KR101296440B1 - 반도체 처리 시의 웨이퍼 크리스탈 컷 에러 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 주입 시스템에서 크리스탈 컷 에러 데이터의 계산에 관한 것이며, 이에 의해 더욱 정확한 이온 주입을 용이하게 한다. 본 발명의 하나 이상의 양태는 또한 도핑되는 웨이퍼의 표면상에 형성되는 특징물로부터 발생될 수 있는 가능한 새도잉 효과를 고려한다. 본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 크리스탈 컷 에러 데이터 및 선택적인 특징물 데이터는 또한 하나 이상의 이온 주입 스테이지 또는 시스템에 주기적으로 피드포워드되어, 원하는 주입 결과를 달성하기 위해서 공작물에 대해 이온 빔을 재방향시키는 방법을 확인한다.

이온 주입 시스템, 크리스탈 컷 에러 데이터, 공작물, 새도잉, 채널링.

Description

반도체 처리 시의 웨이퍼 크리스탈 컷 에러 보정 방법{METHOD OF CORRECTION FOR WAFER CRYSTAL CUT ERROR IN SEMICONDUCTOR PROCESSING}

본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로서, 특히, 반도체 제조 시에 이온 주입에 영향을 미칠 수 있는 웨이퍼 컷 에러(wafer cut error)의 계산(accounting for)에 관한 것이다.

이온 주입 시스템은 집적 회로 제조 시에 도펀트 또는 불순물로 반도체 기판을 도핑하는데 이용되는 메카니즘이다. 이와 같은 시스템에서, 도펀트 재료는 이온화되고, 이온 빔은 그것으로부터 생성된다. 이온 빔은 도펀트 요소를 웨이퍼에 주입하기 위해 반도체 웨이퍼의 표면을 향하도록 된다. 빔의 이온은, 예컨대, 웨이퍼 내에 트랜지스터 장치를 제조할 시와 같이, 원하는 전도율의 영역을 형성하기 위해 웨이퍼의 표면에 침투한다. 통상의 이온 주입기는, 이온 빔을 생성시키는 이온원, 자기장을 이용하여 빔 내로 이온을 지향 및/또는 필터링(예컨대, 질량 분해(mass resolving))을 위한 질량 분석 장치를 구비한 빔라인 조립체 및, 이온 빔에 의해 주입되는 하나 이상의 반도체 웨이퍼 또는 공작물(workpiece)을 포함하는 타겟실(target chamber)을 포함한다.

이온 주입기는, 실리콘 내에서의 도펀트의 양 및 배치 양쪽에 관해서 정확성을 허용하므로, 유익하다. 주어진 응용에 대해서 원하는 주입을 달성하기 위해, 주입 이온의 선량(dosage) 및 에너지가 변화될 수 있다. 이온 선량은 주어진 반도체 재료에 대한 주입 이온의 농도를 조정한다. 통상적으로, 고 전류 주입기는 고 선량 주입에 이용되지만, 중 전류 주입기는 저 선량 응용에 이용된다. 이온 에너지는 반도체 장치에서 접합 깊이를 조정하는데 이용되며, 여기서, 빔 이온의 에너지 레벨은 이온이 주입되는 정도 또는 주입 이온의 깊이를 결정한다.

상업적으로 이용 가능한 하나의 이온 주입 시스템은 이온원을 이용하며, 이 이온원은 하나 이상의 공작물이 이온원으로부터의 이온에 의해 처리되는 주입실로부터 이격된 소스실(source chamber)을 포함한다. 소스실 내의 출구는, 이온이 이온원으로부터 유출되어, 형상화되고, 분석되며, 가속되어, 이온 빔을 형성하도록 한다. 이온 빔은 진공의 빔 경로를 따라 이온 주입실로 향하게 되며, 이온 주입실에서 이온 빔은 하나 이상의 공작물, 일반적으로 원형 웨이퍼에 충돌하게 된다. 이온 빔의 에너지는, 주입실 내에서, 이온이 웨이퍼에 충돌하여 웨이퍼로 침투하는데 충분하다. 따라서, 이와 같은 선택적 주입에 의해 집적 회로를 제조하게 된다.

