KR100594272B1 - 이동형 이온 빔 경사각 측정장치 및 그 장치를 이용한이온 빔 경사각 측정방법 - Google Patents
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Abstract
이동형 이온 빔 경사각 측정장치 및 그 장치를 이용한 이온 빔 경사각 측정방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 빔 경사각 측정장치는 이온 주입 장치의 이온 공급원으로부터 X축 방향으로 제공되는 이온 빔의 경사각을 측정하는 장치로서, 이온 전류 측정 유닛, 각도 변화 수단, 위치 변화 수단 및 경사각 산출 수단을 구비한다. 이온 전류 측정 유닛은 이온 빔을 수용하는 이온 빔 수용체 예컨대, 패러데이 컵 조립체를 구비하고, 수용된 이온 빔에 의한 이온 전류를 측정하기 위한 것이다. 그리고, 각도 변화 수단은 이온 빔 수용체에 의한 이온 빔의 수용 각도를 X축과 직교하는 Y축 및/또는 Z축 방향으로 각각 변화시키기 위한 것이다. 그리고, 위치 변화 수단은 이온 빔 수용체를 Z축 방향으로 이동시키기 위한 것이다. 그리고, 경사각 산출 수단은 이온 빔의 수용 각도의 변화에 따른 이온 전류 측정값의 변화로부터 이온 빔의 경사각을 산출하기 위한 것이다.
반도체, 이온 빔, 경사각, 패러데이 컵 조립체
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 경사각 측정장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 이온 빔 경사각 측정장치에 대한 블록도이다.
도 3a는 패러데이 컵 조립체의 일부에 대한 확대 사시도이다.
도 3b는 패러데이 컵 조립체의 홀에 이온 빔이 수용되는 모습을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 4는 패러데이 컵 조립체의 각도 변화 수단의 일 예에 대한 개략적인 구성도이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이온 빔에 대한 경사각 측정장치 및 그 장치를 이용한 이온 빔 경사각 측정방법에 관한 것이다.
이온주입 기술이란 불순물을 이온 상태로 만든 후 이를 가속시켜 이온 빔으로 만든 다음에, 반도체 기판이나 물질막 등의 원하는 영역에 적정량의 이온을 주입시키는 기술이다. 이온주입 공정은 순도 높은 불순물을 선택적으로 주입시킬 수 있는 반도체 제조 공정의 단위 공정의 하나이다. 이온 주입 공정은, 열 확산 공정에 비하여, 주입되는 이온의 위치 및 주입 깊이에 대한 정밀한 제어가 가능할 뿐만이 아니라 재현성이 우수한 특징이 있다. 미국특허 제5,343,047호 및 제5,641,969호 등에는 이러한 이온 주입 공정을 수행할 수 있는 이온주입 장치의 예들이 개시되어 있다.
그런데, 최근 반도체 소자의 고집적화 및 고성능화에 따라서 주입되는 이온에 대해서 보다 정밀한 제어가 요구되고 있다. 즉, 고집적 및 고성능의 반도체 소자를 제조하기 위해서는 주입되는 이온의 수, 주입 영역 및 주입 깊이 등을 보다 엄격하게 제어할 수 있어야 한다. 이를 달성하기 위해서는, 발생되는 이온 빔의 강도 뿐만이 아니라 입사되는 이온 빔의 경사각을 정확하게 제어할 필요가 있다. 왜냐하면, 이온 빔의 경사각이 틀어지면, 채널링 효과(channeling effect)가 발생할 수 있을 뿐만이 아니라, 상부의 마스크 패턴에 의하여 그림자 효과(shadow effect)가 생길 수도 있기 때문이다. 그러므로, 이온 빔의 경사각을 정확하게 측정함으로써, 채널링 효과나 그림자 효과를 방지할 수 있을 뿐만이 아니라 주입되는 이온의 수, 주입 영역 및 주입 깊이를 정밀하게 제어할 수 있어야 한다.
이온 빔의 경사각을 측정하기 위하여 통상적으로 이온 빔 경사각 측정장치가 이온 주입 설비에 구비되어 있다. 본 특허의 출원인과 동일한 출원인에 의하여 출 원된 한국공개특허 제2003-0082823호 "이온 빔 경사각 측정방법 및 측정장치"(2003년 10월 23일 공개)에는 이온 빔 경사각 측정장치 및 그 측정장치를 사용하여 이온 빔의 경사각을 측정하는 방법에 대한 여러 가지 예들이 개시되어 있다. 상기 특허출원은 마치 전부가 본 출원의 명세서에 기술되어 있는 것처럼, 참조에 의하여 본 명세서에 결합한다.
