KR100751986B1 - 플라즈마 도핑 시스템용 도즈 모니터 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 도핑 챔버, 반도체 웨이퍼등의 가공물 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 챔버에 연결된 이온화가능한 가스 공급원, 플래튼으로부터 이격된 양극, 플래튼 및 양극 사이에 전압 펄스를 적용하기 위한 펄스 공급원을 포함한다. 전압 펄스는 가공물 부근에서 플라즈마 커버를 갖는 플라즈마를 생성한다. 전압 펄스는 가공물 내에 주입하기 위해 플래튼을 향해 플라즈마 커버를 가로질러 양이온을 가속화시킨다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 커버를 가로질러 가속된 양이온의 샘플을 수집하기 위해 플래튼에 인접하여 위치설정된 적어도 하나의 패러데이 컵을 포함한다. 샘플은 가공물 내에 주입된 양이온량을 나타낸다. 패러데이 컵은 패러데이 컵의 내부 챔버내에 방전의 위험을 감소시키기 위한 다수 구멍 커버를 포함할 수 있다. 패러데이 컵은 전자의 탈출을 억제하기 위해 내부 챔버내의 횡방향 전기장을 생성하도록 형성될 수 있고, 따라서 측정의 정확성이 향상된다.
플라즈마 도핑 장치, 반도체 웨이퍼, 패러데이 컵, 도즈 모니터, 플래튼, 이온 주입법, 전자식 도즈 프로세서

Description

플라즈마 도핑 시스템용 도즈 모니터{DOSE MONITOR FOR PLASMA DOPING SYSTEM}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 1998년 8월 3일 출원된 출원번호 제09/128,370호의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 가공물의 이온 주입에 이용되는 플라즈마 도핑 시스템(plasma doping system)에 관한 것이며, 특히, 플라즈마 도핑 시스템에서 가공물내에 주입된 이온 주입량을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이온 주입법(ion implantation)은 반도체 웨이퍼내에 도전율을 변경시키는 불순물(conductivity-altering impurities)을 주입하기 위한 표준 기술이다. 종래의 이온 주입 시스템에서, 소정의 불순물이 이온 공급원에서 이온화되어, 상기 이온이 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속화되며, 이러한 이온 빔이 웨이퍼의 표면으로 향한다. 빔내의 활성 이온은 대량의 반도체 재료로 침투하고 반도체 재료의 결정 격자로 삽입되어 소정의 도전율을 갖는 영역을 형성한다.
일부 적용예에서, 불순물 재료가 웨이퍼의 표면 가까이의 영역에 한정된 반도체 웨이퍼에서는 얕은 접합(shallow junction)을 형성할 필요가 있다. 이러한 예에서는, 고에너지 가속 및 종래의 이온 주입기와 같은 관련된 빔 형성 하드웨어는 필요하지 않다. 따라서, 반도체 웨이퍼에서 얕은 접합을 형성하기 위한 플라즈마 도핑 시스템의 이용이 제안되어져 왔다. 플라즈마 도핑 시스템에서, 반도체 웨이퍼는 음극으로 기능하는 도전성 플래튼 상에 위치된다. 소정의 불순물(dopant) 재료를 포함하는 이온화가능한 가스는 챔버내로 유도되고, 플래튼과 양극 또는 챔버 벽 사이에 고압 펄스가 인가되어, 웨이퍼 주변에서 플라즈마 외장(plasma sheath)을 갖는 플라즈마의 형성을 야기한다. 인가된 전압은 플라즈마내의 이온이 플라즈마 외장을 가로질러 웨이퍼 속으로 주입되도록 한다. 이온 주입의 깊이는 웨이퍼 및 양극 사이에 인가된 전압과 관련되어져 있다. 플라즈마 도핑 시스템은 1994년 10월 11일, 쉥(Sheng)에게 허여된 미국 특허 제5,354,381호에 개시되어 있다.
상술된 플라즈마 도핑 시스템에서, 고압 펄스는 플라즈마를 발생시키고 플라즈마로부터 웨이퍼를 향해 양이온을 가속화시킨다. 플라즈마 투입 시스템(plasma immersion system)으로 공지된, 플라즈마 시스템의 다른 형태에서, 플래튼과 양극 사이에 연속 RF 전압이 인가되고, 따라서 연속 플라즈마를 생성한다. 때때로, 고압 펄스가 플래튼과 양극 사이에 인가되어, 플라즈마내의 양이온이 웨이퍼쪽으로 가속되도록 한다.
웨이퍼내에 주입된 축적된 이온량 및 웨이퍼 표면에 걸쳐 이온량 균일도에 대해 이온 주입과 관련된 반도체 제조 공정에서 엄격한 요구 사항이 존재한다. 주입된 이온량은 주입된 영역의 전기적 활성을 결정하는 반면, 반도체 웨이퍼 상에 모든 장치가 특정 한계치내에서 작동 특성을 갖도록 보장하기 위해 이온량 균일성 이 요구된다.
플라즈마 도핑 시스템에서 이온량 측정에 접근하는 하나의 선행 기술은 상술한 특허 제5,354,381호에서 기술된 바와 같이, 고압 펄스에 의해 플라즈마로 전달된 전류의 측정과 관련되어져 있다. 그러나, 이 접근은 오류가 발생하기 쉽다. 측정된 전류는 이온 주입 동안 생성된 전자를 포함하고 있으며 중성 분자가 총괄 이온량에 공헌하고 있으나, 가공물내에 주입된 중성 분자를 제외하고 있다. 게다가, 측정된 전류가 주입된 웨이퍼를 통과하므로, 측정된 전류에서 오차를 발생할 수 있다. 이러한 특성들은 방사성, 국부 방전, 웨이퍼 등에서 광전자로부터 가스 방출을 포함한다. 그러므로, 각각의 상이한 웨이퍼들은 동일한 이온량에 대해 측정된 전류가 상이하다. 뿐만 아니라, 측정된 전류 펄스는 측정시에 오차를 유도할 수 있는 대용량 또는 변이 전류 성분을 포함한다.
플라즈마 도핑 선량계(plasma doping dosimetry)에 대한 기술은 이 존스(E. Jones)등에 의해 1997년 2월 1일에 발행된 "플라즈마 과학의 IEEE 보고서",의 25권중 제1번 42-52쪽에 개시된다. 주입 전류 및 주입 전압의 측정은 하나의 주입 펄스에 대한 이온 주입 프로파일을 결정하도록 이용된다. 하나의 펄스에 대한 주입 프로파일은 최종 주입 프로파일 및 전체 주입된 이온량을 투영하도록 이용된다. 이러한 접근은 반복성 보증이 가스 제어 안정성 및 전력 공급에 의존한다는 사실에 부분적으로 기인하여 부정확성을 갖게 된다. 게다가, 경험적 접근은 시간 낭비이고 비용이 많이 소모된다.
