KR100303702B1

KR100303702B1 - 이온주입타겟전하제어시스템및방법

Info

Publication number: KR100303702B1
Application number: KR1019950702257A
Authority: KR
Inventors: 유젠 엘. 킴버
Original assignee: 클라크 3세 존 엠.; 내셔널 세미콘덕터 코포레이션
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 2001-11-30
Also published as: WO1995010119A1; JPH08504295A; DE69403191D1; US5378899A; DE69403191T2; KR950704803A; JP3618349B2; EP0672295B1; EP0672295A1

Abstract

주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 유지하도록 전자 샤워 출력이 조절되며, 주입시 타겟 웨이퍼의 디스크 전류의 제어가 상기 타겟 웨이퍼를 전기적으로 분리시키고, 상기 디스크 전류를 감시하며, 패러데이 플래그를 폐쇄시키는데 필요한 시간주기동안 디스크 전류의 신속한 조절을 허용하는 레벨에서 이온 주입기의 전자 샤워 필라멘트 전류를 유지함으로써 달성되는 경우에 제공되는, 패러데이 플래그 및 전자 샤워 필라멘트를 갖는 이온 주입기용 제어 회로가 제공되어 있다.

Description

[발명의 명칭]

이온주입 타겟 전하 제어 시스템 및 방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[1. 발명의 분야]

본 발명은 타겟 (target) 물질상에 이온을 주입하는 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로 기술하면 제한적이지는 않지만, 이온주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 유지하도록 전자 출력을 조절하는 제어 시스템에 관한 것이다.

[2. 선행기술의 설명]

반도체를 제조함에 있어서, 주입기는 실리콘 디스크 웨이퍼를 도전 특성을 결정하는 재료로 이온을 데포지트 시키는데 사용된다. 전형적인 주입기는 이온소스, 분석기, 패러데이 플래그, 전자 샤워, 및 디스크 조립체로 구성되어 있다.

상기 이온 소스는 주입될 이온을 공급한다. 이들 이온은 여러 상이한 화학원소일 수 있으며 상기 분석내의 자장을 관통할 수 있다. 발생 이온의 질량 - 전하 비율을 기초로하여, 상기 분석기는 주입용 타겟 웨이퍼에 도달하는 몇 가지 이온을 선택한다. 상기 패러데이 플래그는 주입에 앞선 측정 및 설정용 감시 조립체이다. 전형적으로 흑연으로 제작되는 경우, 패러데이 플래그는 주입이 개시되기 전에 이온 스트림을 차단하는데 사용되고 주입시 상기 이온이 상기타겟 웨이퍼에 이르게 하도록 물리적으로 이동된다. 폐쇄 위치에 있어서, 상기 패러데이 플래그는 2차 전자의 방출을 야기시키는 작용을 갖는 이온 비임을 차단한다. 잘못된 비임 전류의 측정을 초래시키는 2 차 전자의 손실을 방지하기 위하여, 자석이 상기 패러데이 플래그에 부착되어 2 차 전자의 누출을 방지한다.

상기 전자 샤워는 타겟 웨이퍼 전하작용을 중화시키고 상기 디스크 조립체는 상기 타겟 웨이퍼를 유지하며, 이온 비임을 통해 그들을 주사 (scan) 한다.

상기 타겟 웨이퍼의 표면이 도전 상태가 아닌 경우, 상기 이온 소스에 의해 발생된 이온의 고에너지 비임에 기인하여 양 (+) 전하가 상기 타겟 웨이퍼의 표면상에 축적하게 된다. 이러한 전하가 충분한 레벨로 축적되어 상기 타겟 웨이퍼상에서 절연파괴를 야기시키고 결과적으로는 디바이스에 손상을 줄 수 있다. 전자 샤워는 상기 타겟 웨이퍼상에서의 이온 비임의 양 (+) 전하 작용의 효과를 최소화시킨다. 음 (-) 전하를 띤 전자는, 전자를 계속 비등하여 진공상태에서 2차 전자를 형성하게 하는 전자 샤워에서의 필라멘트 가열에 의해 발생된다. 이들 전자는 양(+) 전하를 띤 타겟 웨이퍼에 유인되어 이온 비임에 의해 발생된 전하를 중화시킨다.

발생된 전자를 감시하고 필라멘트 전류를 제어하여 미리 설정된 전압 레벨 또는 전하레벨을 타겟 웨이퍼상에 유지하는 여러 제어시스템이 제한되어 왔다. 한 선행기술의 제어시스템에 있어서, 상기 주입기는 상기 타겟 웨이퍼를 전기적으로 절연시켜 상기 타겟 웨이퍼를 통해 접지로 흐르는 전류 (디스크전류) 가 감시될 수 있도록 변형되어 있다. 양 (+) 의 디스크 전류는 너무 적은 전자가 발생되는 것을 나타내고 음 (-) 의 디스크 전류는 너무 많은 전자가 발생되는 것을 나타낸다. 그러한 제어 시스템에서의 전자 샤워의 출력은 전체 동작에 단지 한번만 조절되며, 제어되지 않은 전하 축적의 결과로, 그러한 제어 시스템의 사용은 상기 타겟 웨이퍼상의 전하 축적에 의해 야기되는 파괴를 완전히 제거하지 못한다.

