KR101153106B1 - 플라즈마 기반 이온주입을 위한 패러데이 도즈 및 균일성모니터 - Google Patents
플라즈마 기반 이온주입을 위한 패러데이 도즈 및 균일성모니터 Download PDFInfo
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Abstract
패러데이 도즈 및 균일성 모니터는 타겟 웨이퍼(20)를 둘러싸는 자성적으로 억제된 환형 패러데이 컵(80)을 을 포함할 수 있다. 좁은 구멍은 패러데이 컵 개구부(60) 내의 방전을 감소시킬 수 있다. 환형 패러데이 컵은 브레이크로 인한 방전을 제거하기 위해 연속하는 단면을 가질 수 있다. 상이한 반경에서의 다수의 한형 패러데이 컵은 플라즈마 균일성의 변화를 모니터링하기 위해 독립적으로 전류 밀도를 측정할 수 있다. 자성 억제 필드는 플라즈마 및 이온주입 혼란을 최소화하기 위해 거리에 따라 자기장 세기가 매우 빠르게 감소하도록 구성되고 방사형 및 방위각 성분 또는 주된 방위각 성분을 포함할 수 있다. 방위각 자기장 성분은 교호하는 극성의 다수의 수직 배향된 자석들에 의해 또는 자기장 코일의 사용에 의해 생성될 수 있다. 게다가, 도즈 전자장치는 고전압에서 펄싱된 전류의 통합을 제공하고, 통합된 전하를 도즈 제어기에 광학적으로 결합된 일련의 광 펄스로 변환한다.
Description
개시된 방법과 시스템은 작업물의 이온주입에 사용된 플라즈마 도핑 시스템에 관한 것이며, 특히 작업물 내에 주입된 도즈(dose)의 균일성과 도즈를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이온주입은 전도성-변환 불순물을 반도체 웨이퍼에 도입시키기 위한 표준 기술이다. 종래 이온주입 시스템에서, 원하는 불순 물질은 이온 소스에서 이온화되고 이러한 이온들은 미리설정된 에너지의 이온빔을 형성하도록 가속되며, 이온빔은 웨이퍼의 표면으로 지향된다. 빔에서 에너지화된 이온은 반도체 재료의 벌크 안으로 관통하고 반도체 재료의 결정 격자 안으로 매립되어 원하는 전도성 영역을 형성한다.
일부 사용분야에서, 불순 물질이 웨이퍼 표면 부근 영역으로 한정되는 반도체 웨이퍼 내의 얕은 접합부(junction)을 형성할 필요가 있다. 이러한 사용분야에서, 종래 이온주입기의 하드웨어를 형성하는 고에너지 가속 및 관련 빔은 필요하지 않다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 얕은 접합부를 형성하기 위해 플라즈마 도핑 시스템을 사용하는 것이 제시되었다. 플라즈마 도핑 시스템에서, 반도체 웨이퍼는 캐소드로서 기능하는 도전성 플래튼(platen) 위에 위치한다. 원하는 도펀트 물질을 함유한 이온화가능한 가스는 챔버 안으로 도입되고, 고전압 펄스가 플래튼과 애노드 또는 챔버 벽 사이에 인가되어, 웨이퍼에 근접한 플라즈마 시쓰(sheath)를 갖는 플라즈마를 형성한다. 인가된 전압은 플라즈마의 이온들이 플라즈마 시쓰를 가로질러 웨이퍼 안으로 주입되게 한다. 이온주입 깊이는 웨이퍼와 애노드 사이에 인가된 전압과 관련한다. 플라즈마 도핑 시스템은 1994년 10월 11일자로 쉥(Sheng) 등에게 부여된 미국특허 5,354,381호에 개시되어 있다.
상기 개시된 플라즈마 도핑 시스템에서, 고전압 펄스는 플라즈마를 생성하고 플라즈마로부터 웨이퍼를 향해 양이온을 가속시킨다. 플라즈마 이머젼(immersion) 시스템으로 알려진, 다른 타입의 플라즈마 시스템에서, 통상적으로 무선주파수(RF) 전력을 인가하여 생성된 연속 플라즈마는 플래튼과 애노드 사이에서 유지된다. 간격을 두고, 고전압 펄스가 플래튼과 애노드 사이에 인가되어, 플라즈마의 양이온들이 웨이퍼를 향해 가속되게 한다.
웨이퍼 안으로 주입되는 축적 이온 도즈와 웨이퍼 표면을 가로지른 도즈 균일성과 관련한 이온주입을 포함하는 반도체 제조 공정에는 엄격한 조건이 요구된다. 주입된 도즈는 주입된 영역의 전기적 활성을 결정하지만, 도즈 균일성은 반도체 웨이퍼 상의 모든 소자들이 특정 한계 내의 작동 특성을 갖기 위해 필요하다. 타겟 또는 웨이퍼에 충격을 주는 이온 전류의 정확한 측정은 공정 성능을 저하시키지 않고 반복적인 이온주입 도즈를 얻기 위해 이온주입 공정 시간을 제어할 것을 요구한다. 측정은 플라즈마로부터 양이온의 주입을 달성하도록 음의 DC 바이어스 로 펄싱되는 이온주입 타겟에 또는 타겟에 근접하여 측정이 수행되어야 한다는 사실로 인해 복잡해진다. 따라서, 고전위에서 측정된, 이온 전류 신호 정보는 이온주입 공정 시간을 제어하는 제어 시스템에 의한 사용을 위해 접지 전압에 결합되어야 한다. 이상적으로, 균일성 측정은 이온 전류 측정 구성에 포함될 수 있다.
플라즈마 도핑 시스템에서 도즈 측정을 위한 종래 방법 중 하나는 전압 펄스에 의해 플라즈마에 전달된 전류의 측정을 포함하며, 이는 상술한 미국특허 5,354,381호에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 정확하지 않다. 측정된 전류는 이온주입 동안 생성된 전자들을 포함하며 작업물에 주입되는 중성 분자들이 전체 도즈에 영향을 줌에도 불구하고 중성 분자를 제외한다. 또한, 측정된 전류가 주입되는 웨이퍼를 통과한 이후, 측정된 전류는 웨이퍼의 특성에 의존하며, 이는 측정된 전류에 오차를 발생시킬 수 있다. 이러한 특성은 웨이퍼 상의 포토레지스트로부터의 방사율, 국부적인 하전, 가스 방출 등을 포함한다. 따라서, 상이한 웨이퍼들은 동일한 이온 도즈에 대해 상이한 측정 전류를 제공한다. 게다가, 측정된 전류 펄스는 측정시 오차를 유발할 수 있는 큰 용량성 또는 변위 전류 성분을 포함한다.
플라즈마 도핑 도지메트리(dosimetry)에 대한 기술은 Jones 등이 게재한 1997년 2월호 IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 25, No.1의 42-52쪽에 개시되어 있다. 이온주입기 전류와 이온주입 전압의 측정은 단일 이온주입 펄스에 대한 이온주입 프로파일을 결정하는데 사용된다. 단일 펄스에 대한 이온주입 프로파일은 최종 이온주입 프로파일 및 전체 주입된 도즈를 예측하는데 사용된다. 또 한 이러한 방법은 반복성을 보장하기 위해 전력 공급 및 가스 제어 안정성에 의존한다는 사실이 어느 정도 이유가 되어 정확하지 않다. 또한, 실험적인 방법은 시간이 소요되고 비용이 비싸다.