웨이퍼에 고에너지 빔의 적용을 포함하는 종래의 이온 주입 시스템에서, 누 적된 이온량은 전형적으로 타겟 웨이퍼의 정면에 위치된 패러데이 컵 또는 패러데이 케이지에 의해 측정된다. 패러데이 케이지는 도전성 외장으로서, 때때로 웨이퍼는 이러한 외장의 하류 단부에서 위치되며, 패러데이 시스템의 일부를 구성한다. 이온 빔은 패러데이 케이지를 통해 웨이퍼를 통과시키고 패러데이에서 전류를 생성한다. 패러데이 전류는 전체 이온량을 결정하기 위해 시간에 대한 전류를 통합하는 전자식 도즈 프로세서(electronic dose processor)에 공급된다. 도즈 프로세서는 이온 주입기를 제한하도록 이용된 피드백 루프의 일부가 될 수 있다.
이온 주입기에 대한 다양한 패러데이 케이지 형상은 선행 기술에서 개시되어져 왔다. 반도체 웨이퍼의 정면에 위치된 패러데이 케이지는 1979년 1월 16일, 포네리스(Forneris) 등에게 허여된 미국 특허 제4,135,097호; 1984년 2월 21일, 터너(Turner)에 의한 허여된 미국 특허 제4,433,247호; 1983년 12월 20일, 로버트슨(Robertson) 등에게 허여된 미국 특허 제4,421,988호; 1984년 7월 21일, 로버트슨(Robertson) 등에게 허여된 미국 특허 제4,463,255호; 1982년 11월 30일, 더글라스(Douglas)에게 허여된 미국 특허 제4,361,762호; 1988년 11월 22일, 콜론드라(Kolondra) 등에게 허여된 미국 특허 제4,786,814호; 1986년 6월 17일, 웨(Wu) 등에게 허여된 미국 특허 제4,595,837호에서 개시된다. 회전 디스크 뒤에 위치된 패러데이 케이지는 1980년 10월 14일, 라이딩(Ryding)에게 허여된 미국 특허 제4,228,358호; 1980년 11월 18일, 라이딩(Ryding)에게 허여된 미국 특허 제4,234,797호; 1986년 5월 6일, 팔리(Farley)에게 허여된 미국 특허 제4,587,433호에서 개시된다.
이온량 및 이온량 균일성은 1988년 6월 14일 코레이, 주니어(Corey, Jr.) 등에게 허여된 미국 특허 제4,751,393호에서 개시된 바와 같이 코너 컵 조립체를 이용하여 종래의 고에너지 이온 주입 시스템에서 또한 측정된다. 중심 개구를 갖는 마스크는 이온 빔의 통로에 위치설정된다. 빔은 웨이퍼 상에 닿은 중심 개구를 통과하는 부분을 갖는 마스크의 영역을 넘어서 주사된다. 작은 패러데이 컵은 마스크의 네 개의 코너에 위치되고 이러한 위치에서 빔 전류를 감지한다.
따라서, 플라즈마 도핑 시스템에서 가공물내로 주입된 이온량을 측정하기 위한 향상된 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명의 제1 실시 태양에 따라, 플라즈마 도핑 장치가 제공된다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 도핑 챔버, 가공물을 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 전형적인 반도체 웨이퍼를 포함하고, 상기 플래튼 및 가공물은 음극, 챔버에 결합된 이온화 가능한 가스 공급원, 플래튼으로부터 이격된 양극 및 음극과 양극 사이의 고압 펄스를 인가하기 위한 펄스 공급원을 구성한다. 고압 펄스는 가공물의 주위에 플라즈마 외장을 갖는 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 이온화가능한 양이온 가스를 포함한다. 고압 펄스는 가공물내에 주입되도록 플래튼을 향해 플라즈마 외장을 가로질러 양이온을 가속화시킨다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 외장을 가로질러 가속되는 양이온의 샘플을 수집하기 위해 플래튼에 인접하게 위치설정된 하나 이상의 패러데이 컵(Faraday Cup)을 더 포함한다. 샘플은 가공물내로 주입된 양이온량을 나타낸다. 패러데이 컵은 복수개의 구멍을 갖는 커버를 가진다. 패러데이 컵에 의해 수집된 이온은 구멍을 통해 패러데이 컵의 내부 챔버 속으로 통과하여 검출된다.
양호하게, 각각의 구멍은 플라즈마 외장의 두께보다 얇은 폭을 갖는다. 각각의 구멍의 폭은 패러데이 컵의 내부 챔버내에 방전의 형성을 방지하도록 선택된다.
일 실시예에서, 커버는 다수 구멍 플레이트를 포함한다. 다른 실시예에서, 커버는 와이어 메쉬를 포함한다. 다른 실시예에서, 패러데이 컵의 커버는 플라즈마를 향한 정면 도전체, 패러데이 컵의 내부 챔버를 향한 후방 도전체 및 전방 도전체와 후방 도전체를 분리시키는 절연체를 포함할 수 있다. 후방 도전체는 전자를 리펠(repel)하도록 편향될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 태양에 따라, 플라즈마 도핑 장치가 제공된다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 도핑 챔버, 가공물을 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 전형적으로 반도체 웨이퍼를 포함하고, 상기 플래튼 및 가공물이 음극, 챔버에 결합된 이온화가능한 가스 공급원, 플래튼으로부터 이격된 양극, 및 음극과 양극 사이의 고압 펄스를 적용하기 위한 펄스 공급원을 구성한다. 전압 펄스는 가공물 주위에 플라즈마 외장을 갖는 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 이온화가능한 양이온 가스를 포함한다. 전압 펄스는 가공물내에 주입되도록 플래튼을 향해 플라즈마 외장을 가로질러 양이온을 가속화시킨다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 외장을 가로질러 가속된 양이온의 샘플을 수집하기 위해 플래튼에 인접하여 위치설정된 하나 이상의 패러데이 컵을 더 포함한다. 샘플은 가공물내로 주입된 양이온량을 나타낸다. 패러데이 컵은 패러데이 컵의 내부 챔버내에 패러데이 컵으로 도입되는 이온의 방향에 대해서 횡방향으로 전기장을 생성하기 위한 수단을 포함한다.
전기장을 생성하기 위한 수단은 패러데이 컵의 내부 챔버내에 위치설정된 전극과 패러데이 컵의 벽에 대하여 전극을 편향시키기 위해 전극에 결합된 전압 공급원을 포함할 수 있다. 패러데이 컵의 내부 챔버가 실린더형 일 때, 전극은 내부 챔버 내에 위치된 축방향 도전체를 포함할 수 있다. 패러데이 컵이 환형 형상을 가질 때, 전극은 패러데이 컵의 내부 및 외부 벽 사이에 위치된 환형 전극을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 환형 패러데이 컵은 전기적으로 절연된 내부 및 외부벽을 가질 수 있다. 패러데이 컵의 내부 챔버내에 패러데이 컵으로 도입되는 이온의 운동 방향에 대해 횡방향으로 전기장을 생성하기 위해 내부 벽및 외부 벽 사이에 전압이 인가될 수 있다.
