KR101018555B1

KR101018555B1 - 이온 빔 안내관

Info

Publication number: KR101018555B1
Application number: KR1020080099719A
Authority: KR
Inventors: 제프리 라이딩; 그레고리 로버트 알콧; 리 스프래곤; 로버트 미첼; 마틴 힐켄; 매튜 캐슬; 마빈 파레이
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2011-03-03
Also published as: TWI425551B; TW200926246A; JP2009170404A; CN101504906A; US7872247B2; US20090095916A1; KR20090037359A; CN101504906B

Abstract

본원발명은 이온 주입장치, 특히 주입처리 실행되고 있는 반도체 웨이퍼에 인접한 주입장치에 위치하는 이온 주입장치의 이온 빔에 대한 안내관에 관한 것이다. 이러한 안내관은 주로 주입과정 동안에 웨이퍼 중성화에 사용되는 대전 입자를 제한하기 위해 제공된다. 바람직하게, 상기 안내관은 바깥쪽으로 테이퍼되는 중심 구멍을 가지며, 이로써 이온 빔이 상기 안내관을 통과하는 동안의 빔 가격 문제를 경감시키게 된다.

이온 주입장치, 이온 빔, 빔 가격

Description

이온 빔 안내관 {ION BEAM GUIDE TUBE}

본원발명은 이온 주입장치(ion implanter), 특히 주입처리 실행되고 있는 반도체 웨이퍼에 인접한 주입장치에 위치하는 이온 주입장치의 이온 빔에 대한 안내관(guide tube)에 관한 것이다. 이러한 안내관은 주로 주입과정 동안에 웨이퍼 중성화(wafer neutralisation)에 사용되는 대전 입자를 제한하기 위해 제공된다.

반도체 제조에 이온 주입장치가 사용될 때, 주입처리되는 반도체 표면 위의 절연 위치에 전하의 축적으로 인하여 문제가 발생할 수 있다. 반도체 웨이퍼 표면에서의 과도한 전하는 웨이퍼 상에 형성되는 정교한 구조에 손상을 야기할 수 있으며, 특히 주입 이온이 낮은 에너지에 있을 때 주입 프로세스 자체에 영향을 미칠 수도 있다.

따라서, 이온 주입과정 동안에 웨이퍼 표면상에 중성화 전하 형성을 위한 설비를 제공하는 것이 통상적이다. 주입과정 동안의 웨이퍼 중성화를 위한 설비가 US 5,399,871호에 개시되어 있다. 안내관이 웨이퍼의 전방에 위치하며 주입과정 동안에 이온 빔이 안내관을 통해 웨이퍼로 보내진다. 안내관과 연관된 플라스마 발생기는 안내관의 내부에 낮은 에너지 전자의 공급원을 제공한다. 통상적인 양성 이온 빔(positive ion beam)의 경우에, 주입처리되는 웨이퍼 표면상에 형성될 수 있는 정전하는 양성(positive)이다. 안내관 내의 낮은 에너지 전자는 웨이퍼 표면상에 형성되는 임의의 위치의 양의 정전하에 이끌리며, 이후 중성화된다.

상술한 유형의 전하 중성화 시스템과 관련한 추가적인 개량들이 US 6,101,536, US 6,501,081, 및 US 60/830,117 호에 개시되어 있으며, 이러한 내용들은 그 전체적으로 본원발명에 참조로 병합된다. 상기 종래기술의 문헌에 개시된 중성화 장치는 본 기술분야에서는 플라스마 플러드 시스템(plasma flood system)(PFS)으로 언급된다.

이러한 종래기술에 대하여, 본원발명은 주입과정 동안에 웨이퍼 중성화를 위해 사용되는 대전 입자를 억류하도록 주입처리되는 웨이퍼에 인접하여 주입장치 내에 위치 선정하기 위한, 이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관으로서, 상기 안내관이 상기 이온 빔이 통과할 수 있도록 상기 안내관을 통한 중심 구멍을 형성하기 위하여 벽을 포함하고, 상기 하나 또는 그보다 많은 벽은 상기 중심 구멍이 테이퍼(taper)되도록 구성되는, 이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관을 청구한다.

