KR101185370B1 - 이차원 이온빔 프로파일용 장치 및 방법 - Google Patents

이차원 이온빔 프로파일용 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

이온빔의 프로파일을 측정하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 이 장치는, 이온빔의 입사 이온들에 응답하여 각각 센서 신호를 생성하는 빔 전류 센서들의 어레이와, 상기 이온빔에 대한 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이동 기구와, 상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 센서 신호들을 수득하도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 수득된 센서 신호들이 상기 이온빔의 이차원 프로파일을 나타낸다.
Figure R1020077011018
이온주입, 이온빔, 프로파일, 전류 센서, 센서 신호

Description

이차원 이온빔 프로파일용 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR TWO-DIMENSIONAL ION BEAM PROFILING}
본 발명은 이온 주입(ion implantation)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이온빔의 이차원 프로파일을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이온 주입은 도전성 변경 불순물들을 반도체 웨이퍼에 주입하기 위한 기본 기술이다. 바람직한 불순물 재료는 이온 소스(source)에서 이온화되고, 이 이온들이 가속되어 소정 에너지의 이온빔을 형성하고, 이 이온 빔이 웨이퍼의 표면에 인도된다. 빔 내의 강력한 이온들은 반도체 물질의 두께(bulk) 내로 침투하고 반도체 물질의 결정 격자 내에 매립되어 요구되는 전도성 영역을 형성한다.
이온 주입 시스템은 대개 가스 또는 고체 물질을 잘 정의된 이온빔으로 전환시키기 위한 이온 소스를 포함한다. 상기 이온빔은 바람직하지 않은 이온 종류들(species)을 제거하기 위해 질량분석되고, 바람직한 에너지로 가속되어 타겟(target) 면 상으로 인도된다. 상기 빔은 빔 주사(scanning)에 의해, 타겟 이동에 의해, 또는 빔 주사와 타겟 이동의 조합에 의해 상기 타겟 영역 상에 분포될 수 있다.
종래 기술에 있어서, 고전류, 대역빔(broad beam) 이온 주입기(ion implanter)는, 고전류밀도 이온 소스와, 분해 슬릿(resolving slit)을 통해 바람직한 종류들을 인도하기 위한 분석 마그넷 및 결과적인 빔을 편향시키기 위한 각도 보정 마그넷을 채택하여, 폭 치수를 따라 빔을 평행하고 균일하게 한다. 리본(ribbon) 모양의 이온빔이 타겟으로 전달되고, 상기 타겟은 상기 리본빔의 긴 치수에 수직하게 이동되어 상기 이온빔을 타겟 상에 분포시킨다.
반도체 웨이퍼의 표면 전체에 걸친 이온들의 균일한 주입은 대부분의 적용예들에서 중요한 요구사항이다. 반도체 소자의 형상들(geometries)의 크기가 감소하고 웨이퍼 직경이 증가함에 따라, 소자 제조자들은 넓은 표면 영역들에 걸쳐 최소한의 도오즈(dose) 편차를 요구한다. 균일도(uniformity)는 부분적으로 이온 주입에 사용된 이온빔의 프로파일에 의해 결정된다. 상기 빔 프로파일은 빔 전송 방향에 직교하는 면에 있어서 이온빔 강도의 지도(map)이다. 상기 빔 전류는, 특히 리본 이온빔들과 같은 대면적 빔들의 경우에 있어서, 상기 이온빔의 단면 영역에 걸쳐 변할 수 있다. 더욱이, 상기 빔 프로파일은 도펀트 종류들, 에너지 및 전류와 같은 이온주입 조건들 및 시간에 따라 변할 수 있다. 따라서, 이온 주입기 성능을 향상시키기 위해 상기 빔 프로파일을 측정하고, 필요하다면 그것을 조정하는 것이 바람직하다.
감지 구멍들(apertures)을 구비하는 마스크 플레이트(plate)와 상기 구멍들에 정렬된 환상의 패러데이 컵(Faraday cup)을 포함하는 이온주입용 도오즈 측정 및 균일도 모니터링 시스템이 1988년 6월 4일자 코레이 주니어 등(Corey, Jr. et al.)에게 허여된 미국특허번호 제4,751,393호에 개시되어 있다. 복수개의 고정된 이온빔 탐지기들을 포함하는 이온주입용 빔 주사 제어장치가 1985년 1월 15일자 시바타 등(Shibata et al.)에게 허여된 미국특허번호 제4,494,005호에 개시되어 있다. 빔 내에 놓인 샘플 포인트들의 이차원 어레이를 포함하는 이온빔 프로파일 모니터가 이피 에르니세 등(E.P. EerNisse et al.)에 의해 과학기구 리뷰지(Rev. Sci. Instrum., Vol. 46, No. 3, (March 1975), pp. 266-268)에 개시되어 있다. 느리게 이동하는 단일의 패러데이 탐지기를 포함하는 이온 주입기에 있어서의 고효율 주사용 방법 및 장치가 1999년 12월 25일자 베리안 등(Berrian et al.)에게 허여된 미국특허 제4,980,562호에 개시되어 있다. 상기 선행기술의 빔 측정 기술들은 모두, 낮은 해상도, 부정확성 및 느린 조작을 포함하는, 그러나 이들에 제한되지는 않는 하나 또는 더 많은 단점들을 지녀왔다.