웨이퍼에 고에너지 빔을 제공하는 것을 포함하는 종래 이온주입 시스템에서, 축적 이온 도즈는 통상적으로 타겟 웨이퍼의 전면에 위치한 패러데이 컵(Faraday cup) 또는 패러데이 케이지(cage)에 의해 측정된다. 패러데이 케이지는 통상적으로 전도성 밀봉부이며, 종종 웨이퍼는 패러데이 시스템의 일부를 구성하는 밀봉부의 하향 단부에 위치한다. 이온 빔은 패러데이 케이지를 통과하여 웨이퍼에 이르며 패러데이의 전류를 형성한다. 패러데이 전류는 전기적 도즈 프로세서에 공급되고, 상기 프로세서는 전체 이온 도즈량(dosage)을 결정하기 위해 전류를 시간과 관련하여 적분한다. 도즈 프로세서는 이온주입기를 제어하는데 사용되는 피드백 루프의 일부일 수 있다. 이온주입기를 위한 다양한 패러데이 케이지 구성이 종래에 개시되어 있다. 반도체 웨이퍼의 전면에 위치한 패러데이 케이지는 Forneris 등의 1979년 1우러 16일자 미국특허 4,135,097호; Turner의 1984년 2월 21일자 미국특허 4,433,247호; Robertson 등의 1983년 12월 20일자 미국특허 4,421,988호; Robertson 등의 1984년 7월 31일자 미국특허 4,463,255호; Douglas의 1982년 11월 30일자 미국특허 4,361,762호; Kolondra 등의 1988년 11월 22일자 미국특허 4,786,814호; 및 Wu 등의 1986년 6월 17일자 미국특허 4,595,837호에 개시되어 있다. 회전하는 디스크 뒤에 위치한 패러데이 케이지는 Ryding의 1980년 10월 14일자 미국특허 4,228,358호; Ryding의 1980년 11월 18일자 미국특허 4,234,797호; 및 Farley의 1986년 5월 6일자 미국특허 4,587,433호에 개시되어 있다.
또한 도즈 및 도즈 균일성은 Corey 등의 1988년 6월 14일자 미국특허 4,751,393호에 개시된 코너 컵 장치를 이용한 종래 고에너지 이온주입 시스템으로 측정된다. 중앙 개구부를 갖는 마스크는 이온빔의 경로에 위치한다. 빔은 마스크의 영역 위를 스캐닝하며 빔의 일부는 중앙 개구부를 통과하여 웨이퍼에 충돌한다. 작은 패러데이 컵은 마스크의 4개의 코너에 위치하고 이들 위치에서 빔 전류를 감지한다.
다른 패러데이 컵 구성은 Chen 등의 2000년 4월 18일자 미국특허 6,050,218호, Denholm 등의 2000년 8월 15일자 미국특허 6,101,971호, 및 Liebert 등의 2000년 2월 1일자 미국특허 6,020,592호에 개시되어 있다. Chen 등의 구성과 Denholm 등의 구성은 패러데이 컵을 위한 정전기 억제의 사용을 개시하며, 이러한 정전기 억제는 "마이크로-아크"를 통해 입자 오염을 유발할 수 있다. Liebert 등의 구성은 2차 전자들의 자성(magnetic) 억제를 제공하기 위해 마스크와 패러데이 컵의 진입부 사이에 위치한 자기장의 사용을 개시한다. 그러나 자기장 혼란은 측정 오류를 유발할 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템과 방법은 플라즈마 도핑 챔버, 반도체 웨이퍼와 같은 작업물을 지지하기 위해 상기 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 대체로 원형인 플래튼, 상기 챔버에 결합된 이온화가능한 가스 소스, 상기 플래튼과 이격된 애노드 및 플래튼과 애노드 사이에 고전압 펄스를 인가하기 위한 펄스 소스를 갖는 플라즈마 도핑 시스템을 포함할 수 있다. 고전압 펄스는 작업물에 인접한 플라즈마 시쓰를 갖는 플라즈마를 형성한다. 고전압 펄스는 플라즈마 시쓰를 가로질러 플래튼을 향하도록 양이온들을 가속시켜 작업물 안으로 주입되게 한다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속된 양이온들의 샘플을 수집하기 위해 플래튼에 인접하게 위치하고 플래튼을 둘러싸는 적어도 하나의 환형 패러데이 컵을 포함한다. 상기 샘플은 작업물에 주입된 양이온들의 도즈를 나타낸다.
상기 장치의 폭과 두께 및 패러데이 컵의 깊이는 개구부 내에서 방전을 감소시킬 수 있는 얕고 좁은 패러데이를 제공한다. 패러데이 컵의 이온 수집 전극은 방위각이 대칭인 간섭으로 인해 방전을 제거할 수 있는, 연속적인 방위각 단면을 가질 수 있다. 플라즈마와 이온주입 동요(perturbation)는 자기장 세기가 거리에 따라 매우 빠르게 감소하는 자성 억제 필드를 이용함으로써 최소화될 수 있으며, 이는 N극 및 S극을 서로 매우 인접하게 함으로써 달성될 수 있다.
자기장은 대체로 수집 전극을 방사형으로 가로지르는 방향일 수 있지만, 억제 자석은 인접한 자석들에 대해 반대 방향에서 방사형 방향으로 회전할 수 있도록 교류 방위각 자기장 성분을 제공할 수 있으며, 이는 2차 전자 평균 자유 경로(mean free path)를 감소시킬 수 있다. 자성 억제 필드는 방사형 및 방위각 성분 모두를 갖거나 주된 방위각 성분을 갖는 자기장을 포함할 수 있다. 방위각 자기장 성분은 다수의 교류 극성의 수직으로 배향된 자석들에 의해 또는 자기장 코일의 사용, 예컨대 솔레노이드의 리턴 자기장의 사용에 의해 생성될 수 있다. 방위각 및 방사형 성분 모두는 교호적으로 경사진 극들을 갖는 다수의 수평 배향된 자석들에 의해 생성되어, 대체로 방사형인 극 방향이 주된 방위각인 전자들에 힘을 가하며, 이러한 경사는 방사형 성분을 만든다. 여기서 사용된 것처럼, 방사형 및 방위각 방향은 플래튼 또는 웨이퍼와 관련하여 대체로 수평 방향에 관한 것이다.
패러데이 애퍼처는 상이한 반경들에서 독립적으로 측정된 개구부를 가질 수 있다. 상이한 반경에서의 전류 밀도 차이는 플라즈마 균일성의 변화를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 게다가, 도즈 전자들은 고전압에서 펄스된 전류의 통합을 제공하고, 통합된 전하를 도즈 제어기에 광학적으로 결합된 일련의 광 펄스로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 도핑 챔버, 작업물을 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 작업물에 이온주입을 하기 위해 원하는 도펀트를 포함하고 챔버에 결합된 이온화가능한 가스의 소스, 작업물에 인접한 플라즈마 시쓰를 갖는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스, 이온화가능한 가스의 양이온들을 포함하는 플라즈마 및 작업물로의 이온주입을 위해 양이온들을 플라즈마 시쓰를 가로질러 플래튼으로 가속시키는 플라즈마 소스, 상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속된 양이온의 샘플을 수집하기 위해 플래튼 둘레에 배치된 환형 패러데이 컵, 및 패러데이 컵으로부터 2차 전자의 탈출을 억제하기 위해 패러데이 컵의 수집 표면에서 자기장을 생성하도록 위치한 자기장 생성 수단을 포함하며, 상기 샘플은 작업물 안으로 주입된 양이온들의 수를 나타낸다.
일 태양에서, 상기 장치는 수집 표면 아래에 위치한 교류 극성의 다수의 수직으로 정렬된 자석들을 포함할 수 있다. 자기장은 2차 전자들을 패러데이 컵의 측벽을 향해 방사형으로 지향되도록 방위각으로 배향되고 대체로 수집 표면에 평행하게 배치될 수 있다. 수집 표면 아래에 위치한 자기장 코일 자석 또는 다수의 수평 정렬된 자석은 자기장을 생성할 수 있다. 수평 정렬된 자석은 수집 표면에 대체로 평행한 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하기 위해 방위각으로 교류하는 극성을 가질 수 있다. 수평 정렬된 자석은 동일한 극성의 수평으로 정렬된 자석들의 쌍으로 형성될 수 있다. 자기장은 2차 전자들이 패러데이 컵 내에서 방위각으로 지향되도록 방사형으로 배향되고 수집 표면에 평행하게 배치될 수 있다. 자기장은 방위각 성분을 가질 수 있다.
일 태양에서, 다수의 수평 정렬된 자석들은 방사형으로 배향되고 대체로 수집 표면에 평행한 자기장을 생성하며, 하나 이상의 자석들이 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성한다. 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하는 자석들은 환형 패러데이 컵의 반경의 접선에 대해 소정의 각도를 형성할 수 있으며, 자석들 중 교호하는 자석들은 사기 접선에 대해 보각들을 형성할 수 있다.
