KR101203834B1 - 이온 빔 주입 전류, 빔 스팟 폭 및 위치 조정 방법 - Google Patents

이온 빔 주입 전류, 빔 스팟 폭 및 위치 조정 방법 Download PDF

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Abstract

이온 주입 시스템의 조정을 위한 이온 빔 조정 방법, 시스템 및 프로그램 제품이 개시된다. 본 발명은 이온 빔의 프로파일을, 예를 들어, 주입 챔버 내에 위치한 프로파일러를 가로질러 이온 빔을 스캐닝함으로써 얻고, 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟의 폭을 동시에 최적화하며 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 이온 주입 시스템을 조정한다. 또한, 상기 조정은 이온 빔을 상기 스팟 빔 중심 위치에 관한 피드백 정보에 기초하여 소정의 이온 빔 경로를 따라 위치시킬 수 있으며, 이온 빔 셋업 시간을 줄임으로써 이온 주입 시스템의 생산성과 성능을 향상시키고, 여러 차례의 셋업에 걸쳐 각각의 이온 빔에 대해 반복가능한 빔 각도 성능을 제공할 수 있다.

Description

이온 빔 주입 전류, 빔 스팟 폭 및 위치 조정 방법{ION BEAM IMPLANT CURRENT, SPOT WIDTH AND POSITION TUNING}
본 발명은 이온 주입 시스템(ion implanter system)에 관한 것으로, 더 상세하게는 예측된 주입 전류를 이용하여 이온 빔 주입 전류를 최대화하고, 스팟 빔의 중심 위치를 이용하여 원하는 이온 빔 경로에 따라 이온 빔을 위치시킬 수 있도록 이온 주입 시스템을 조정하는 방법, 시스템 및 프로그램에 관한 것이다.
이온 주입 공정은 보통 균일하고 일정한 도즈량(dose), 즉 이온의 양이 반도체 웨이퍼에 주입되는 것이 필요하다. 도즈량은 일반적으로 이온 빔 전류의 강도와 웨이퍼가 이온 빔 앞에 머무르는 시간의 함수이다. 도 1을 참조하면, 통상적으로 종래의 단일 웨이퍼 이온 주입기들은 가로 방향으로 정전기적으로 스캔(scan)되는 스팟 빔(spot beam)(4)인 이온 빔을 제공한다. 웨이퍼(6)에 스캔하기 위해서, 한 가지 기존 접근 방법은, 웨이퍼를 세로 방향으로(도 1에서 세 웨이퍼(6)의 위치들로 나타나는 방향) 이동시키고 이온 빔(4)은 웨이퍼(6)를 가로질러 앞뒤로 가로 방향으로 주사(sweep)하는 방법이다. 이러한 공정에서는 균일한 주입을 이루기 위해, 이온 빔(4)은 웨이퍼(6)의 가장자리 너머까지 완전히 주사되어야만 하며, 이는 웨이퍼의 양 사이드에서 폭(d)만큼의 과도한 주사(oversweep)를 초래한다. 과도 주사 의 폭(d)은 주사되는 방향으로 이온 빔(4)의 폭(D)에 비례하기 때문에, 웨이퍼 표면에서 빔의 폭은 적용될 수 있는 빔(4)의 양, 즉 빔의 주입 전류의 양에 중대한 영향을 미친다. 특히, 과도 주사는 전체 빔의 일 부분만이 실제 활용 가능한 상황을 만들며, 이는 이온 주입 시스템의 생산성에 영향을 줄 수 있다.
이러한 상황에 대처하기 위해, 총 이온 빔 전류(total ion beam current)와 이온 빔 스팟(ion beam spot)의 폭에 의해 결정되는 이온 빔 주입 전류를 최대화하는 것이 유리하다. '주입 전류(implant current)'란 이온 빔이 웨이퍼에 충돌할 때의 전류의 크기이고, 이는 한 차례의 주사(sweep)를 통해 웨이퍼에 흡수되어 유효하게 되는 이온 빔 전류(cumulative current of the ion beam)의 누적 양일 뿐인 총 이온 빔 전류와는 구분된다. 주입 전류는 총 이온 빔 전류와 이온 빔 스팟의 폭의 함수이고, 그 크기는 총 이온 빔 전류가 증가하고 이온 빔 스팟의 폭이 감소하면 증가한다. 반면에, 이온 빔 스팟 폭은 총 이온 빔 전류의 함수이며, 총 이온 빔 전류가 증가하면 따라서 증가한다. 이에 따라, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭은 주입 전류를 최대화하기 위해서는 동시에 최적화되어야 한다. 그러나, 기존의 단일 웨이퍼 이온 주입기에서는 총 이온 빔 전류의 조정과 빔 스팟 폭의 프로파일링(profiling) 작업은 별도로 이뤄졌다. 특히, 총 이온 빔 전류는 이온 빔의 경로 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 이동시킬 수 있는 셋업 패러데이 컵(set-up Faraday cup)에서 조정되었다. 이온 빔 스팟 폭은, 예를 들어 미국등록특허 제4,922,106호에서 개시된 것과 같이, 이동가능한 패러데이 컵 프로파일러를 이용하여 웨이퍼 면에서 측정되었다. 셋업 패러데이 컵으로부터 웨이퍼로의 빔 전송은 제어되지 않는 다.