바람직하게, 안내관에 테이퍼된 구멍을 제공함으로써, 인접한 구멍보다 작은 유입 및/또는 유출 개구를 생략할 수 있다. 예를 들어, 안내관은 유입 및/또는 유출 개구를 통해 연장하는 동안 상기 구멍의 크기에 있어 계단형 변화(step change)를 제공하도록 좁아질 필요가 없다. 구멍 내에서 초래될 수 있는 어떠한 빔 가격(beam strike)도 테이퍼된 벽에 스치는 투사각(grazing incident)에서 이루어진다. 이는 이온 빔의 입자 오염(particle contamination)을 야기하는 빔 가격의 문제를 줄이는 것으로 밝혀졌다.

선택적으로, 중심 구멍은 균일하게 테이퍼될 수 있다. 대안적으로, 중심 구멍은 변화하는 테이퍼를 가질 수 있다. 바람직하게는, 중심 구멍이 크기에 있어서 어떠한 계단형 변화도 갖지 않는다.

중심 구멍이 다수의 벽에 의해 형성되면, 각각의 벽은 중심 구멍이 테이퍼되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 대향하는 한 쌍의 벽과 같이 벽의 일부만이 테이퍼될 수 있다. 이러한 구성은 리본 빔(ribbon beams)과 함께 사용될 때 특히 유용할 수 있는데, 여기서는 안내관이 리본 빔의 작은 축 방향에서 테이퍼될 수 있다.

선택적으로, 안내관은 종방향 축 및 상기 종방향 축을 따라 이온 빔을 수용하기 위한 개방 단부를 가질 수 있다. 상기 종방향 축과 실질적으로 평행하게 위치한 상기 중심 구멍을 형성하는 벽에, 상기 안내관의 내부로부터 외부로 가스 유도 통로를 형성하는, 상기 안내관 벽을 통한 하나 이상의 개구가 제공되고, 상기 통로는, 상기 종방향 축에 수직한 상기 통로를 통한 목시선이 실질적으로 폐색되도록, 상기 종방향 축에 예각을 두고 정렬되는 길이 및 상기 길이를 가로지르는 최소 치수를 갖는다. 선택적으로, 상기 통로는 상기 통로 길이를 가로지르는 주 치수(major dimension)를 갖는 벽을 통한 슬롯으로서 형성되며, 상기 슬롯이 상기 종방향 축에 가로로 놓인다.

상기 안내관의 표면은, 예를 들어 표면의 인접한 부분의 방향에서 급격한 변화에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 표면 피쳐(features)를 제공하기 위하여, 거칠게 가공될 수 있다. 바람직하게는, 상기 표면이 일련의 홈을 제공하기 위하여 거칠게 가공된다. 상기 홈은 0.1 mm 내지 10 mm, 0.25 mm 내지 7.5 mm, 또는 0.5 mm 내지 5 mm 범위의 깊이를 가질 수 있다. 선택적으로, 상기 표면의 일부는 일련의 나란한 홈을 제공하도록 거칠게 가공될 수 있다. 일련의 홈은 0.1 mm 내지 10 mm, 0.25 mm 내지 7.5 mm, 또는 0.5 mm 내지 5 mm 범위의 규칙적인 간격을 갖는 홈을 포함할 수 있다. 홈은 이하의 어떠한 횡단면 프로파일도 가질 수 있다: V-형상, U-형상, 톱니 또는 상자형태의 도랑(box-like trenches). 표면의 일부는 두 개 이상의 교차하는 일련의 홈을 제공하도록 거칠게 가공될 수 있다. 제1 계열(series)과 제2 계열은, 예를 들어 제1 계열 및 제2 계열의 V-형 홈이 4면체의 배열(array of tetrahedra)을 형성하도록 교차하는 것과 같이, 직교하도록 배치될 수 있다.

본원발명은 또한 임의의 상술한 안내관도 포함하는 이온 주입장치를 권리 청구한다. 안내관은 이온 주입장치를 통한 이온 빔 이동 경로의 방향에서 테이퍼될 수 있다. 바람직하게는, 안내관이 이온 빔 경로의 방향에서 바깥쪽으로 테이퍼될 수 있다.

본원발명의 실시예에 이하에서 도면을 참조하여 설명된다.