상기 한국공개특허의 도 4를 참조하면, 스폿 이온 빔(spot ion beam)에 대한 경사각 측정장치에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 그리고, 상기 한국공개특허의 도 10을 참조하면, 리본 이온 빔(ribbon ion beam)에 대한 경사각 측정장치에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 상기 한국공개특허에 의하면, 이온 전류 측정부의 패러데이 컵 조립체를 상하 및/또는 좌우로 회전을 시키면서 패러데이 컵 조립체에 수용되는 이온 빔에 의한 이온 전류를 측정한다. 그리고, 상기 측정되는 이온 전류 및 그것의 변화로부터 최대 이온 전류가 발생하는 패러데이 컵 조립체의 회전 각도를 계산한다. 이렇게 구해진 패러데이 컵 조립체의 회전 각도로부터 이온 빔의 경사각을 구할 수가 있다.
그런데, 상기 한국공개특허를 참조하면, 이온 전류 측정부의 패러데이 컵 조립체는 스폿 이온 빔용 측정 장치와 리본 이온 빔용 측정 장치가 서로 상이한 구조를 가지고 있다. 이러한 구성상의 상이점은 이온 빔 경사각 측정장치의 호환성을 떨어뜨리는 단점이 있다. 예컨대, 스폿 이온 빔에 대한 이온 빔 경사각 측정 장치를 가지고서는, 리본 이온 빔을 발생시키는 이온 주입 설비의 이온 빔 경사각을 측정하는 용도로는 사용할 수가 없다.
또한, 상기 한국공개특허에 개시된 이온 빔 경사각 측정장치의 패러데이 컵 구조체는 흑연으로 만들어진 하나 또는 다수의 패러데이 컵을 포함하는데, 이온 빔이 수용되는 패러데이 컵의 홀은 그것의 측벽 구조물에 의하여 한정된다. 흑연을 사용하여 측벽 구조물을 주형 또는 몰딩하여 패러데이 컵을 제조하게 되면, 그 홀의 크기는 수mm 정도로서, 소정의 크기를 가질 수 밖에 없다. 예컨대, 측벽 구조물로 홀을 한정하여 홀의 길이(또는 직경)가 1mm 보다 작도록 만드는 것은, 비록 불가능하지는 않지만, 상당히 어렵다. 홀의 크기가 크면, 스폿 이온 빔의 경사각 검출 해상도는 일정한 한계가 존재할 수 밖에 없다. 이러한 해상도의 한계는 이온 주입 공정을 정밀하게 제어하는데 장애가 된다.
그리고, 이온 빔의 크기가 증가하면 그에 따라서 패러데이 컵의 크기 및 그에 따른 홀의 크기도 동시에 커지기 때문에 경사각 검출 해상도는 더욱 더 저하된다. 예컨대, 300mm 웨이퍼를 사용하는 공정의 경우에는 생산성을 향상시키기 위하여 이온 빔의 크기를 증가시킬 필요가 있는데, 종래 기술에 따른 이온 빔 경사각 측정장치와 동일한 구조를 가지고 크기는 더 큰 경사각 측정장치를 사용하면, 경사각 검출 해상도가 떨어질 염려가 있다.
