 노력을 지속적으로 기울여야 하고 장비의 비가동 시간이 끝날때까지는 4 내지 6시간이 소요될 수 있다. 분명한 것은 소스 교환은 시간, 원료 및 노동력이 상당히 손실되는 일이라는 것이다.

소스의 수명을 연장시키는데 사용되는 통상적인 방법중 하나는 주입 종을 변경시키는 것이다. 예를 들면 BF₃또는 GeF₄와 같은 불화 소스 공급물을 사용하여 4시간동안 가동시킨다. 이어서 AsH₃또는 PH₃와 같은 불화되지 않은 종으로 4시간동안 가동시킨다. 이어서 다시 불화 소스 물질로 가동시킨다.

도 2는 주입 종의 변경이 필라멘트 저항에 미치는 영향을 보여준다. 도 2에서 보는 바와 같이, 불소를 포함하지 않는 주입 종으로 공정을 시작한다. 이러한 상황에서 텅스텐이 필라멘트로부터 스퍼터링됨에 따라 저항이 증가한다.

도 2에서 보는 바와 같이, 특정 지점에서 주입 종이 불소-함유 종으로 변경된다. 전술된 바와 같이, 불소-함유 종은 텅스텐이 필라멘트 위에 침착되게 한다. 텅스텐 침착으로 인해 저항이 감소된다.

어떤 특정 지점에서는 저항이 낮은 정도로 감소할 것이다. 이때, 주입 종은 불소-비함유 종으로 변환될 것이다.

이러한 소스 공급물 변환 방법에 따라서, 필라멘트 단면적은 GeF₄에 의해 증가하다가 AsH₃에 의해 감소하며 이어서 불화 소스 물질에 의해 다시 증가할 것이다. 불소는 또한 스퍼터링되어 나온 텅스텐을 소거하여 이들을 필라멘트 위에 재침착되게 함으로써 소스의 수명 연장을 돕는다. 이 사이클에 의해서 소스의 수명이 연장되고 총 주입기 산출량이 개선된다.

소스 변환과 관련된 문제점은 논리적으로 실행하기가 매우 복잡하다는 것이다. 매일의 생산 공정에서는 이러한 최적 사이클 절차를 수행하기가 어렵기 때문에 이 변환 방법을 사용하기가 어려운 경우가 많이 있을 수 있다. 예를 들면, 가동 또는 생산 요건상 As/P 대 BF₃또는 GeF₄의 불일치가 있을 수 있다. 더욱이, 소스 물질을 변환시키는데에는 긴시간이 소요되고 생산 장비를 작동시키는데 드는 주입기의 가용 시간이 줄어든다.

전술된 바로부터, 본 발명의 발명자들은 이온 주입기 장치의 산출량을 감소시키지 않으면서 필라멘트의 수명을 연장시킬 수 있는, 이온 주입 도판트를 위한 공정을 제공하는 것이 요구됨을 인식하였다. 본 발명은 전술된 바와 같이 주입 종을 변경시킴으로써 화학적으로 잘 공지된 공정을 사용하며 그 결과는 도 1에 나타나 있다.

본 발명은 시스템내의 필라멘트의 수명을 개선시키거나 연장시키는, 반도체 웨이퍼내로 이온을 주입시키는 공정에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명의 공정은 이온 주입기의 산출량 손실 없이 이온 주입기 소스의 수명을 개선시킨다. 더욱이, 본 발명은 이온 주입기 소스의 수명을 연장시키는 공정을 제어하는 방법을 제공한다.

더욱 구체적으로는, 본 발명의 바람직한 양태에 따라, 본 발명은 이온의 타겟으로의 주입을 제어하는 방법을 제공한다. 이 방법은 주입될 이온을 방출시키는 필라멘트를 갖는 이온 소스 챔버를 제공함을 포함한다. 이온 소스 반응 기체는 주입될 이온 종 소스를 제공하기 위해서 제공된다. 이온 소스 기체 이온과 필라멘트 사이의 반응에 따라 필라멘트로부터 또는 필라멘트로의 화학적 이동에 반작용하고 이 반응을 보상하기 위한 반작용 기체가 제공된다. 이온 소스 반응 기체는 이온 소스 챔버에 도입된다. 필라멘트의 전기적 특성과 관련된 변수가 측정된다. 이 측정된 변수에 따라서 반작용 기체가 도입된다. 반작용 기체는 필라멘트상에서의 물질의 제거 또는 누적을 보상하기 위해 이온을 형성한다. 주입될 이온은 이온 소스 챔버로부터 추출되어 타겟으로 향한다.