따라서, 개선된 이온빔 프로파일용 방법들 및 장치에 대한 요구가 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 이온빔의 프로파일을 측정하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 이온빔의 입사 이온들에 응답하여 각각 센서 신호를 생성하는 빔 전류 센서들의 어레이와, 상기 이온빔에 대한 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이동 기구와, 상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 센서 신호들을 수득하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 수득된 센서 신호들이 상기 이온빔의 이차원 프로파일을 나타낸다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 이온 주입기가 이온빔을 발생하도록 구성된 이온빔 발생기(generator)와, 이온 주입을 위한 타겟을 지지하기 위한 타겟 자리(site) 및 상기 이온빔을 측정하기 위한 시스템을 포함한다. 상기 이온빔을 측정하기 위한 시스템은 빔 전류 센서들의 어레이와, 상기 이온빔에 대한 이동 경로를 따라 상기 어레이를 이동시키도록 구성된 이동 기구와, 상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 센서 신호들을 수득하도록 구성된 제어기를 포함한다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 이온빔을 측정하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 이온빔의 입사 이온들에 응답하여 각각 센서 신호를 생성하는 빔 전류 센서들의 어레이를 마련하고, 상기 이온빔에 대한 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키고, 상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 센서 신호들을 수득하는 것을 포함한다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 다음의 도면들이 참조되고, 이 도면들은 여기에 참고문헌으로 포함된다.
도 1은 이온 주입기의 일 실시예의 간략화된 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온빔의 이차원 프로파일을 측정하기 위한 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빔 감지 어셈블리의 전면도이다.
도 4는 도 3의 선 4-4를 따라 취해진 상기 빔 감지 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 추출전극들(suppression electrodes)을 구비하는 빔전류 센서이 개략적인 단면도이다.
도 6은 리본 이온빔의 단면을 나타낸다.
도 7은 주사된 이온빔의 단면도를 나타낸다.
도 8은 스폿(spot) 이온빔의 단면을 나타낸다.
이온 주입기의 일 실시예의 블록도가 도 1에 도시되어 있다. 이온 소스(10)는 이온을 발생시키고 이온빔(12)을 공급한다. 이온 소스(10)는 이온 챔버와 이온화될 가스를 수용할 수 있는 가스 박스를 포함할 수 있다. 상기 가스는 그것이 이온화되는 상기 이온 챔버로 공급된다. 형성된 이온들은 상기 이온 챔버로부터 인출되어 이온빔(12)을 형성한다. 이온빔(12)은 분해 마그넷(32, resolving margnet)의 극들 사이로 인도된다. 제1 파워 서플라이(14)가 이온 소스(10)의 인출전극(extraction electrode)에 연결되어 양의 제1 전압 V0를 제공한다. 제1 전압 V0는 예컨대, 약 0.2에서 80kV 까지 조정가능하다. 따라서, 이온 소스(10)에서 이온들이 상기 제1 전압 V0에 의해 약 0.2 내지 80 KeV의 에너지로 가속된다.
이온빔(12)은 추출전극(20, suppression electrode) 및 접지전극(22)을 통해 질량 분석기(30)로 나아간다. 상기 질량 분석기(30)는 분해 마그넷(32)과, 분해 구멍(36, resolving aperture)을 갖는 마스킹 전극(34)을 포함한다. 분해 마그넷(32)은, 요구되는 이온 종류들(species)의 이온들이 분해 구멍(36)을 통과하고 바람직 하지 않은 이온 종류들이 분해 구멍(36)을 통과하지 않고 마스킹 전극(34)에 의해 차단되도록, 이온빔(12) 내의 이온들을 편향시킨다. 일 실시예에 있어서, 분해 마그넷(32)은 요구되는 종류들의 이온들을 90°까지 편향시킨다.
요구되는 이온종류들의 이온들은 분해 구멍(36)을 통해 질량 분석기(30)의 하류에 위치한 제1 감속 스테이지(50)로 나아간다. 감속 스테이지(50)는 상류전극(52), 추출전극(54, suppression electrode) 및 하류전극(56)을 포함할 수 있다. 상기 이온빔 내의 이온들은 감속 스테이지(50)에 의해 감속될 수 있으며, 그 후, 각도 보정 마그넷(60, angle corrector magnet)을 통과할 수 있다. 각도 보정 마그넷(60)은 상기 요구되는 이온 종류들의 이온들을 편향시키고 상기 이온빔을 발산하는 이온빔에서 거의 평행한 이온 궤적을 갖는 리본(ribbon) 이온빔(62)으로 전환시킨다. 일 실시예에 있어서, 각도 보정 마그넷(60)은 요구되는 이온 종류들의 이온들을 70°까지 편향시킨다.
엔드 스테이션(70, end station)은 요구되는 이온종류들의 이온들이 반도체 웨이퍼 내로 주입되도록 웨이퍼(72)와 같은 하나 또는 더 많은 반도체 웨이퍼들을 지지한다. 상기 엔드 스테이션(70)은 냉각된 정전 플레이튼(cooled electrostatic platen)과, 이온들을 웨이퍼(72)이 표면 상에 분포시키기 위해 상기 리본 이온빔(62) 단면의 긴 치수에 수직하게 웨이퍼(72)를 이동시키기 위한 주사기(scanner, 도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 리본 이온빔은 적어도 웨이퍼(72) 만큼 넓다.
상기 이온 주입기는 각도 보정 마그넷(60)의 하류에 위치한 제2 감속 스테이 지(80)를 포함할 수 있다. 감속 스테이지(80)는 상류전극(82), 추출전극(84) 및 하류전극(86)을 포함할 수 있다.