그리고, 상기 한국공개특허에 개시된 리본 이온 빔 경사각 측정장치의 패러데이 컵 조립체는, 각각의 컵 홀을 한정하는 다수의 패러데이 컵의 결합체로 구성되어 있다. 즉, 다수의 패러데이 컵들이, 리본 이온 빔의 길이 만큼, 가로축으로 길게 고정되어 배치되어 있다. 따라서, 서로 인접한 패러데이 컵 사이에는 소정의 간격이 존재하며, 이 간격은 패러데이 컵의 측벽 두께의 2배 이상이 된다. 따라서, 종래 기술에 따르면, 리본 이온 빔의 소정 구간에 대해서는 이온 빔 경사각을 측정할 수 없는 블라인드 영역(blind region)이 존재하는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 경사각 측정장치의 시스템 구성이 단순할 뿐만이 아니라 스폿 이온 빔의 경사각과 리본 이온 빔의 경사각을 모두 측정할 수 있는 이온 빔 경사각 측정장치 및 그 장치를 사용한 이온 빔 경사각의 측정방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이온 빔의 경사각에 대한 검출 해상도가 우수할 뿐만이 아니라 피측정 이온 빔에 블라인드 영역이 존재하지 않는 이온 빔 경사각 측정장치 및 그 장치를 사용한 이온 빔 경사각의 측정방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 빔 경사각 측정장치는 이온 주입 장치의 이온 공급원으로부터 X축 방향으로 제공되는 이온 빔의 경사각을 측정하는 장치로서, 이온 빔 수용체, 이온 전류 측정 유닛, 각도 변화 수단, 위치 변화 수담 및 경사각 산출 수단을 구비한다. 상기 이온 빔 수용체는 이온 빔 공급원으로부터 제공되는 이온 빔을 수용한다. 그리고, 상기 이온 전류 측정 유닛은 수용된 상기 이온 빔에 의한 이온 전류를 측정하기 위한 이온 전류 측정 수단을 구비하고 있다. 그리고, 상기 각도 변화 수단은 상기 이온 빔 수용체에 의한 상기 이온 빔의 수용 각도를 상기 X축과 직교하는 Y축 및/또는 Z 축 방향으로 각각 변화시킨다. 그리고, 상기 위치 변화 수단은 상기 이온 빔 수용체를 Z축 방향으로 이동시켜서, 상기 이온 빔을 측정하는 위치를 변화시킨다. 그리고, 경사각 산출 수단은 상기 이온 빔의 수용 각도의 변화에 따른 상기 이온 전류 측정값의 변화로부터 상기 이온 빔의 경사각을 산출한다.
상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 이온 빔 수용체는 패러데이 컵 조립체일 수 있다. 이 경우에, 상기 패러데이 컵 조립체는 가로 및 세로 방향으로 배열되어 있는 다수의 홀이 형성되어 있는 패러데이 컵 몸체를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 패러데이 컵 몸체는 단일 구조물일 수 있다. 그리고, 상기 홀은 그 크기가 수 마이크로미터 이상이고 1mm 보다 작을 수 있다.
상기한 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 위치 변화 수단은, 상기 이온 빔 수용체의 위치를 상기 Z축 방향으로 변화시키기 위한 위치 변화용 구동 수단 및 상기 위치 변화용 구동 수단의 동작을 제어하는 위치 제어기를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 이온 빔 수용체는 상기 이온 주입 설비의 웨이퍼 지지대에 장착되어 있을 수 있다. 그리고, 상기 각도 변화 수단은, 상기 이온 빔 수용체의 각도를 Y축 및/또는 Z축 방향으로 축회전시키기 위한 구동축 및 상기 구동축과 기능적으로 연계되어, 상기 구동축의 동작을 제어하는 모터를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 빔의 경사각 측정방법은 이온 주입 장치의 이온 공급원으로부터 제공되는 이온 빔의 경사각을 측정하는 방법으로서, 먼저 상기 이온 공급원으로부터 제공되는 상기 이온 빔의 일부에 대하여 상기 이온 빔의 경사각을 측정하고, 그 다음으로 상 기 이온 빔의 나머지 부분에 대하여 상기 이온 빔의 경사각을 측정한다. 상기 이온 빔의 나머지 부분에 대한 경사각의 측정은 1회 이상의 이온 빔의 일부에 대한 경사각 측정을 반복해서 실시함으로써 수행할 수도 있다. 그리고, 이러한 이온 빔의 경사각 측정방법은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔의 경사각 측정장치를 사용하여 수행할 수 있다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 빔의 경사각 측정방법은 전술한 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔의 경사각 측정장치를 사용한다. 먼저, 상기 이온 빔 수용체를 상기 이온 빔 수용체의 중심축이 상기 X축과 나란하게 되도록 하여 상기 이온 빔의 일부에 의한 이온 전류를 측정한다. 