이온 주입기를 제어하는 것과 관련된 빔의 폭을 고려하는 한 가지 접근 방법은 이와사와(Iwasawa)의 미국등록특허 제6,614,027에 개시되어 있다. 이와사와의 특허는, 제어부로 하여금 주사 방향(sweeping direction)에서 그러한 전하를 띤 입자 빔의 폭을 고려하도록 만듦으로써 정전 렌즈(electrostatic lens)가 조절되는 경우에, 주사된 전하를 띤 입자 빔(swept charged particle beam)의 총 이온 빔 전류가 소정의 값보다 작아지는 것을 방지할 수 있는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 이와사와의 특허는 빔의 폭과 전류를 고려한 통합된 평가치를 생성하고, 상기 평가치를 최대화하기 위해 렌즈 초점 조절 전압 Vf(n)을 제어한다. 특히, 이러한 통합된 평가치의 최대화는, 총 이온 빔 전류는 증가시키고 이상적인 빔 폭에 대한 빔 폭 편차는 최소화하는 렌즈 초점 조절 전압 Vf(n)을 선택함으로써 달성된다. 즉, 이와사와의 특허는, 빔의 폭이 가능한 한 작은 편차를 가지면서, 소정의 큰 총 이온 빔 전류를 달성하려고 한다. 그 와중에, 이와사와의 특허는 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 각자의 바람직한 상태들에 근사(approximate)시키지만, 주입 전류를 최대화하기 위해 최적화된 총 이온 빔 전류나 최적화된 이온 빔 스팟 폭을 달성하려고 달리 시도하지는 않는다. 더 구체적으로 말하자면, 이와사와의 특허는 그러한 목적을 달성하기 위해 총 이온 빔 전류와 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화할 수 없기 때문에, 주입 전류를 최대화하는 것이 불가능하다.
이와사와의 특허는 또한 단지 하나의 렌즈만 조절하기 때문에 이러한 매개 변수들을 조절하는 능력이 제한된다. 즉, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화함으로써 주입 전류를 최대화하기 위해서는, 이온 주입 시스템 내의 하나 이상의 빔 광학 컴포넌트들이 반드시 제어되어야 한다. 결과적으로, 이와사와의 특허는 과도 주사로 인한 이온 빔의 낮은 활용성에 적절히 대처할 능력이 없다.
이온 주입 장치의 생산성의 최적화에 대한 또 다른 도전 과제는 빔 셋업 시간을 최소화하는 것이다. 기존의 이온 주입 시스템에서, 셋업은 몇 가지의 측정과 함께, 이와 결부된 조정 단계들, 예를 들어 상술한 것과 같은 이온 빔 주입 전류 조정, 병렬 상태(parallelism) 조정 및 균일성(uniformity) 조정 등이 수행되어야 한다. 같은 그룹의 이온 빔들을 서로 다른 웨이퍼들의 주입을 위해 반복적으로 사용하는 것이 보통이기 때문에, 이러한 난점은 중대해진다. 그 결과, 계속되는 생산 공정 내내 동일한 이온 빔들이 계속해서 셋업되어야 한다. 반도체 장치들이 일정한 성능을 제공하기 위해서는 수많은 셋업 단계들에 걸쳐 각 이온 빔들에 대해 일정한 기하학적 특성을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 관점에서 볼 때, 당해 기술 분야에서는 이온 빔 주입 전류를 최대화할 뿐 아니라, 이온 빔 셋업 시간을 최소화하고 그 밖에 이온 주입 시스템의 생산성을 개선할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 이온 주입 시스템을 조정하기 위한 이온 빔의 조정 방법, 조정 시스템 및 프로그램 제품을 제공한다. 본 발명은 상기 이온 빔의 이온 빔 프로파일을, 예를 들어, 주입 챔버 내에 있는 프로파일러를 가로질러 상기 이온 빔을 스캐닝하는 방법 등을 통해 얻으며, 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화하고 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 상기 이온 주입 시스템을 조정한다. 추가적으로, 상기 조정은 또한 상기 이온 빔을 바람직한 이온 빔 경로에 맞춰 위치시킬 수 있으며, 이는 이온 빔 셋업 시간을 줄임으로써 이온 주입 시스템의 생산성과 성능을 향상시키고, 여러 차례의 셋업에 걸쳐 각각의 이온 빔에 대해 반복가능한 빔 각도 성능을 제공한다. 특히 이온 빔의 셋업 시간을 줄이는 점에 있어서, 본 발명은, 만약 이온 빔 스팟 폭 및 스팟 빔 중심 위치가 여러 차례의 셋업에 걸쳐 각 이온 빔에 대해 동일하게 유지된다면, 저장된 교정부 자석 세팅(stored corrector magnet setting) 및 균일성 스캔 파형 슬로프 어레이(uniformity scan waveform slope array)도 일정하게 변하지 않을 것이므로, 병렬 상태 및 균일 상태 조정의 필요성을 감소시킨다.