상기 장치는 플래튼 둘레에 배치된 차폐링을 포함할 수 있으며, 패러데이 컵은 차폐링 내에 위치할 수 있다. 차폐링은 개구부의 유효 폭을 감소시키도록 패러데이 컵의 개구부 위에서 연장되는 하나 이상의 돌출부를 가질 수 있다. 패러데이 컵의 수집 표면의 폭은 패러데이 컵의 개구부의 폭보다 클 수 있다. 패러데이 컵의 측벽들 사이의 폭은 적어도 하나의 측벽들을 테이퍼링함으로써 패러데이 컵의 증가하는 깊이를 갖도록 증가할 수 있다.
상기 장치는 작업물에서 생성된 자기장을 감소시키도록 위치하고 패러데이 컵의 자기장을 강화시키도록 구성된 자성 차폐부를 포함할 수 있다. 자성 차폐부는 패러데이 컵의 측벽들에 대체로 평행하게 연장되는 웨브(web) 및 상기 패러데이 컵의 개구부를 향한 방향으로 연장되는 플랜지를 갖는 한 쌍의 채널의 형상으로 구성될 수 있다. 일 태양에서, 자성 차폐부는 패러데이 컵의 측벽들에 평행하고 패러데이 컵의 개구부 주위에서 반대되게 위치한 한 쌍의 플레이트를 포함할 수 있다.
플라즈마 도핑 챔버, 작업물을 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 챔버에 결합된 이온화가능한 가스의 소스, 작업물로의 이온주입을 위해 원하는 도펀트를 포함하는 이온화가능한 가스, 및 작업물에 인접하게 플라즈마 시쓰를 갖는 플라즈마 - 상기 플라즈마는 이온화가능한 가스의 양이온들을 포함함 - 를 생성하고 양이온들이 플라즈마 시쓰를 가로질러 플래튼으로 가속되어 작업물로 주입되게 하는 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 도핑 장치의 일 실시예에서, 상기 장치의 개선된 사항은 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속된 양이온의 샘플 - 상기 샘플은 작업물 안으로 이온주입된 양이온의 수를 나타냄 - 을 수집하기 위해 플래튼 둘레에 배치된 환형 패러데이 컵, 및 상기 패러데이 컵으로부터 2차 전자의 탈출을 억제하기 위해 패러데이 컵의 수집 표면에서 자기장을 생성하는 자기장 생성 수단을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속된 양이온 샘플을 수집하기 위한 플라즈마 도핑 장치의 플래튼에 인접하게 배치된 패러데이 컵은 상기 패러데이 컵으로부터 2차 전자의 탈출을 억제하기 위해 상기 패러데이 컵의 수집 표면에서 자기장을 생성하도록 배치된 자기장 생성 수단을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 플라즈마 도핑 챔버, 작업물을 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 작업물로의 이온주입을 위해 원하는 도펀트를 포함하고 챔버에 결합된 이온화가능한 가스의 소스, 및 작업물에 인접하여 플라즈마 시쓰를 갖는 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 도핑 장치 내에서 작업물 안으로 이온주입된 양이온의 도즈를 모니터링하는 방법으로서, 상기 방법은 플래튼에 인접하게 위치한 환형 패러데이 컵을 이용하여 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속된 양이온의 샘플 - 상기 샘플은 작업물 안으로 주입된 다수의 양이온을 나타냄 - 을 수집하는 단계, 및 패러데이 컵으로부터 2차 전자의 탈출을 억제하기 위해 패러데이 컵의 수집 표면에 매우 인접하게 자기장을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 이하 명세서 및 도면에서 자명하게 나타날 것이다.
도 1은 예시적인 플라즈마 도핑 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 평면도이다.
도 3은 패러데이 컵과 차폐링의 개략적인 부분 단면도이다.
도 4a는 패러데이 컵의 수집 표면 아래의 자석 배치를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 패러데이 컵의 수집 표면 아래의 또 다른 자석 배치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 패러데이 컵, 차폐링 및 자기장 코일 자석의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 6은 방사형 자기장을 생성하기 위해 패러데이 컵, 차폐링 및 자석의 개략적인 부분 단면도이다.
도 7은 패러데이 컵의 수집 표면 아래의 자석 배치를 개략적으로 도시한다.
도 8은 다수의 환형 패러데이 컵을 갖는 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 9는 테이퍼링된 측벽을 갖는 패러데이 컵의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 10은 자석 차폐부를 갖는 패러데이 컵의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
전체적으로 이해할 수 있도록, 예시적인 실시예들이 개시되지만; 당업자는 개시된 시스템과 방법이 다른 적절한 사용분야를 위한 시스템과 바법을 제공하도록 수정될 수 있고 다른 추가 및 수정이 개시된 시스템과 방법의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
달리 언급하지 않는 한, 실시예들은 실시예들의 세부 사항들을 바꾸는 예시적인 특징을 제공하는 것으로서 이해될 수 있고, 따라서 달리 언급하지 않는 한, 실시예들의 특징, 구성요소, 모듈 및/또는 양상들이 개시된 시스템 또는 방법으로부터 벗어나지 않고 조합되고, 분리되고, 교체되거나 및/또는 재배열될 수 있다. 또한, 구성요소의 모양과 크기는 예시적일 뿐이며 다른 언급이 없는 한, 개시된 시스템 또는 방법에 영향을 주지않고 바뀔 수 있다.
명세서는 기판 또는 타겟 웨이퍼를 둘러싸는 자성적으로 억제된 패러데이 컵을 포함한다. 패러데이 컵의 깊이와 개구부의 폭 및 두께는 얕고 좁은 패러데이를 제공하며, 이는 개구부 내의 방전을 감소시킬 수 있다. 패러데이 컵의 이온 수집 전극은 방위각으로 연속하는 단면을 가질 수 있으며, 이는 방위각 대칭으로의 간섭으로 인해 방전을 제거할 수 있다. 패러데이 구멍(aperture)은 상이한 반경에서 독립적으로 측정된 개구부를 가질 수 있다. 상이한 반경에서 전류 밀도의 차이는 플라즈마 균일성의 변화를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 게다가, 도즈 전자장치는 고전압의 통합된 펄스 전류를 제공하고, 도즈 제어기에 광학적으로 결합된 일련의 광 펄스로 통합된 전하를 변환할 수 있다.
자성적으로 유도된 플라즈마와 이온주입 혼동은 거리에 따라 자기장 세기가 매우 빠르게 감소하는 자성 억제 필드를 이용함으로써 최소화될 수 있다. 억제 필드를 형성하는 자석은 서로 매우 인접한 N극 및 S극을 가질 수 있다. 자기장은 수집 전극을 가로질러 방사형으로 배향되지만, 억제 자석은 인접하는 자석들의 반대 방향에서 방사형 배향을 회전하도록 교호하는 극성을 가질 수 있으며, 이는 2차 전자 평균 자유 경로를 감소시킬 수 있다. 자성 억제 필드는 방사형 및 방위각 성분을 모두 또는 주된 방위각 성분을 갖는 자기장을 포함할 수 있다. 방위각 자기장 성분은 교호하는 극성의 다수의 수직으로 배향된 자석들에 의해 또는 자기장 코일의 사용, 예컨대 솔레노이드의 리턴 자기장의 사용에 의해 생성될 수 있다. 방위각 및 방사형 성분 모두는 교호하는 경사진 극성을 갖는 다수의 수평으로 배향된 자석들에 의해 생성되어, 대체로 방사형 극성 배향이 주된 방위각인 전자들에 힘을 가하고, 경사는 방사형 성분을 만든다.
도 1은 상기 설명에 따른 예시적인 플라즈마 도핑 시스템을 개략적으로 도시한다. 플라즈마 도핑 챔버(10)는 밀봉된 볼륨(12)을 한정한다. 챔버(10) 내에 위치한 플래튼(14)은 반도체 웨이퍼(20)와 같은 작업물을 홀딩하기 위한 표면을 제공한다. 예컨대 웨이퍼(20)는 플래튼(14)의 편평면 둘레에 클램핑될 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. 또 다른 실시예에서, 플래튼은 웨이퍼(20)로의 전기적 접속을 위해 도전성 핀을 포함한다.