상기 이온 주입기는 당업자에게 공지된 추가 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 엔드 스테이션(70)은 웨이퍼들을 상기 이온 주입기 내로 안내하고 이온 주입 후 웨이퍼들을 제거하기 위한 자동화된 웨이퍼 핸들링 장비를 전형적으로 포함한다. 엔드 스테이션(70)은 또한 도오즈(dose) 측정 시스템, 전자 플러드 건(electron flood gun) 및 다른 공지된 구성요소들을 포함할 수 있다. 상기 이온빔에 의해 통과되는 전체 경로는 이온 주입 동안 진공 배기된다.
도 1의 상기 이온 주입기는 몇몇 모드들 중 하나로 조작될 수 있다. 드리프트 모드(drift mode)로 알려져 있는 제1 조작 모드에서, 감속 스테이지들(50 및 80)은 접지에 연결되고, 상기 이온빔(12)은 이온 소스(10)로부터 인출 후에 도달된 최종 빔 에너지로 빔라인을 통해 수송된다. 강화 드리프트 모드(enhanced drift mode)로 알려져 있는 제2 조작 모드에서, 상기 이온빔(12)은 질량 분석기(30)를 통과하기 전에 전극(22)에서 중간 에너지로 가속되고, 그 후 제1 감속 스테이지(50)에 의해 최종 빔 에너지로 감속된다. 이중 감속 모드(double deceleration mode)로 알려져 있는 제3 조작 모드에서, 상기 이온빔은 질량 분석기(30)를 통과하기 전에 전극(22)에서 제1 중간 에너지로 가속되고, 제1 감속 스테이지(50)에 의해 제2 중간 에너지로 감속되어 각도 보정기(60)를 통과하고, 그 후, 제2 감속 스테이지(80)에 의해 최종 빔 에너지로 감속된다. 제4 조작 모드는 중간에너지에서 상기 빔을 제2 감속 스테이지(80)로 수송하고, 제1 감속 스테이지(50)에서 갭(gap)은 단락 회 로 션트(shunt)로 작동된다. 더 높은 에너지로 상기 빔라인의 일부를 통해 이온빔을 수송함으로써, 주어진 최종 빔 에너지에 대한 드리프트 모드와 비교하여 공간 전하 팽창이 감소될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 엔드 스테이션(70)은 도 1에 도시된 바와 같은 이온빔 프로파일러(100, ion beam profiler)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이온빔 프로파일러(100)의 블록도가 도 2에 도시되어 있다. 이온빔 프로파일러(100)는 이온빔(62)의 단면 프로파일을 수득하도록 전형적으로 이온빔 수송 방향에 직교하는 면에 구성된다. 빔 수송 방향은 도 2의 면에 수직이다. 전형적으로, 웨이퍼(72)의 면 내 또는 그 근처의 이온빔 프로파일이 중요하다. 그러나, 이온빔 프로파일러(100)는 바람직한 어느 면에서든 이온빔 프로파일을 수득할 수 있다.
상기 빔 프로파일러는 이온빔의 단면 영역에 걸쳐 증분 영역들(incremental areas) 내의 빔 전류를 측정하여 빔 전류 밀도의 이차원 지도의 형태로 빔 프로파일을 얻는다. 상기 이차원 지도는 픽셀들의 X-Y 어레이로 구성될 수 있으며, 픽셀들 각각은 상기 빔 단면의 증분 영역 내의 빔 전류 밀도의 측정치를 포함한다. 상기 픽셀 값들은 아래에 설명된 바와 같이 측정될 수 있다. 상기 빔 전류 밀도의 이차원 지도는 상기 이온빔 프로파일이 규격 내에 있음을 확인하기 위해 이용될 수 있다. 상기 빔 프로파일이 규격 내에 있지 않다면, 상기 빔 프로파일은 조정될 수 있으며 갱신된 빔 프로파일이 상기 조정을 확인하기 위해 수득될 수 있다. 상기 이차원 빔 프로파일의 다른 사용들이 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다.
도 2를 참조하면, 이온빔 프로파일러(100)는 빔 감지 어셈블리(110, beam sensing assembly), 이동 기구(112, translation mechanism) 및 제어기(114)를 포함할 수 있다. 이온빔 프로파일러(100)는 이온빔(62)의 이차원 프로파일을 측정하기 위해 구성된다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 상기 이온빔 프로파일러는 임의의 단면 형상 및 크기를 갖는 이온빔을 측정하기 위해 구성될 수 있다.
빔 감지 어셈블리(110)는 프레임 또는 하우징(126)에 탑재된 빔 전류 센서들(124)의 어레이(122)를 포함한다. 빔 전류 센서들(124)은 차단된 이온빔에 응답하여 전기 신호를 생성하는 패러데이 컵들(Faraday cups)일 수 있다. 당해 분야에서 알려진 바와 같이, 센서 신호의 크기는 차단된 이온빔 전류의 함수이다. 각 빔 전류 센서는 상기 이온빔을 마주보는 구멍을 구비한 컵 모양의 도전체일 수 있다. 상기 구멍의 크기는 상기 빔 전류 센서에 의해 샘플링되는 이온빔 영역을 결정한다.
도 2의 실시예에 있어서, 상기 어레이(122)는 Y 방향을 따라 동등하게 이격된 빔 전류 센서들(124)의 선형 어레이이다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 다른 어레이 배열들이 본 발명의 범위 내에서 이용될 수 있다.