도 1에서, 도시된 이온 주입장치(10)는 이온 공급원(14)을 포함하며, 이로부터 주입과정에 요구되는 종의 이온을 포함하는 이온이 추출된다. 이온 주입장치(10)는 또한 질량 선택 슬릿(32)을 포함하는 질량 분석장치(30)를 더 포함한다. 질량 분석장치(30)는 본질적으로 주입공정에 필요한 희망 종(desired species)의 이온만이 주입공정을 위한 웨이퍼(12)를 향한 이온 빔(34)으로 질량 선택 슬릿(32)을 빠져나오도록 한다. 이온 주입장치(10)의 모든 요소는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 본 기술분야에서 공지된 통상적인 구성은 US 5,969,366 호에 개시되어 있다.

이온 공급원(14)은 웨이퍼 홀더(36) 상에 장착된 반도체 웨이퍼(12)로 향하는 소정 에너지의 이온 빔(34)을 생성한다. 통상적으로, 이온 빔(34)이 주입처리 될 웨이퍼(12)를 가격할 때 이온 빔(34)의 횡단면 또는 자국(footprint)은 웨이퍼(12)의 면적보다 매우 작다. 따라서, 웨이퍼(12)의 모든 부분이 필요한 이온으로 균일하게 조사(dose)되도록 하기 위해서는, 웨이퍼 홀더(36)가 화살표(18)로 도시된 바와 같이 스캐닝되어, 웨이퍼(12)의 모든 부분이 이온 빔(34)에 동일하게 노출될 수 있다. 이온 빔(34)에 대하여 웨이퍼(12)를 스캐닝하기 위한 시스템은 고정된 이온 빔(34)을 지나는 웨이퍼 홀더(36)의 2차원 스캐닝, 고정된 웨이퍼(12) 위에서 이온 빔(34)의 2차원 스캐닝, 또는 이온 빔(34)이 일 방향으로 스캐닝되고 웨이퍼(12)가 다른 방향으로 이동하는 이들 두 가지 방식의 조합을 수반할 수 있다. 비록 본 발명은 이온 빔(34)이 고정되고 웨이퍼(12)만이 스캐닝되는 경우에 특히 유용하기는 하나, 웨이퍼(12)와 이온 빔(34)의 모든 형태의 상호 스캐닝이 본 발명에서 고려하고 있다.

주입장치(10) 내의 질량 선택된 이온 빔(3)의 에너지는 통상적으로 10 keV 또는 그보다 크다. 이보다 낮은 에너지도 형성될 수 있으나, 이와 같은 낮은 에너지의 빔은 질량 분석기(30)를 통해 전송되기 어려워, 결과적인 낮은 에너지의 이온 빔(34)은 매우 낮은 이온 전류를 가질 수 있다. 그러나 종종 1 keV 또는 이보다 낮은 에너지의 이온을 주입하는 것도 요구된다. 따라서, 도면부호 (22)로 일반적으로 표시된 감속 렌즈 조립체가 질량 선택 슬릿(32)과 웨이퍼(12) 사이에 위치할 수 있다.

감속 렌즈 조립체(22)는 이온 빔(34)의 영역에 정전기 감속 장을 설정하도록 바이어스된 하나 또는 그보다 많은 전극을 포함한다. 따라서 감속 렌즈 조립 체(22)를 통과하는 이온 빔(34)은 주입처리를 위한 낮은 에너지로 감속될 수 있다. 적절한 감속 렌즈 조립체는 상술한 US 5,969,366 호에 상세하게 기재되어 있다.

웨이퍼(12)의 바로 전방 및 감속 렌즈 조립체(22)의 하류에서, 이온 주입장치(10)는 도면부호 (15)로 표시된 웨이퍼 중성화 시스템을 갖는다. 웨이퍼 중성화 시스템(15)은 주로 낮은 에너지의 전자를 제공하기 위한 것이며 또한 이러한 전자를 웨이퍼(12) 바로 전방의 영역에 억류하기 위한 것이다. 이러한 전자는 웨이퍼(12) 상의 임의의 양으로 대전된 위치로 이끌려 과도한 전하가 웨이퍼(12) 상에 형성되는 것과 이러한 전하로 인한 손상을 가능성을 방지할 수 있다. 또한, 웨이퍼 중성화 시스템(15)은 상류 전기장으로부터 웨이퍼를 향하는 장 침투(field penetration)를 최소화하고, 이온 빔이 웨이퍼(12)에 도달하기 바로 전에 이온 빔의 크기를 정하고, 웨이퍼(12) 백업 빔 라인(back up beamline)으로부터 제거되는 가스의 컨덕턴스를 감소시키는 기능을 한다.