애노드(24)는 플래튼(14)과 이격되게 챔버(10) 내에 위치한다. 애노드(24)는 플래튼(14)에 수직인, 화살표(26)로 지시된 방향으로 이동가능하다. 애노드(24)는 통상적으로 챔버(10)의 전기-도전성 벽들에 접속되며, 이들 벽 모두는 접지에 접속될 수 있다. 중공 캐소드(28)는 챔버(10) 내에 위치하고 애노드(24), 플래튼(14) 및 웨이퍼(20)를 둘러싸고 이들로부터 이격된다.
웨이퍼(20)와 애노드(24)는 제 1 고전압 펄스 발생기(30)에 접속되어, 웨이퍼(20)가 캐소드로서 기능한다. 통상적으로 펄스 발생기(30)는 약 20 내지 20,000 볼트, 약 5 내지 100 마이크로초의 구간, 및 약 500 Hz 내지 20 KHz의 펄스 반복율인 펄스를 제공한다. 펄스 파라미터 값은 예로서만 주어졌으며 다른 값과 범위가 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다. 또한, 중공 캐소드(28)와 애노드는 제 2 고전압 펄스 발생기(31)에 접속될 수 있으며, 발생기는 매우 낮은 에너지 이온주입을 위한 플라즈마를 발생시키는 교류 수단을 제공할 수 있다.
챔버(10)의 밀봉된 볼륨(12)은 제어가능한 밸브(32)를 통해 진공 펌프(34)에 결합된다. 가스 소스(36)는 질량 흐름 제어기(38)를 통해 챔버(10)에 결합된다. 챔버(10) 내에 위치한 압력 센서(44)는 챔버 압력을 나타내는 신호를 제어기(46)에 제공한다. 제어기(46)는 감지된 챔버 압력을 원하는 압력 입력과 비교하고 제어 신호를 밸브(32)에 제공한다. 제어 신호는 챔버 압력과 원하는 압력 사이의 차를 최소화하도록 밸브(32)를 제어한다. 진공 펌프(34), 밸브(32), 압력 센서(44) 및 제어기(46)는 폐쇄된 루프 압력 제어 시스템을 구성한다. 압력은 통상적으로 약 1 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 범위에서 제어되지만, 반드시 이러한 범위로만 제한되는 것은 아니다. 가스 소스(36)는 작업물로의 이온주입을 위해 원하는 도펀트를 포함하는 이온화가능한 가스를 공급한다. 이온화가능한 가스의 예는 BF3, N2, Xe, Ne, He, Ar, PF5, PH3, AsH3, AsF5, AsF3 및 B2H6를 포함한다. 질량 흐름 제어기(38)는 가스가 챔버(10)에 공급되는 속도를 조절한다. 도 1에 도시된 구성은 일정한 가스 유속과 일정한 압력으로 처리 가스의 연속 흐름을 제공한다. 압력과 가스 유속은 바람직하게 반복가능한 결과를 제공하도록 조절된다.
동작시, 웨이퍼(20)는 플래튼(14) 위에 위치한다. 다음에 압력 제어 시스템, 질량 흐름 제어기(38) 및 가스 소스(36)는 챔버(10) 내에 원하는 압력과 가스 유속을 생성한다. 예로서, 챔버(10)는 10 밀리토르의 압력에서 BF3 가스에 의해 작동할 수 있다. 펄스 발생기(30)는 일련의 고전압 펄스를 웨이퍼(20)에 공급하고, 웨이퍼(20)와 애노드(24) 사이에 플라즈마(40)를 형성한다. 알려진 바와 같이, 플라즈마(40)는 가스 소스(36)로부터 이온화가능한 가스의 양이온을 포함한다. 플라즈마(40)는 플래튼(14)에 인접한 플라즈마 시쓰(42)를 더 포함한다. 고전압 펄스 동안 애노드(24)와 플래튼(14) 사이에 존재하는 전기장은 플라즈마(40)로부터 플라즈마 시쓰(42)를 가로질러 플래튼(14)을 향해 양이온을 가속시킨다. 가속된 이온들은 웨이퍼(20) 안으로 주입되어 불순 물질 영역을 형성한다. 펄스 전압은 양이온을 웨이퍼(20) 내에서 원하는 깊이로 주입되게 선택된다. 펄스의 수와 펄스 기간은 웨이퍼(20) 내에 불순 물질의 원하는 도즈를 제공하도록 선택된다. 펄스당 전류는 펄스 전압, 가스 압력 및 종, 그리고 전극의 가변 위치의 함수이다. 예컨대, 캐소드 대 애노드 간격은 상이한 전압에 대해 조절될 수 있다.
도 1의 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 평면도를 도시하는 도 2를 참조하면, 환형 패러데이 컵(80)이 웨이퍼(20)와 플래튼(14) 주위에 위치한다. 환형 패러데이 컵(80)은 이온 전류의 국부적인 변화가 웨이퍼(20)의 둘레에서 평균화되는 장점을 갖는다. 패러데이 컵(80)은 환형 차폐링(82) 내에 위치할 수 있다. 패러데이 컵(80)은 바람직하게 웨이퍼(20)와 플래튼(14)에 실제로 가깝게 위치하고 플라즈마(40)로부터 플래튼(14)을 향해 가속된 양이온의 샘플을 가로챈다. 그러나, 패러데이 컵(80)은 웨이퍼(20)로 주입된 이온 전류를 나타내는 측정값을 제공하는 웨이퍼(20)에 대한 다른 위치를 가질 수 있다. 패러데이 컵(80)은 플라즈마(40)에 면하는 진입부(60)를 갖는 도전성 밀봉부를 포함한다.
패러데이 컵(80)은 도즈 프로세서(70) 또는 다른 도즈 모니터링 회로에 전기적으로 접속된다. 진입부(60)를 통해 패러데이 컵(80)에 진입하는 양이온은 패러데이 컵(80)에 접속된 전기 회로에 전류를 형성한다. 전류는 단위시간 당 수신된 양이온의 수 또는 이온 전류 밀도를 나타낸다. 패러데이 컵(80)에 의해 수신된 이온 전류 밀도는 단위 시간 당 웨이퍼(20) 내에 주입된 이온의 수에 대해 고정된 관계를 갖는다. 플라즈마(40)의 균일성 및 플래튼(14)을 향한 이온 가속의 균일성에 의존하여, 패러데이 컵(80)에 의해 수신된 단위 영역 당 이온 전류는 웨이퍼(20) 내에 주입된 단위 면적 당 이온 전류와 실질적으로 동일하거나 고정된 분율(fixed fraction)일 수 있다. 패러데이 컵(80)의 전류 출력은 웨이퍼(20)에 주입된 이온 전류를 나타내기 때문에, 패러데이 컵(80)은 웨이퍼(20)에 주입된 이온 도즈의 측정값을 제공한다.
상기 지시된 바와 같이, 이온 전류를 나타내는 전기 신호는 패러데이 컵(80)으로부터 도즈 프로세서(70)로 공급된다. 일 실시예에서, 패러데이 컵(80)으로부터의 전류는 챔버(10) 외부에 위치한 도즈 프로세서(70)에 직접 공급될 수 있다. 다른 실시예에서, 프리프로세싱(preprocessing) 회로(미도시)는 플래튼(14)에 인접하게 위치할 수 있고 플래튼(14)의 전압에서 작동할 수 있다. 회로는 패러데이 컵(80)의 출력을 선처리하고 그 결과를 도즈 프로세서(70)로 제공한다.
웨이퍼(20)에 전달된 전체 이온 도즈는 이온주입 시간에 대해 적분된 순간 이온 전류이다. 통상적으로 도즈 프로세서(70)는 패러데이 컵(80)의 출력을 적분하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 적분기는 종래 적분기 회로, 전하 감지 증폭기, 또는 적분 기능을 수행하기 위한 다른 적절한 회로를 이용할 수 있다. 도즈 프로세서 구성은 종래 이온주입기와 접속된 것으로 알려져 있다.