그리고, 상기 이온 빔 수용체의 중심축을 상기 X축과 직교하는 Y축 및/또는 Z축 방향으로 각각 변화시키면서 상기 이온 빔의 일부에 의한 이온 전류를 측정한다. 계속해서, 상기한 단계에서 측정된 이온 전류로부터 상기 이온 빔의 일부에 대한 경사각을 산출한다. 그리고, 상기 이온 빔 수용체를 Z축 방향으로 소정의 간격 만큼 이동시킨 다음, 상기 이온 빔의 다른 일부에 대하여 상기한 과정을 반복하여 상기 이온 빔의 다른 일부에 대한 경사각을 산출한다. 그리고, 이러한 경사각 산출 과정은 상기 이온 빔의 전부에 대한 경사각을 산출할 때까지 반복하여 수행한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있으며, 본 명세서에서 상세하게 설명하지 않은 구성 요소는 전술한 한국공개특허 제2003-0082823호를 참조하면 상세히 알 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것은 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 이동형 이온 빔 경사각 측정장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 그리고, 도 2에는 상기 실시예에 따른 이온 빔 경사각 측정장치를 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 빔 경사각 측정장치(200)는 이온 전류 측정 유닛(210), 각도 변화 수단 및 위치 변화 수단(220) 그리고 경사각 산출 수단(230)을 포함한다. 그리고, 상기 이온 빔 경사각 측정장치(200)에 수용되는 이온 빔은 이온 공급원(100)으로부터 제공된다. 이온 공급원(100)은 소스 가스를 플라즈마 상태로 형성하고, 플라즈마 상태의 소스 가스로부터 특정 이온을 추출하여 이온 빔의 형태로 제공한다. 도 1에는 직사각형의 단면을 갖는 리본 이온빔을 제공하는 이온 공급원(100)이 도시되어 있다. 이온 공급원(100)의 중심축(102)은 일 방향 예컨대 X축 방향으로 향하도록 이온 공급원(100)이 배치되어 있다. 그리고, 리본 이온빔의 수직 단면은 Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 소정의 길이를 가지는 직사각형 모양이다. 예컨대, 리본 이온빔의 수직 단면은 Z축 방향으로 상대적으로 길이가 긴 띠 모양일 수 있다.
이온 전류 측정 유닛(210)은 상기 이온 공급원(100)으로부터 제공되는 이온 빔을 수용하여, 상기 수용된 이온 빔에 의하여 발생하는 이온 전류를 측정한다. 이를 위하여, 이온 전류 측정 유닛(210)은 이온 빔 수용체로서 패러데이 컵 조립체(212)와 상기 수용된 이온 빔에 의하여 발생하는 이온 전류를 측정하는 이온 전류 측정부(214)를 구비한다.
패러데이 컵 조립체(212)는 이온 공급원(100)과 대향하도록 배치되어 있으며, 이온 공급원(100)에서 제공되는 리본 이온 빔의 일부를 수용한다. 도 3a에는 본 발명의 실시예에 따른 패러데이 컵 조립체(212)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
도 3a를 참조하면, 패러데이 컵 조립체(212)는 다수의 이온 빔 수용용 홀(H)이 형성되어 있는 패러데이 컵 몸체(212a)와 다수의 링(212b)을 포함한다. 패러데이 컵 몸체(212a)는 이온 빔을 직접 수용하는 수단으로서, 흑연 등과 같이 이온 빔에 대한 흡수력이 우수한 물질로 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면 패러데이 컵 몸체(212a)에는 다수의 이온 빔 수용용 홀(H)이 매트릭스 형태로 어레이되어 있다. 이온 빔 수용용 홀(H)의 단면은 원형, 장방형 또는 정방형일 수 있는데, 원형인 것이 바람직하다.
이온 빔 수용용 홀(H)은 크기가 0.1mm 또는 그 보다 작다. 이온 빔 수용용 홀(H)은 예컨대, 직육면체 모양의 흑연 구조물을 펀칭하는 등의 방법으로 홀을 형성하기 때문에, 입구의 직경이 작을 뿐만이 아니라 그 직경이 깊이에 상관없이 거 의 균일하다. 도 3b에는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 수용용 홀(H)에 이온 빔이 수용되는 것을 보여주는 모습이 도식적으로 도시되어 있다. 도 3b를 참조하면, 이온 빔 수용용 홀(H)의 크기 즉, 직경(D)은 작으면서 길이(L)는 상대적으로 길고, 또한 그 직경(D)이 길이에 상관없이 변화가 없고 균일하기 때문에, 수용되는 이온 빔의 검출 해상도가 상당히 우수하다. 즉, 이온 빔 수용용 홀(H)이 대향하는 각도에서 조금이라도 벗어나는 이온 빔(점선으로 표시된 이온 빔 수용용 홀에 의해 패러데이 컵 몸체에 흡수되는 이온 빔)은 검출되지 않기 때문에, 이온 빔의 경사각을 보다 정밀하게 측정할 수가 있다. 반면, 이온 빔 수용용 홀(H)과 같은 이온 빔 수용부의 크기가 깊이에 따라서 증가하는 경우에는 이온 빔의 검출 해상도가 저하된다.