상기 빔 감지 어셈블리(110)는 이동 기구(112)에 의해 X 방향으로 이동 경로(140)를 따라 이동되어 이온빔(62)의 전체 단면 영역을 감당한다. 빔 감지 어셈블리(110)가 이동 경로(140)를 따라 이동되면서 빔 전류 측청치들이 각각의 빔 전류 센서들(124)로부터 수득된다. 상기 빔 전류 측정치들은, 감지 어셈블리(110)가 이동할 때, 또는 단계적 이동의 경우, 감지 어셈블리(110)가 이동 경로(140)를 따라서 멈추는 매 시간마다 수득될 수 있다. 빔 전류 센서들(124)에 의해 생성된 센 서 신호들은 연속적으로 측정되거나 또는 바람직한 간격들로 샘플링될 수 있다. 상기 전류 측정치들은 메모리(130)에 저장 및/또는 호스트 컴퓨터에 전송하기 위해 제어기(114)에 공급된다. 빔 감지 어셈블리(110)가 이온빔(62)을 가로질러 이동함에 따른 측정치의 세트(set)는 이온빔(62)의 빔 전류 밀도의 이차원 지도를 나타낸다. 상기 전류 측정치의 세트는 디스플레이 또는 이온빔 프로파일의 인쇄물을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
이온빔 프로파일러(100)의 파라미터들은 빔 전류 및 단면 치수와 형상과 같은 이온빔(62)의 특성, 그리고 바람직한 해상도 및 측정 속도에 의존한다. 어레이(122)가 Y 방향을 따라서 배열된 빔 전류 센서들(124)을 포함하는 도 2의 실시예에 있어서, 어레이(122)의 길이는 적어도 이온빔(62)의 최대 예상 높이만큼 커야한다. 빔 감지 어셈블리(110)의 이동 경로(140)의 길이는 적어도 이온빔(62)의 최대 예상 폭만큼 넓어야 한다. 어레이(122) 내의 빔 전류 센서들(124)의 크기는 상기 빔 프로파일의 바람직한 해상도 및 수용할만한 신호 수준을 생성하는 센서의 성능에 의존한다. 개개의 빔 전류 센서들(124)은 전체 이온빔의 연속된 프로파일을 제공하기 위해 인접한 영역들을 감지할 수 있다.
이동 경로(140)를 따른 빔 감지 어셈블리(110)의 이동은 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 빔 감지 어셈블리(110)는 빔 전류 센서들(124) 내의 상기 구멍들의 폭의 반과 동일한 단계들로 이동된다. 이 실시예에 있어서, 상기 이온빔 프로파일러(100)는 측정된 전류값을 각각 포함하는 픽셀들의 행들 및 열들을 포함하는 이차원 빔 프로파일을 수득한다. 빔 전류 센 서들(124)의 상기 어레이(122)는 픽셀들의 열을 정의하고, 픽셀들의 행들은 이동 경로(140)를 따라 이동되는 각 빔 전류 센서(124)에 의해 정의된다.
상기 이동 기구(112)는, 예컨대 래크(rack) 및 피니언(pinion) 구동 기구를 이용할 수 있다. 다른 적합한 이동 기구들은, 볼(ball) 및 스크루(screw) 어셈블리, 선형 모터 및 공기 피스톤을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(114)는 이동 경로(140)를 따라서 빔 감지 어셈블리(110)가 이동하는 것을 제어하기 위해 이동 기구(112)에 위치 제어 신호들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 제어기(114)는 이동 기구(112)를 제어하여 빔 감지 어셈블리(110)를 이온빔(62)을 가로질러 단계적으로 이동시키고 각 위치에서 상기 빔 전류 센서들(124) 각각에 의해 감지된 빔 전류를 기록할 수 있다. 상기 측정된 전류값들 및 대응하는 위치들은 이차원 이온빔 프로파일을 나타내는 데이터 세트를 형성한다. 상기 데이터 세트는 메모리(130)에 저장 및/또는 호스트 컴퓨터에 전송될 수 있다.
도 2의 실시예에 있어서, 빔 감지 어셈블리(110)는 Y 방향을 따라 위치하는 빔 전류 센서들(124)을 포함하고, 상기 빔 감지 어셈블리(110)는 X 방향으로 이동된다. 다른 실시예들에 있어서, 빔 전류 센서들(124)이 X 방향을 따라 위치할 수 있고, 상기 빔 전류 어셈블리가 Y 방향을 따라 이동될 수 있다. 이에 더하여, 상기 빔 감지 어셈블리(110)가 반드시 X 방향 또는 Y 방향으로 정렬될 필요가 있는 것은 아니다.