그런데, 통상, 웨이퍼에 대한 이온 빔의 방향(예컨대, 경사 및/또는 비틀림 등)에 대해 많은 생각 및 고려가 제공되고 있지만, 이온 주입 시스템은 일반적으로 웨이퍼의 기계적 표면에 대해서 이온 빔을 지향시키며, 웨이퍼의 내부 격자 구조와 그의 기계적 표면 간의 변화에 대해서는 거의 고려되지 않고 있다. 게다가, 웨이퍼는 이들의 기계적 표면에 대해 공칭 격자 구조에 따라 구매되고 있다. 특히, 웨이퍼에는, 웨이퍼의 컷(cut) 표면에 대한 격자 구조의 상대적 방향을 표시하는 1,0,0과 같은 Miller Index 데이터가 명시되어 있다. 그런데, 웨이퍼 제조 프로세스와 관련된 부정확성에 의해, 격자 구조의 실제 방향이 어떤 정도까지 (예컨대, "1,1,0"±Δ, "1,1,1"±Δ) 이 공칭 값과 다르게(상이하게) 될 수 있다.

웨이퍼의 격자 구조에 대한 이온 빔의 실제 방향은, 채널링, 특히, 채널링의 반복성(repeatability)에 영향을 미칠 수 있기 때문에 중요하다. 예컨대, 어떤 상황에서는, 이온 빔을 격자 구조와 "정렬"시킴으로써, 소수의 이온이 이 격자 구조에 충돌하게 하고, 기판 내에 상당히 깊게 주입되도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 이온 빔을 격자 구조와 약간 "오정렬"시킴으로써, 이온의 일부가 격자 구조의 일부에 충돌하게 하여, 이에 의해 차단되거나, 감속(slowdown)되며, 또는 반사되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 어느 한 경우에서도, 부적합한 정렬에 의해, 원하지 않는 채널링의 정도(예컨대, 너무 적거나 너무 많음)에 이를 수 있다. 더욱이, 웨이퍼 상에 형성되는 특징물(features)의 크기 및 공칭 격자 방향으로부터의 편차가 새도잉(shadowing)에 영향을 미쳐, 주입 프로세스 및 제작된 장치(device)에 악영향을 줄 수 있다.

다음에는 본 발명의 어떤 양태를 기본적으로 이해하기 위해 본 발명의 간략화된 요약이 제공된다. 이 요약은 본 발명의 광범한 개요가 아니다. 그것은 본 발명의 중요한 요소를 식별하는 것도 아니고, 본 발명의 범주를 서술하는 것도 아니다. 오히려, 본 발명의 주 목적은 단지 나중에 제공되는 더욱 상세한 설명에 대한 서두로서 본 발명의 하나 이상의 개념을 간략화된 형식으로 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 이온 주입 시스템에서 크리스탈 컷 에러 데이터의 계산에 관한 것이며, 이에 의해 더욱 정확한 이온 주입을 용이하게 행하게 된다. 본 발명의 하나 이상의 양태는 또한 도핑되는 웨이퍼의 표면상에 형성되는 특징물로부터 발생될 수 있는 가능한 새도잉 효과를 고려한다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 크리스탈 컷 에러 데이터 및 선택적인 특징물 데이터는, 하나 이상의 이온 주입 스테이지 또는 시스템에 주기적으로 피드포워드(feed forward)되어, 원하는 주입 결과를 달성하기 위해서 공작물에 대해서 이온 빔을 재방향시키는 방법(어떻게 재방향시키는지를)을 확인시키도록 한다.