또한, 상기한 방법으로 제조된 이온 빔 수용용 홀(H)은 인접한 홀(H) 사이의 간격을 최소한으로 축소시킬 수가 있다. 즉, 펀칭 등의 방법으로 홀을 뚫기 때문에, 이온 빔 수용용 홀(H)을 아주 밀집하게 만들 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 블라인드 영역이 생기는 것을 방지할 수가 있다.
도 3a를 참조하면, 패러데이 컵 몸체(212a)의 일 단에는 다수의 링(212b)이 구비되어 있다. 도 3a에 도시된 링(212b)은 예시적으로 도시된 것으로서, 도시된 링과 다른 구조의 링 및/또는 다른 갯수의 링이 구비되어 있을 수도 있다. 다수의 링(212b)은 바이어스 링, 절연 링 및/또는 냉각 링 등을 포함한다. 바이어스 링은 이온 빔에 의하여 발생되는 이차 전자를 억제하기 위한 수단이다. 절연 링은 바이어스 링과 인접하게 배치되어 있을 수 있다. 그리고, 냉각 링은 이온 빔에 의한 온 도 상승을 방지하기 위한 수단이다. 그리고, 상기 다수의 링(212b)에는 패러데이 컵(212a)에 수용되지 않는 이온 빔을 흡수하기 이온 커버 등이 더 구비되어 있을 수 있다. 상기한 다수의 링(212b) 각각의 구체적인 기능 등은 상기한 한국공개특허 제2003-0082823호에 개시되어 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 전류 측정 유닛(210)의 이온 전류 측정부(214)는, 패러데이 컵 조립체(212)의 이온 빔 수용용 홀(H)을 통과하여 수용된 이온 빔에 의하여 발생하는 이온 전류를 측정하는 수단이다. 이온 전류의 양은 패러데이 컵 조립체(212)의 뒷면에 연결되어 있는 전류계를 사용하여 측정하거나, 종래 기술에 개시된 것과 마찬가지로 발생된 이온 전류를 이온 전압의 형태로 변환하여 측정할 수도 있다. 후자의 경우에, 이온 전류 측정부(214)는 이온 전류를 이온 전압으로 변환시키기 위한 전류 전압 변화부 및 상기 전류 전압 변환부와 연결되고 변환된 이온 전압을 측정하기 위한 전압 측정부를 포함한다. 측정된 이온 전류의 양은 패러데이 컵 조립체(212)의 경사각 및/또는 위치에 따라 다르다. 즉, 이온 빔 수용용 홀(H)이 대향하는 방향이 수용되는 이온 빔의 방향과 일치할 때, 최대의 전류가 흐른다. 본 발명에 따른 이온 빔 경사각 측정 장치(200)은 측정된 이온 전류의 변화로부터 이온 빔의 경사각을 유추한다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 각도 및 위치 변화 수단(220)은 패러데이 컵 조립체(212)의 각도 및/또는 위치를 변화시키고, 변화된 각도 및/또는 위치를 측정하는 수단이다. 즉, 각도 및 위치 변화 수단(220)은 패러데이 컵 조립체(212)의 각도를 변화시키기 위한 제1 모터(222), 패러데이 컵 조립체(212)의 위치를 변화시키기 위한 제2 모터(224), 제1 모터(222)에 의한 패러데이 컵 조립체(212)의 각도를 측정하는 제1 엔코더(encoder, 226) 및 제2 모터(224)에 의한 패러데이 컵 조립체(212)의 위치를 측정하는 제2 엔코더(228)를 포함한다.
제1 모터(222)는 패러데이 컵 조립체(212)가 이온 공급원(100)과 대향하는 Y축 및 Z축 방향의 각도를 변화시킨다. 도 4에는 패러데이 컵 조립체(212)의 각도를 변화시키는 모습에 대한 일 예가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 패러데이 컵 조립체(212)는 X축을 중심으로 그것의 뒷면에 구비되어 있는 구동축(A)에 대하여 자유롭게 축회전을 한다. 즉, 구동축(A)과 연결되어 있는 제1 모터(222)로부터 동력이 전달되면, 구동축(A)에 의하여 패러데이 컵 조립체(212)가 Y축 및/또는 Z축 방향으로 각도를 변화시킨다. 이러한 패러데이 컵 조립체(212)의 각도를 변화시키는 구체적인 수단은 도 4에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 한국공개특허 제2003-0082823호에 개시되어 있는 각도 변화 수단을 사용하여 패러데이 컵 조립체의 각도 변화를 달성할 수도 있다.