본 발명에 따른 빔 감지 어셈블리의 구현예가 도 3 및 4에 도시되어 있다. 도 3 및 4의 실시예에 있어서, 빔 감지 어셈블리(210)는 하우징(226), 빔 전류 센서들(224)의 어레이(222) 및 단일의 기다란 빔 전류 센서(228)를 포함한다. 어레이(222)는 빔 전류 센서들(224)의 제1 서브 어레이(250) 및 빔 전류 센서들(224)의 제2 서브 어레이(252)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 서브 어레이들(250, 252)은 각각 선형 배열된 빔 전류 센서들을 포함하고, 서브 어레이(252)의 빔 전류 센서들은 제1 서브 어레이(250)에 대해 오프셋량 OY 만큼 Y 방향으로 오프셋된다(offset). 이 어레이 구성은 이온빔(62)의 연속된 스트립(strip)을 따라서 상기 이온빔을 측정하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 빔 전류 센서들(224, 228)이 하우징(226) 내에 탑재된다. 하우징(226)은 구멍들(262, 264)을 갖는 덮개(260)로 봉해지고, 상기 구멍들이 상기 각 빔 전류 센서들에 의해 감지되는 상기 이온빔(62)의 증분 영역들(incremental areas)을 정의한다. 특히, 구멍(262)은 빔 전류 센서(224)에 의해 감지되는 영역을 정의하고, 구멍(264)은 빔 전류 센서(228)에 의해 감지되는 영역을 정의하는 기다란 슬롯(slot)이다.
이차원 빔 프로파일을 수득하는 데 있어서, 특히 낮은 이온빔 전류들을 측정할 때의 어려움 중 하나는 상기 이온빔에 기인한 전류만이 측정되는 지를 확실하게 하는 것이다. 상기 프로파일러는 전자들 및 저에너지 이온들이 또한 존재하는 이온 주입기의 영역 내에서 동작하는데, 상기 전자들 및 저에너지 이온들은 이온빔과 배경 가스의 충돌을 통해서 그리고 웨이퍼 상의 전하를 중성화하기 위해 사용되는 전자 플러드 건(electron flood gun)으로부터 도입에 의해서 생성된다. 상기 플러드 건은 빔라인 내에서 상기 프로파일러의 상류에 접하여 놓여질 수 있다. 상기 빔 프로파일러에는 전자들 및 저에너지 이온들이 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하기 위한 억제 요소들이 마련될 수 있다.
상기 빔 감지 어셈블리는 저에너지 전자들이 상기 빔 이온들과 함께 상기 빔 전류 센서들에 진입하거나, 상기 이온들이 일단 진입했다면, 상기 빔 전류 센서들로부터 떠나는 것을 방지하기 위한 마그넷들을 포함할 수 있다. 다시 도 4를 참조하면, 빔 감지 어셈블리(210)는 빔 전류 센서들(224, 228)의 대향면들에 위치하는 마그넷들(270, 272, 274, 276)을 포함할 수 있다. 도 4의 실시예에 있어서, 마그넷들(270, 272, 274, 276)은 빔 전류 센서들(224, 228)의 입구에 쌍극자 장(dipole field)을 생성하기 위해 그들 각각의 n 및 s극들이 서로 마주보도록 정렬될 수 있다. 상기 마그넷들은 빔 수송 방향에 직교하고 약 500~600 가우스(Gauss)의 크기를 갖는 자기장을 각 빔 전류 센서의 중앙에 생성하도록 선택된다. 이들 파라미터들은 단지 예로서 주어지는 것이고 본 발명의 범위에 관해 한정하는 것은 아니다.
상기 빔 감지 어셈블리(210)는 또한, 저에너지 이온들, 특히 플러드 건에 의해 생성된 것들이 빔 이온들과 함께 빔 전류 센서들로 진입하여 이온빔 전류의 일부로 측정되는 것을 방지하기 위해, 상기 빔 전류 센서들의 정면에 위치하는 양으로 바이어스된(positively-biased) 플레이트(280)를 포함할 수 있다. 예로서, 플레이트(280)는 약 +20 볼트의 전압으로 바이어스될 수 있다.
전자 및 저에너지 이온 억제를 위한 억제 요소들을 포함하는 빔 전류 센서의 또 다른 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 빔 전류 센서(284)는 패러데이 컵으로 구 성될 수 있다. 전자들 및 저에너지 이온들은 접지 플레이트(286), 음의 억제 플레이트(288), 양의 억제 플레이트(290) 및 음의 억제 플레이트(292)를 포함하는 배열에 의해 억제된다. 도 5의 실시예에 있어서, 접지 플레이트(286)는 접지에 연결되고, 음의 억제 플레이트들(288, 292)은 -200 볼트로 바이어스되고, 양의 억제 플레이트(290)는 +400 볼트로 바이어스된다. 저에너지 이온들이 상기 빔 전류 센서로 진입하는 것을 방지하는 양의 억제 플레이트(290)는, 빔 라인 내의 전자들이 상기 패러데이컵으로 진입하는 것과 전자들이 상기 패러데이 컵으로부터 떠나는 것을 방지하는 음으로 바이어스된 플레이트들에 의해, 상기 빔 라인 및 상기 빔 전류 센서와 떨어져 있다. 억제 마그넷들의 부재시, 상기 양으로 바이어스된 플레이트가 단독으로 저에너지 이온들이 상기 패러데이 컵으로 진입하는 것을 방지할 것이나 또한 전자 흐름을 왜곡시킬 것이다.