본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 이온 주입 시스템에서 크리스탈 컷 에러를 계산하는 방법이 개시된다. 이 방법은, 웨이퍼의 선택 위치 내에 이온을 주입하기 위해서, 웨이퍼의 표면을 향하도록 된 이온 빔에 대한 웨이퍼의 기계적 표면의 방향에 관한 데이터(방향 데이터)를 획득하는 것을 포함한다. 또한, 이 방법은, 특징물 사이에 존재하는 각각의 스페이싱(spacing:간격)을 포함하는 웨이퍼의 표면상에 형성되는 특징물에 관한 데이터(특징물 데이터)를 획득하는 것을 포함한다. 그 후, 이온 빔의 방향 데이터 및 특징물 데이터가 제공된 이온 주입 동안, 새도잉의 정도가 결정된다. 필요하다면, 잠재적 새도잉을 적절히 완화시키도록 이온 빔의 방향에 대해 행해지는 어떤 조정이 결정된다. 그러면, 웨이퍼의 실제 격자 구조에 대한 웨이퍼의 기계적 표면의 방향에 관한 크리스탈 컷 에러 데이터가 획득된다(얻어진다). 그 후, 크리스탈 컷 에러 데이터는, 웨이퍼의 표면에 대한 이온 빔의 방향 및 웨이퍼의 격자 구조에 대한 웨이퍼의 표면의 방향이 제공되는 이온 주입으로부터, 채널링을 엄격하게(severity) 결정하기 위해서 이용된다. 그후, 필요하다면, 원하는 채널링을 획득하기 위해서, 이온 빔의 방향에 대해 행해지는 어떤 조정이 결정된다. 그 후, 새도잉을 완화하는 제안된 조정 및 제안된 채널링 조정이 일치하는 지가 결정된다. 이들 제안된 조정들이 일치하지 않으면, 이온 빔의 수용 가능한 재방향(reorientation)이 결정된다. 최종적으로, 웨이퍼의 기계적 표면에 대한 이온 빔의 방향이, 필요하다면 조정되며, 그 다음 프로세스는 다른 제조를 위해 계속될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 다른 양태에 따르면, 하나 이상의 이온 주입 시스템에서 크리스탈 컷 에러를 계산하는 방법이 개시된다. 이 방법은, 웨이퍼와 관련된 크리스탈 컷 에러 데이터를, 웨이퍼가 공급(martriculate)되는 하나 이상의 이온 주입 시스템의 하나 이상의 스테이지로 주기적으로 피드포워드하는 것을 포함하며, 여기서, 크리스탈 컷 에러 데이터는, 크리스탈 격자 구조 및 실제 크리스탈 격자 구조와 웨이퍼의 공칭 기계적 표면 간의 변동에 관계된다. 그 후, 이 방법은 계속해서, 크리스탈 컷 에러 데이터를 고려해서 원하는 이온 주입을 달성하기 위해서, 웨이퍼의 표면에 대한 이온 빔을 조정하는 방법을(즉, 어떻게 조정할 지를) 결정한다.

본 발명의 하나 이상의 다른 양태에 따르면, 이온 빔으로 웨이퍼 내에 이온을 주입하는 방법이 개시된다. 이 방법은, 공칭 크리스탈 격자 구조 및 실제 크리스탈 격자 구조와 기계적 표면 간의 변동에 관한 크리스탈 컷 에러 데이터를 획득하는 것을 포함한다. 이 방법은, 또한 특징물 사이에 존재하는 각각의 스페이싱을 포함하는 웨이퍼의 표면상에 형성되는 특징물에 관한 데이터를 획득하는 것을 포함한다. 최종적으로, 이 방법은, 크리스탈 컷 에러 데이터 및 특징물 데이터를 고려해서, 새도잉 효과를 적절히 완화하고 원하는 채널링을 달성하기 위해서. 웨이퍼에 대한 이온 빔의 (상대적) 방향을 조정하는 것을 포함한다.

상기 및 관계된 목적을 달성하기 위해, 다음의 설명 및 첨부된 도면이 본 발명의 어떤 예시적인 양태 및 구성을 상세히 설명한다. 이들은 본 발명의 하나 이상의 양태가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 다른 양태, 이점 및 신규 특징은 첨부된 도면과 관련하여 고려될 시에 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 이온 빔이 실질적으로 90도와 같은 각도로 격자 구조에 지향되는 격자 구조의 일부의 일례의 사시도이다.

도 2는 이온 빔이 약 90도와 다른 각도로 격자 구조에 지향되는, 도 1에 도시된 것과 같은 격자 구조의 일부의 일례의 사시도이다.

도 3은 이 구조의 기계적 표면이 실질적으로 그와 동일 평면인, 도 1에 도시된 것과 같은 격자 구조의 일부의 일례의 사시도이다.

도 4는 이 구조의 기계적 표면이 실질적으로 그와 동일 평면이 아닌, 도 2에 도시된 것과 같은 격자 구조의 일부의 일례의 사시도이다.

도 5는, 거리를 변화시킴으로써 분리되고, 이온 주입 중에 변화하는 각도율(degree)에 대한 새도잉 효과를 경험하는 특징물을 형성한 반도체 기판 또는 웨이퍼의 일부의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 사용하는데 적절한 이온 주입 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 7은 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는데 적절한 도 7에 도시된 것 보다 약간 더 큰 이온 주입 시스템의 다른 설명도이다.