상기에 기술한 선행 기술의 제어 시스템은 또한, 일단 바람직한 주입이 생긴 경우 전자 샤워가 턴오프되는때 생기는 또 다른 고유의 결함에 직면한다. 즉 전자 샤워가 턴오프되는 동작에 있어서, 그러한 단계 주입이 중단될 수 있으며 그러한 단계중에, 이온 비임을 차단하도록 패러데이 플래그가 폐쇄된다. 그러나, 연루된 물질적 질량 때문에, 상기 패러데이 플래그가 순식간에 폐쇄되지 않으며 폐쇄작용에 있어서의 지연은 양 (+) 의 전하 작용 및 그와 관련된 타겟 웨이퍼의 파괴를 허용한다.

상기 패러데이 플래그는 또한 또다른 바람직스럽지 않은 결과를 야기시킨다. 상기 패러데이 플래그가 상부에 자석을 지니기 때문에, 상기 플래그의 운동에 기인하여 상기 전하 샤워로부터의 전자가 상기 타겟 웨이퍼로 갑자기 증대되게 한다. 이러한 돌발은 상기 패러데이 플래그가 개방되든 폐쇄되든 그 어느것에 관계없이 과도한 음 (-) 디스크 전류를 발생시킨다. 이러한 돌발은 음 (-) 의 전하 작용 및 그와 관련된 타겟 웨이퍼의 파괴를 야기시킨다.

타겟 웨이퍼에 대한 손상을 방지하려는 노력으로 주입시 및 주입 후 타겟 웨이퍼의 전하 작용을 제어하는 또다른 선행기술의 제어 시스템은 상기에 기술한 제어 시스템의 변형이다. 이러한 변형 제어 시스템에 있어서, 디스크 전류는, 전자 샤워가 전체 주사에 대하여 일정하게 유지되도록 이온 비임의 각각의 주사 개시점에서 조절된다. 그러나, 이는 복잡하고 값이 비싼 장치를 필요로 하며 주사시 타겟 웨이퍼의 전하작용을 제어하지 못한다.

이들 선행기술의 제어 시스템이 어느 정도 성공을 거두었지만, 주입 종료시 타겟 웨이퍼의 바람직하지 않은 전하 작용 및 그와 연관된 타겟 웨이퍼의 파괴와 관련된 문제가 잔존한다. 그러므로, 타겟 웨이퍼 전하작용의 파괴 효과가 실질적으로 제거되는 제어시스템에 대한 필요성이 존재한다. 본 발명은 바로 그러한 제어 시스템에 관한 것이다.

[발명의 개요]

본 발명에 의하면, 전자 샤워 필라멘트 및 패러데이 플래그를 갖는 이온 주입기용 제어 시스템이 제공되어 있는데, 상기 전자 샤워 필라멘트의 출력은 타겟 웨이퍼의 주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 유지하도록 조절된다. 대체로, 주입시 상기 웨이퍼의 디스크 전류의 연속적인 제어는 상기 타겟 웨이퍼를 전기적으로 절연하고 상기 디스크 전류를 감시하며, 미리 설정된 레벨로 상기 디스크 전류를 유지하는 레벨로 상기 이온 주입기의 전자 샤워 필라멘트 전류를 제어함으로써 달성된다. 이러한 제어는 상기 패러데이 플래그의 폐쇄시간 및 그의 부수적인 전자 돌발을 포함하도록 확장된다.

보다 구체적으로 기술하면, 상기 타겟 웨이퍼를 통한 디스크 전류는 조작자에 의해 선택된 설정 포인트에 필적하는 비례전압으로 상기 디스크 전류를 변환시키도록 감시된다. 따라서, 주입시 상기 타겟 웨이퍼의 디스크 전류는 상기 조작자에 의해 선택된 설정 포인트에 상기 디스크 전류를 유지하도록 상기 샤워 필라멘트 전류를 계속 감시 및 조정함으로서 제어된다. 상기 전자 샤워 필라멘트가 전류는, 디스크 전류에 실질적으로 영향을 주지 않거나 일관된 신속한 동작에 필요한 최소 전력보다 많이 끌어내지 않을 정도로 충분히 낮으면서, 필라멘트 전자를 방출할 수 있는 레벨로 유지된다. 제어의 개시는 상기 패러데이 플래그의 개방시 유지되며 그러한 제어는 상기 패러데이 플래그를 폐쇄하는데 필요한 시간동안 유지된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 이온 주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 유지하도록 본 발명의 제어 시스템을 사용하는 이온주입기에 대한 일부를 단면으로 나타낸 평면도이다.