도 3 및 4의 실시예에 있어서, 빔 전류 센서들(224) 각각은 높이 H 및 폭 W를 갖고, 인접한 빔 전류 센서들은 높이 H와 동일한 간격 SY 만큼 Y 방향으로 이격된다. 서브 어레이들(250, 252)은 간격 SX 만큼 X 방향으로 이격된다. 빔 전류 센서들의 두개의 이격된 서브 어레이들의 배열은, 이와 달리 단일 선형 어레이에서 배열된 개별 빔 전류 센서들의 벽 두께 때문에 발생되었을 측정 상의 갭을 막아준다. 이온빔(62)의 연속된 스트립을 따른 빔 전류 측정은 특정 X 위치에서 서브 어레이(252)에 의한 제1 측정, 폭 W에 간격 SX를 더한 것과 동일한 거리 만큼 X 방향으로 빔 감지 어셈블리(210)의 이동, 및 상기 X 위치에서 서브 어레이(250)에 의한 제2 측정을 포함한다. 상기 두개의 측정치 세트들이 결합되어 주어진 X 위치에서 상기 이온빔의 연속된 스트립을 따라 빔 프로파일을 제공한다. 사실상, 측정치들은 서로 다른 X 위치들에서 서브 어레이들(250, 252)에 의해 동시에 수득되고, 상기 빔 감지 어셈블리(210)가 X 방향을 따라 이동되어 완성된 데이터 세트를 제공한다. 상기 수득된 전류값들이 적합하게 가공되어 X 및 Y 방향들에서 연속된 데이터 값들을 제공한다. 따라서, 서브 어레이들(250, 252)에 의해 동일한 X 위치에서 수득된 전류값들이 결합되어 단일 열의 프로파일 데이터 세트를 제공한다. 상기 빔 감지 어셈블리는 빔 전류 센서들의 단일 어레이 또는 빔 전류 센서들의 둘 이상의 서브 어레이들을 포함할 수 있다.
일 예에 있어서, 각 빔 전류 센서(224)는 6 mm(밀리미터)의 높이 H 및 6 mm의 폭 W를 갖고, 각 열에서 센서들 사이의 간격 SY는 6 mm 이다. 서브 어레이들(250, 252) 사이의 오프셋량 OY는 6 mm이고, 서브 어레이들(250, 252) 사이의 간격 SX는 12 mm이다. 예컨대, 빔 감지 어셈블리(110)는 3 mm의 증분들로 X 방향을 따라 이동될 수 있다. 이 예에 있어서, 서브어레이들(250, 252) 각각은 전체 측정 높이 144 mm에 대해 12개의 빔 전류 센서들을 포함할 수 있다. 빔 전류 센서들(224)의 상기 높이 H 및 폭 W는 관련 적용예들에서 수용할 만한 신호 수준을 수집하고 바람직한 해상도를 제공하도록 선택된다. 이동 경로(140)의 길이는 이온빔(60)의 폭과 동일하거나 그보다 더 클 수 있고 일 예에 있어서 400 mm이다. 이 예에 있어서, 이차원 이온빔 프로파일이 2초 내에 수득될 수 있다. 이들 파라미터들은 단지 예로서 주어지고 본 발명의 범위에 관해 한정하는 것은 아니다.
빔 전류 센서(228)는 어레이(222) 내의 빔 전류 센서들(224)의 전체 영역들 과 동일한 영역을 갖는 단일의 빔 전류 센서로 구성될 수 있다. 더욱 상세하게, 빔 전류 센서(228)는 빔 전류 센서들(224)의 폭 W와 동일한 폭 V를 가질 수 있고, Y 방향을 따라 어레이(222)의 전체 길이와 동일한 길이를 가질 수 있다. 빔 전류 센서(228)는 어레이(222) 내의 센서들(224)의 작동을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 특정 X 위치에서 빔 전류 센서(228)에 의해 측정되는 빔 전류는 동일한 X 위치에서 서브 어레이들(250, 252)에 의해 측정된 전체 전류와 동일해야 한다. 빔 전류 센서(228)는 Y 방향을 따른 빔 전류 밀도 내의 편차들을 평균화하여 각 X 위치에 대해 단일의 측정된 전류값을 생성한다. 따라서, 빔 전류 센서(228)는 일차원 빔 프로파일을 제공한다.
도 3 및 4의 실시예는 이온빔의 연속된 스트립을 측정하는 두개의 서브 어레이들을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 빔 전류 센서들은 Y 방향을 따라 이격되고 보간법(interpolation)이 센서들 사이의 위치들에서 빔 전류를 추정하기 위해 사용된다. 도 2에 도시되고 상술된 어레이(122)는 이격된 빔 전류 센서들(124)의 일예이다. 또 다른 실시예들에 있어서, 상기 빔 전류 센서들은 겹치는 측정 영역들을 갖는다.
서로 다른 이온 빔 유형들이 여기서 도시되고 설명된 상기 이온빔 프로파일러에 의해 그 윤곽이 그려질 수 있다. 도 6을 참조하면, 리본 이온빔(300)은 전형적으로 빔 높이 BH 및 빔 폭 BW에 의해 특징지어지는 기다란 단면을 갖는다. Y 방향에서 빔 센서들의 어레이의 길이는 빔 높이 BH와 동일하거나 그보다 더 크게 선택되고, X 방향으로의 이동 경로(140)의 길이는 상기 빔 폭 BW와 동일하거나 그보 다 더 크게 선택된다. 상기 빔 감지 어셈블리를 이온빔 단면의 긴 치수를 따라 이동하는 것이 전형적으로 가장 유용하다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 따라서, 예를 들면, 빔 전류 센서들의 수평 어레이가 수직 방향으로 이동되어 리본 이온빔(300)의 프로파일을 수득할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 이온빔 프로파일러는 주사되는 이온빔의 프로파일을 수득하기 위해 이용될 수 있다. 도 7에 있어서, 이온빔(310)은 주사 방향(314)을 따라 주사되어 주사 패턴(316)을 제공한다. 상기 이온빔 프로파일러는 주사 방향(314)을 따라 주사 패턴(316)의 프로파일을 수득하기 위해 이용될 수 있다. 도 7의 예에 있어서, 상기 빔 감지 어셈블리는 주사 방향(314)을 따라 이동되고, 이동 경로는 주사 패턴(316)의 폭과 동일하거나 그보다 더 큰 길이를 갖는다. 상기 빔 감지 어셈블리의 이동 속도는 이동 경로를 따른 각 위치에서 이온빔(310)이 적어도 한번 측정되는 것을 확실하게 하기 위해 상기 빔 주사 속도에 비해 느리다.