장치는 플래튼 주위에 배치된 하나의 패러데이 컵 또는 두 개 이상의 패러데이 컵을 포함한다. 플라즈마 도핑 장치는 가드 링을 포함할 수 있고, 패러데이 컵은 가드 링내에 삽입될 수 있다. 가드 링은 플라즈마 균일성을 제한하도록 선택된 음극 포텐셜 또는 다른 포텐셜 중 하나에서 유지될 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 본 명세서에서 참조한 첨부된 도면을 참고한다.
도1은 패러데이 컵을 포함하는 플라즈마 도핑 시스템의 단순화된 개략 블록 도이다.
도2는 웨이퍼 및 패러데이 컵을 도시하는 도1의 플라즈마 도핑 시스템의 부분 개략 단면도이다.
도3은 환형 패러데이 컵을 구체화하는 플라즈마 도핑 시스템의 부분 개략 단면도이다.
도4는 패러데이 컵의 내부 챔버에서 방전을 야기하지 않는 비교적 두꺼운 플라즈마 외장을 도시하는 패러데이 컵의 개략 단면도이다.
도5는 패러데이 컵의 내부 챔버 내에 방전을 야기하는 상대적으로 얇은 플라즈마 외장을 도시하는 패러데이 컵의 개략 단면도이다.
도6은 복수개의 구멍을 갖는 커버를 구체화하는 패러데이 컵의 개략 단면도이다.
도7은 도5에서 도시된 패러데이 컵 커버의 개략 평면도이다.
도8은 도6에서 도시된 패러데이 컵의 확대 부분 단면도이다.
도9는 복수개의 구멍 및 전자를 리펠시키기 위한 전극을 갖는 커버를 구비하는 패러데이 컵의 개략 단면도이다.
도10은 패러데이 컵의 내부 챔버내에 횡방향 전기장을 생성하기 위한 축방향 전극을 갖는 패러데이 컵의 개략 단면도이다.
도11은 패러데이 컵의 내부 챔버내에 횡방향 전기장을 야기하기 위한 환형 전극을 갖는 환형 패러데이 컵의 부분 사시도이다.
하나 이상의 패러데이 컵을 통합하는 플라즈마 도핑 시스템의 실시예가 도1에서 개략적으로 도시된다. 플라즈마 도핑 챔버(10)는 둘러싸여진 체적(12)을 형성한다. 챔버(10)내에 위치설정된 플래튼(14)은 반도체 웨이퍼(20) 등의, 가공물을 유지하기 위한 표면을 제공한다. 예를 들어, 웨이퍼(20)는 웨이퍼의 주연부에서, 플래튼(14)의 평면에 고정될 수 있다. 플래튼(14)은 웨이퍼(20)를 지지하고 웨이퍼(20)에 전기적 접속을 제공한다. 일 실시예에서, 플래튼은 웨이퍼(20)를 지지하기 위한 전기 도전성 표면을 갖는다. 다른 실시예에서, 플래튼은 웨이퍼(20)에 전기적 연결을 위한 도전성 핀을 포함한다.
양극(24)은 플래튼(14)에 이격된 관계로 챔버(10) 내에 위치설정된다. 양극(24)은 플래튼(14)에 수직으로, 화살표(26)로 표시된 방향으로 이동될 수 있다. 양극(24)은 챔버(10)의 전기 도전성 벽에 전형적으로 연결되고, 이들 모두는 접지에 접속될 수 있다.
웨이퍼(20) 및 양극(24)은 고압 펄스 발생기(30)에 연결되므로 웨이퍼(20)가 음극으로서 기능한다. 펄스 발생기(30)는 약 100 내지 5000 볼트, 약 1 내지 50 마이크로세컨드(microseconds)의 지속시간 및 약 100 Hz 내지 2 KHz의 펄스 반복률의 범위에서 펄스를 전형적으로 제공한다. 이러한 펄스 변수값은 단지 예로서 주어지고 본 발명의 영역 내에서 다른 수치가 이용될 수 있다.
둘러싸여진 체적(12)의 챔버(10)는 제어가능한 밸브(32)를 통해 진공 펌프(34)에 연결된다. 질량 유체 제어기(38)를 통해 가스 공급원(36)이 챔버(10)에 연결된다. 챔버(10) 내에 위치된 압력 센서(44)는 제어기(46)로 챔버 압력의 신호 표시를 제공한다. 제어기(46)는 감지된 챔버 압력과 소정의 압력 산출을 비교하고 밸브(32)에 제어 신호를 제공한다. 제어 신호는 챔버 압력과 소정의 압력 사이의 차이를 최소화하도록 밸브(32)를 제어한다. 진공 펌프(34), 밸브(32), 압력 센서(44) 및 제어기(46)는 폐쇄 루프 압력 제어 시스템을 구성한다. 압력은 전형적으로 약 1 밀리토르에서 약 500 밀리토르의 범위에서 제어되지만, 이 범위에 제한되지는 않는다. 가스 공급원(36)은 가공물내에 이온 주입을 위해 소정의 불순물을 함유하는 이온화가능한 가스를 공급한다. 이온화가능한 가스의 예는 BF3, N2, Ar, PF5 및 B2H6를 포함한다. 질량 유동 제어기(38)는 가스가 챔버(10)에 공급될 때의 속도를 조절한다. 도1에서 도시된 형상은 일정한 가스 유속 및 일정한 압력에서 공정 가스의 연속적 유동을 제공한다. 압력 및 가스 유속은 반복가능한 결과를 제공하도록 양호하게 조절된다.
작동시에, 웨이퍼(20)는 플래튼(14) 상에 위치설정된다. 그 다음, 압력 제어 시스템, 질량 유동 제어기(38) 및 가스 공급원(36)은 챔버(10)내에서 소정의 압력 및 가스 유속을 산출한다. 실시예에 의해, 챔버(10)는 BF3 가스로 10 밀리토르의 압력에서 작동할 수 있다. 펄스 발생기(30)는 웨이퍼(20)에 대해 일련의 고압 펄스를 제공하여, 웨이퍼(20)와 양극(24) 사이에 플라즈마(40)의 형성을 야기한다. 공지된 바와 같이, 플라즈마(40)는 가스 공급원(36)으로부터 이온화가능한 양이온 가스를 포함한다. 플라즈마(40)는 플래튼(14)의 주변에 플라즈마 외장(42)을 더 포함한다. 고압 펄스가 플라즈마(40)로부터 플라즈마 외장(42)을 가로질러 플래튼(14)을 향해 양이온을 가속시키는 동안 양극(24)과 플래튼(14) 사이에 전기장이 존재한다. 가속화된 이온은 웨이퍼(20)속으로 주입되어, 불순물 영역을 형성한다. 펄스 전압은 웨이퍼(20)내에 양이온을 소정의 깊이로 주입하도록 선택된다. 웨이퍼(20)내에 소정량의 불순물을 제공하도록 펄스 수 및 펄스 지속시간이 선택된다. 펄스당 전류는 펄스 전압, 가스 압력, 종(species) 및 전극의 임의의 가변 위치의 함수이다. 예를 들어, 음극 대 양극 간극은 상이한 전압으로 조절될 수 있다.