도 2 및 3은 종래 기술에 따른 웨이퍼 중성화 장치(15)를 도시한다. 웨이퍼 중성화 장치(15)는 안내관(16)을 포함하는데, 이는 그 각 단부에서 개방되어 이온 빔(34)이 안내관(16)의 종방향 축에 대체로 평행하게 안내관(16)을 통과할 수 있게 된다. 플라스마 챔버(40)가 안내관(16)의 벽에 고정되어 제공된다. 플라스마 챔버(40)의 내부는 개구(2)를 통해 안내관(16)의 내부와 연결된다. 아르곤과 같은 불활성 가스가 라인(43)을 통해 플라스마 챔버(40)로 공급되고, 플라스마 챔버(40)의 벽에 대해 가열된 캐소드(cathode)(44)를 적적하게 바이어싱함으로써 플라스마가 형성된다. 다량의 전자가 플라스마 내에 형성되고, 주입과정 동안에 웨이 퍼(12) 상의 임의의 전하 형성을 중성화하는데 사용하기 위하여, 이후 개구(42)를 통해 안내관(16)의 내부로 빠져갈 수 있다. 이러한 유형의 플라스마 플러드 시스템(15)의 더 상세한 내용에 대해서는 US 6,101,536 및 US 6,501,081 호와 함께, 전술한 US 5,399,871호에 개시되어 있다.

안내관(16)은 플라스마 챔버(40)에 의해 생성된 낮은 에너지 전자를 안내관(16)의 내부 내에 억류하는데 효과적이며, 이로써 웨이퍼(12) 상의 양전하 형성을 중성화하는데 유용하다. 이를 위하여 안내관(16)은 작은 음 전위에서 유지될 수 있다.

특정 형태의 PFS 타입 중성화 시스템(15)이 설명되었지만, 어떠한 중성화 시스템(15)도 본원발명의 실시예에 사용될 수 있으며, 여기서 중성화 시스템(15)은 주입처리되는 웨이퍼(12)의 전방에 그리고 이온 빔(34)의 주위에 중성화 전자를 억류하기 위하여, 안내관(16)과 대체로 유사한 안내관을 사용한다.

안내관(16)은, 본 실시예에서는 후위 가속 시스템에 의해 한정되는 유입 개구(46)를 포함한다. 그러나 (i) 후위 가속 시스템, (ii) 감속 렌즈 조립체, 또는 (iii) 아인젤 렌즈(Einzel lens)와 같은 초점 렌즈를 포함하여, 다양한 구조체가 안내관에 선행할 수 있다. 대안적으로, 유입 개구가 안내관(16)에 특유할 수 있으며 이로써 안내관(16)으로 들어가는 이온 빔(34)의 크기를 제한하는 기능만 한다. 후자의 경우에, 안내관은 자석이나 다른 편향 부재가 선행할 수 있거나 또는 질량 분석기(30)의 질량 선택 슬릿(32) 만이 선행할 수 있다.

좁은 개구(46)는 빔 가격에 민감하며, 따라서 입자 오염의 중요한 공급원을 제공한다. 안내관(16)의 좁힘(narrowing)에 의해 형성되는 유출 개구(48)도 역시 빔 가격에 민감하고, 이로써 입자 오염에 기여하게 되는데, 이는 웨이퍼(12)에 대한 유출 개구(48)의 밀접함으로 인해 특히 중요하게 된다.

도 4 및 5는 본원발명의 제1 실시예에 따른 안내관(16)을 도시한다. 종래기술의 안내관(16)에서 발견되는 유입 및 유출 개구(46 및 48)상의 빔 가격(beam strike)의 문제를 극복하기 위하여, 이러한 좁혀진 개구가 생략되었다. 대신, 안내관(16)에는 평탄한 단부(46 및 48)가 형성된다. 대신, 안내관(16)은 테이퍼 형태(tapering form)를 갖는다. 안내관(16)의 4개의 모든 벽(50-56)은 이온빔(34)의 경로의 방향을 따라 바깥쪽으로 경사지어져 안내관(16)의 하류 단부(48)가 상류 단부(46)에 비하여 넓어지게 된다. 종래기술의 구성과 같게, 벽(50-56)은 그래파이트로부터 제조되거나 그래파이트 라이너가 장착된다.