스폿(spot) 이온빔(320)이 도 8에 도시되어 있다. 스폿 이온빔(320)의 프로파일을 수득하기 위해, 빔 전류 센서들의 어레이의 높이 및 이동 경로의 길이는 모두 이온빔(320)의 최대 예상 직경과 동일하거나 그보다 더 크다. 상기 스폿 이온빔(320)은 반드시 원형 단면을 가질 필요는 없으며 일반적으로 불규칙한 단면 형상을 갖는다.
상기 빔 유형들 중 어느 것에 대해서도, 바람직하게는, 상기 빔 전류 센서 어레이의 길이 및 이동 경로들의 길이는 비정상적인 이온빔 조건들을 수용하기 위 해 최대 예상 빔 치수들 또는 주사 패턴 치수들보다 다소 더 크다. 상기 빔 전류 센서들의 어레이는 개별 빔 전류 센서들의 임의의 바람직한 구성을 가질 수 있으며, X 방향, Y 방향 또는 임의의 방향으로 이동될 수 있다.
이 발명의 적어도 하나의 실시예의 몇 가지 태양들을 설명했듯이, 다양한 변경들, 변형들 및 개선들이 이 기술분야의 당업자에게 즉시 발생할 것임이 인식될 수 있다. 이러한 변경들, 변형들 및 개선들은 본 개시의 일부가 될 것이고, 본 발명의 사상 및 범위 내에 있게 될 것이다. 따라서, 앞선 설명 및 도면들은 단지 일종의 예일 뿐이다.

Claims (38)

  1. 이온빔의 프로파일을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    이온빔의 입사 이온들에 응답하여 각각 센서 신호를 생성하는 빔 전류 센서들의 어레이;
    상기 이온빔에 대해 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이동 기구;
    상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 센서 신호들을 수득하도록 구성된 제어기; 및
    상기 어레이 내의 상기 빔 전류 센서들의 영역들의 합과 동일한 영역을 갖는 단일의 빔 전류 센서를 포함하고,
    상기 수득된 센서 신호들이 상기 이온빔의 이차원 프로파일을 나타내고,
    상기 단일의 빔 전류 센서는 상기 빔 전류 센서들의 어레이와 함께 이동되고 상기 빔 전류 센서들의 어레이의 작동을 확인하는 센서 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기는 상기 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이의 이동을 제어하도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 이동 경로를 따라 불연속적인 단계들로 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 이동 경로를 따라 연속적으로 상 기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이온빔 수송 방향에 직교하게 이동시키도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이는 선형 어레이를 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이는 패러데이 컵(Faraday cups)들의 어레이를 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이는 패러데이 컵들의 제1 및 제2 서브 어레이들을 포함하고, 상기 패러데이 컵들의 제1 및 제2 서브 어레이들은 이동 방향으로 서로에게서 오프셋되고 이동 방향에 직교하게 서로에게서 오프셋된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기는 상기 이동 경로를 따른 상기 복수개의 위치들에서 상기 수득된 센서 신호들에 응답하여 상기 이온빔의 이차원 프로파일을 나타내는 데이터 세트를 생성하도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 데이터 세트의 각 성분은 측정된 전류값 및 대응 위치를 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 긴 치수를 구비하는 단면을 갖는 리본 이온 빔을 측정하기 위해 구성되고, 상기 이동 기구는 상기 리본 이온빔 단면의 긴 치수를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 주사 방향을 갖고 주사되는 이온빔을 측정하기 위해 구성되고, 상기 이동 기구는 상기 주사 방향을 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이의 이동은 상기 이온빔의 주사에 비해 느린 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 장치는 스폿(spot) 이온빔의 프로파일을 측정하도록 구성되고, 상기 이동 기구는 상기 스폿 이온빔에 대해 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 단일의 빔 전류 센서는 단일의 기다란 패러데이 컵을 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 전류 센서들은 상기 이동 경로에 직교하는 방향으로 상기 이온빔의 연속적인 스트립(strip)을 감지하도록 구성된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 전류 센서들은 상기 이동 경로에 직교하는 방향으로 이격된 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  18. 청구항 1에 있어서,
    전자들 및 저에너지 이온들이 상기 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하는 하나 또는 2 이상의 억제 요소들을 더 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 억제 요소들은 전자들이 상기 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하는 마그넷들 및 저에너지 이온들이 상기 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하는 양으로 바이어스된(positively-biased) 플레이트를 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  20. 청구항 18에 있어서, 상기 억제 요소들은 저에너지 이온들이 상기 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하는 양으로 바이어스된(positively-biased) 플레이트 및 전자들이 상기 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하는 하나 또는 2 이상의 음으로 바이어스된(negatively-biased) 플레이트들을 포함하는 이온빔의 프로파일 측정 장치.