본 발명의 첫 번째 측면은 이온 주입 시스템의 이온 빔을 조정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 상기 이온 빔의 이온 빔 프로파일을 얻는 단계; 및 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화하고 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 상기 이온 주입 시스템을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 두 번째 측면은 이온 주입 시스템 내에서 이온 빔을 조정하는 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은, 상기 이온 빔의 이온 빔 프로파일을 획득하도록 구성된 획득 수단; 및 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화하고 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 상기 이온 주입 시스템을 조정하도록 구성된 조정 수단을 포함한다.
본 발명의 세 번째 측면은 이온 주입 시스템 내에서 이온 빔을 조정할 수 있도록 구현된 컴퓨터 판독가능한 프로그램 코드를 갖는, 컴퓨터에 사용가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것으로, 상기 프로그램 제품은 상기 이온 빔의 이온 빔 프로파일을 획득하도록 구성된 프로그램 코드; 및 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화하고 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 상기 이온 주입 시스템을 조정하도록 구성된 프로그램 코드를 포함한다.
본 발명의 상술한 특징들 및 기타 특징들은 본 발명의 실시예들에 대한 다음에 이어지는 더욱 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명의 실시예들은 다음 도면을 참조로 상세하게 설명될 것이며, 동일하거나 유사한 구성요소들은 유사한 참조 번호로서 지시된다.
도 1은 종래의 이온 주입 시스템에서 웨이퍼의 움직임에 대한 이온 빔의 움직임을 나타낸 것이다.
도 2a는 주입 전류 및 스팟 빔 위치에 대한 조정 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 이온 주입 시스템의 첫 번째 실시예를 나타낸 것이다.
도 2b 및 2c는 주입 전류 및 스팟 빔 위치에 대한 조정 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 이온 주입 시스템의 다른 실시예들을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2a 내지 2c의 조정 시스템의 블록 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 4는 도 2a 내지 2c의 조정 시스템의 동작에 관한 순서 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 이온 빔의 스캐닝을 나타낸 것이다.
도 6은 도 2a 내지 2c의 조정 시스템에 의해 이용되는 이온 빔 프로파일을 나타낸 것이다.
도 7은 이온 주입 시스템에서 이온 빔이 지나간 경로를 설명하기 위한 도면이다.
<이온 주입 시스템의 개괄>
첨부한 도면을 참조하면, 도 2a는 본 발명에 따른 이온 주입 시스템(100)의 첫 번째 실시예를 예시한 것이다. 주입 시스템(100)은 이온 빔(104)을 생성하고, 이를 이온 챔버(108) 내에 있는 표적(target)(106)에 전달하는 이온 빔 생성부(102)를 포함한다. 이온 빔 생성부(102)는 베리안 세미컨덕터 이큅먼트 어소시에이츠(Varian Semiconductor Equipment Associates)로부터 구매가능한 장치들과 같이 현재 알려져 있거나 미래에 개발될 이온 빔 생성 장치일 수 있다.
통상적으로, 표적(106)은 받침대(holder)(114) 위에 놓인 하나 또는 그 이상의 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 표적(106)의 특성은 상기 표적(106), 즉 웨이퍼를 회전시키는 받침대 구동 어셈블리(holder driving assembly)(116)와, 상기 표적(106)의 수직 위치를 제어하는 표적 수직 스캔 시스템 위치 제어부(target vertical scan system position controller)(118)에 의해 조절될 수 있다. 구동 어셈블리(116) 및 위치 제어부(118)는 모두 시스템 제어부(120)에 응답하도록 구성된다.