화살표(34)는 안내관(16)을 통한 이온 빔(34)의 이동 방향을 표시한다. 이온 빔(34)은, 여러 가지 이유로 인하여, 안내관을 통해 이동함에 따라 발산하게 되는 경향이 있다. 첫째로, 공간 전하 효과는 이온 빔의 크기가 확대되게 한다. 둘째로, 이온 빔은 통상적으로 안내관(16) 상류의 지점에서(예를 들어 질량 선택 슬릿(32)에서) 초점이 맞춰지며, 이온 빔(34)은 이 지점 이후에 발산한다.

이온 빔(34)이 발산함에 따라, 안내관(16)을 통하는 구멍을 형성하는 벽(50-56)의 내부 표면을 이온 빔(34)이 가격할 수 있다. 그러나 하류 단부(48)의 크기가 종래 기술의 유출 개구(48)와 동일하므로, 빔 가격에서의 증가는 나타나지 않는다. 더욱이, 빔 가격은 도 4 및 5의 안내관(16)에서 스치는 투사각(grazing incident)에서 이루어지며, 이는 이온 빔(3)에서의 입자 오염의 문제를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 상류 단부(46)의 크기는 종래 기술의 안내관(16)에서의 유입 개구(46)의 통상적인 크기에 비하여 증가될 수 있다. 그러나 예를 들어 안내관(16)의 상류 단부(46)에서 생성되는 전기장에서의 요구에 기인하여, 이러한 크기의 증가가 왜 제한되는지에 관한 다른 이유가 있을 수 있다.

도 6a 내지 6c는 도 4 및 5의 안내관(16)이 제1의 하부 구성부분(58) 및 제2의 상부 구성부분(60)의 두 구성부분으로 어떻게 이루어지는가를 도시한다. 하부 구성부분(58)은 안내관(16)의 하부 벽(56) 및, 도 6a에 (50a) 및 (52a)로 표시된 바와 같이, 측벽(50, 52)의 하부 반을 형성한다. 상부 구성부분(60)은 상부 벽(54) 및 측벽의 상부 반(50b, 52b)을 형성한다. 상부 구성부분(60)에는 또한 상부 구성부분(60)에 체결될 때 플라스마 챔버(40)와 연결될 개구(42)가 제공된다. 상부 및 하부 구성부분(60 및 58)은 예를 들어 볼트에 의해 서로 고정되는 것과 같이 다양한 종래 방법에 의해 결합될 수 있다. 명백하게 알 수 있듯이, 구성부분(58 및 60)은 (도 4 및 5에 도시된 안내관(16)과 달리) 균일한 외부 치수를 가지지만, 그 벽(50-56)이, 이들이 한정하는 내경이 (도 4 및 도 5와 같이) 이온 빔(34)의 경로의 방향을 따라 바깥쪽으로 경사지도록, 형성되는 안내관(16)을 형성하도록 결합된다.

도 7 및 8은 본원발명의 추가적인 실시예에 따른 안내관(16)을 도시한다. 이러한 실시예는, 이하의 추가적인 특징을 제외하고는, 넓게는 도 4 및 도 5의 실시예와 동일하다. 벽(50-56)에는 일련의 경사진 슬롯(60)이 제공된다. 또한, 안 내관(16)의 상류 단부(46)에는 거칠게 가공된 표면(roughened surface)(62)이 제공된다. 이러한 추가사항의 이유는 이하에서 설명된다.

앞서 설명한 바와 같이, 중성화 시스템(15)에는 감속 렌즈 조립체(22)가 선행할 수 있다. 만약 이온 빔(34) 내에 어떠한 중성원자라도 있다면, 이것이 감속 렌즈 조립체(22)를 통과할 때 이 중성 원자는 감속되지 않는다. 이러한 중성원자는 이온 빔(34)의 감속된 에너지보다 큰 에너지에서 안내관(16)을 통해 이동할 수 있으며 이후 이와 같이 높은 에너지에서 웨이퍼(12)로 주입될 수 있다. 웨이퍼(12)의 이러한 에너지 오염(energy contamination)은 바람직하지 않으며, 감속 렌즈 조립체(12)의 영역 내의 중성원자의 개수가 최소화되도록 조처가 취해져야 한다.