제2도는 제어 시스템의 일부를 예시하는 제1도의 이온 주입기의 전자 샤워에 대한 계략도이다.

제3도는 제2도의 제어 시스템의 회로도이다.

[상세한 설명]

첨부된 도면, 특히 제 1 도를 참조하면, 본 발명의 전자 샤워 제어 시스템 (12) 을 갖는 이온 주입기 (10) 가 예시되어 있다. 상기 전자 샤워 제어 시스템 (12) 및 상기 이온 주입기 (10) 에의 그의 접속에 관련하여 이후에는 예외적인 사항이 주지되어 있기 때문에, 상기 이온 주입기 (10) 는 소스 조립체 (14), 비임안내 조립체 (16), 사후 가속조립체 (18), 플래그 조립체 (20), 전자 샤워 조립체 (22) 및 디스크 또는 타겟 웨이퍼 처리 조립체 (24) 를 갖는 종래의 유니트이다. 이후에 보다 명확하게 기술되겠지만, 상기 전자 샤워 제어 시스템 (12) 은 상기 전자 샤워 조립체 (22) 에 접속되어, 상기 소스 조립체 (14) 의 출력이 이온 주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 제공하도록 조절될 수 있다.

상기 소스 조립체 (14) 는 소스 하우징 (26), 이온 소스 (28), 추출 전극 조립체 (30), 전극 조작기 (32) 및 확산 펌프 (34) 를 포함한다. 소스 한정 구멍 (36) 은 실질적으로 도시된 바와 같은 소스 하우징 (26) 의 하우징 벽 (38) 에 설치되어 있다. 진공관 (40) 은 상기 소스 한정 구멍 (36) 및 상기 비임 안내 조립체 (16) 사이에 배치되어 있다. 아치형 경로를 따라 이온 비임 (42) 을 상기 디스크 처리 조립체 (24) 에 지지된 타겟 웨이퍼 (44) 로 향하게 하는 비임 안내 조립체 (16) 는 비임 안내부 (46), 상기 비임 안내부 (46) 의 상하에 각각 위치한 2 개의 분석기 자석 코일 (48, 50) 및 스트라이커 플레이트 (striker plate) (52) 를 포함한다. 상기 이온 비임 (42) 의 이온은 전하 - 질량 비율을 기초로 하여 상기 분석기 자석코일 (48, 50) 에 의해 선택적으로 편향된다. 사후 가속절연 부싱 (54) 은 상기 비임 안내 조립체 및 상기 사후 가속조립체 (18) 사이에 배치되어 있다.

상기 사후 가속 조립체 (18) 는 사후 가속 하우징 (60), 한단부 (66) 상에 설치된 분해용 구멍 (64) 을 갖는 사후가속튜브 (62), 2 개의 극저온 펌프 (68, 70) 및 사후 가속 전극 조립체 (72) 를 포함한다. 패러데이 플래그 (73) 를 포함하는 플래그 조립체 (20) 는 상기 사후 가속 전극 조립체 (72) 및 상기 전자 샤워 조립체 (22) 사이에 배치되도록 상기 사후 가속 조립체 (72) 내에 설치되어 있다.

상기 패러데이 플래그 (73) 는 제 1 또는 폐쇄 위치 및 제 2 또는 개방 위치사이로 선택적으로 이동 가능하다. 상기 폐쇄 위치에 있어서, 상기 패러데이 플래그 (73) 는 타겟 웨이퍼 (44) 와 상기 이온 비임 (42) 이 접촉하지 않게 하고, 개방위치에 있어서, 상기 패러데이 플래그 (73) 는 상기 이온 비임 (42) 을 상기 타겟 웨이퍼 (44) 에 이르게 하여 상기 타겟 웨이퍼 (44) 와 접촉하게 한다. 그러나, 상기 패러데이 플래그 (73) 이 상기 개방 위치로부터 상기 폐쇄 위치로 이동되는 경우 상기 이온 비임 (42) 의 차단이 즉각적으로 일어나지 않는다는 점에 유념하여야 한다. 즉, 상기 패러데이 플래그 (73) 가 상기 폐쇄 위치로 이동됨에 따라, 차단되는 이온은 맨 처음에는 아무것도 존재하지 않고, 그 다음에는 일부가 존재하며, 그 다음에는 일부가 존재하며, 그 다음에는 모두 존재한다.

전자 샤워 조립체 (22) 는, 상기 패러데이 플래그 (73) 가 개방 위치에 있는 경우 상기 이온 비임 (42) 이 상기 전자 샤워 조립체 (22) 를 통해 향하게 되도록 사후 가속 하우징 (60) 내에 지지되어 있다. 상기 전자 샤워 조립체 (22) 는 전자 샤워 전원 조립체 (74) 에 접속되어 있다. 제2도 및 제3도를 참조하여 보다 상세하게 기술되겠지만, 상기 전자 샤워 전원 조립체 (74) 를 포함하는 제어 시스템 (12) 은, 소스 조립체 (14) 의 출력이 조정되어 이온 주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 제공할 수 있도록 상기 전자 샤워 조립체 (22) 에 접속되어 있다.