  21. 이온 주입기에 있어서,
    이온빔을 발생시키도록 구성된 이온빔 발생기;
    이온 주입을 위해 타겟을 지지하기 위한 타겟 자리(target site); 및
    빔 전류 센서들의 어레이와, 상기 이온빔에 대해 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이동 기구와, 상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 센서 신호들을 수득하도록 구성된 제어기와, 상기 어레이 내의 상기 빔 전류 센서들의 영역들의 합과 동일한 영역을 갖는 단일의 빔 전류 센서를 포함하는 상기 이온빔을 측정하기 위한 장치를 포함하되,
    상기 단일의 빔 전류 센서는 상기 빔 전류 센서들의 어레이와 함께 이동되고 상기 빔 전류 센서들의 작동을 확인하는 센서 신호들을 생성하는 이온 주입기.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 제어기는 상기 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이의 이동을 제어하도록 구성된 이온 주입기.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 이동 경로를 따라 불연속적인 단계들로 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온 주입기.
  24. 청구항 21에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 이동 경로를 따라 연속적으로 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온 주입기.
  25. 청구항 21에 있어서, 상기 이동 기구는 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이온빔 수송 방향에 직교하게 이동시키도록 구성된 이온 주입기.
  26. 청구항 21에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이는 패러데이 컵들의 제1 및 제2 서브 어레이들을 포함하고, 상기 패러데이 컵들의 제1 및 제2 서브 어레이들은 이동 방향으로 서로에게서 오프셋되고 이동 방향에 직교하게 서로에게서 오프셋된 이온 주입기.
  27. 청구항 21에 있어서, 상기 제어기는 상기 이동 경로를 따른 상기 복수개의 위치들에서 상기 빔 전류 센서들에 의해 생성된 상기 센서 신호들에 응답하여 상기 이온빔의 이차원 프로파일을 나타내는 데이터 세트를 생성하도록 구성된 이온 주입기.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 데이터 세트의 각 성분은 측정된 전류값 및 대응 위치를 포함하는 이온 주입기.
  29. 청구항 21에 있어서, 상기 이온 주입기는 긴 치수를 구비하는 단면을 갖는 리본 이온 빔을 측정하기 위해 구성되고, 상기 이동 기구는 상기 리본 이온빔 단면의 긴 치수를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이동시키도록 구성된 이온 주입기.
  30. 이온빔을 측정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 이온빔의 입사 이온들에 응답하여 각각 센서 신호를 생성하는 빔 전류 센서들의 어레이를 마련하고;
    상기 어레이 내 상기 빔 전류 센서들의 영역들의 합과 동일한 영역을 갖는 단일의 빔 전류 센서를 마련하되, 상기 단일의 빔 전류 센서는 상기 빔 전류 센서들의 어레이의 작동을 확인하도록 상기 이온빔의 입사 이온들에 응답하여 센서 신호를 생성하고,
    상기 이온빔에 대해 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이와 상기 단일의 빔 전류 센서를 이동시키고;
    상기 빔 전류 센서들의 어레이 및 상기 단일의 빔 전류 센서에 의해 상기 이동 경로를 따른 복수개의 위치들에서 생성된 상기 센서 신호들을 수득하는 것을 포함하는 이온빔 측정 방법.
  31. 청구항 30에 있어서, 상기 어레이와 상기 단일의 빔 전류 센서를 이동시키는 것은 상기 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이와 상기 단일의 빔 전류 센서를 불연속적인 단계들로 이동시키는 것을 포함하는 이온빔 측정 방법.
  32. 청구항 30에 있어서, 상기 어레이와 상기 단일의 빔 전류 센서를 이동시키는 것은 상기 이동 경로를 따라 상기 빔 전류 센서들의 어레이와 상기 단일의 빔 전류 센서를 연속적으로 이동시키는 것을 포함하는 이온빔 측정 방법.
  33. 청구항 30에 있어서, 상기 어레이를 이동시키는 것은 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 이온빔 수송 방향에 직교하게 이동시키는 것을 포함하는 이온빔 측정 방법.
  34. 청구항 30에 있어서, 상기 빔 전류 센서들에 의해 상기 이동 경로를 따른 상기 복수개의 위치들에서 생성된 상기 센서 신호들에 응답하여 상기 이온빔의 이차원 프로파일을 나타내는 데이터 세트를 생성하는 것을 더 포함하는 이온빔 측정 방법.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 데이터 세트의 각 성분은 측정된 전류값 및 대응 위치를 포함하는 이온빔 측정 방법.
  36. 청구항 30에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 마련하는 것은 상기 이동 경로에 직교하는 방향으로 상기 이온빔의 연속적인 스트립을 감지하도록 구성된 어레이를 마련하는 것을 포함하는 이온빔 측정 방법.
  37. 청구항 30에 있어서, 상기 빔 전류 센서들의 어레이를 마련하는 것은 서로 이격된 빔 전류 센서들을 마련하는 것을 포함하고, 상기 방법은 상기 수득된 센서 신호들을 보간하여(interpolating) 상기 이동 경로에 직교하는 방향에서 상기 이온 빔의 스트립을 따라 빔 전류의 추정치를 제공하는 것을 더 포함하는 이온빔 측정 방법.
  38. 청구항 30에 있어서, 전자들 및 저에너지 이온들이 상기 빔 전류 센서들 내로 진입하는 것을 억제하는 것을 더 포함하는 이온빔 측정 방법.
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