상술한 구성 요소 외에도, 이온 빔 생성부(102)는 가스 플로(gas flow)(140)와, 소스 자석(source magnet)(144)과 소스 바이어스 전압 제어부(source bias voltage controller)(146)를 포함하는 이온 소스(142)와, 억제 전극(suppression electrode)(148), 추출 전극(extraction electrode)(150) 및 상기 전극들(148, 150)을 위한 하나 또는 그 이상의 조작 모터들(manipulator motors)(152)과, 분석부 자석(analyser magnet)(154)과, 가속부 초점 전극(accelerator focus electrode)(156)과, 가속부 억제 전극(accelerator suppression electrode)(158)과, 질량 슬릿(mass slit)(166)과, 프리스캔 억제 전극(pre-scan suppression electrode)(162)과, 수평 스캔 판(horizontal scan plates)(164)과, 포스트스캔 억제 전극(post-scan suppression electrode)(166)과, 질소(N2) 블리드(N2 bleed)(168)와, 교정부 자석(corrector magnet)(170)과 그리고 제한 개구(limiting aperture)(172)를 포함할 수 있다. 이온 주입 시스템(100)은 추가적으로 도즈량 제어 패러데이 컵(dose control Faraday cup)(173)과, 프로파일러(profiler)(174) 및 샘플링 패러데이 컵 어레이(sampling Faraday cup array)(180)를 포함할 수 있다. 상기 프로파일러(174)는 예를 들어, 빔 위치에 따른 빔 전류의 농도와 같은 이온 빔 프로파일을 결정하기 위해 하나 또는 그 이상의 이동식 패러데이 컵들을 포함한 다. 비록 명확성을 위해 도면에 나타내지는 않았지만, 상술한 구성 요소들 각각은 상기 시스템 제어부(120)에 의해 감시되고, 시스템 제어부(120)에 대해 응답하도록 구성된다.
도 2b는 이온 주입 시스템들 중에서도 특히(inter alia), 이동식 패러데이 컵(moving Faraday cup)(302)과 사전 분석용 자석(pre-analyzing magnet)(306)을 포함한 두 번째 실시예를 예시한 것이고, 도 2c는 이온 주입 시스템 중에서도 특히, 자기식 스캐너(magnetic scanner)(300) 및 전하 선택 자석(charge-selecting magnet)(308)을 포함한 세 번째 실시예를 예시한 것이다. 이런 점들을 제외하면, 도 2b 및 2c의 다른 이온 주입 시스템들은 적어도 본 출원에 관련하여서는, 도 2a의 이온 주입 시스템과 동일하다.
이어지는 설명은 달리 필요하지 않은 경우에는 오직 도 2a를 참조할 것이다. 그러나, 본 발명의 사상은 어떠한 형태의 이온 주입 시스템에도 적용가능하다는 것은 이해되어야 할 것이다.
<조정 시스템(Tuning System)>
첨부한 도면들을 참조하면, 도 3은 시스템 제어부(120)의 블록 다이어그램으로서, 상기 시스템 제어부(120)는 본 발명에 따른 이온 주입 시스템(100) 내에서 이온 빔을 조정하기 위한 조정 시스템(210)을 포함한다. 조정 시스템(210)은 이온 주입 시스템(도 2a의 100)의 시스템 제어부(도 2a의 120)에 일부로서 일체화될 수도 있고, 또는 개별 시스템으로 제공될 수도 있다. 만약 개별 시스템으로 가정하 면, 조정 시스템(210)은 메모리(212), 처리 유닛(processing unit, PU)(214), 입출력 장치들(I/O)(216) 및 버스(218)를 포함한다. 데이터베이스(Db)(220)가 프로세싱 작업들에 관련된 데이터의 저장을 위해 제공될 수도 있다. 메모리(212)는 프로그램(222)을 포함하는데, 상기 프로그램(222)은 처리 유닛(214)에서 실행될 때에 다음에서 상세하게 기술되는 다양한 기능들(functional capabilities)을 포함한다. 메모리(212)(그리고 데이터베이스(220))는 자기 매체(magnetic media), 광학 매체(optical media), 램(RAM), 롬(ROM), 데이터 오브젝트(data object) 등을 포함한 현재 알려진 어떠한 형태의 데이터 저장 시스템이나, 전송 매체 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 더 나아가, 메모리(212)(그리고 데이터베이스(220))는 하나 또는 그 이상의 데이터 저장 장치를 포함하는 하나의 물리적 장소(single physical location)에 위치할 수도 있고, 또는 복수의 물리적 시스템들에 걸쳐 분산 배치될 수도 있다. 처리 유닛(214)은 이와 유사하게, 단일 처리 유닛을 포함할 수도 있고, 또는 하나나 그 이상의 장소들에 분산 배치된 복수의 처리 유닛들을 포함할 수도 있다. 입출력 장치(216)는 네트워크 시스템, 모뎀(modem), 키보드(keyboard), 마우스(mouse), 스캐너(scanner), 음성 인식 시스템(voice recognition system), 음극선관(CRT), 프린터(printer), 디스크 구동 장치(disc driver) 등을 포함하는 현재 알려진 어떠한 형태의 입출력 장치들을 포함할 수 있다. 추가적인 구성요소들, 예를 들어 캐시 메모리(cache memory), 통신 시스템(communication system), 시스템 소프트웨어(system software) 등이 마찬가지로 상기 시스템(100)에 통합될 수 있다.