중성원자 오염은 안내관(16)의 벽(50-56)을 통해 경사진 슬롯(60)을 제공함으로써 감소될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 도 8에서 보는 바와 같이, 슬롯(60)은 벽(54, 56)(그리고, 도시되지는 않았지만, 벽(50) 및 벽(53))의 두께를 통해 연장한다. 각각의 슬롯(60)은 안내관의 종축에 대해 예각으로 정렬되는 (안내관(16)의 내부 및 외부 사이에서 연장하는) 길이를 갖는다. 또한, 각각의 슬롯(60)은 슬롯(60)의 폭에 상응하는 최소의 치수를 가지며, 이는 안내관(16)의 종축에 수직한 방향에서 안내관(16)의 내부로부터 외부로 아무런 목시선(line of sight)이 존재하지 않도록 충분히 작다. 중요하게, 슬롯(60)은 도 8에 도시된 바와 같이 안내관(16)의 좌측 단부에서 웨이퍼(12)로부터 멀어지도록 그리고 바깥쪽을 향한 방향으로 기울어진다. 이러한 방식으로, 주입과정 동안에 웨이퍼(12)로부터 (통상적으 로는 주입공정에 앞서 웨이퍼(12)에 가해지는 절연도료(resist) 또는 차폐 재료(masking material)로부터) 제거되는 원자 및 분자는 슬롯(60)을 통과함으로써 보다 용이하게 안내관(16)의 내부로부터 벗어날 수 있다. 슬롯(60)을 웨이퍼(12)의 표면으로부터 벗어나게 바깥쪽으로 기울임으로써 절연도료 가스가 모다 용이하게 벗어날 수 있다.

또한, 플라스마 챔버(40)의 내부로의 불활성 가스(아르곤) 공급부(43)는 안내관(16)의 내부의 잔여 가스 압력의 상승을 초래할 수 있다. 통로(60)는 또한 이러한 가스의 방출을 위한 유도 경로(conduction path)를 제공한다.

따라서, 안내관(16)의 상류 단부(46)에 존재하는 가스의 양이 감소된다. 계속해서, 이는 감속 렌즈 조립체(22) 영역에서의 가스 적재(loading)를 감소시킨다. 결과적으로, 잔여 가스 분자와의 충돌로 인해 중성화되는 이온 빔(34) 내의 이온의 확률이 감소하며 안내관(16)을 통해 웨이퍼(12)로 이동하는 이온 빔(34)의 에너지 오염이 감소한다.

안내관(16) 내의 슬롯(60)의 이점은 감속된 이온 빔(34)에 대해 가장 중요할 수 있다 하더라도, 이온 주입장치(10)가 감속 렌즈 조립체(22)를 구비하지 않고 사용되는 경우 또는 감속 렌즈 조립체(22)가 이온 빔(34)을 감속시키도록 바이어스되지 않은 경우에도 이점이 얻어질 수 있다. 이후, 질량 분석기(30)를 따르는 이온 경로를 따라 잔여 가스 압력을 감소시킴으로써 이온 빔(34) 내에 형성되는 중성원자의 개수가 감소할 수 있으며, 이로써 전체 이온 빔 전류가 보다 용이하게 측정될 수 있다.

안내관 벽(50-56)을 통해 슬롯(60)을 기울이는 것은 여러 가지 장점을 갖는다. 먼저, 슬롯(60)이 주입처리되는 웨이퍼(12)로부터 멀어지도록 기울어져 웨이퍼(12)로부터 제거되는 물질이 보다 용이하게 슬롯(60)을 따라 안내관(16)의 외부로 이동할 수 있다. 둘째로, 슬롯(60)의 기울임과 이들 폭의 제어는 안내관(16)의 내부로부터의 열의 복사를 감소시킨다. 이는 프로세스 챔버의 영역에서 진공을 유지하기 위해 사용되는 사이로 펌프(cyro pump)와 같이, 중성화 시스템(15) 및 웨이퍼(12)를 둘러싸는 처리 챔버 내에서 예민한 장비의 과적재(overload)를 방지하는데 있어서 특히 중요할 수 있다. 셋째로, 예각으로 경사진 슬롯(60)은 웨이퍼 중성화를 위해 낮은 에너지 전자를 억류하는데 요구되는 안내관(16) 내의 정전기 장의 실질적인 일그러짐(distortion)을 방지한다.