그리고, 제2 모터(224)는 패러데이 컵 조립체(212)의 Z축 상의 위치를 변화시킨다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 모터(224)로부터 전달되는 동력에 의하여, 패러데이 컵 조립체(212)가 연결되어 있는 바아(C)가 Z축 방향으로 움직이고, 그 결과 패러데이 컵 조립체(212)의 Z축 상의 위치도 변한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 패러데이 컵 조립체(212)의 크기가 리본 이온 빔의 폭보다 작은 경우에도, 리본 이온 빔 전체에 대한 경사각을 측정할 수가 있다. 뿐만 아니라, 상기 제2 모터(224)의 구동을 멈추면 스폿 이온 빔에 대한 경사각을 측정할 수도 있다. 이러 한 패러데이 컵 조립체(212)의 위치를 변화시키는 구체적인 수단은 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 빔 경사각 측정장치(200)는 이온 전류 측정 유닛(210)으로부터 주어지는 정보와 각도 및 위치 변화 수단(220)으로부터 주어지는 정보를 이용하여 이온 빔의 경사각을 산출하는 경사각 산출 수단(230)을 구비한다. 상기 경사각 산출 수단(230)은 데이터 분석기(232), 각도 제어부(234) 및 위치 제어부(236)를 포함할 수 있다.
데이터 분석기(232)는 이온 전류 측정부(214)로부터 측정된 이온 전류에 대한 정보를 수용하고, 제1 엔코더(226)로부터 상기 이온 전류에 대한 정보가 수용된 시점의 패러데이 컵 조립체(212)의 Y축 및 Z축 방향의 회전각에 대한 정보를 수용하며, 제2 엔코더(228)로부터 상기 이온 전류에 대한 정보가 수용된 시점의 패러데이 컵 조립체(212)의 Z축 상의 위치에 대한 정보를 수용한다. 데이터 분석기(232)는 상기 이온 전류 정보, 회전각 정보 및 위치 정보를 분석하여, 리본 이온 빔의 소정의 Z축 상의 위치에서의 이온 빔의 경사각을 산출한다.
그리고, 각도 제어부(234)는 데이터 분석기(232)와 기능적으로 연관되어 있으며, 그리고 전원 공급기(242)를 통하여 제1 모터(222)에 전원을 공급하여 제1 모터(222)를 구동시킨다. 또한, 위치 제어부(236)는 데이터 분석기(232)와 기능적으로 연관되어 있으며, 그리고 전원 공급기(242)를 통하여 제2 모터(224)에 전원을 공급하여 제2 모터(224)를 구동시킨다.
계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 이온 빔 경사각 측정장치(200)는 디스플 레이 수단(250)을 더 구비할 수 있다. 디스플레이 수단(250)은 데이터 분석기(232)와 기능적으로 연관되어 있으며, 데이터 분석기(232)에서 만들어진 분석 정보를 외부로 표시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 경사각 측정장치(200)의 동작의 일 예를 설명한다.
먼저, 패러데이 컵 조립체(212)가 제1 위치, 예컨대 수용되는 리본 이온빔의 일단에 위치하도록 제2 모터(224)를 구동시킨다. 제2 모터(224)의 구동은 위치 제어부(236)의 제어 신호에 따라서 전원 공급기(242)에 의해 제어된다. 패러데이 컵 조립체(212)는 초기에 그 중심축이 이온 공급원(100)의 중심축(102)과 일치하도록 각도가 조정되어 있다.
그리고, 이온 공급원(100)으로부터 이온 빔을 발생시킨다. 그러면, 이온 빔이 패러데이 컵 조립체(212)의 홀(H)을 통하여 패러데이 컵 조립체(212)의 내부로 수용된다. 수용되는 이온 빔의 양은 수용되는 이온 빔의 각도에 따라서 다르다. 수용되는 이온 빔의 양에 따라서 이온 전류 측정부(214)를 통하여 검출되는 이온 전류가 달라진다. 경우에 따라서는 이온 전류 측정부(214)에 의하여 이온 전류가 하나도 검출되지 않을 수도 있다. 검출된 이온 전류에 관한 데이터는 데이터 분석기(232)로 보내진다.