당해 분야의 숙련자들이라면, 단순히 본 발명을 수행하는데 가장 좋은 방법만이 예시되어 본 발명의 바람직한 실시양태에 대해서만 기술된 다음의 상세한 설명을 통해 본 발명의 기타 목적 및 장점을 명백하게 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 종류의 기타 실시양태에 대해서도 적용할 수 있으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 측면에서 본 발명의 상세한 사항들을 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 본질적으로 본 발명을 예시하고자 하는 것이며 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 공정을 수행하는데 적합한 장치의 개략적인 도면이다.

도 2는 주입 종을 변경시키는 공지된 방법을 사용했을때, 주입 종에 따른 필라멘트 저항의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 3a, 3b, 3c 및 3d는 각각 시간에 따른 저항의 변화; 부식률에 따른 아크/필라멘트/전압/전류의 변화; 스퍼터(sputter) 기체의 유속에 따른 부식물의 변화; 및 할로겐-함유 기체의 유속에 따른 침착률의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 4는 기체 유속에 따른 부식률의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 도 1에 도시된 것과 같은 이온 주입기의 작동에 유용하다. 도 1에 도시된 이온 주입기는 이온 주입물 소스 아크 챔버(1)를 포함한다. 주입기가 작동되면, 소스 기체는 소스 챔버내로 들어간다. 기체는 기체 공급물(6)을 통해 소스 챔버로 들어갈 수 있다.

이온 주입기는 또한 필라멘트(4)를 포함한다. 필라멘트(4)는 전형적으로 텅스텐-함유 필라멘트이다. 예를 들면, 필라멘트는 텅스텐 또는 50% 이상의 텅스텐을 함유하는 텅스텐 합금을 포함할 수 있다. 필라멘트 단리부(isolation)는 5로 나타내어진다. 전류가 필라멘트에 가해지면 이온 종이 발생된다. 이온 주입기는 또한 아크 전원(2) 및 필라멘트를 위한 전원(3)을 포함한다.

도 1에 도시된 이온 주입기는 또한 아크 슬릿(7), 단리부 부시(bushing)(8) 및 추출 전극(9)을 포함한다. 화살표는 이온빔의 방향을 나타낸다.

본 발명에 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 기체 또는 소스 물질이 소스 챔버(1)내로 도입된다. 이후에 보다 상세하게 기술할 것이지만, 시스템의 작동에 따라서, 특정 시간에 한 기체가 용기로 도입됨에 따라 이와 거의 동시에 다른 기체가 소스 챔버내로 도입될 수 있다. 이들 기체는, 주입될 원하는 이온을 발생시키고 이온 주입기 소스 또는 필라멘트(4) 위에서의 물질의 제거 또는 침착을 보상하도록 하는 조절된 양으로 소스 챔버내로 도입될 수 있다.

전술된 바와 같이, 특정 소스 기체는 소스 챔버 벽으로부터 텅스텐을 제거하여 필라멘트 위에 침착시켜 전술된 바와 같은 문제점을 일으킨다. 다른 소스 기체에 있어서도 또다른 문제점들이 연관되어 있을 수 있다. 앞에서 요약해 놓은 바와 같이, 주요 소스 물질이 필라멘트에 미치는 효과를 없애기 위해서 반작용 기체 또는 "가상(dummy)" 소스 물질을 주요 소스 물질과 함께 도입시킨다.

예를 들면, 주요 소스 물질이 BF₃와 같은 불소-함유 물질일 때, 불소 이온은 텅스텐 소스 챔버 벽과 반응하여 WF₆를 생성시키는 경향이 있다. 이 WF₆는 필라멘트로 이동하고, 여기서 분해되어 금속 텅스텐이 필라멘트 위에 침착된다. 이 경우, 높은 스퍼터율(sputter-yield)로써 아르곤, 크세논 또는 크립톤과 같은 불활성 기체, 또는 아르신, 포스핀 또는 수소와 같은, 고온 텅스텐과 휘발성 화합물을 형성하는 종을 함유하는 물질을 소스 챔버에 도입시켜 필라멘트 침착 과정을 막을 수 있다.

한 예에 따라서, CHF₃를 반작용 기체로서 사용할 수도 있다. 이 경우에, H와 F 둘다가 소스 챔버에 존재할 것이며 서로 반작용하여 각각 필라멘트 및 이온 주입기의 다른 요소에 미치는 서로의 효과를 상쇄시킬 수 있을 것이다. 텅스텐이 필라멘트 위에서 부식됨과 동시에 침착되면 필라멘트 크기의 총 변화는 거의 없거나 전혀 없게 된다.