웨이퍼(20) 내로 주입된 이온량을 측정하기 위해 하나 이상의 패러데이 컵이 플래튼(14)에 인접하여 위치설정된다. 도1 및 도2의 실시예에서, 패러데이 컵(50, 52, 54 및 56)은 웨이퍼(20)의 주변 둘레에 등간격으로 이격된다. 각각의 패러데이 컵은 플라즈마(40)를 향한 입구(60)를 갖는 도전성 외피(enclosure)를 포함한다. 각각의 패러데이 컵은 웨이퍼(20)에 유용하게 가까이 양호하게 위치설정되고 플래튼(14)으로 향하는 플라즈마(40)로부터 가속된 양이온의 샘플을 가로챈다.
패러데이 컵은 도즈 프로세서(70) 또는 다른 도즈 모니터링 회로에 전기적으로 연결된다. 공지된 바와 같이, 입구(60)를 통해 각각의 패러데이 컵으로 들어가는 양이온은 패러데이 컵에 연결된 전기 회로에서 전류를 발생시킨다. 전류는 단위 시간 당 수용된 양이온의 수 또는 이온 전류를 나타낸다. 패러데이 컵(50, 52, 54 및 56)에 의해 수용된 이온 전류가 단위 시간당 웨이퍼(20)에서 주입된 이온의 수와 고정된 관계를 갖는 것으로 추정된다. 플라즈마(40)의 균일함 및 플래튼(14)을 향한 이온 가속화의 균일함에 따라, 각각의 패러데이 컵에 의해 수용된 단위 영역 당 이온 전류는 웨이퍼(20)에 주입된 단위 영역당 이온 전류의 비율이 고정되거나 실질적으로 동일하게 될 수 있다. 각각의 패러데이 컵의 전류 발생량이 웨이퍼(20)에 주입된 이온 전류를 나타내므로, 패러데이 컵(50, 52, 54 및 56)은 웨이퍼(20)에 주입된 이온량의 측정을 제공한다.
1998년 1월 27일, 채펙(Chapek) 등에게 허여된 미국 특허 제5,711,812호에 기술된 바와 같이, 플라즈마 도핑 시스템은 플래튼(14)을 둘러싸는 가드 링(66)을 포함할 수 있다. 가드 링(66)은 웨이퍼(20)의 에지 근처에 주입된 이온이 상대적으로 균일하게 분포하도록 편향된다. 패러데이 컵(50, 52, 54 및 56)은 웨이퍼(20) 및 플래튼(14) 주변의 가드 링(66) 내에 위치설정될 수 있다.
다수의 상이한 패러데이 컵 형상이 이용될 수 있다고 이해될 것이다. 제2 실시예는 도3에서 도시된다. 환형 패러데이 컵(80)은 웨이퍼(20) 및 플래튼(14) 주위에 위치설정된다. 환형 패러데이 컵(80)은 이온 전류에서 국부적인 변화가 웨이퍼(20)의 주위에서 평균화되는 장점을 갖는다. 패러데이 컵(80)은 환형 가드 링(82)에서 위치설정될 수 있다. 일반적으로, 임의의 형상을 갖는 하나 이상의 패러데이 컵이 활용될 수 있다. 패러데이 컵은 웨이퍼(20) 및 플래튼(14)에 실질적으로 가깝게 양호하게 위치된다. 그러나, 패러데이 컵은 웨이퍼(20)로 주입된 이온 전류를 나타내는 측정을 제공하는 웨이퍼(20)에 대한 임의의 위치를 가질 수 있다.
상술된 바와 같이, 이온 전류를 나타내는 전기 신호는 패러데이 컵 또는 컵들로부터 도즈 프로세서(70)에 공급된다. 일 실시예에서, 각각의 패러데이 컵으로부터 나온 전류는 챔버(10)의 외부에 위치된 도즈 프로세서(70)에 직접 공급된다. 다른 실시예에서, 예비처리 회로(도시되지 않음)는 플래튼(14)에 가장 가까이 위치될 수 있고 플래튼(14)의 전압으로 작동할 수 있다. 회로는 패러데이 컵의 출력을 전처리하고 도즈 프로세서(70)에 결과를 공급한다.
웨이퍼(20)에 전달된 전체 이온량은 주입 시간이 경과함에 따라 적분되는 순간적인 이온 전류이다. 도즈 프로세서(70)는 일반적으로 패러데이 컵의 출력을 적분하기 위한 회로를 포함한다. 적분기는 통상의 적분기 회로, 대전 감지 증폭기(charge sensitive amplifiers), 또는 적분 기능을 수행하기 위한 임의의 다른 적합한 회로를 이용할 수 있다. 시스템이 두 개 이상의 패러데이 컵을 포함하는 경우에, 출력은 전체 도즈를 측정하도록 평균화될 수 있다. 도즈 프로세서 형상은 종래의 고에너지 이온 주입기와 연결되어 공지되어 있다.
두 개 이상의 패러데이 컵은 도즈 균일성을 측정하도록 이용될 수 있다. 도즈 균일성은 웨이퍼(20)의 표면 영역에 걸쳐 주입된 이온의 균일성이다. 도2를 참조하여, 웨이퍼(20)에서 주입된 이온량이 균일할 때, 패러데이 컵(50, 52, 54 및 56)은 동일한 이온 전류를 수용한다. 이온량이 균일하지 않을 때, 패러데이 컵은 상이한 이온 전류를 수용한다. 따라서, 패러데이 컵의 전류 출력은 서로 비교되거나 참조 수치와 비교되어 균일성 측정이 얻어진다. 그러므로, 예를 들어, 만약 하나 이상의 패러데이 컵이 다른 것들과 상이한 이온 전류를 제공한다면, 불균일한 이온 주입이 표시된다. 예를 들어, 불균일한 주입의 표시는 이온 주입을 멈추거나 바꿈으로써 공정을 제어하도록 이용될 수 있다.
플라즈마 도핑 시스템에서 이용된 패러데이 컵 또는 컵들은 다양하게 상이한 형상을 가질수 있다. 도1에서 도시된 기본 형상에서, 각각의 패러데이 컵의 입구(60)는 플라즈마(40)와 마주하는 웨이퍼(20)의 표면과 동일 평면상에 있을 수 있다. 각각의 패러데이 컵은 패러데이 컵에 의해 플라즈마(40)로 임의의 분산을 최소화하도록 플래튼(14)과 동일한 전위를 가질 수 있다.