계속해서, 데이터 분석기(232)는 각도 제어부(234)로 신호를 보내고, 수신된 신호에 기초하여 각도 제어부(234)는 전원 공급기(242)를 거쳐서 제1 모터(222)를 구동시킨다. 제1 모터(222)가 구동되면 패러데이 컵 조립체(212)는 구동축(A)를 중 심으로 Y축 및/또는 Z축 방향으로 축회전을 한다. 패러데이 컵 조립체(212)가 축회전을 하는 방식은 미리 입력되어 있는 소정의 경로를 따라 진행되는데, 상기한 경로에는 특별한 제한이 없다.
예를 들어, X축과 나란하게 배치된 패러데이 컵 조립체(212)는 먼저 Y축 방향을 고정시킨 상태에서 Z축 방향으로 일정한 간격으로 소정의 범위에서 1차 회전을 한 다음, 이번에는 Z축 방향을 고정시킨 상태에서 Y축 방향으로 일정한 간격으로 소정의 범위에서 2차 회전을 할 수 있다. 또는, X축과 나란하게 배치된 패러데이 컵 조립체(212)는 먼저 Z축 방향을 고정시킨 상태에서 Y축 방향으로 일정한 간격으로 소정의 범위에서 1차 회전을 한 다음, 이번에는 Y축 방향을 고정시킨 상태에서 Z축 방향으로 일정한 간격으로 소정의 범위에서 2차 회전을 할 수 있다.
패러데이 컵 조립체(212)가 회전하는 경로에 관계없이, 회전한 정도에 따라서 이온 전류 측정부(214)에서 검출되는 이온 전류의 양은 변한다. 검출된 이온 전류의 양에 대한 정보는 지속적으로 데이터 분석기(232)에 공급된다. 데이터 분석기(232)는 공급된 정보를 바탕으로 이온 빔의 경사각을 산출하는데, 예컨대 최대 이온 전류가 검출된 Y축 각도 및 Z축 각도를 조합하여 이온 빔의 경사각을 산출할 수 있다. 이 때, 산출된 이온 빔의 경사각은 리본 이온 빔의 제1 위치에서의 경사각이 된다.
계속해서, 제1 위치에서 이온 빔의 경사각을 측정한 다음에는, 데어터 분석기(232)는 위치 제어부(236)에 신호를 보낸다. 그 신호에 의하여 전원 공급기(242)는 제2 모터(224)에 파워를 공급하여 패러데이 컵 조립체(214)의 위치를 제2 위치, 예컨대 상기 제1 위치로부터 Z축 방향으로 패러데이 컵 조립체(214)의 폭 만큼 쉬프트된 위치로 이동시킬 수 있다. 그리고, 제1 위치에서와 같은 방식으로 패러데이 컵 조립체(212)를 축회전시키면서 이온 전류를 검출하여 이온 빔의 경사각을 산출한다.
이러한 과정은 리본 이온 빔 전체에 대하여 반복적으로 수행된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면, 후술된 특허 청구 범위에 의하여 정해지는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명을 다양하게 수정하거나 변경하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 이동형 이온 빔 경사각 측정장치는 하나의 패러데이 컵 조립체를 이동시켜서 경사각을 측정하기 때문에, 스폿 이온 빔의 경사각과 리본 이온 빔의 경사각을 측정하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 종래와 같은 다수의 패러데이 컵 조립체의 연결 영역에서 나타나는 것과 같은 블라인드 영역이 존재하지 않는다.
그리고, 본 발명에 의한 리본 이온 빔의 경사각 측정 장치는 크기는 작지만 상대적으로 길이는 긴 다수의 홀을 통해서 이온 빔을 수용하여 경사각을 측정하기 때문에 이온 빔의 경사각을 보다 정밀하게 측정할 수가 있다.