도 3에 예시되듯이, 프로그램(222)은 스캔 제어부(224), 빔 프로파일러(226), 튜너(228), 위치 제어부(230) 및 기타 시스템 컴포넌트들(232)을 포함할 수 있다. 기타 시스템 컴포넌트들(232)은 예를 들어, 통신 프로토콜 등과 같이 여기서 달리 명백하게 서술되지 않지만 조정 시스템(210)의 동작에 필수적인 기능을 포함한다.
도 2a 및 도 3과 함께, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 방법의 순서도를 설명하고자 한다.
단계들(S1, S2)은 이온 빔 프로파일을 얻는 단계를 나타낸다. 일 실시예 중, 첫 번째 단계(S1)에서는, 이온 빔(104)은, 주입 챔버(108)의 내부에 위치하고 스캔 제어부(224)의 제어 하에 있는 프로파일러(174)를 가로질러 스캔된다. 실시예에 따라, 상기 스캐닝은 상대적으로 느리게, 예를 들어 약 100Hz 정도로 발생한다. 도 5에 나타나듯이, 프로파일러(174)는 스캔 제어부(224)에 의해 실질적으로 주입 챔버(108)의 중앙부에 위치하게 된다. 스캔 제어부(224)의 제어 하에, 빔 스캐너는 상기 빔 이온(104)이 프로파일러(174)와 교차하여 위치하도록 교정된다. 프로파일러(174) 대신에, 패러데이 컵 어레이(180)의 하나 또는 그 이상의 샘플링 컵들이 사용될 수도 있다. 빔 스캐너는 이온 빔(104)을 스캐닝할 수 있다면 어떠한 이온 주입 시스템(100)의 구성 요소도 될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 빔 스캐너는 이온 주입 시스템(100)의 수평 스캔 판(164)과 교정부 자석(170)(낮은 주파수의 경우) 중 어느 하나일 수 있다. 자기식 스캐너(300)(도 2c 참조)를 포함하는 종류의 이온 주입 시스템들에서는 그러한 스캐너가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 이 동식 패러데이 컵(302)(도 2b 참조)을 포함하는 종류의 이온 주입 시스템들에서는, 상기 이동식 패러데이 컵(302)이 사용될 수 있다. 즉, 이온 빔(104)을 움직이는 대신, 프로파일러가 이온 빔(104)을 가로질러 움직일 수도 있다.
단계(S2)에서는, 프로파일러(174)로부터 얻은 피드백(feedback) 정보에 근거하여, 빔 프로파일러(226)에 의해 이온 빔 프로파일(ion beam profile)이 결정될 수 있다. 도 6에서 나타나듯이, 이온 빔 프로파일은 주입 챔버(108)에 관련하여 위치에 대한 이온 빔 전류 농도(A/mm) 특성을 포함한다. 이 측정은 이온 빔(104)의 스팟(spot)에 해당하는 한 폭 간격(width interval)에 걸쳐 이뤄지기 때문에, 상기 농도는 면적(area)보다는 거리의 단위로 측정되어야 한다는 점이 인지되어야 한다. 도 6에 나타난 프로파일은 이온 빔의 스팟의 폭을 폭 W이라는 용어로 나타낸다. 이온 빔의 프로파일을 얻기 위한 일 실시예를 상술하였지만, 다른 기술들도 가능하다는 점이 이해되어야 한다. 예를 들어, 프로파일러는 주입 챔버 내에 위치하지 않을 수도 있다.
계속해서 도 6을 참조하면, 프로파일의 아래 영역은 "총 이온 빔 전류"를 나타내며, 이는 이온 빔(104)의 한 주사, 즉 도 7에 보이는 것과 같이 하나의 '완전히 주사된 위치(fully swept position)' A로부터 다음 번의 완전히 주사된 위치 B에 이르는 동안의 총 전류이다. "주입 전류"(Iimp)는 주입되는 표적(106)(도 2a 참조)에 유효한 총 이온 빔 전류의 양, 즉 표적(106)에 충돌한 양이다. 상기 빔 프로파일러(226)는 또한 다음 수학식에 따라 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측 주입 전류를 결정하도록 구성된다.