안내관(16)의 내부가 예를 들어 제거되는 절연도료 물질로 코팅되는 경향이 있다면 추가의 이점이 발생할 수 있다. 이러한 코팅은 절연성일 것이며, 안내관(16)에 의해 생성되는 전자 억류 장(electron confinement field)의 손상을 초래한다. 슬롯(60)은 안내관(16)의 내부 및 외부 사이에서 중요한 길이를 갖는데, 이는 슬롯(60)의 예각에 따라 증가한다. 슬롯(60)의 내부 벽을 포함하여, 안내관(16)의 내부 표면 중 적어도 일부가 절연 코팅이 없이 남아 있을 확률이 증가한다.

도 8의 술롯(60)에 대한 대안으로서, 안내관(16)의 벽(50-56)이 다수의 경사진 슬레이트(slats)를 포함할 수 있다. 이러한 슬레이트는 안내관(16)에 대한 기초 구조를 형성하는 코너 포스트(corner post)에 장착될 수 있다.

이러한 구성에 대한 보다 상세한 내용은 본 출원인의 특허 출원 번호 US 11/822,738 호에 개시되어 있으며, 상기 특허 출원의 내용은 그 전체적으로 본 명세서에 참조로 병합된다.

앞서 설명한 바와 같이, 안내관(16)에 대한 빔 가격(beam strike)은 입자 오염(particle contamination)을 일으킬 수 있으며, 이는 이온 빔(34)이 기울어진 각도로 안내관(16)을 가격한다면 더 악화된다. 도 2의 유출 개구(48)를 제거함으로써 이러한 문제점이 현저하게 감소하는 반면, 안내관(16)의 상류 단부(46)는 이온 빔(34)에 의하여 비스듬히 가격받을 수 있는 면(62)을 여전히 제공한다. 입자가 이러한 면(62)으로부터 스퍼터링되는 문제점을 경감시키기 위하여, 면(62)이 거칠게 가공된다(roughened). 이는 면(62) 내에 일련의 홈을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 도 7에서 거친 가공(roughening)은 4면체의 배열을 형성하는, 일련의 엇갈린 홈인 것이 도시되어 있다. 이러한 거친 가공은 면(62) 상에 물질의 다량의 증착이 형성되는 것을 방지한다는 점에서 유용하다. 예를 들어, 이온 빔(34) 내에 동반하는 그래파이트와 같은 입자가 면(62) 상에 증착될 수 있는데, 이는 오직 나중에야 스퍼터링되어 나가게 된다. 이러한 증착은 축적될 수 있고, 이렇게 되면 후에 다수의 물질 박편(flake)으로 박리될 수 있으며, 이는 주입처리되는 웨이퍼(12) 상에 형성되는 구조체에 매우 큰 손상을 줄 수 있다.

도 7에서는 이러한 방식으로 면(62)만이 거칠게 가공되는 것을 도시하고 있지만, 예를 들어 안내관(16)의 벽(50-56)의 내부 표면과 같이, 이온 빔(34)에 인접한 다른 표면도 이와 유사한 방식으로 거칠게 가공될 수 있다.

이러한 구성의 보다 상세한 내용은 본 출원인의 미국 특허 출원 번호 US 11/651,107호에 개시되어 있으며, 상기 특허 출원의 내용은 그 전체적으로 본 명세서에 참조로 병합된다.

도 7 및 8의 실시예가 슬롯(22) 및 표면의 거친 가공의 이용을 겸비하고 있으나, 이들 두 가지 아이디어 중 어느 하나도 독립적으로 사용될 수 있다. 숙련자는 본원발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도 상기 실시예에 대해 다른 수정이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

예를 들어, 안내관(16)의 테이퍼(taper)는 원하는 전기장 형상을 얻도록 변경될 수 있다. 형상의 조작, 결과적인 전기장 이온 빔에 대한 그 효과는, 예를 들어 Simion(RTM)과 같은 소프트웨어 패키지의 사용을 통해 즉각적으로 달성될 수 있다. 도시된 안내관(16)이 그 길이를 따라 일정한 테이퍼를 채용하고 있으나, 반드시 이러한 것은 아니다. 변화하는 테이퍼 또는 테이퍼를 갖지 않는 평평한 부분이 사용될 수도 있다. 또한, 모든 벽(50-56)이 테이퍼가공될 필요는 없다. 예를 들어, 한 쌍의 벽만이 테이퍼가공될 수 있다.