차폐링(82)은 플래튼(14)을 둘러싸고 웨이퍼(20)의 에지 부근에서 주입된 이온의 비교적 균일한 분포를 보장하기 위해 바이어싱 될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 패러데이 컵(80)은 웨이퍼(20)와 플래튼(14)의 둘레 부근에서 차폐링(82) 내에 위치할 수 있다. 차폐링(82)의 측벽(84)은 패러데이 컵(80)으로의 개구부를 유효하게 감소시키도록 패러데이 컵(80)의 진입부(60) 위에서 연장되는 수평 돌출부(86)를 포함할 수 있다. 2차 전자는 패러데이 컵(80)의 측벽(88)을 가격하는 이온에 의해 생성될 수 있으며, 이는 패러데이 컵(80) 내부에 방전을 유발할 수 있다. 개구부를 좁히는 것은 패러데이 컵(80)의 전위 강하를 감소시키며, 이는 패러데이 컵(80) 내의 전자 한정을 향상시킬 수 있다.
일 예로서, 패러데이 컵(80)의 개구부(60)는 폭이 약 0.03 내지 0.25 인치의 범위이고 컵의 깊이는 약 0.125 내지 1.0 인치의 범위이다. 이러한 예시적인 패러데이 컵에서, 둘출부(86)들 간의 개구부가 1/16"의 범위에 있도록 개구부 위에서 연장되는 차폐링(82)의 수평 돌출부(86)가 방전을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 패러데이 컵(80), 돌출부(86) 및 돌출부(86)들 간의 개구부의 치수는 이온주입 장비의 작동 특성에 의존할 수 있다. 구멍은 패러데이 컵 개구부(60) 안으로의 전기장 혼란을 제한하는 크기를 가지며, 이로써 전위의 변화는 충돌을 이온화하기 위한 임계치 이하, 예컨대 10eV 이하가 바람직할 수 있다.
도 3을 참조하면, 패러데이 컵(80)과 차폐링(82)의 개략적인 부분 단면도를 도시한다. 자석(90)은 2차 전자의 자성 억제를 제공하기 위해 패러데이 컵(80) 아래에 위치할 수 있다. 자석(90)의 자성 극성은 거리에 따라 자기장 세기가 매우 빠르게 감소하는 자성 억제 필드를 제공하도록 서로 매우 인접하게 위치할 수 있으며, 이로써 웨이퍼(20)에서의 잔류 자기장은 전류 자성 억제 구성에 비해 현저하게 감소될 수 있다. 예컨대, 통상적인 잔류 자기장은 여기서 개시한 구성에서 5 가우스(Gauss) 보다 작을 수 있다.
사마륨-코발트(S-C) 자석 또는 세라믹 자석을 포함한, 약 100 내지 2000 가우스의 범위에서 자기장(B)을 생성할 수 있는 자석(90)은 상기 설명한 결과를 만들 수 있다. 개별 자석들은 치수가 0.03 내지 0.25 인치이고 두께가 0.1 내지 1.0 인치인 막대형 또는 원통형일 수 있다. 개별 자석(90)들 간의 간격은 0.01 내지 0.5 인치의 범위일 수 있다. 다른 범위, 모양 및 재료가 고려될 수 있으며, 이는 전자 한정과 웨이퍼(20)에서의 잔류 자기장을 증가 및/또는 감소시킬 수 있다. 도 3에 도시된 패러데이 컵(80)의 단면은 도 2에 도시된 것처럼 완전한 환형 패러데이 컵(80)에서 연속할 수 있다. 현재, 자성 억제를 갖는 환형 패러데이 컵은 패러데이 컵 내부에 마그네트론-타입의 방전을 방지하기 위해 다수의 브레이크를 포함할 수 있다. 여기서 추가로 설명되는 바와 같이, 이러한 구조는 방위각 대칭의 간섭없이 방전을 최소화한다.
도 4a와 4b는 패러데이 컵(80)의 수집 표면(80a) 아래의 자석 배치와 이로 인한 자기장(B)을 개략적으로 도시한다. 도 4a의 실시예에서, 자기장(B)은 다수의 도트 자석(51)에 의해 생성될 수 있고, 각각의 자석은 수직으로 정렬된 극성을 가지며, 패러데이 컵의 중심선을 따라 배치되고, N극과 S극이 교호한다. 도 4b의 실시예에서, 자기장(B)은 다수의 자석(61)에 의해 생성될 수 있고, 각각의 자석은 수평으로 정렬된 극성을 가지며, 패러데이 컵(80)의 중심선을 따라 배치되며, 극성이 교호한다. 도 4b는 동일한 극성을 갖는 자석 쌍(61a, 61b)으로서 자석(61)을 도시하지만, 다른 자석 배치 및/또는 단일 자석이 고려될 수 있다. 자석(51 및 61)의 극성을 교호시킴으로써, 자석(51 및 61)은 수집 표면(80a)에 평행한 방위각 성분을 갖는 자기장(B)을 형성할 수 있다. 게다가, 도 4a와 4b에 도시된 구성은 패러데이 컵(80)의 전자 한정을 보다 개선하기 위해 2차 전자의 이동을 다시 콜렉터의 측벽(88)을 향하게 할 수 있다.
도 5에 도시된, 또 다른 구성에서, 자기장(B)은 자기장 코일(92)에 의해 생성될 수 있다. 이러한 구성에서, 자기장(B)은 방사형으로 배향되고 (B) 내에서의 전자 이동은 방위각을 이룬다. 도 4에 도시된 구성처럼 전자 한정의 등급을 제공하지 않지만, 자기장 코일(92)의 사용은 2차 전자의 유용한 억제를 제공할 수 있다. 자성 코일(92)의 사용은 코일(92)의 전류를 바꿈으로써 자기장의 크기를 바꾸기 위해 제공될 수 있다. 또한, 코일(92)은 한정된 세트의 자석을 갖는 배치와 비교할 때 보다 균일한 자기장을 제공할 수 있다.
도 6에 도시된 또 다른 구성에서, 자석(94)은 패러데이 컵(80)의 중심선을 따라 배치될 수 있으며 교호하는 N극 및 S극은 수평으로 정렬된다. 지시된 바와 같이, 자기장(B)은 방사형으로 배향되고 전자 이동은 콜렉터 표면(80a)을 향하게 지향될 수 있다. 도 5와 6에서와 같은 주된 방사형 자기장에서, 주기적인 또는 연속하는 방위각 정렬 자기장의 추가는 환형 패러데이 컵(80) 내의 방위각 전자 이동에 의한 마그네트론-타입 방전을 방지하는 기능을 할 수 있다.
도 7은 도 7에 도시된 패러데이 컵(80)의 수집 표면(80a) 아래의 자석(96) 배치에 대한 부분 평면도를 개략적으로 도시한다. 자석(96)은 도 6의 자석(94)의 방식으로 수평으로 배향된다. 도 7에 도시된 것처럼, 자석(96)은 (자력선 E×B 에 의해 지시된) 패러데이 컵(80) 내의 전자에 대한 방위각 힘을 제공하도록 방사형으로 극성화된다. 하나 이상의 자석(96)은 자력선(E×B)에 의해 지시된 힘에 대한 방사형 성분을 제고하도록 패러데이 컵(80)에 대해 경사질 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 방사형 성분은 환형 패러데이 컵(80) 내의 방위각 전자 이동에 의한 마그네트론-타입 방전을 방지할 수 있다.
도 7에 예에서, 자석(96)은 교호적으로 경사지지만, 전자에 작용하는 힘에 대한 방사형 성분의 제공은 도 7에 도시된 배치에 의해 제한되지는 않는다. 여기서 사용된 것처럼, 경사진다는 용어는 패러데이 컵(80)의 반경의 접선에 대한 각을 형성하는 자석의 힘 선을 말할 수 있다. 도 7의 예에서, 자석 쌍은 접선에 대해 보각을 형성하도록 경사질 수 있다. 자석(96)의 다른 배치가 환형 패러데이 컵(80)을 따라 하나 이상의 포인트에서 힘에 대한 방사형 성분을 제공하기 위해 고려될 수 있으며, 이는 비-보각의 경사, 자석의 일부만의 경사, 하나 이상의 자석의 극성을 교호시킴, 방사형 자기장(B)을 생성하는 것들 중 방위각 자기장(B)을 생성 하는 자석을 산재시킴, 및/또는 당업자가 고려하는 다른 배치를 포함한다.