Figure 112007032508111-pct00001
이때, Iest는 예측 주입 전류(Amp)이고, Ibeam은 총 이온 빔 전류(Amp)이며, tarwidth는 이온 빔에 노출된 표적(웨이퍼)의 폭(mm)이고, m과 n은 상수이며, a는 상기 표적(웨이퍼)부터 상기 도즈량 제어 패러데이 컵(173)까지의 거리이고, W는 스팟 빔의 폭이다. 추가적으로, 빔 프로파일러(226)는 이온 빔 프로파일을 기초로 스팟 빔의 중심 위치를 결정하도록 구성된다. 특히, 스팟 빔의 중심 위치는 상기 이온 빔 프로파일 아래의 영역의 수평 상의 기하학적인 중심에 의해 결정된다.
도 4로 돌아가서, 두 번째 단계(S3)에서, 이온 주입 시스템(100)은 튜너(228)에 의해 상기 프로파일러(174)으로부터 전달된 피드백 정보에 기초하여 예측 주입 전류 Iest를 최대화할 수 있도록 조정(tuned)된다. 즉, 예측 주입 전류 Iest는 상기 이온 주입 시스템(100)을 조정하기 위한 주입 전류의 폐루프 피드백(closed loop feedback)으로서 사용된다. 상기 예측 주입 전류 Iest의 최대화는 동시에 총 이온 빔 전류 Ibeam과 이온 빔 스팟 폭 W의 최적화와, 주입 전류 Iimp의 최대화라는 결과를 가져온다. 일 실시예에서, 피드백되는 정보는 단계(S2)에서 결정된 것과 같은 예측 주입 전류 및 스팟 빔 중심 위치를 포함한다. 이 경우, 조정 은 예측 주입 전류 Iest의 최대화를 포함하게 된다. 하지만, 프로파일러(174)로부터 제공되는 다른 피드백 정보, 예를 들어 총 빔 전류 Ibeam, 이온 빔 스팟 폭 W도 역시 이온 주입 시스템(100)을 조정하는 데에 사용될 수 있다는 점을 이해하여야 할 것이다.
이온 주입 시스템(100)의 실제적인 조정은 적어도 다음 중 어느 하나, 즉 가스 플로(140); 소스 자석(144)과 소스 바이어스 전압 제어부(146)를 포함하는 이온 소스(142); 억제 전극(148), 추출 전극(150)과 이상의 전극들(148, 150)을 위한 하나 또는 그 이상의 조작 모터들(152); 분석부 자석(154); 가속부 초점 전극(156); 가속부 억제 전극(158); 질량 슬릿(166); 프리스캔 억제 전극(162); 수평 스캔 판(164); 포스트스캔 억제 전극(166); 질소(N2) 블리드(168); 교정부 자석(170) 그리고 제한 개구(172) 중의 어느 하나를 포함하는 시스템 구성 요소들을 실질적으로 조절하는 것을 포함한다. 사전 분석용 자석(306)(도 2b 참조)이나 전하 선택 자석(308)(도 2c 참조)을 각각 또는 모두 포함하는 이온 주입 시스템들에 있어서는, 그러한 사전 분석용 자석(306)(도 2b)이나 전하 선택 자석(도 2c)의 조절도 역시 포함될 수 있다. 조정의 목표는 예측 주입 전류 Iest를 최대화하는 것인데, 이는 이온 빔 전류 Ibeam 및 이온 빔 스팟 폭 W를 최적화하는 동시에, 최대의 주입 전류 Iimp를 달성하는 결과를 가져온다.
선택적인 단계인 네 번째 단계(S4)에서, 조정 시스템(210)의 위치 제어 부(230)도 프로파일러(174)로부터 제공되는 스팟 빔 중심 위치에 관한 피드백 정보에 기초하여 바람직한 이온 빔 경로를 따라 이온 빔이 위치하도록 조정 작업을 역시 제어한다. 위치 조정 단계는 스팟 빔 중심 위치에 관한 바람직한 피드백 정보에 대해 상기 이온 주입 시스템(100)의 구성 요소들을 조절하는 단계와, 상기 스팟 빔의 중심 위치에 관한 피드백 정보에 기초하여 바람직한 이온 빔 경로를 따라 이온 빔을 위치시키는 단계를 포함한다. 그 결과, 이온 빔 스팟 폭 및 스팟 빔 중심 위치는 여러 차례의 셋업에 걸친 각각의 빔에 대해 유지된다. 이러한 점에서, 조정 절차는 이온 빔 셋업에 걸리는 시간을 감소시켜 이온 주입 시스템(100)의 생산성과 성능을 향상시키고, 여러 차례의 셋업에 걸친 각각의 빔에 대해서 반복가능한 빔 각도 성능을 제공할 수 있다. 상술한 것과 같은 예측 주입 전류를 최대화하는 조정 방법을 수행하는 동안 이온 빔을 바람직한 이온 빔의 경로에 위치시키는 조정에 대해서, 제한 개구(172), (회전식(rotary)) 질량 슬릿(160), 조작부(152), 소스 자석(144) 및 분석부 자석(154) 중의 적어도 어느 하나를 조절하는 방법이 상기 이온 빔을 바람직한 이온 빔의 경로에 위치시키는 데에 구현될 수 있다. 추가적으로, 사전 분석용 자석(306)(도 2b), 전하 선택 자석(308)(도 2c) 각각 또는 모두를 포함하는 이온 주입 시스템들에 있어서, 상기 사전 분석용 자석(306)(도 2b), 전하 선택 자석(308)(도 2c) 각각 또는 모두를 조절하는 방법도 상기 이온 빔을 바람직한 이온 빔의 경로에 위치시키는 데에 구현될 수 있다. 이온 빔 특성이나 주입 시스템(100)의 구성 요소 파라미터들의 특정 구성에 대해, 이러한 세팅값들을 일단 알게 되면, 그러한 특정한 구성을 반복할 수 있도록 이러한 세팅값들을 재호출될 수 있다.