패러데이 컵은 도입 전하를 수집하여 순수한 전하 도달율을 나타내는 전기 신호를 제공한다. 따라서, 패러데이 컵으로부터 벗어나는 제2 전자는 이온 전류의 측정량에 오차가 발생한다. 고진공 상태에서 작동하는 패러데이 컵에 대해서, 컵으로의 입구에서 전기장 및/또는 자기장을 인가하는 것이 통상의 실시방법이며 이에 의해, 컵의 이온 충격의 결과로서 방출된 제2 전자는 패러데이 컵으로부터 벗어날 수 없게 된다. 따라서, 출력 신호는 들어오는 이온 빔 전류의 정확한 측정이다. 제2 전자의 탈출을 중단시키는 다른 방법은 전자가 패러데이 컵 벽과 여러번 충돌하는 방법으로 패러데이 컵 형상을 디자인하는 것이며, 이때 탈출의 가능성은 낮아진다. 저진공 상태에서 작동하는 패러데이 컵에 대해서도 동일 원칙이 적용되지만, 패러데이 컵 내에 추가 이온화 공정을 방지하는데 사전 대응이 요구된다.
플라즈마 도핑 시스템은 통상의 빔선(beamline) 이온 주입 시스템보다 낮은 진공 상태(고압)에서 작동한다. 패러데이 컵에서의 가스 압력은 플라즈마 챔버에서의 압력과 동일하다. 플라즈마가 챔버에서 형성되는 바와 같이, 플라즈마 외장 내에 강한 전기장이 형성된다. 패러데이 컵의 주변에 전기장이 존재할 때, 컵 개구 가까이의 가스 분자들은 이온화되고 국부 방전을 강화할 수 있다. 이러한 강화는 기하학적 형태 및 컵 개구의 치수와 관계된다. 실린더 형태는 중공형 음극 효과로 인해 자기장의 두배까지 국부 플라즈마 밀도를 강화할 수 있음이 공지되어 있다. 컵 개구 가까이에 강화된 국부 방전은 컵의 전체 내부 챔버를 가득 채우기 위해 컵으로 연장할 수 있다. 패러데이 컵 내의 방전은 주변 플라즈마를 교란시켜, 웨이퍼내의 이온 주입의 균일함을 감소시킨다. 입사 이온 전류가 더이상 표시되지 않음에 따라, 패러데이 컵 출력 신호 또한 쓸모없어진다.
패러데이 컵에서 방전의 개시는 패러데이 컵 형상, 재료 및 표면 상태, 가스 타입 및 압력, 플라즈마에 적용된 전압 및 플라즈마로부터 초래된 전류의 함수이다. 방전의 개시에서 중요 요소는 패러데이 컵 개구 크기 대 플래튼에 수직인 방향에서 플라즈마 외장 두께의 비이다. 만약 이러한 비율이 1보다 크다면, 플라즈마 외장 에지는 개구에 의해 변형될 수 있고, 이러한 변형은 국부 전기장 분포를 변화시킨다. 전기장 분포의 변화는 변형 공정을 가속시키고 궁극적으로 패러데이 컵 내에 방전을 초래한다. 만약 이러한 비율이 1보다 작다면, 플라즈마 외장 에지의 임의의 변형은 최소화되고, 균일한 이온 주입뿐만 아니라 패러데이 컵의 정상적인 작동은 유지될 수 있다.
내부 챔버(102) 및 개구(104)를 갖는 패러데이 컵(100)은 도4에서 도시된다. 비교적 두꺼운 플라즈마 외장(110)은 개구(104)에 인접하여 형성된다. 개구(104) 가까이에 전기장 분포를 나타내도록 등전위선이 도4에서 도시된다. 플라즈마 외장(110)은 개구(104)에 의해 최소한으로 분포되고, 강화된 국부 방전은 개구(104) 근처 또는 내부 챔버(102)에서 형성되지 않는다.
도5는 비교적 얇은 플라즈마 외장(120)의 경우의 패러데이 컵(100)을 도시한다. 플라즈마 외장(120)은 개구(104)에 의해 현저히 교란되어, 내부 챔버(102) 내에서 방전(122)이 야기된다. 상술된 바와 같이, 방전은 이온 주입의 균일함을 감소시키고 패러데이 컵이 이온 전류 측정에 대해 쓸모없게 한다.
플라즈마 외장 두께는 플라즈마 밀도 및 플라즈마에 적용된 전압의 함수이다. 고밀도 및 저압은 더 얇은 플라즈마 외장을 생성한다. 플라즈마 도핑은 단시간 내에 이온 주입을 끝내도록 충분히 높은 플라즈마 밀도를 요구한다. 높은 플라즈마 밀도는 일반적으로 낮은 주입 전압에서 가스 압력을 증가시킴으로써 이루어진다. 이는 플라즈마 외장이 더욱 얇게 하고 패러데이 컵 방전의 위험을 증가시킨다. 따라서, 도즈 모니터로서 패러데이 컵을 이용하기 위한 유효 범위는 이러한 방전 문제에 기인하여 제한된다.
패러데이 컵 내에 방전의 위험이 감소하는 형상을 갖는 패러데이 컵(200)은 도6-도8에서 도시된다. 도6-도8에서 유사 요소는 동일한 참조번호를 갖는다. 패러데이 컵(200)은 내부 챔버(216)를 형성하는 바닥벽(212)과 측벽(210)을 포함한다. 측벽(210)은 실린더형일 수 있다. 플라즈마 외장(220)과 마주하는 패러데이 컵(200)의 단부는 다수의 구멍(224)을 갖는 커버(222)가 제공된다. 도6의 예에서, 커버(222)는 도전성 다수 구멍 플레이트(conductive multi-aperture plate)이다. 이온은 구멍(224)을 통해 패러데이 컵의 내부 챔버(216)에 도입되어 검출된다. 다수-구멍 커버(222)의 목적은 구멍 폭(W, 도8 참조) 대 플라즈마 외장 두께(T)의 비를 감소시키는 것으로, 바람직하게는 1 이하로 수치를 감소시켜, 패러데이 컵의 내부 챔버(216) 내에서의 방전 위험성을 감소시킨다. 커버(222)는 절연체(226)에 의해 측벽(210)으로부터 전기적으로 절연된다.
커버(222)는 구멍(224)의 전체 개구 영역이 하나의 큰 구멍의 영역과 동일하게 또는 거의 동일하게 형상화될 수 있으므로, 입사 전류는 동일하게 또는 거의 동일하게 남아있다. 다수 구멍 커버(222) 정면에서의 전기장은 단일의 큰 구멍 정면에서의 전기장보다 훨씬 더 균일하다. 일반적인 법칙은 각각의 구멍 넓이 보다 넓은 다수 구멍 커버로부터 이격된 거리에서, 전기장은 구멍과 본질적으로 동일하거나 구멍의 외부이다. 얇은 플라즈마 외장을 생성하는 플라즈마 도핑 공정에 대해서, 외장 두께는 각각의 구멍 넓이 보다 여전히 넓다. 플라즈마 에지에서 이온 및 전자는 이러한 구멍에 의해 영향을 받지 않고 플라즈마가 분산되지 않는다. 이는 패러데이 컵 내의 방전 문제를 제거하고 고압 및 저압에 대해 패러데이 컵의 작동 범위를 연장한다.