또 다른 태양에 따르면, 상이한 반경에서 2개 이상의 환형 패러데이 컵은 도즈 균일성의 측정을 얻는데 사용될 수 있다. 여기에 사용된 것처럼, 도즈 균일성은 웨이퍼(20)의 표면적에 대한 주입된 이온의 균일성이다. 도 8은 도 2의 도와 유사한 개략적인 부분 평면도이다. 이러한 예시적인 구성에서, 플라즈마 도핑 시스템(10)은 패러데이 컵(80)에 추가하여 환형 패러데이 컵(80' 및 80")을 포함할 수 있다. 간명히 하기 위하여, 패러데이 컵(80' 및 80") 각각과 이들의 차폐부(82,82',82")의 아웃라인만이 도 8에 도시되었지만, 패러데이 컵(80' 및 80") 및 차폐부(82' 및 82")의 구성은 패러데이 컵(80)과 차폐부(82)에 대해 여기에 개시된 것과 같을 수 있다. 상이한 반경에서의 전류 밀도의 차이는 플라즈마 균일성의 변화를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 도즈가 균일하지 않을 때, 패러데이 컵(80,80'및 80")은 상이한 이온 전류 밀도를 수신한다. 따라서, 패러데이 컵의 전류 출력은 서로 비교되거나 균일성의 측정값을 얻기 위해 기준과 비교될 수 있다. 따라서, 예컨대 만약 하나 이상의 패러데이 컵이 다른 것과 상이한 이온 전류 밀도를 제공하는 경우, 정상적인 방사형 밀도 기울기를 고려하여, 균일하지 않은 이온주입이 지시된다. 예컨대 균일하지 않은 주입의 지시는 이온 주입을 정지시키거나 교호시키는 것처럼 공정을 제어하는데 사용된다.
도 9에 도시된 실시예에서, 패러데이 컵(80)의 측벽(88)의 구성은 개구부(60)의 폭을 유지하면서 수집 표면(80a)의 폭을 증가시키도록 수정될 수 있다. 측벽(88)의 내부는 패러데이 컵(80)으로의 깊이의 증가와 함께 측벽들 간의 거리가 증가하도록 테이퍼링된 측벽 부분(98)을 포함할 수 있다. 예시적인 목적으로서, 테이퍼링된 측벽 부분(98)은 대칭적으로 도시되고 깊이와 함께 거리를 선형적으로 증가시킨다. 그러나, 비대칭 테이퍼링, 비선형 테이퍼링, 일측벽만의 테이퍼링, 및/또는 하나의 측벽 또는 양측벽의 일부만의 테이퍼링을 포함하는, 테이퍼링된 측벽 부분의 다른 구성이 고려될 수 있다. 수집 표면(80a)이 증가하면, 패러데이 컵(80)은 전자의 수용이 증가되고 측벽(88)에 대한 충격을 감소시킬 수 있다.
도 10에 도시된 실시예에서, 자성 차폐부(100)는 웨이퍼에서 자기장을 감소시키도록 제공된다. 차폐부(100)는 철, 강철, 또는 원하는 자성 차폐를 제공할 수 있는 다른 재료로 제조될 수 있다. 차폐부(100)의 구성에 의존하여, 패러데이 컵(80)의 자기장은 강화될 수 있다. 예컨대, 차폐부(100)는 패러데이 컵(80) 아래의 자석(90) 중 하나의 측부로부터 수평으로 마주하게 연장되는 하부 플랜지(100a)를 갖는 두 개의 채널 형상으로 구성될 수 있으며, 패러데이 컵(80)의 일 측부에 수직으로 연장되는 웨브(100b) 및 웨브(100b)로부터 패러데이 컵(80)의 개구부(60)를 향해 수평으로 연장되는 상부 플랜지(100c)를 갖는다. 하나 이상의 플랜지(100a, 100c) 및/또는 웨브(100b)를 포함하는 다른 구성, 및 하나 이상의 플랜지들(100a, 100c) 및/또는 웨브(100b)의 다른 위치들, 이를 테면 패러데이 컵(80)의 측벽(88) 내에 웨브(100b)가 위치되는, 또는 패러데이 컵(80) 위에 상부 플랜지(100c)가 위치되는 것이 고려될 수 있다.
따라서 개시된 내용은 플라즈마 도핑 챔버, 반도체 웨이퍼와 같은 작업물을 지지하기 위해 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼, 챔버에 결합된 이온화가능한 가스의 소스, 플래튼으로부터 이격된 애노드, 및 플래튼과 애노드 사이에 고전압 펄스를 인가하기 위한 펄스 소스를 갖는 플라즈마 도핑 시스템을 포함한다. 고전압 펄스는 작업물에 인접한 플라즈마 시쓰를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있다. 이러한 고전압 펄스는 플라즈마 시쓰를 가로질러 플래튼을 향해 양이온을 가속시켜 작업물 안으로 주입되게 한다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속된 양이온의 샘플을 수직하기 위해 플래튼에 인접하여 위치하고 플래튼을 둘러싸는 적어도 하나의 환형 패러데이 컵을 포함할 수 있다. 상기 샘플은 작업물 안으로 주입된 양이온의 도즈를 나타낸다.
구멍의 폭과 두께 및 패러데이 컵의 깊이는 얕고 좁은 패러데이 컵을 제공하도록 이루어질 수 있으며, 이는 개구부 내의 방전을 감소시킬 수 있다. 패러데이 컵의 이온 수집 전극은 연속하는 단면을 가질 수 있고, 이는 방위각 간섭으로 인한 방전을 제거할 수 있다. 플라즈마 및 이온주입 혼란은 거리에 따라 자기장 세기가 매우 빠르게 감소하는 자성 억제 필드를 이용함으로써 최소화될 수 있으며, 이는 N극 및 S극을 서로 인접하게 함으로써 달성될 수 있다.
자기장은 대체로 수집 전극을 가로질러 방사형으로 배향될 수 있지만, 억제 자석은 인접한 자석들에 대한 마주하는 방향에서 방사형 방향을 회전하도록 오프셋될 수 있으며, 이는 2차 전자 평균 자유 경로를 감소시킬 수 있다. 자성 억제 필드는 방사형 및 방위각 성분 모두를 갖거나 주된 방위각 성분을 갖는 자기장을 포함할 수 있다. 방위각 자기장 성분은 극성을 교호시키는 다수의 수직으로 배향된 자석에 의해 또는 자기장 코일, 예컨대 솔레노이드의 리턴 자기장의 사용에 의해 생성될 수 있다.
패러데이 구멍은 상이한 반경에서 독립적으로 측정된 개구부를 가질 수 있다. 상이한 반경에서 전류 밀도의 차이는 플라즈마 균일성의 변화를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 패러데이 컵의 측벽은 전자의 수용을 증가시키고 측벽에 대한 전자 충격을 감소시키기 위해 테이퍼링될 수 있다. 자성 차폐부는 웨이퍼에서의 자기장을 감소시키고 및/또는 패러데이 컵 내의 자기장을 강화시키기 위해 패러데이 컵 주위에 제공될 수 있다.
여기에 개시된 시스템과 방법은 특정 하드웨어 또는 소프트웨어 구성으로 제한되지 않으며, 연속파 및 펄싱된 플라즈마 소스를 포함하는 이온주입 환경에 기초한 많은 플라즈마에 적용될 수 있다. 예컨대, 패러데이 컵은 중공 캐소드 펄스 생성 플라즈마, 웨이퍼 바이어스 펄스 생성 플라즈마, 및/또는 연속 또는 펄싱된 RF, 마이크로파, 또는 다른 형태로 생성된 플라즈마를 포함하는 다수의 웨이퍼 처리 방법에 의해 이용될 수 있으며, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 여기에 개시된 개선된 패러데이 컵 모니터링을 위한 자성 억제 및/또는 다른 기술은 연속하는 방위각 대칭, 및/또는 플래튼(14) 주위에 위치한 이산 패러데이 컵이 없는 환형 패러데이 컵을 포함하는, 도면에 개시된 예시적인 환형 패러데이 컵 이외의 것에 사용될 수 있다. 게다가, 펄싱된 전류의 제어 및 도즈 제어기는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
소프트웨어로 구현될 때, 상기 방법과 시스템은 컴퓨터 프로그램이 하나 이상의 프로세서 실행가능한 명령어를 포함하는 것으로 이해될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 프로그래밍가능한 프로세서를 실행할 수 있으며, (휘발성 및 비휘발성 메모리 및/또는 저장 엘리먼트를 포함한) 프로세서에 의해 판독가능한 하나 이상의 저장 매체, 하나 이상의 입력 장치 및/도는 하나 이상의 출력 장치에 저장될 수 있다. 따라서 프로세서는 입력 데이터를 얻기 위해 하나 이상의 입력 장치를 액세스할 수 있으며, 출력 데이터와 통신하기 위해 하나 이상의 출력 장치에 액세스할 수 있다. 입력 및/또는 출력 장치는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 독립형 디스크의 리던던트 어레이(RAID), 플로피 드라이브, CD, DVD, 마그네틱 디스크, 내부 하드 드라이브, 외부 하드 드라이브, 메모리 스틱, 또는 여기에 제공된 것과 같은 프로세서에 의해 액세싱될 수 있는 다른 저장 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이러한 예는 배타적이 아니라 예시적일 뿐이며 이들에 제한되지 않는다.