도 1은 본원발명의 실시예를 포함하는 이온 주입장치의 간략한 다이어그램이다.

도 2는 종래 기술의 웨이퍼 중성화 시스템의 길이를 따른 횡단면도이다.

도 3은 도 2의 선 III-III 을 따른 횡단면도이다.

도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 안내관을 포함하는 웨이퍼 중성화 시스템의 길이를 다른 개략적인 단면도이다.

도 5는 도 4의 선 V-V을 다른 개략적인 단면도이다.

도 6a 내지 6c 는 본원발명의 실시예에 따른 안내관을 형성하도록 조립될 수 있는 제1 및 제2 구성부분의 사시도로서, 도 6a 는 왼쪽이 상류이며 위로부터 본 제1 구성부분의 사시도이며, 도 6b는 왼쪽이 상류이며 위로부터 본 제2 구성부분의 사시도이며, 도 6c 는 도 6b에 대하여 뒤집어진 제2 구성부분의 사시도이다.

도 7은 하류를 향해 본, 본원발명의 추가 실시예에 따른 안내관을 포함하는 웨이퍼 중성화 시스템의 단부도이다.

도 8은 도 7의 웨이퍼 중성 시스템의 길이를 따르는 개략적인 단면도이다.

Claims

주입과정 동안에 웨이퍼 중성화를 위해 사용되는 대전 입자를 억류하도록 주입처리되는 웨이퍼에 인접하여 주입장치 내에 위치 선정하기 위한, 이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관으로서,

상기 안내관이 상기 이온 빔이 통과할 수 있도록 상기 안내관을 통한 중심 구멍을 형성하기 위하여 하나 또는 그보다 많은 벽을 포함하고,

상기 하나 또는 그보다 많은 벽은 상기 중심 구멍이 테이퍼되도록 구성되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제1항에 있어서,

상기 안내관이 인접한 구멍보다 좁은 유입 개구 및 유출 개구 중 하나 이상을 구비하지 않도록, 상기 안내관이 평탄한 단부를 갖는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제2항에 있어서,

상기 안내관이 유입 개구 및 유출 개구 중 하나 이상을 통해 연장하는 동안 중심 구멍의 크기에 있어 계단형 변화(step change)를 제공하지 않도록, 상기 안내관이 매끈하게 테이퍼되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제3항에 있어서,

상기 안내관 길이를 따라 어느 지점에서도 상기 중심 구멍의 크기에 있어 계단형 변화를 제공하지 않도록, 상기 안내관이 매끈하게 테이퍼되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제4항에 있어서,

상기 중심 구멍이 균일하게 테이퍼되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제1항에 있어서,

상기 중심 구멍이 다수의 벽에 의해 형성되며, 각각의 벽은 상기 중심 구멍이 테이퍼되도록 구성되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제1항에 있어서,

상기 안내관이 종방향 축 및 상기 종방향 축을 따라 이온 빔을 수용하기 위한 개방 단부를 가지며,

상기 종방향 축과 평행하게 위치한 상기 중심 구멍을 형성하는 벽에, 상기 안내관의 내부로부터 외부로 가스 유도 통로를 형성하는, 상기 안내관 벽을 통한 하나 이상의 개구가 제공되고,

상기 통로는, 상기 종방향 축에 수직한 상기 통로를 통한 목시선이 폐색되도록, 상기 종방향 축에 예각을 두고 정렬되는 길이 및 상기 길이를 가로지르는 최소 치수를 갖는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제7항에 있어서,

상기 통로는 상기 통로 길이를 가로지르는 주 치수(major dimension)를 갖는 벽을 통한 슬롯으로서 형성되며, 상기 슬롯이 상기 종방향 축에 가로로 놓이는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제1항에 있어서,

상기 안내관의 표면이 거칠게 가공되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제9항에 있어서,

상기 표면이 일련의 홈을 제공하도록 거칠게 가공되는,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
제10항에 있어서,

상기 표면의 일부가, 두 개의 일련의 교차하는 나란한 홈을 제공하도록 거칠게 가공된,

이온 주입장치의 이온 빔을 위한 안내관.
삭제
이온 주입장치로서,

제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 안내관을 갖는,

이온 주입장치.
제13항에 있어서,

상기 안내관이 상기 이온 주입장치를 통한 이온 빔의 이동 방향에서 바깥쪽으로 테이퍼되는,

이온 주입장치.