패러데이 컵(200)의 측벽(210) 및 바닥벽(212)은 전류 감지 장치(230)를 통해 펄스 공급원(30)에 연결될 수 있다. 커버(222)는 펄스 공급원(30)에 연결될 수 있지만, 전류 감지 장치(230)를 통해 연결되지 않는다. 양호하게, 펄스 공급원(30)은 플래튼(14, 도1) 및 커버(222)를 포함한 패러데이 컵(200)에 대해 동일한 펄스를 공급하므로, 균일한 전기장은 플라즈마에 의해 확인된다. 펄스 전압은 소정의 주입 에너지에 상응하고 전형적으로 약 100 볼트 내지 5000 볼트의 범위를 갖는다. 전류 감지 장치(230)의 출력은 패러데이 컵(200)의 내부 챔버(216)로 들어가는 이온의 수가 표시된 전기 신호이지만, 커버(222) 상에 입사하는 이온을 제외한다. 예를 들어, 전류 감지 장치(230)는 펄스 공급원(30)과 동일한 포텐셜에서 부유하는, 피어슨 코일(Pearson Coil) 또는 배터리 작동식 회로일 수 있다.
패러데이 컵(200)의 확대 부분 단면도는 도8에서 도시된다. 플레이트(222)에서 각각의 구멍(224)의 폭(W)은 양호하게는 얇은 플라즈마 외장을 생성하는 플라즈마 도핑 시스템의 작동 조건하에서 플라즈마 외장(220)의 두께(T)보다 얇다. 구멍(224)은 플라즈마 외장의 두께보다 적어도 한 치수 작게끔 형성된 원형, 기다란 형상 또는 다른 형태일 수 있다. 구멍(224)사이의 공간(S)은 구멍(224)의 넓은 전체 영역을 제공하도록 양호하게 최소화된다. 구멍(224) 사이의 공간(S)은 구멍(224)의 넓이(W)의 치수 정도이거나 그보다 더 작을 수 있다. 구멍(224)의 벽(236)에 의해 차단되는 이온의 수를 감소시키기 위해 커버(222)의 두께(t)는 구조적 무결점이 요구되는 수치로 양호하게 최소화된다. 다수 구멍 커버(222)와 바닥벽(212) 사이의 공간인, 패러데이 컵(200)의 깊이(D)는 양호하게 제2 전자의 탈출이 최소화하도록 충분히 길다.
도6 내지 도8에 도시되고 상술된 커버는 다수 구멍 플레이트로서 구현된다. 본 발명의 범위내에서 상이한 커버 형상이 이용될 수 있다고 이해될 것이다. 패러데이 컵 내에서의 방전을 방지하도록 적절한 크기의 구멍을 갖는 임의의 커버가 이용될 수 있다. 커버는 가공물의 오염을 제한하기 위해 가공물과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 커버는 실리콘 웨이퍼가 주입된 실린콘으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 와이어 메쉬 또는 스크린이 커버로서 이용될 수 있다. 와이어 메쉬에서 와이어 사이의 공간은 양호하게 플라즈마 외장의 두께보다 작은 폭을 갖는 구멍을 제공하도록 선택된다.
다수 구멍 커버의 다른 실시예는 도9에서 개략적으로 도시된다. 도6 내지 도9에서 유사 요소는 동일한 참조 번호를 사용한다. 다수 구멍 커버(240)는 절연체(246)에 의해 분리된 정면 전극(242) 및 후방 전극(244)을 포함한다. 구멍(224)은 정면 전극(242), 절연체(246) 및 후면 전극(244)에 의해 형성된다. 정면 전극(242)은 플라즈마가 균일한 전기장을 경험하는 것을 보장하도록 펄스 공급원(30, 도6)에 연결될 수 있다. 패러데이 컵의 내부 챔버(216)를 향하는 후방 전극(244)은 전자를 리펠하도록 편향될 수 있다. 예를 들어, 후방 전극(244)은 바닥벽(212)에 대하여 음으로 편향될 수 있다. 그러므로, 후방 전극(244)은 내부 챔버(246)로부터 구멍(224)을 통해 제2 전자의 탈출을 방지한다.
상술된 패러데이 컵 형상은 저 입사 이온 밀도에 대해 웰(well)로서 작용한다. 본 발명의 다음 특징은 고이온 밀도의 경우를 다룬다. 플라즈마에서 발생된 이온은 컵내에 양이온 방전 칼럼을 형성하고, 정면 개구를 통해 패러데이 컵으로 들어간다. 칼럼내의 방전 밀도는 이온 속도에 의해 나누어진 이온 플럭스에 의해 주어진다. 이온 밀도가 충분이 높을 때, 이러한 이온에 의해 생성된 전기장은 상당하다. 공간 방전 효과로 알려진 이러한 효과는 이온 밀도가 제곱 센티미터 당 108 이온 이상일 때 고려될 수 있다. 플라즈마 도핑 공정에 대해, 패러데이 컵으로 들어가는 이온 밀도는 주입 변수에 따라서 세제곱 센티미터 당 108 이온 보다 1 배 또는 2 배 정도 높을 수 있다. 공간 방전 효과는 이온이 서로 리펠하도록 하며, 그에 따라 이온 빔의 단면이 증가한다. 전자가 존재하는 경우, 양이온 방전 칼럼이 전자 트랩으로 기능한다. 다시 말해서, 양이온 방전 칼럼은 포텐셜 웰(potential well)을 형성하고 웰 속으로 떨어지는 전자는 외부 공급원으로부터 충분한 에너지를 수용하지 않는다면 벗어날 수 없을 것이다. 몇 개의 전자는 충돌로 인해 트랩 밖으로 되튀어나올 수 있지만, 대부분의 전자는 이온에 대향하는 방향으로, 칼럼을 따라 이동하여, 패러데이 컵을 벗어날 수 있다. 패러데이 컵으로부터 벗어난 전자는 외부 신호에서 에러를 유도한다. 따라서, 정확한 이온 전류 측정을 보장하기 위해 전자와 양이온 방전 칼럼을 분리시키고 컵 내에 전자를 유지하는 것이 중요하다.
전자가 컵을 벗어날 가능성이 줄어든 패러데이 컵 형상이 도10에 도시되어 있다. 패러데이 컵(300)은 측벽(302), 바닥벽(304), 다수 구멍 커버(306) 및 전극(310)을 포함한다. 측벽(302), 바닥벽(304) 및 커버(306)는 패러데이 컵(300)의 내부 챔버(308)를 형성한다. 다수 구멍 커버(306)는 절연체(316)에 의해 분리된 정면 전극(312) 및 후방 전극(314)을 포함할 수 있다. 구멍(318)은 정면 전극(312), 절연체(316) 및 후방 전극(314)에 의해 형성된다. 도10의 실시예에서, 측벽(302)은 실린더형이고, 전극(310)은 실린더형 측벽의 축 상에 위치된 핀(pin) 또는 막대(rod)를 포함한다. 전극(310)은 바닥벽(304)에 전기적으로 연결되고, 측벽(302)은 다수 구멍 커버(306)의 후방 전극(314)에 전기적으로 연결된다. 측벽(302)은 절연체(319)에 의해 바닥벽과 전기적으로 절연된다. 전극(310)은 패러데이 컵(300)으로 들어가는 이온의 방향에 대해 횡방향으로 전기장(320)을 내부 챔버(308)내에 발생시키도록 측벽(302)에 대해 편향된다. 그러므로, 바닥벽(304) 및 중심 전극(310)은 전류 감지 장치(322)를 통해 펄스 공급원(30)에 연결될 수 있고, 커버(306)의 정면 전극(312)은 펄스 공급원(30)에 연결될 수 있으며, 측벽(302) 및 커버(306)의 후방 전극(314)은 전류 감지 장치(326)를 통해 펄스 공급원(324)에 연결될 수 있다. 전류 감지 장치(322 및 326)로부터의 조합된 신호는 이온 전류의 정확한 측정을 제공한다. 펄스 공급원(30 및 324)은 동기화되고(synchronized) 중심 전극(310)에 대해 양으로 측벽(302)을 편향하는 펄스를 발생시킨다. 도10의 실린더형 구조에 있어서, 전기장(320)이 반경방향이므로 전자가 이온 빔의 양이온 방전 칼럼으로부터 밀려지게 된다.