Claims (13)
- 이온 주입 장치의 이온 공급원으로부터 X축 방향으로 제공되는 이온 빔의 경사각을 측정하는 장치에 있어서,상기 이온 빔을 수용하는 이온 빔 수용체를 구비하고, 수용된 상기 이온 빔에 의한 이온 전류를 측정하기 위한 이온 전류 측정 수단을 구비한 이온 전류 측정 유닛;상기 이온 빔 수용체에 의한 상기 이온 빔의 수용 각도를 상기 X축과 직교하는 Y축 및 Z축 방향중 어느 하나의 방향 또는 이들의 순차적 조합 방향으로 각도를 변화시키기 위한 각도 변화 수단;상기 이온 빔 수용체를 Z축 방향으로 이동시키기 위한 위치 변화 수단; 및상기 이온 빔의 수용 각도의 변화에 따른 상기 이온 전류 측정값의 변화로부터 상기 이온 빔의 경사각을 산출하기 위한 경사각 산출 수단을 포함하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제1항에 있어서,상기 이온 빔 수용체는 패러데이 컵 조립체인 것을 특징으로 하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제2항에 있어서,상기 패러데이 컵 조립체는 가로 및 세로 방향으로 배열되어 있는 다수의 홀이 형성되어 있는 패러데이 컵 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제3항에 있어서,상기 패러데이 컵 몸체는 단일 구조물인 것을 특징으로 하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제3항에 있어서,상기 홀은 그 크기가 1 마이크로미터 이상이고 1mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 위치 변화 수단은,상기 이온 빔 수용체의 위치를 상기 Z축 방향으로 변화시키기 위한 위치 변화용 구동 수단; 및상기 위치 변화용 구동 수단의 동작을 제어하는 위치 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제1항에 있어서,상기 이온 빔 수용체는 상기 이온 주입 설비의 웨이퍼 지지대(wafer platen)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 빔 경사각 측정장치.
- 제1항에 있어서, 상기 각도 변화 수단은,상기 이온 빔 수용체를 Y축 및 Z축 방향중 어느 하나의 방향 또는 이들의 순차적 조합 방향으로 축회전시키기 위한 구동축; 및상기 구동축과 기능적으로 연계되어, 상기 구동축의 동작을 제어하는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 경사각 측정장치.
- 이온 주입 장치의 이온 공급원으로부터 제공되는 이온 빔의 경사각을 측정하는 방법에 있어서,(a) 상기 이온 공급원으로부터 제공되는 상기 이온 빔의 일부에 대하여 상기 이온 빔의 경사각을 측정하는 단계; 및(b) 상기 이온 빔의 나머지 부분에 대하여 상기 이온 빔의 경사각을 측정하는 단계를 포함하는 이온 빔 경사각 측정방법.
- 제9항에 있어서,상기 (b)단계는 상기 이온 빔의 일부에 대한 경사각 측정을 1회 이상 반복해서 실시하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 경사각 측정방법.
- 제9항에 있어서,제1항에 기술되어 있는 이온 빔 경사각 측정장치를 사용하여 상기 (a)단계 및 상기 (b)단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 경사각 측정방법.
- 제1항에 기술되어 있는 이온 빔 경사각 측정장치를 사용하여 이온 주입 장치의 이온 공급원으로부터 X축 방향으로 제공되는 이온 빔의 경사각을 특정하는 방법에 있어서,(a) 상기 이온 빔 수용체를 상기 이온 빔 수용체의 중심축이 상기 X축과 나란하게 되도록 하여 상기 이온 빔의 일부에 의한 이온 전류를 측정하는 단계;(b) 상기 이온 빔 수용체의 중심축을 상기 X축과 직교하는 Y축 및 Z축 방향중 어느 하나의 방향 또는 이들의 순차적 조합 방향으로 각도를 변화시키면서 상기 이온 빔의 일부에 의한 이온 전류를 측정하는 단계;(c) 상기 (a)단계 및 상기 (b)단계에서 측정된 이온 전류로부터 상기 이온 빔의 일부에 대한 경사각을 산출하는 단계; 및(d) 상기 이온 빔 수용체를 Z축 방향으로 소정의 간격 만큼 이동시켜서 상기 이온 빔의 다른 일부에 대하여 상기 (a)단계 내지 상기 (c)단계를 반복하여 수행함으로써 상기 이온 빔의 다른 일부에 대한 경사각을 산출하는 단계를 포함하는 이온 빔의 경사각 측정방법.
- 제12항에 있어서,상기 이온 빔의 전부에 대한 경사각을 산출할 때까지 상기 (d)단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이온 빔의 경사각 측정방법.
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2005
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Patent Citations (1)
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| KR20030082823A (ko) * | 2002-04-18 | 2003-10-23 | 삼성전자주식회사 | 이온빔 경사각 측정방법 및 장치 |
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