진공 밸브 (76) 가 상기 사후 가속 하우징 (60) 의 벽 (78) 에 인접 배치됨으로서 상기 전자 샤워 조립체 (22) 를 관통하는 이온 비임 (42) 은 상기 디스크 처리 조립체 (24) 에 지지되어 있는 타겟 웨이퍼 (44) 와 같은 주입될 타겟 웨이퍼를 타격할 수 있다.

앞서 기술한 바와 같이, 상기 제어 시스템 (12) 및 상기 이온 주입기 (10) 에의 그의 접속을 제외하고는, 상기 이온 주입기 (10) 는 Eaton Semiconductor Equipment, Ion Beam Systems Division 에 의해 제조된 High Current Implantation System Model No. Nova NV - 10 - 160 과 같은 종래의 상업상 입수 가능한 유니트이다. 그러나, 전자 샤워 조립체 (22) 에의 접속을 통한 이온 주입기 (10) 와 함께 본 발명의 제어 시스템 (12) 을 사용하는 경우, 상기 전자 샤워 조립체 (22) 의 출력은 타겟 웨이퍼 (44) 에의 이온 주입시 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 제공하도록 조정될 수 있다.

지금부터 제2도를 참조하면, 상기 전자 샤워 조립체 (22) 및 상기 전자 샤워 조립체 (74) 가 개략적으로 예시되어 있다. 상기 전자 샤워 조립체 (22) 는 필라멘트 (80) 및 전자 샤워 타겟 (82) 으로 구성되어 있으며, 상기 전자 샤워 전원 조립체 (74) 는 저전압 전원 (84), 300 볼트의 전원 (86), 전자 샤워 1 차 방출 전류 측정용 저항기 (88) (이후 1 차 저항기 (88) 로서 언급됨) 및 전자 샤워 2 차 방출 전류 측정용 저항기 (90) (이후 2 차 저항기 (90) 로서 언급됨) 로 구성되어 있다.

상기 필라멘트 (80) 는 상기 저전압 전원 (84) 및 전원(86) 에 접속됨으로써 활성화에 따라 상기 필라멘트 (80) 가 상기 필라멘트 (80) 로 부터의 1 차 전자 (92)의 방출을 초래시키는 저전압 전원 (84) 에 의해 가열된다. 상기 1 차 전자 (92) 는 상기 전자 샤워 조립체 (22) 의 전자 샤워 타겟 (82) 의 방향으로 접지된 구멍 (94) 를 관통한다. 상기 1 차 전자 (92) 는 상기 전자 샤워 타겟 (82) 을 타격하는 경우, 대부분의 1 차 전자 (92) 는 상기 전자 샤워 타겟(82)에 의해 흡수되고 극소수의 1차 전자(92)는 2차 전자 (96) 로서 타겟(82) 으로 부터 방출된다. 이때, 상기 2차 전자(96) 는 상기 타겟 웨이퍼 (44) 를 타격하여 이온비임 (42) 에 의해 야기된 전하를 중화시킨다.

상기 이온 비임 (42) 에 의해 타겟 웨이퍼 (44) 상에 발생된 전하의 중화 감시는 상기 1차 및 2 차 저항기 (88, 90) 를 상기 전자 샤워 전원 조립체 (74) 에 합체시킴으로써 달성된다. 상기 1 차 저항기 (88) 는 1 ohm 저항기이며, 상기 2 차 저항기 (90) 는 또한 1 ohm 저항기이다. 상기 1 차 저항기 (88)는 상기 전자 샤워 전원 조립체 (74) 의 - 300 볼트 전원 (86) 및 상기 전자 샤워 조립체 (22)의 전자 샤워 타겟 (82) 사이에 접속됨으로써 상기 필라멘트 (80) 에 의해 방출된 1차 전자 (92) 의 전류는 상기 1 차 저항기 (88) 를 통해 흐르고, 상기 2 차 저항기 (90) 는 상기 전자 샤워 타겟 (82) 및 접지 (98) 사이에 접속됨으로써 상기 전자 샤워 타겟 (82) 에 의한 2 차 전자의 방출과 관련된 전류는 상기 2 차 저항기 (90)를 통해 흐른다.