도 3a는 주입 종의 효과를 나타낼만한 어떠한 조작도 하지 않았을 때, 공지된 방법에 따라 주입 종이 필라멘트 저항에 미치는 효과를 보여준다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 저항은 시간에 따라 감소될 것이다. 결과적으로, 필라멘트는 파괴될 것이다. 다른 한편, 도 3a의 점선은 본 발명을 사용할 때 시간에 따른 저항의 변화를 나타낸다.

도 3b는 아크 전류 또는 필라멘트 전압의 변화를 부식률의 함수로서 나타낸 것이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 텅스텐의 부식률은 아크 전류 또는 필라멘트 전압이 증가함에 따라 증가한다. 본원에서 기술된 바와 같이, 본 발명은 부식률을 제어하여 아크 전류 또는 필라멘트 전압을 제어한다.

도 3c는 스퍼터 기체 유속에 대한 부식률의 변화를 도시한다. 도 3c는 스퍼터 기체 유속 또는 분압이 증가함에 따라 부식률이 증가함을 보여준다. 다른 한편, 도 3d는 할로겐-함유 기체의 유속에 대해 침착률의 변화를 도시한다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 할로겐-함유 기체의 유속 또는 분압이 증가함에 따라 침착률은 증가한다.

도 4는 스퍼터 기체의 원자량이 부식률에 미치는 효과를 도시한다. 도 4에서 보는 바와 같이, 스퍼터 기체의 원자량이 증가함에 따라 부식률이 증가한다. 다른 한편, 원자량이 보다 작은 종일수록 부식률이 감소한다. 예를 들면, 크세논의 경우에 부식률이 가장 커진다. 다른 한편, 세가지의 종중에서 원자량이 가장 작은 종인 헬륨의 경우에 부식은 거의 없었다. 원자량이 중간 정도 되는 종인 아르곤의 경우, 부식률은 크세논의 부식률과 헬륨의 부식률의 중간이었다.

도 4는 장치에 도입하여 스퍼터링시킬 물질 및 주입할 물질을 결정하는데 사용할 수 있는 선택 기준을 제시한다. 예를 들면, 주입될 물질과 유사한 분자량 또는 정수배인 분자량을 갖는 종은 피해야 한다. 또한, 이 종은 실리콘에 주입되어야 하므로 전기적 충격이 없는 것이 바람직하다. 따라서 불활성 종이 선택되어야 한다.

본 발명에 따라, 약 5 내지 10볼트의 바이어스 전압 및 약 100amp 이하와 같은 고 아크 전류와 함께 고 스퍼터율을 갖는 불활성 기체는 텅스텐의 필라멘트로부터의 스퍼터율을 증가시킨다. 휘발성 고온 텅스텐 화합물을 형성하는 반응물을 사용해서도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 불소-함유 기체, 고 스퍼터율 불활성 기체 및 아크 전류를 적당히 배합함으로써, 필라멘트 위에서 텅스텐을 부식시킴과 동시에 침착시킴으로써, 필라멘트 크기의 변화가 거의 없거나 전혀 없게 할 수 있다.

불화되지 않은 주요 소스 물질을 사용할 경우에는, 유사한 방법으로, CF₄, BF₃, F₂, NF₃, GeF₄, SiF₄, SF₆와 같은 불소-함유 기체를 조절된 방식으로 소스 챔버에 도입시킬 수 있다. 이 경우에 불소는 필라멘트로부터 스퍼터링된 텅스텐을 소거하여 이를 필라멘트 위에 재침착시킨다.

벽에 텅스텐을 함유하지 않는 반응 챔버의 경우(예를 들면 챔버의 재료로서 MO가 사용되는 경우), 챔버에 희생(sacrificial) 텅스텐 블록을 제공하여 필라멘트에서의 텅스텐의 부식 및 소스 중공으로부터 나머지 주입기 장치 부분으로의 텅스텐 손실을 보상하는데 필요한 텅스텐 소스를 공급할 수 있게 한다.

바람직한 반작용 기체 물질은 낮은 증기압의 부성분을 함유하지 않는 CF₄, NF₃, Xe, Ar, Kr, H₂, BF₃와 같은 기체이다. 이들은 비휘발성 부산물이 과다하게 축적됨으로써 야기되는 소스 수명의 단축을 방지한다.

NF₃, F₂, H₂와 같은 기체는 낮은 증기압의 부성분을 함유하지 않는다. 이들 기체는 소스 자체에 As 또는 P가 침착됨으로써 야기되는 소스 수명의 단축을 방지할 수 있다.