상술한 본 발명은 단일 웨이퍼 주입 장치의 생산성을 향상시키는 최대 주입 전류의 달성을 통해 빔 조정을 이루어낸다. 본 발명은 또한 바람직한 이온 빔 경로를 따르는 이온 빔의 포지셔닝(positioning)을 통해 빔 조정을 이뤄낸다. 이온 빔 스팟 폭 및 스팟 빔 중심 위치가 여러 차례의 셋업에 걸쳐 각각의 이온 빔마다 유지되기 때문에, 이온 빔 셋업 시간을 줄이고 반복가능한 빔 각도 성능을 제공함으로써, 이온 빔의 포지셔닝은 이온 주입 시스템의 생산성과 성능을 향상시킬 수 있다.
<결론>
상술한 내용에서, 기술된 방법 단계들은 이온 주입 시스템(100)의 처리 유닛(214)과 같은, 메모리에 저장된 프로그램(222)의 명령어들을 실행하는 프로세서에 의해 수행된다는 점을 알 수 있을 것이다. 여기서 기술된 다양한 장치들, 모듈들, 메카니즘 및 시스템들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합 내에서 실현될 수 있다는 점과, 예시된 것과 다른 형태로 구획화(compartmentalization)될 수 있다는 점을 알 수 있다. 구성 요소들은 상술한 방법들을 수행하기에 적합한 어떠한 형태의 컴퓨터 시스템이나 다른 장치들에 의해서 구현될 수 있다. 전형적인 하드웨어와 소프트웨어의 조합은 컴퓨터 프로그램을 갖는 범용의 컴퓨터 시스템이 될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 로딩되고 실행될 때에 상기 컴퓨터 시스템을 제어하여 상술한 방법들을 수행하게 된다. 이와 달리, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 기능상의 작업들을 수행하는 데에 특화된 하드웨어를 포함하는 특수 목적의 컴퓨터가 이용될 수도 있다. 본 발명은 또한, 상술한 방법들과 기능들의 구현을 가능하게 하는 모든 특징들을 포함하고 컴퓨터 시스템에 로딩되면 그러한 방법들과 기능들을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품 내에 내장될 수도 있다. 본 발명의 문맥상, 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어 프로그램, 프로그램, 프로그램 제품, 또는 소프트웨어는 어떠한 프로그램 언어로 나타낸, 일단의 명령들에 관한 어떠한 표현이나, 코드 또는 표기법을 뜻한다. 이때, 상기 일단의 명령들이란, 정보 처리 능력을 가진 시스템이 직접적으로, 또는 다음의 (a) 다른 프로그램 언어, 코드나 표기법으로의 컨버젼(conversion), (b) 상이한 물질적인 형태로 재생산을 각각 거치거나 또는 두 가지 모두를 거친 후에, 특정한 기능을 수행하도록 의도된 것들을 말한다.
본 발명이 위에서 설명된 특정 실시예들에 연관지어 설명되었지만, 다양한 대체, 개조 및 변경이 본 발명의 기술분야에 숙련된 자들에게 명백하다는 점은 당연하다. 이에 따라, 위에서 개시된 본 발명의 실시예들은 한정하려는 것이 아닌, 예시하려는 의도이다. 하기의 특허 청구의 범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경들이 가능할 것이다.