지금부터 제3도를 참조하면, 본 발명에 따라 이온주입시 타겟 웨이퍼 (44)의 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어를 유지하도록 전자 샤워 출력을 조정하는 제어회로 (100) 가 예시되어이다. 상기 제어 회로 (100) 는, 타겟 웨이퍼 (44) 로 부터 접지로의 전류를 측정하여 상기 전류에 비례하는 전압을 발생시키는 제 1 회로 (102), 조작자 제어에 의해 선택된 설정 포인트 값 및 디스크 전류간의 차에 비례하는 전압을 발생시키는 제 2 회로 (104), 주입 개시 시점에서 상기 전자 샤워 조합체 (22) 를 신속하게 턴온시키지만 주입 종료 시점에서 상기 전자 샤워 조합체 (22) 를 느리게 턴오프하여 플래그 조립체 (20) 의 패러데이 플래그 (73) 를 폐쇄되게 하는 제 3 회로 (106), 필라멘트 (80) 가 비교적 적은 전자를 방출하는 레벨에서 상기 전자 샤워 조합체 (22) 의 최소 전류를 유지하지만 부가적인 전류가 상기 필라멘트 (80) 에 공급되는 경우 필라멘트가 가열되어 전자를 방출할 준비를 갖추도록 대기모드에 있는 제 4 회로 (108), 및 상기 전자 샤워 조합체 (22) 의 필라멘트 (80) 에 대한 신속한 출력 요동을 감쇠시키고 상기 전자 샤워 전원 조립체 (74) 의 저전압 전원 (84) 을 구동시키기에 충분한 전력을 제공하는 제5도는 출력 버퍼 회로 (110) 와 같은 기능적인 회로 블록으로 구성되어 있다. 지금 부터 이들 각각의 회로 동작을 기술하기로 한다.

앞서 기술한 바와같이, 상기 제 1 회로 (102) 는 디스크 전류를 전압으로 변환시킨다. 상기 제 1 회로 (102) 에 대한 입력은 2 차 저항기 (111), 바람직하게는 접속부 (도시되지 않음) 을 거쳐 전기적으로 절연된 타겟 웨이퍼 (44) 에 접속되어 있는 1 ohm 의 저항기로 부터 수신된다. 다이오드 (112, 114, 116, 118) 는 상기 입력을 클램프하여 여러전기적 이벤트에 의해 야기되는 과도 현상이 회로에 손상을 주지 않게 한다. 상업상 입수가능한 어느 적절한 다이오드는 미합중국, 캘리포니아, 산타클라라에 속재하는 National Semiconductor Corporation 에 의해 제조된 1N4001 다이오드와 같은 다이오드 (112 - 118) 로서 사용될 수 있다. 이리하여, 상기 입력은 연산 또는 계측 증폭기 (120) 에 입력된다. 상기 연산 증폭기 (12) 의 이득은 저항기 (122, 124, 126, 128) 와 같은 복수개의 저항기에 의해 -100 으로 세트되는 것이 바람직스럽다. 상기 연산증폭기 (120) 로 부터의 출력, 웨이퍼 디스크 전류를 -100 배한 값과 동일한 전압은 10 kilohm 의 저항기 (130) 를 거쳐, 전압 (134) 을 세트시키는 섬휠 스위치 (도시되지 않음) 에 의해 선택된 전압으로 부터 디스크 전류의 아날로그 성분을 감산한 제 2 회로 (104) 의 음(-) 입력 (132) 에 공급된다. 섬휠 스위치의 출력 전압은 10 kilohm 저항기 (136) 를 거쳐 연산 증폭기 (140) 의 양 (+) 입력 (138) 에 통과되는데, 이 경우 상기 입력들이 상기 연산증폭기 (140) 에 의해 감산된다. 전압 (134) 은, 디스크 전류가 대략 -2 mA 및 대략 -4 mA, 보다 바람직하게는 대략 -2.5 mA 사이에 유지되도록 세트되는 경우 타겟 웨이퍼 (44) 상의 디바이스의 파괴 및 타겟 웨이퍼 (44) 및 타겟 웨이퍼 (44) 상의 디바이스의 결과적인 파괴를 실질적으로 줄이는 것으로 발견되었다. 대략 - 2.5 mA 의 디스크 전류는, 연산증폭기 (120) 에서 이득이 -100 이기 때문에 대략 250 mV 의 전압 (134) 에 해당한다. 그리하여, 상기 전압이 부하용 저항기 (142) 에 공급됨으로써 출력이 기능블록 (106) 의 전계효과 트랜지스터 (144) 에 의해 접지로 단락될 수 있다. 상기 연산증폭기 (140) 의 출력, 부하용 저항기 (142) 및 전계효과 트래지스터 (144) 는 이후, 상기 기능 블록 (108) 의 동작을 허용하도록 10 kilohm 저항기에 의해 부가적인 부하가 형성된다.