양전하 방전 칼럼에 의해 생성된 포텐셜 웰은 방전 밀도 및 칼럼의 단면적에 비례한다. 세제곱 센티미터당 3×109 이온 밀도의 1 밀리미터 반경 방전 컬럼의 중심에서부터 에지까지 포텐셜 차이는 약 3.4 볼트이다. 칼럼 에지에서 전기장 세기는 센티미터당 대략 136 볼트이다. 전자를 포텐셜 웰 밖으로 밀어내기 위해서는, 양전하 방전 칼럼에 의해 생성된 전기장보다 더 큰 수평 자기장이 요구된다. 이 수평 자기장은 중심 전극(310)과 패러데이 컵의 측벽(302) 사이에 전압을 인가함으로써 유도된다. 전기장은, 전자가 패러데이 컵을 떠나기 전에, 전자 수집기(electron collector)로서 작용하여, 측벽(302)으로 전자를 밀어 넣도록 충분히 강력하다. 중심 전극(310) 및 바닥벽(304)은 이온 수집기(ion collector)로서 작용한다. 네트 전류(net current)(이온 수집기로부터의 전류에서 전자 수집기로부터의 전류를 뺀 전류)는 입사 이온 전류의 정확한 측정치를 제공한다. 1 인치 직경의 패러데이 컵에 대해, 요구되는 전압은 약 200 볼트이다. 패러데이 컵 내에서의 가스 분열을 회피하기에 충분히 낮은 전압을 유지하는 것이 중요하다. 플라즈마 도핑에서 통상적으로 이용된 BF3 가스에 대해서, 최소 분열 전압(breakdown voltage)은 약 500 볼트이다. 단지 실시예로서, -1 킬로볼트의 진폭을 갖는 펄스가 전극(310) 및 바닥벽(304)에 인가될 수 있고, -800 볼트의 진폭을 갖는 동시 펄스(simultaneous pulses)가 측벽(302) 및 다수 구멍 커버(306)의 후방 전극(314)에 인가될 수 있다.
환형 패러데이 컵에서 횡방향 전기장을 발생시키는 패러데이 컵 구조는 도11에 도시되어 있다. 패러데이 컵(340)은 외부 환형벽(342), 내부 환형벽(344), 바닥 환형 벽(346) 및 커버(354)를 포함한다. 전극(350)은 외부벽(342)과 내부벽(344) 사이에 배치된다. 전극(350)은 패러데이 컵으로 들어가는 이온의 방향에 대해 횡방향으로 패러데이 컵(340)의 내부 챔버(348) 내에 전기장(352)을 발생시키도록 편향된다. 전기장(352)은 환형 패러데이 컵에서 반경이므로 패러데이 컵으로 들어가는 이온에 의해 생성된 양이온 방전 칼럼과 이격되게 전자를 민다. 전극(350)은 환형 형상을 가지며 바닥벽(346)에 전기적으로 연결된다. 외부벽(342), 내부벽(344) 및 전극(350)에 인가된 전압 펄스는 패러데이 컵의 내부 챔버(348)내에 횡방향 전기장을 발생시키도록 선택되어 양이온 방전 칼럼과 이격되게끔 전자를 민다. 커버(354)에는 아치형 슬롯일 수 있는 다수 구멍(356)이 형성될 수 있다. 상술된 바와 같이, 각각의 구멍의 폭은 양호하게는 플라즈마 도핑 챔버에서 플라즈마 외장의 두께보다 얇다.
다른 실시예에서, 외부 벽(342)은 내부벽(344)과 전기적으로 절연되고, 전극(350)은 이용되지 않는다. 이 실시예에서, 외부벽(342)은 패러데이 컵의 내부 챔버(348)내에 횡방향 자기장을 발생시키도록 내부 벽(344)에 대해 편향된다. 따라서, 예를 들어, 외부벽(342) 및 내부벽(344)에 인가된 전압 펼스는 소정의 횡방향 전기장을 제공하기 위해 200 볼트와 같은, 선택된 전압 만큼 펄스 진폭이 상이할 수 있다.
도6 내지 도9와 연관하여 상술된 바와 같이, 패러데이 컵은 패러데이 컵 내에서의 방전 위험을 줄이기 위한 다수 구멍 커버를 포함할 수 있다. 도10 및 도11과 연관하여 더 상술된 바와 같이, 패러데이 컵은 패러데이 컵의 내부 챔버로부터 전자의 탈출을 억제하기 위한 횡방향 전기장을 발생시키기 위해 전극이 설치될 수 있다. 이러한 특징은 본 발명의 범위내에서 개별적으로 또는 조합해 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 전극(350)은 다수 구멍 커버(356)를 갖는 환형 패러데이 컵(340)에서 생략될 수 있다. 대안으로, 전극(350)을 갖는 패러데이 컵(340)은 하나의 환형 구멍을 갖는 커버를 이용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예라고 고려되는 것이 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변화 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하다.