Claims (25)

  1. 이온 주입 시스템 내의 이온 빔을 조정하는 방법에 있어서,
    상기 이온 빔의 이온 빔 프로파일을 얻는 단계; 및
    상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화하고 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 상기 이온 주입 시스템을 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 예측된 주입 전류는 다음의 수학식
    Figure 712012003837149-pct00014
    에 따라 결정되며, 이때 Iest는 예측된 주입 전류이고, Ibeam은 총 이온 빔 전류이며, tarwidth는 상기 이온 빔에 노출된 표적의 폭이고, m과 n은 상수이며, a는 상기 표적과 도즈량 제어 패러데이 컵까지의 거리이고, W는 이온 빔 스팟의 폭인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템을 조정하기 전에, 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 상기 주입 전류를 예측하는 단계; 및
    상기 이온 주입기 시스템을 조정하기 전에, 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 상기 이온 빔 스팟 폭 및 스팟 빔의 중심 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 이온 주입 시스템을 조정하는 단계는
    상기 스팟 빔의 중심 위치에 관한 피드백 정보에 기초하여 상기 이온 빔이 소정의 이온 빔 경로를 따라 위치하도록, 제한 개구, 질량 슬릿, 조작부, 소스 자석, 사전 분석용 자석, 전하 선택 자석 및 분석부 자석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 이온 주입 시스템의 구성 요소들을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 주입 시스템을 조정하는 단계는
    상기 이온 주입 시스템 내의 가스 플로, 이온 소스, 소스 자석, 소스 바이어스 전압 제어부, 억제 전극, 추출 전극, 조작 모터, 사전 분석용 자석, 전하 선택 자석, 분석부 자석, 가속부 초점 전극, 가속부 억제 전극, 질량 슬릿, 프리스캔 억제 전극, 수평 스캔 판, 포스트스캔 억제 전극, 질소 블리드, 교정부 자석 그리고 제한 개구 중의 적어도 어느 하나를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 빔 프로파일을 얻는 단계는 주입 챔버 내에 있는 프로파일러를 가로질러 상기 이온 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 이온 빔을 스캐닝하는 단계는 상기 이온 빔을 스캔하기 위해 빔 스캐너를 이용하며, 상기 빔 스캐너는 상기 이온 주입 시스템의 수평 스캔 판들, 교정부 자석, 및 자기식 스캐너 중에 선택되는 것임을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 이온 빔을 스캐닝하는 단계 이전에, 상기 이온 빔이 상기 프로파일러를 가로지르도록 상기 이온 빔을 위치시켜 상기 빔 스캐너를 교정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 이온 빔을 스캐닝하는 단계는 상기 프로파일러를 상기 주입 챔버의 중앙에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 프로파일러는 패러데이 컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조정 방법.
  11. 이온 주입 시스템 내에서 이온 빔을 조정하는 시스템에 있어서,
    상기 이온 빔의 이온 빔 프로파일을 획득하도록 구성된 획득 수단; 및
    상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 예측된 주입 전류를 최대화함으로써, 총 이온 빔 전류 및 이온 빔 스팟 폭을 동시에 최적화하고 주입 전류를 최대화할 수 있도록, 상기 이온 주입 시스템을 조정하도록 구성된 조정 수단을 포함하고,
    상기 예측된 주입 전류는 다음의 수학식
    Figure 712012003837149-pct00015
    에 따라 결정되며, 이때 Iest는 예측된 주입 전류이고, Ibeam은 총 이온 빔 전류이며, tarwidth는 상기 이온 빔에 노출된 표적의 폭이고, m과 n은 상수이며, a는 상기 표적과 도즈량 제어 패러데이 컵까지의 거리이고, W는 이온 빔 스팟의 폭인 것을 특징으로 하는 이온 빔을 조정할 수 있는 이온 주입 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 획득 수단은
    이온 빔 프로파일을 결정하고, 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 상기 주입 전류를 예측하며, 상기 이온 빔 프로파일에 기초하여 상기 이온 빔 스팟 폭 및 스팟 빔의 중심 위치를 결정하는 기능을 더 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 빔을 조정할 수 있는 이온 주입 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 조정 수단은
    상기 스팟 빔의 중심 위치에 관한 피드백 정보에 기초하여 상기 이온 빔이 소정의 이온 빔 경로에 따라 위치하도록, 제한 개구, 질량 슬릿, 조작부, 소스 자석, 사전 분석용 자석, 전하 선택 자석 및 분석부 자석 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 이온 주입 시스템의 구성 요소들을 조절하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔을 조정할 수 있는 이온 주입 시스템.
  14. 삭제
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 획득 수단은 주입 챔버 내에 위치하는 프로파일링 수단을 상기 이온 빔이 가로지르도록 상기 이온 빔의 스캐닝을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔을 조정할 수 있는 이온 주입 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 프로파일링 수단은 상기 주입 챔버의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 이온 빔을 조정할 수 있는 이온 주입 시스템.
  17. 삭제
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