상기 제 3 회로 (106) 는 타겟 웨이퍼 (44) 의 주입시에만 디스크 전류의 연속적인 제어를 제공한다. 도면번호 (136) 로 나타낸 제 3 회로 (106) 에 대한 입력 신호는, 이온 주입기 (10) 가 플래그 조립체 (20) 의 패러데이 플래그 (73) 를 개방하기 시작하는 순간까지 12 V 이다. 그러한 시점에서, 상기 제 3 회로 (106) 에 대한 입력 신호 (16) 는 0 V 로 하강한다. 하나의 다이오드 (148), 2 개의 저항기 (150, 152) 및 하나의 캐패시터 (154) 는, 디스크 전류의 연속적인 신속한 제어를 가능하게 하도록 신속히 낮아지지만, 패러데이 플래그 (73) 가 폐쇄 위치로 이동하면서 디스크 전류를 연속 제어하도록 느리게 높아지는 출력을 갖는 제 3 회로 (106) 의 종속회로 (160) 를 제공한다. 즉, 상기 제 3 회로 (106) 에 대한 입력 신호가 고레벨인 경우, 다이오드 (148) 가 역바이어스되고 비도통되어서, 상기 종속회로 (160) 로 부터 1 kilohm 저항기인 저항기 (150) 를 효과적으로 제거시킨다. 그 반면에, 상기 기능 블록 (106) 에 의해 표시된 제 3 회로에 대한 입력 신호가 저레벨로 되는 경우, 상기 다이오드 (148) 는 도통하여 저항기 (150) 를 통해 220 kilohm 저항기인 저항기 (152) 를 효과적으로 단락시킴으로써, 수십초 정도의 시정수를 제공한다. 상기 시정수의 정확한 값은 다이오드 (148) 의 콘덕턴스 곡선에 의존한다.

그러한 정확한 값은, 패러데이 플래그 (73) 가 타겟 웨이퍼 (44) 의 전하 작용을 허용할 정도로 충분히 개방되기 전에 시정수값이 전계 효과 트랜지스터 (144) 를 효과적으로 턴오프시키는 동안에는 중요하지 않다. 그와 관련하여, 저항기 (152) 에 의해 조정된 시정수는 패러데이 플래그 (73) 가 폐쇄 위치로 이동하는 시간을 허용할 정도로 충분히 길 필요성이 있다. 예를들면, 저항기 (152) 에 대한 220 kilohm 의 구성부품값은 대략 2 또는 3 초, 즉 패러데이 플래그 (73) 가 폐쇄위치로 이동되게 할 정도로 충분한 시간 주기 동안 전계 효과 트랜지스터 (144) 를 오프모드로 유지한다.

상기 제 3 회로 (106) 는 또한 제너 다이오드 (154) 및 저항기 (156) 를 포함하는데, 이러한 결합은 상기 전계 효과 트랜지스터 (144) 를 바이어스시키는데 사용된다. 따라서, 제 3 회로의 정미 (net) 효과는, 초기에, 주입개시전에 제 3 회로 (106)에 대한 입력 신호가 12 볼트이여서 드레인에 대하여 전계 효과 트랜지스터 (144) 의 게이트를 양 (+) 상태로 이루게하고, 상기 전계효과 트래지스터를 턴온시켜 제 1 회로 (102) 의 출력을 접지로 단락시킴으로써 디스크 전류의 증가를 방지하는 것이다.

그러나, 패러데이 플래그 (73) 가 폐쇄 위치로 이동하기 시작하는 경우, 상기 제 3 회로에 대한 입력 신호는 저레벨로 되어 상기 전계효과 트랜지스터 (144) 를 강제로 오프시켜, 결과적으로는 디스크 전류의 제어를 허용한다.

상기 제 4 회로 (108) 는 전자 샤워 조립체 (22) 의 필라멘트 (80) 에서 최소의 실질적으로 비방출하는 전류를 유지한다. 상기 제 4 회로에 대한 입력 (158) 은 상기 전자 샤워 조립체 (22) 의 필라멘트 (80) 에 의해 실제로 방출되는 전자에 비례하는 전압이다. 이는 1 ohm 의 1 차 저항기 (88) 를 통과하는 전류에 의해 발생되고 10 의 계수만큼 증폭된 전압이다. 그러므로, 대략 400 mA 의 최대 전자 샤워 출력은 제 4 회로의 입력 신호로서 4 V 의 전압을 발생시킨다. 상기 제 4 회로 (108) 의 입력 (158) 은 저항기 (159) 를 통해 전압 분할기 (162) (이는 연산 증폭기 (160) 의 양 (+) 입력에 대략 27 mV 의 전위를 제공함) 및 다이오드 (164) 를 갖는 연산 증폭기 (160) 로 가해진다. 상기 연산 증폭기 (160) 의 출력은 저항기 (167) 에 의해 부하가 형성된다.

기능 블록 (110) 의 제 5 또는 출력 버퍼 회로와 결합된 연산증폭기 (160) 의 양 (+) 입력은 대략 2.7 mA 즉, 최대 출력의 대략 0.67 % 에서 상기 전자 샤워 조립체 (22) 의 필라멘트 (80) 의 최소 방출을 유지하는 제어루프를 형성한다. 다이오드 (164) 에 기인하여, 상기 제 3 회로 (기능블록 (106)) 는, 상기 기능 블록의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 5 회로 (102, 104, 106, 110) 각각이 상기 전자 샤워 출력을 대략 27 mA 이하로 강하하게 하지 않는 경우에 어떠한 영향도 주지 않는데, 이 경우 다이오드 (164) 는 이러한 최소 레벨에서 상기 전자 샤워 조립체 (22) 의 필라멘트 (80) 의 출력을 유지한다.