반작용 기체로부터 생성된 이온은 주입기에 존재하는 질량/전하 분석기에 의해 반도체 웨이퍼 또는 제품내에 주입되는 것이 배제된다. 질량/전하 분석기는 전형적으로는 질양/전하를 기준으로 원하는 이온을 임의의 원치않는 이온으로부터 분리시키고 이온빔의 초점을 맞추는 자기 분석기이다. 아크 전류를 변화시켜 부식률을 변경시킬 수도 있다. 특히 아크 전류가 증가하면 그와 동량으로 스퍼터율이 증가하여 그 결과 부식률이 증가하게 된다.

반작용 기체에 의해 제공되는 추가의 불소의 또다른 장점은, 텅스텐이 필라멘트에 침착되어 아크 발생 또는 단락(short)이 생길 수 있는 가능성을 감소시킨다는 것이다. 특히, 필라멘트는 전기적 절연체에 의해 아크 챔버로부터 전기적으로 절연된다. 이러한 절연체들은 전형적으로는, 전구 기체에 의해 생성된 부식성 대기 및 고온을 견딜 수 있는 알루미나 또는 질화 붕소와 같은 고온 세라믹 물질로 만들어진다.

매우 얇은 전도성 코팅 조차도 아크 공급을 단락시켜 소스 챔버로부터 발생되는 이온빔의 안정성을 방해하여 사용할 수 없게 만들 수 있다. 이때, 챔버를 청소하고 절연체 및 필라멘트를 다시 컨디셔닝하거나 교체해야 한다. 소스를 추출 전극으로부터 절연시키고 소스를 장비 본체로부터 절연시키는데에도 유사한 전기적 절연체를 사용한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따라, 반작용 기체의 유속은 피이드백 루프(feedback loop)에 따라 제어된다. 피이드백 루프는 바람직하게는 주입기에서 모니터링되는 소스 변수를 이용한다. 소스 필라멘트의 저항을 필라멘트 전압 및 전류로부터 계산할 수 있다. 또한, 반작용 기체의 유속을 필라멘트 저항에 따라 조절할 수 있다.

본 발명에 따라, 필라멘트 저항은 필라멘트 반경이 감소함에 따라 증가한다. 이 경우, 반작용 기체의 유속이 증가되어 텅스텐이 필라멘트 위에 추가로 침착될 수 있다. 이에 따라 저항이 감소될 것이다. 당해 분야의 숙련자라면 본 발명의 내용을 일단 파악한 후에는 부당한 실험을 행하지 않고도 반작용 기체의 효과적인 유속을 결정할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 제어 방법에 사용될 수 있는 변수에는 저항, 필라멘트/아크 전류 및/또는 필라멘트/아크 전압이 포함된다. 필라멘트 전류는 저항 또는 전압의 함수이다. 저항, 필라멘트/아크 전압 및/또는 필라멘트/아크 전류 외에도, 본 발명에 따른 제어 방법에 사용되는 기타 변수에는 필라멘트의 물리적 크기 및/또는 필라멘트의 표면적이 포함된다. 그러나, 이들 변수 어떤 것도 현실적일 수 없는데, 왜냐하면 이러한 변수들을 변경시키려면 전형적으로는 장치를 해체시키거나 사진으로부터 측정해야 하기 때문이다.

반작용 기체를 조절하면 주입 물질을 실제로 변경시키지 않아도 된다. 이온 주입기는 바람직하게는 원치않는 물질이 제품내로 주입되는 것을 방지하는 질량/전하 분석기를 포함한다.

본 발명에 의해서 주입기에의 제품의 적재를 미세하게 조절하지 않고도 소스 필라멘트의 수명을 연장시킬수 있다. 또한, 본 발명에 의해서 장비의 산출량이 증가되고, 유지보수가 덜 필요함으로 인해서 작동 비용이 절감된다.

이제까지의 내용은 본 발명을 예시하고 기술한 것이다. 또한, 이미 언급한 바와 같이 이제까지의 내용은 본 발명의 바람직한 실시태양을 예시하고 기술할 뿐이며, 본 발명을 조합되고 변경된 다양한 기타 환경에서 사용할 수 있고, 본원에서 기술되거나 교시되었거나 당해 분야의 기술 또는 지식에 따른 범위내에서 변형 또는 변경시킬 수 있음을 알아야 한다. 전술된 실시양태는 추가로 본 발명을 실행시키는데 가장 좋은 방식을 설명하며 당해 분야의 숙련자들로 하여금 본 발명을 이러한 또는 기타의 실시양태로 사용하게끔 하며 본 발명을 특정 용도에서 요구되는 다양한 변형 실시양태로 사용하게 한다. 따라서, 본원의 내용은 본 발명을 본원에 개시된 형태로만 제한하려고 하는 것이 아니다. 또한 첨부된 청구항에 의해서 본 발명의 또다른 실시양태들을 포괄하고자 한다.