바람직한 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 고레벨 처리 또는 객체-지향 프로그래밍 언어를 이용하여 컴퓨터 시스템과 통신하는데 구현될 수 있지만; 프로그램(들)은 필요한 경우 어셈블리 또는 기계 언어로 구현될 수 있다. 언어는 컴파일링 또는 번역될 수 있다.
여기서 제공된 것처럼, 하나 이상의 제어기 및/또는 프로세서는 네트워크 환경에서 독립적으로 또는 함께 작동할 수 있는 하나 이상의 장치에 내장될 수 있으며, 네트워크는 예컨대 로컬 영역 네트워크(LAN), 광대역 네트워크(WAN)를 포함할 수 있으며, 및/또는 인트라넷 및/또는 인터넷 및/또는 또 다른 네트워크를 포함할 수 있다. 네트워크(들)은 유선 또는 무선 또는 이들을 조합하여 연결될 수 있으며 상이한 프로세서들 간의 통신을 용이하게 하기 위하여 하나 이상의 통신 프로토콜을 사용할 수 있다. 프로세서는 분산된 프로세싱을 위해 구성되고 일부 실시예에서는 필요에 따라 클라이언트-서버 모델을 이용할 수 있다. 따라서, 상기 방법과 시스템은 다중 프로세서 및/또는 프로세서 장치를 이용하고, 프로세서 명령어는 단일 또는 다중 프로세서/장치로 분할될 수 있다.
프로세서(들)과 통합되는 장치(들) 또는 컴퓨터 시스템은 예컨대 개인용 컴퓨터(들), 워크스테이션(예컨대 Sun, HP), 개인용 디지털 보조기(PDA), 셀룰라폰과 같은 휴대용 장치, 랩탑, 여기에 제공된 것처럼 작동할 수 있는 프로세서(들)과 통합될 수 있는 휴대용 장치 또는 기타 장치를 포함한다. 따라서, 여기에 제공된 장치는 배타적이지 않으며 예시적일 뿐이며 이들에 제한되지 않는다.
"프로세서" 또는 "상기 프로세서"라는 용어는 독립형 및/또는 분산형 환경(들)에서 통신할 수 있는 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, 따라서 유선 또는 무선 통신으로 다른 프로세서들과 통신하도록 구성될 수 있고, 이러한 하나 이상의 프로세서는 유사한 또는 상이한 장치일 수 있는 하나 이상의 프로세서-제어 장치에서 작동하도록 구성될 수 있다. 또한, 다른 특별한 언급이 없는 한, 메모리라는 용어는 하나 이상의 프로세서-판독가능하고 액세스 가능한 메모리 엘리먼트 및/또는 프로세서-제어 장치 내부 또는 프로세서-제어 장치의 외부일 수 있는 부품들을 포함할 수 있으며, 다양한 통신 프로토콜을 이용하여 유선 또는 무선 네트워크를 통해 액세스되고, 다른 특별한 언급이 없는 한 외부 및 외부 메모리 장치의 조합을 포함하며, 이러한 메모리는 사용분야에 따라 연속 및/ 또는 분할될 수 있다. 따라서, 데이터베이스에 대한 용어는 하나 이상의 메모리 관련을 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, 이러한 용어는 상업적으로 이용가능한 데이터베이스 제품(예컨대 SQL, Informix, Oracle) 및 독점적인 데이터베이스를 포함하며, 도한 링크, 큐, 그래프, 트리와 같이 메모리를 연관시키기 위한 다른 구조를 포함할 수 있으며, 이러한 구조는 예시적으로만 제공된 것이고 이들에 제한되지 않는다.
여기에 개시되고 예시된 세부 사항, 재료 및 부품 배열에 대해 다른 추가의 변화가 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 하기 청구항들은 여기에 개시된 실시예들에 제한되지 않으며, 특정하게 개시된 것 이외의 실시를 포함하며 법률에 의해 허용되는 한 넓은 의미로 해석될 수 있다.
Claims (37)
- 플라즈마 도핑 장치로서,플라즈마 도핑 챔버;작업물(workpiece)을 지지하기 위해 상기 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼(platen);상기 챔버에 결합된 이온화가능한(ionizable) 가스의 소스 ? 상기 이온화가능한 가스는 상기 작업물로의 주입을 위한 원하는 도펀트를 포함함 ?;상기 작업물 부근에 플라즈마 시쓰(sheath)를 가지며 상기 이온화가능한 가스의 양이온들을 함유하는 플라즈마를 생성하고, 상기 작업물로의 주입을 위해 상기 플래튼을 향해 상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 상기 양이온들을 가속시키기 위한, 플라즈마 소스;상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속되는 상기 양이온들의 샘플을 수집하기 위해 상기 플래튼 둘레에 배치된 환형 패러데이 컵(Faraday cup) ? 상기 샘플은 상기 작업물속으로 주입된 양이온들의 수를 나타냄 ?; 및상기 패러데이 컵으로부터 2차 전자들의 탈출을 억제하기 위해 상기 패러데이 컵의 수집 표면에 자기장을 생성하도록, 상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면 아래에 위치된 자기장 생성 수단을 포함하며, 상기 수집 표면은 상기 패러데이 컵 내부에서 환형으로 연장되는,플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 교대하는(alternating) 극성의 다수의 수직 정렬된 자석들을 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 상기 패러데이 컵의 측벽을 향해 상기 2차 전자들을 방사형으로 지향시키기 위해 상기 수집 표면에 평행하고 방위각으로 배향된(oriented azimuthal) 자기장을 생성하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 필드 코일 자석을 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 수평으로 정렬된 다수의 자석들을 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 수평으로 정렬된 자석들은 상기 수집 표면에 평행한 방위각 성분들을 갖는 상기 자기장을 생성하기 위해 방위각으로 교대하는 극성을 갖는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 수평으로 정렬된 자석들 각각은 수평으로 정렬되고 동일한 극성을 갖는 한 쌍의 자석들을 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 상기 패러데이 컵 내에서 상기 2차 전자들을 방위각으로 지향시키기 위해 상기 수집 표면에 평행하고 방사형으로 배향된 자기장을 생성하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 상기 수집 표면에 평행하고 방사형으로 배향된 자기장을 생성하는 수평으로 정렬된 다수의 자석들을 포함하고, 상기 다수의 자석들 중 적어도 하나는 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하는 상기 다수의 자석들 중 적어도 하나는 상기 환형 패러데이 컵의 반경의 접선에 대한 각을 형성하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 다수의 자석들 중 교대하는 자석들은 상기 접선에 대한 보각(supplementary angle)을 형성하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 플래튼 둘레에 배치된 차폐링(shield ring)을 더 포함하고,상기 패러데이 컵은 상기 차폐링 내에 위치되며, 상기 차폐링은 상기 패러데이 컵의 개구부의 유효 폭을 감소시키기 위해 상기 패러데이 컵의 상기 개구부 위에서 연장되는 적어도 하나의 수평 돌출부를 갖는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면의 폭은 상기 패러데이 컵의 개구부의 폭보다 더 큰, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 다수의 자석들은 상기 패러데이 컵의 반경의 접선에 대해 교대로 경사지는(canted), 플라즈마 도핑 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 작업물에서 상기 자기장 생성 수단에 의해 생성된 상기 자기장을 감소시키도록 위치되고 상기 패러데이 컵 내의 상기 자기장을 강화(intensify)시키도록 구성된 자성 차폐부(magnetic shielding)를 더 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 측벽들에 평행하게 연장되는 웨브들(webs) 및 상기 패러데이 컵의 개구부를 향하는 방향으로 연장되는 플랜지들(flanges)을 갖는 한 쌍의 채널들의 형상으로 구성되는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 작업물에서 상기 자기장 생성 수단에 의해 생성된 상기 자기장을 감소시키도록 위치된 자성 차폐부를 포함하고,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 개구부 부근에서 마주하게 그리고 상기 패러데이 컵의 측벽들에 평행하게 위치된 한 쌍의 플레이트들을 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 플래튼 둘레에 배치된 차폐링을 더 포함하고,상기 패러데이 컵은 상기 차폐링 내에 위치되며, 상기 차폐링은 상기 패러데이 컵의 개구부의 유효 폭을 감소시키기 위해 상기 패러데이 컵의 상기 개구부 위에서 연장되는 적어도 하나의 수평 돌출부를 갖는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면의 폭은 상기 패러데이 컵의 개구부의 폭보다 더 큰, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 패러데이 컵의 측벽들 간의 폭은 상기 측벽들 중 적어도 하나를 테이퍼링(tapering)함으로써 상기 패러데이 컵의 깊이 증가에 따라 증가하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 작업물에서 상기 자기장 생성 수단에 의해 생성된 상기 자기장을 감소시키도록 위치된 자성 차폐부를 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 22 항에 있어서,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 상기 자기장을 강화시키도록 구성되는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 측벽들에 평행하게 연장되는 웨브들 및 상기 패러데이 컵의 개구부를 향하는 방향으로 연장되는 플랜지들을 갖는 한 쌍의 채널들의 형상으로 구성되는, 플라즈마 도핑 장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 개구부 부근에서 마주하게 그리고 상기 패러데이 컵의 측벽들에 평행하게 위치된 한 쌍의 플레이트들을 포함하는, 플라즈마 도핑 장치.