상기 제 5 또는 출력 버퍼 회로 (110) 는 트랜지스터 (169), 에미터 전류 제한용 저항기 (168), 저항기 (10) 및 캐패시터 (172) 를 포함한다. 상기 출력 버퍼 회로는 전자 샤워 조립체 (22) 의 필라멘트 (80) 에 대한 제어부를 구동시키기에 충분한 전력을 공급한다. 동작시, RC 회로 (이는 저항기 (170) 및 캐패시터 (172) 를 포함함) 의 시정수는, 상기 전자 샤워 조립체 (22) 의 필라멘트 (80) 의 온도를 물리적으로 변화시키는데 소요되는 비교적 많은 시간에 기인한 링잉 (ringing) 을 방지하기에 충분히 클 때까지 조정된다.

상기에 기술한 제어 시스템 (100) 은, 디스크 전류의 실질적으로 연속적인 제어가 이온 주입시 유지되도록 전자 샤워 필라멘트 (80) 의 출력이 조정되게 한다.

따라서, 본 발명의 제어 시스템 (100) 은 이온 주입시 웨이퍼 전하 작용의 파괴 효과를 실질적으로 제거한다.

상기 기술내용으로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명은 상기 목적을 달성하고 본 명세서에서 언급한 목적 및 이점과 아울러 본 발명에서 본래 존속하고 있는 목적 및 이점을 이루기에 상당히 적합하다. 이러한 개시를 위해 본 발명의 현재 바람직한 실시예가 기술되었지만, 당업자 스스로가 용이하게 제시할 수 있으며 개시되고 첨부된 특허청구의 범위에 정의된 바와같은 본 발명의 사상내에서 달성되는 여러 변형이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.