Claims (36)

  1. 플라즈마 도핑 챔버와,
    가공물을 지지하기 위해 상기 플라즈마 도핑 챔버에 장착되어 있으며, 상기 가공물과 함께 음극을 구성하는 플래튼과,
    상기 챔버와 연결되어 있으며, 상기 가공물내에 주입하기 위한 소정의 불순물을 함유하는 이온화가능한 가스의 공급원과,
    상기 플래튼으로부터 이격된 양극과,
    상기 가공물 부근에서 플라즈마 외장(sheath)을 갖는 플라즈마를 생성하기 위해 상기 플래튼과 상기 양극 사이에서 전압 펄스를 인가하기 위한 펄스 공급원과,
    상기 플라즈마 외장을 가로질러 가속화된 양이온의 샘플을 수집하기 위해 상기 플래튼에 인접하여 위치된 패러데이 컵(Faraday cup)을 포함하고,
    상기 플라즈마는 상기 이온화가능한 양이온 가스를 포함하고, 상기 전압 펄스는 상기 양이온을 상기 가공물내로 주입하기 위해 플라즈마 외장을 가로질러 상기 플래튼을 향해 상기 양이온을 가속화시키고,
    상기 샘플은 상기 가공물내에 주입된 양이온의 수를 나타내고, 상기 패러데이 컵이 복수개의 구멍을 갖는 커버를 구비하며, 상기 패러데이 컵에 의해 수집된 이온은 상기 구멍을 통해서 상기 패러데이 컵의 내부 챔버속으로 들어가 검출되고,
    상기 플라즈마 외장은 상기 플래튼에 수직한 방향으로 두께를 갖고, 상기 구멍 각각은, 사용시, 페러데이 컵내의 방전 위험을 제한하도록 플라즈마 외장의 두께보다 작도록 선택된 폭을 갖는 플라즈마 도핑 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버는 다수 구멍 플레이트(multi-aperture plate)를 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버는 메쉬(mesh)를 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버는 상기 플라즈마를 향하는 정면 도전체, 상기 패러데이 컵의 내부 챔버와 마주하는 후방 도전체, 및 상기 전방 도전체 및 상기 후방 도전체를 분리시키는 절연체를 포함하고, 전자를 리펠(repel)시키기 위해 상기 후방 도전체를 편향시키는 수단을 더 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버는 상기 가공물의 재료로 제조되는 플라즈마 도핑 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버는 실리콘으로 제조되는 플라즈마 도핑 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버에서 상기 구멍은 원형 구멍을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버에서 상기 구멍은 기다란 구멍을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 내부 챔버내에 상기 패러데이 컵으로 도입되는 이온의 운동 방향에 대해 횡방향으로 전기장을 생성하기 위해 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 위치된 전극을 더 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 내부 챔버는 실린더형 내부 챔버를 포함하고, 상기 전극은 내부 챔버내에 위치된 축방향 도전체를 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 플래튼 주위에 배치된 환형 패러데이 컵을 포함하고, 상기 환형 패러데이 컵은 이격된 내부 및 외부 벽을 가지며, 상기 전극은 상기 내부 벽과 외부 벽 사이에 위치된 환형 전극을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 플래튼 주위에 배치되며 전기적으로 절연된 내부 벽 및 외부 벽을 갖는 환형 패러데이 컵을 포함하고, 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 상기 패러데이 컵으로 도입되는 이온의 이동 방향에 대해 횡방향으로 전기장을 생성하기 위해 상기 내부 벽 및 외부 벽 사이의 전압을 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 상기 패러데이 컵으로 도입되는 이온의 운동 방향에 대해 횡방향으로 전기장을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 내부 챔버를 형성하는 측벽 및 바닥벽을 포함하고, 상기 내부 챔버는 상기 플라즈마와 마주하는 개구를 가지며, 상기 커버는 상기 개구위에 배치되는 플라즈마 도핑 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 실질적으로 실린더형 형상을 갖는 플라즈마 도핑 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 플래튼 주위에 배치된 환형 형상을 갖는 플라즈마 도핑 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 커버에서 상기 구멍은 아치형 슬롯을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  19. 플라즈마 도핑 장치이며,
    플라즈마 도핑 챔버와,
    가공물을 지지하기 위해 상기 플라즈마 도핑 챔버에 장착되어 있으며, 상기 가공물과 함께 음극을 구성하는 플래튼과,
    상기 챔버와 연결되어 있으며, 상기 가공물 내에 주입하기 위한 소정의 불순물을 함유하는 이온화가능한 가스의 공급원과,
    상기 플래튼으로부터 이격된 양극과,
    상기 가공물 부근에서 플라즈마 외장을 갖는 플라즈마를 생성하기 위해 상기 플래튼과 상기 양극 사이에서 전압 펄스를 인가하기 위한 펄스 공급원과,
    상기 플라즈마 외장을 가로질러 가속화된 양이온의 샘플을 수집하기 위해 상기 플래튼에 인접하여 위치된 패러데이 컵을 포함하고,
    상기 플라즈마는 상기 이온화가능한 양이온 가스를 포함하고, 상기 전압 펄스는 상기 양이온을 상기 가공물 내로 주입하기 위해 상기 플라즈마 외장을 가로질러 상기 플래튼을 향해 상기 양이온을 가속화시키고,
    상기 샘플은 상기 가공물 내로 주입된 양이온의 수를 나타내고, 상기 패러데이 컵은 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 상기 패러데이 컵으로 도입되는 이온의 방향에 대해 횡방향으로 전기장을 생성하기 위한 수단을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  20. 제19항에 있어서, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 위치된 전극과, 상기 패러데이 컵의 벽에 대해 전극을 편향시키기 위해 상기 전극에 연결된 전압 공급원을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 패러데이 컵의 내부 챔버는 실린더형 챔버를 포함하고, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 내부 챔버내에 위치된 축방향 전극을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 플래튼 주위에 배치된 환형 패러데이 컵을 포함하고, 상기 환형 패러데이 컵은 이격된 내부 벽 및 외부 벽을 가지며, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 내부 벽과 외부 벽 사이에 위치된 환형 전극을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 패러데이 컵은 상기 플래튼 주위에 배치된 환형 패러데이 컵을 포함하고, 상기 환형 패러데이 컵은 전기적으로 절연된 내부 벽 및 외부 벽을 가지며, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 상기 전기장을 생성하기 위해 상기 내부 벽과 외부 벽 사이에 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 플라즈마 도핑 장치.
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  31. 이온 빔을 감지하기 위한 패러데이 컵이며,
    개구를 갖는 내부 챔버를 형성하는 측벽 및 바닥벽과,
    상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에 상기 패러데이 컵으로 도입되는 이온 방향에 대해서 횡방향으로 전기장을 생성하기 위한 수단을 포함하는 패러데이 컵.
  32. 제31항에 있어서, 상기 전기장을 생성하기 위한 수단은 상기 패러데이 컵의 내부 챔버 내에 위치된 전극, 및 상기 패러데이 컵의 측벽에 대해 상기 전극을 편향시키기 위해 상기 전극에 전압 공급원을 연결시키기 위한 수단을 포함하는 패러데이 컵.
  33. 제31항에 있어서, 상기 내부 챔버는 실린더형 내부 챔버를 포함하고, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 내부 챔버내에 위치된 축방향 도전체를 포함하는 패러데이 컵.
  34. 제31항에 있어서, 상기 측벽은 환형 외부벽 및 환형 내부벽을 포함하고, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 내부 벽과 외부 벽 사이에 위치된 환형 전극을 포함하는 패러데이 컵.
  35. 제31항에 있어서, 상기 측벽은 환형 외부 벽 및 환형 내부 벽을 포함하고, 전기장을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 패러데이 컵의 내부 챔버내에서 상기 전기장을 생성하기 위해 내부 벽과 외부 벽 사이에 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 패러데이 컵.
  36. 제31항에 있어서, 상기 개구 위에 배치된 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 이온이 상기 내부 챔버로 도입되도록 하는 복수개의 구멍을 갖는 패러데이 컵.
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