- 플라즈마 도핑 장치로서,플라즈마 도핑 챔버,작업물을 지지하기 위해 상기 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼,상기 챔버에 결합된 이온화가능한 가스의 소스 ? 상기 이온화가능한 가스는 상기 작업물속으로의 주입을 위한 원하는 도펀트를 포함함 ?, 및상기 작업물 근처에 플라즈마 시쓰를 가지며 상기 이온화가능한 가스의 양이온들을 함유하는 플라즈마를 생성하고 상기 작업물속으로의 주입을 위해 상기 플래튼을 향해 상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 상기 이온화가능한 가스의 상기 양이온들을 가속시키기 위한, 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 플라즈마 도핑 장치는 개선안으로,상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속되는 상기 양이온들의 샘플을 수집하기 위해 상기 플래튼 둘레에 배치된 환형 패러데이 컵 ? 상기 샘플은 상기 작업물 내에 주입된 양이온들의 수를 나타냄 ?; 및상기 패러데이 컵으로부터 2차 전자들의 탈출을 억제하기 위해 상기 패러데이 컵의 수집 표면에 자기장을 생성하도록, 상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면 아래에 위치된 자기장 생성 수단을 포함하며, 상기 수집 표면은 상기 패러데이 컵 내부에서 환형으로 연장되는, 플라즈마 도핑 장치.
- 패러데이 컵으로서,상기 패러데이 컵은 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속되는 양이온들의 샘플을 수집하기 위해 플라즈마 도핑 장치에서 플래튼에 인접하게 배치되며상기 샘플은 플래튼에 의해 지지된 작업물 내에 주입되는 양이온들의 수를 나타내고, 상기 패러데이 컵은 상기 패러데이 컵으로부터 2차 전자들의 탈출을 억제하기 위해 상기 패러데이 컵의 수집 표면에 자기장을 생성하도록, 상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면 아래에 위치된 자기장 생성 수단을 포함하며, 상기 수집 표면은 상기 패러데이 컵 내부에서 환형으로 연장되는,패러데이 컵.
- 제 27 항에 있어서,상기 자기장 생성 수단은 상기 수집 표면에 평행하고 방사형으로 배향된 자기장을 생성하는 수평으로 정렬된 다수의 자석들을 포함하고, 상기 다수의 자석들 중 적어도 하나는 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하는, 패러데이 컵.
- 제 28 항에 있어서,상기 패러데이 컵은 환형이고, 상기 방위각 성분을 갖는 자기장을 생성하는 상기 다수의 자석들 중 적어도 하나는 상기 환형 패러데이 컵의 반경의 접선에 대한 각을 형성하는, 패러데이 컵.
- 제 29 항에 있어서,상기 다수의 자석들 중 교대하는 자석들은 상기 접선에 대한 보각들을 형성하는, 패러데이 컵.
- 제 30 항에 있어서,상기 플래튼 둘레에 배치된 차폐링을 더 포함하고,상기 패러데이 컵은 상기 차폐링 내에 위치되며, 상기 차폐링은 상기 패러데이 컵의 개구부의 유효 폭을 감소시키기 위해 상기 패러데이 컵의 개구부 위에서 연장되는 적어도 하나의 수평 돌출부를 갖는, 패러데이 컵.
- 제 31 항에 있어서,상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면의 폭은 상기 패러데이 컵의 개구부의 폭보다 더 큰, 패러데이 컵.
- 제 28 항에 있어서,상기 패러데이 컵은 환형이고,상기 다수의 자석들은 상기 패러데이 컵의 반경의 접선에 대해 교대로 경사지는, 패러데이 컵.
- 제 28 항에 있어서,상기 작업물에서 상기 자기장 생성 수단에 의해 생성되는 상기 자기장을 감소시키도록 위치되고 상기 패러데이 컵 내의 상기 자기장을 강화시키도록 구성되는 자성 차폐부를 포함하는, 패러데이 컵.
- 제 34 항에 있어서,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 측벽들에 평행하게 연장되는 웨브들 및 상기 패러데이 컵의 개구부를 향하는 방향으로 연장되는 플랜지들을 갖는 한 쌍의 채널들의 형상으로 구성되는, 패러데이 컵.
- 제 28 항에 있어서,상기 작업물에서 상기 자기장 생성 수단에 의해 생성되는 상기 자기장을 감소시키도록 위치된 자성 차폐부를 포함하고,상기 자성 차폐부는 상기 패러데이 컵의 개구부 부근에서 마주하게 그리고 상기 패러데이 컵의 측벽들에 평행하게 위치된 한 쌍의 플레이트들을 포함하는, 패러데이 컵.
- 플라즈마 도핑 챔버,작업물을 지지하기 위해 상기 플라즈마 도핑 챔버에 장착된 플래튼,상기 챔버에 결합된 이온화가능한 가스의 소스 ? 상기 이온화가능한 가스는 상기 작업물속으로의 주입을 위한 원하는 도펀트를 포함함 ?, 및상기 작업물 근처에 플라즈마 시쓰를 가지며 상기 이온화가능한 가스의 양이온들을 함유하는 플라즈마를 생성하고 상기 작업물속으로의 주입을 위해 상기 플래튼을 향해 상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 상기 이온화가능한 가스의 상기 양이온들을 가속시키기 위한, 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 도핑 장치에서, 상기 작업물속으로 주입된 상기 양이온들의 도즈(dose)를 모니터링하는 방법으로서,상기 플래튼에 인접하게 위치된 환형 패러데이 컵으로 상기 플라즈마 시쓰를 가로질러 가속되는 상기 양이온들의 샘플을 수집하는 단계 ? 상기 샘플은 상기 작업물 내에 주입되는 양이온들의 수를 나타냄 ?; 및상기 패러데이 컵의 수집 표면 아래에 위치된 자기장 생성 수단으로, 상기 패러데이 컵으로부터 2차 전자들의 탈출을 억제하기 위해 상기 패러데이 컵의 상기 수집 표면 근처에 자기장을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 수집 표면은 상기 패러데이 컵 내부에서 환형으로 연장되는, 작업물 내에 주입되는 양이온들의 도즈를 모니터링하는 방법.
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