Claims

실질적으로 연속적으로 디스크 전류를 제어함에 의해 이온 주입 중에 타겟 웨이퍼 상에서의 디바이스의 파괴적인 절연 파괴를 최소화시키는 이온 주입 타겟 전하 제어 시스템으로서, 상기 이온 주입은, 이온 비임의 전하 작용효과를 오프셋시키도록 전자를 발생시키는 전자 샤워 필라멘트 및 상기 전자 샤워 필라멘트로부터 방출되는 전자 및 이온비임이 상기 타겟 웨이퍼와 접촉하는 개방 위치와 상기 이온 비임이 타겟 웨이퍼와의 접촉으로부터 차단되는 폐쇄 위치 사이로 선택 이동가능한 패러데이 플래그를 지니는 이온 주입기의 사용에 의해 달성되는, 이온 주입 타겟 전하 제어 시스템에 있어서, 상기 타겟 웨이퍼를 전기적으로 분리시키는 수단; 상기 디스크 전류를 감시하는 수단; 및 상기 패러데이 플래그를 폐쇄하는데 필요한 시간주기 동안 디스크 전류의 제어를 제공하면서 디스크 전류의 신속한 조정을 허용하는 레벨에서 상기 전자 샤워 필라멘트를 유지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 타겟 전하 제어 시스템.
실질적으로 연속적으로 디스크 전류를 제어함에 의해, 전자를 방출할 수 있는 전자 샤워 및 패러데이 플래그를 구비한 이온 주입기를 사용한 이온 주입 중에 타겟 웨이퍼 상에서의 디바이스의 파괴적인 절연 파괴를 최소화시키는 이온 주입 타겟 전하 제어 회로로서, 상기 패러데이 플래그는, 전자 샤워 필라멘트로부터 방출되는 전자 및 이온 비임이 타겟 웨이퍼와 접촉하는 개방 위치 및 이온 비임이 타겟 웨이퍼와의 접촉으로부터 차단되는 폐쇄 위치사이로 선택적으로 이동가능한, 이온 주입 타겟 전하 제어 회로에 있어서, 상기 타겟 웨이퍼를 통해 흐르는 전류를 감시하고 상기 감시된 전류를 비례 전압으로 변환시키는 수단; 상기 비례 전압을 조작자에 의해 선택된 세트 포인트와 비교하는 수단으로서, 상기 전류감시 수단과 협동하여 상기 디스크 전류를 연속적으로 감시하고 상기 세트 포인트를 유지하는데 요구되는 바에 따라서 상기 디스크 전류를 조정함으로써 주입 중에 상기 타겟 웨이퍼의 디스크 전류를 실질적으로 연속 제어하는, 상기 비례 전압을 조작자에 의해 선택된 세트포인트와 비교하는 수단; 전자를 방출시킬 수 있는 레벨이지만 신속한 동작에 필요한 최소 전력이나 디스크 전류에 영향을 주기에 불충분한 레벨에서 전자 샤워 필라멘트 전류를 유지하는 수단; 상기 패러데이 플래그의 모든 운동에 의해 야기되는 전자의 돌발을 보상하는 수단; 상기 개방 위치로의 패러데이 플래그 운동시 개시 제어를 제공하고 상기 패러데이 플래그의 폐쇄시 제어를 유지하는 수단; 및 상기 필라멘트 전류를 제어하기에 충분한 출력을 유지하면서 발진을 방지하는 감쇠 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 타겟 전하 제어 회로.
연속적으로 디스크 전류를 제어함에 의해, 전자를 방출시킬 수 있는 전자 샤워 필라멘트 및 상기 전자 샤워 필라멘트로 부터의 전자 및 이온비임이 타겟 웨이퍼와 접촉하는 개방 위치와 상기 이온 비임이 상기 타겟 웨이퍼와의 접촉으로 부터 차단되는 폐쇄 위치 사이로 선택 이동가능한 패러데이 플래그를 지니는 이온 주입기를 사용하여 달성되는 이온 주입 중에 타겟 웨이퍼상에서의 디바이스의 파괴적인 절연 파괴를 최소화시키는, 이온 주입 타겟 전하 제어 방법에 있어서, 상기 타겟 웨이퍼를 통해 흐르는 전류를 감시하는 단계; 상기 감시된 전류를 비례전압으로 변환시키는 단계; 상기 비례 전압을 조작자에 의해 선택된 세트 포인트와 비교하고 상기 세트 포인트를 유지하도록 상기 타겟 웨이퍼의 주입시 상기 디스크 전류를 연속적으로 조절하는 단계; 전자를 방출시킬 수 있는 레벨이지만 신속한 동작에 필요한 최소 전력의 1 차 전류에 영향을 주기에 충분한 레벨에서 전자 샤워 필라멘트 전류를 유지하는 단계; 상기 패러데이 플래그의 개방시 전자 돌발 제어를 제공하는 단계; 상기 패러데이 플래그의 폐쇄시 전자 돌발 제어를 제공하는 단계; 상기 패러데이 플래그의 개방시 개시제어를 제공하는 단계; 상기 패러데이 플래그의 폐쇄시 제어를 유지하는 단계; 상기 필라멘트 전류를 제어하기에 충분한 출력을 유지하면서 발진을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 타겟 전하 제어 방법.
실질적으로 연속적으로 디스크 전류를 제어함에 의해, 전자를 방출시킬 수 있는 전자 샤워 필라멘트 및 패러데이 플래그를 지니는 이온 주입기를 사용하여 달성되는 이온 주입 중에 타겟 웨이퍼상에서의 디바이스의 파괴적인 절연 파괴를 최소화시키는, 이온 주입 타겟 전하 제어 방법에 있어서, 타겟 웨이퍼를 통해 흐르는 전류를 감시하는 단계; 상기 디스크 전류를 조작자에 의해 규정된 세트 포인트로 실질적으로 연속 조절하는 단계; 패러데이 플래그의 운동시 전자 돌발을 제어하는 단계; 상기 패러데이 플래그를 동작시키는데 필요한 시간 간격 동안 상기 디스크 전류를 제어하는 단계; 및 전자 샤워에서의 신속한 변경을 허용하는 레벨에서 전자 샤워 필라멘트 전류를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 타겟 전하 제어 방법.
이온 소스와, 폐쇄 위치 및 개방 위치 사이로 선택 이동가능한 패러데이 플래그를 포함하는 유형의 이온 주입 장치용 이온 주입 타겟 전하 제어 회로에 있어서, 전자 샤워가, 필라멘트를 통과하는 전류에 응답하여 단조 증가하는 비율로 전자를 발생시키는 내부 필라멘트, 및 패러데이 플래그가 개방위치에 있는 경우 이온이 주입될 타겟 웨이퍼로 상기 이온 소스에서 발생된 이온 비임을 향하게 하는 이온 가속 수단을 지니며, 디스크 전류 감지 수단이, 2 차 전자 소스, 상기 이온 비임 및 상기 타겟 웨이퍼를 하나의 전기회로로 형성하며, 상기 전기회로를 통하여, 상기 이온 소스 및 전자 샤워로부터, 전자샤워로부터의 전자 및 이온 비임을 통하여 타겟 웨이퍼로의 전하 이동의 순 비율과 동일한 디스크 전류가 상기 타겟 웨이퍼 내의 이온 주입시 통과되며, 상기 이온 주입 타겟 전하 제어 회로는, 이온 주입 중에 상기 타겟 웨이퍼를 전기적으로 분리시키는 수단; 상기 디스크 전류를 측정하며 상기 디스크 전류의 크기를 나타내는 디스크 전류 지시신호를 발생시키는 디스크 전류 감지 수단; 및 설정값과 상기 디스크 전류간의 차에 대한 역관계로 상기 필라멘트를 통해 전류를 흐르게 하며, 상기 패러데이 플래그의 개방 및 폐쇄시 상기 필라멘트를 통과하는 전류의 제어를 유지하는, 상기 디스크 전류 감지 수단 및 상기 필라멘트 사이에 전기적으로 접속되어 있는 필라멘트 전류 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 타겟 전하 제어 회로.