Claims (21)

1. 이온을 타겟(target)에 주입시키는 것을 제어하는 방법으로서,

   ① 주입될 이온을 방출시키기 위한 필라멘트를 갖는 이온 소스 챔버(ion source chamber)를 제공하는 단계,

   ② 주입될 이온의 소스를 제공하기 위한 이온 소스 반응 기체를 제공하는 단계,

   ③ 이온 소스 기체 이온과 필라멘트 사이의 반응에 따라 필라멘트로부터 또는 필라멘트로의 화학적 이동에 반작용하고 이 반응을 보상하기 위한 반작용(counteracting) 기체를 제공하는 단계,

   ④ 이온 소스 반응 기체를 이온 소스 챔버에 도입시키는 단계,

   ⑤ 필라멘트의 전기적 특성과 관련된 변수를 측정하는 단계,

   ⑥ 상기 측정된 변수에 따라, 필라멘트 위에서의 물질의 제거 또는 침착을 보상하는 이온을 형성하는 반작용 기체를 도입시키는 단계,

   ⑦ 주입될 이온을 상기 이온 소스 챔버로부터 추출시키고 이를 타겟으로 향하게 하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   필라멘트의 전기적 특성과 관련된 변수가 필라멘트를 통한 전압 및 전류를 포함하고, 이 측정된 전압 및 전류를 기준으로 필라멘트의 저항을 계산하는 단계 및 저항이 증가함에 따라 반작용 기체의 유속을 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   반작용 기체의 유속을 조절하여 주입 물질을 변화시키지 않는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   필라멘트가 텅스텐-함유 필라멘트인 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   이온 소스 챔버가 텅스텐-함유 물질로 만들어진 벽을 포함하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   이온 소스 챔버가 텅스텐-함유 물질이외의 금속으로 만들어진 벽을 포함하고, 이온 소스 챔버가 텅스텐-함유 물질의 희생(sacrificial) 소스를 추가로 포함하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   이온 반응 기체가 불화물 또는 수화물인 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   이온 소스 반응 기체가 불소-함유 화합물을 포함할 경우, 반작용 기체는 수소-함유 화합물을 포함하고, 이온 소스 반응 기체가 불소-함유 화합물을 포함하지 않을 경우, 반작용 기체는 불소-함유 화합물을 포함하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   타겟이 반도체 웨이퍼인 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    이온 소스 반응 기체가 BF₃및 GeF₄로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나이상 포함하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    반작용 기체가 아르신, 포스핀, H₂로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나이상 포함하는 방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    반작용 기체가 아르신, 포스핀, H₂로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나이상 포함하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서,

    이온 소스 반응 기체가 아르신 및 포스핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나이상 포함하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    반작용 기체가 BF₃, NF₃, CF₄, F₂, GeF₄, SiF₄, SF로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나이상 포함하는 방법.
15. 제 1 항에 있어서,

    반작용 기체가 침착된 물질을 필라멘트로부터 스퍼터링(sputtering)시킴으로써 필라멘트에의 물질의 침착을 보상하는 방법.
16. 제 14 항에 있어서,

    반작용 기체가 아르곤, 크세논, 크립톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 하나이상 포함하는 불활성 기체인 방법.
17. 제 1 항에 있어서,

    필라멘트를 흐르는 전류를 변화시켜 필라멘트로부터 또는 필라멘트로의 화학적 이동을 증가시키거나 감소시키는 방법.
18. 제 4 항에 있어서,

    반작용 기체가 필라멘트로부터 또는 필라멘트로의 텅스텐 이동에 사용되는 텅스텐의 양을 변화시키기 위한 텅스텐-함유 기체인 방법.
19. 제 5 항에 있어서,

    반작용 기체가 텅스텐-함유 물질로 만들어진 벽으로부터 또는 벽으로의 텅스텐 이동에 사용되는 텅스텐의 양을 변화시키기 위한 텅스텐-함유 기체인 방법.
20. 제 4 항에 있어서,

    반작용 기체가 필라멘트로부터 또는 필라멘트로의 텅스텐 이동에 사용되는 텅스텐의 양을 변화시키기 위한 텅스텐-함유 기체인 방법.
21. 제 5 항에 있어서,

    반작용 기체가 텅스텐-함유 물질로 만들어진 벽으로부터 또는 벽으로의 텅스텐 이동에 사용되는 텅스텐의 양을 변화시키기 위한 텅스텐-함유 기체인 방법.