도 8은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 사용하는데 적절한 다른 이온 주입 시스템을 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 반도체 제조 시에 이온 주입 중에 웨이퍼 크리스탈 컷 에러를 계산하는 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 하나 이상의 양태는 도면을 참조로 기술되며, 여기서, 동일한 참조 번호는 일반적으로 동일한 소자를 나타내고, 각종 구조는 반드시 확대되어 있지 않다. 다음의 설명에서, 설명을 위해, 많은 특정 상세 사항이 본 발명의 하나 이상의 양태의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 당업자에게는, 본 발명의 하나 이상의 양태가 보다 적은 정도의 이들 특정 상세 사항으로 실시될 수 있음이 자명하다. 다른 경우에, 본 발명의 하나 이상의 양태의 기술을 용이하게 하기 위해 공지된 구조 및 장치가 블록도 형식으로 도시된다.

본 발명은 이온 주입 시스템에서 크리스탈 컷 에러 데이터의 계산에 관한 것이며, 이에 의해 더욱 정확한 이온 주입을 용이하게 한다. 본 발명의 하나 이상의 양태는 또한 도핑되는 웨이퍼의 표면상에 형성되는 특징물로부터 발생될 수 있는 가능한 새도잉 효과를 고려한다. 본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 크리스탈 컷 에러 데이터 및 선택적인 특징물 데이터는 또한 하나 이상의 이온 주입 스테이지 또는 시스템에 주기적으로 피드포워드되어, 원하는 주입 결과를 달성하기 위해서 공작물에 대해 이온 빔을 재방향시키는 방법을 확인시킨다.

상술한 바와 같이, 반도체 제조 처리 시에, 반도체 웨이퍼는 하전 입자 또는 이온으로 주입된다. 이온은 순 양 또는 음 전기 전하로 인해 원하는 전기적 특성을 나타낸다. 반도체 처리와 관련하여 이용되면, 이와 같은 이온화 재료는 이들이 주입되는 베이스 또는 다른 층의 전기적 특성을 "도핑" 또는 변경하여, 이들 층이 원하고 예측 가능한 전기적 행위(behavior)를 갖도록 하기 때문에 도펀트라 칭한다.

베이스 층 또는 기판은, 일반적으로 자체의 크리스탈 구조 때문에 실리콘으로 구성된다. 이들 재료는, 이들의 원자가 크리스탈 격자로서 공지되는 일정한 방식의 3차원으로 배열될 시에 크리스탈 구조로 칭해진다. 예로서, 도 1은 일반적으로 입방 구조를 가진 일반적 격자 구조(100)의 일부를 도시한 것이다. 특히, 도시된 예에서, 격자 구조(100)는 일반적으로 모두 입방형인 27(예컨대, 3×3×3)개의 셀(102)을 갖는다. 그런데, 격자 구조는 소정의 다양한 다른 구조로 될 수 있고, 예컨대, 다이아몬드형, 피라미드형, 육각형 등과 같은 다수의 다양한 형상을 갖는 다수의 셀을 가질 수 있다.

또한, 반도체 제조 시에 이용되는 실리콘 베이스 층은, 적어도 부분적으로, 벌크(bulk) 실리콘으로부터 컷(절단)되기 때문에, 웨이퍼 또는 기판으로서 지칭된다. 특히, 불(boule)로서 공지된 특정 타입의 단결정 실리콘은 긴 길이로 성장되고, 얇은 슬라이스(예컨대, 웨이퍼)가 그로부터 컷된다. 웨이퍼의 크리스탈 구조는 전자 장치에 유익한데, 그 이유는 그것이 이 장치의 전기적 특성의 제어를 용이하게 하고, 전체 재료에 걸쳐 균일한 전기적 성능을 나타내도록 하기 때문이다. 게다가, 장치의 성능을 저하시키는 불순물이 재료의 원자 구조의 불규칙성(irregularity)을 모으는 경향이 있기 때문에, 크리스탈 구조의 규칙성은 매우 바람직한 장치 성능 및 수율(yield)을 제공한다.

반도체 도핑 프로세스의 중요한 파라미터는, 기판 내에 도펀트 이온을 주입하는데 이용되는 이온의 빔과 반도체 재료의 내부 격자 구조 간의 입사각이다. 이 입사각은 특히 채널링으로서 공지된 현상(phenomenon)에서 역할을 수행하기 때문에 중요하다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 도펀트 이온의 빔(104)의 방향이 실질적으로 도시된 격자 구조의 평면과 수직이면, 빔은, 만일 있다면, 격자 구조의 많은 부분들과 충돌하지 않고 그것을 관통할 수 있게 된다. 다른 타입의 격자 구조의 경우, 어떤 입사 빔 각은 반대의 채널링 경향이 더욱 큰 것으로 이해되어야 한다.

이와 같이, 이온은, 특히 기판 내에 너무 깊이 주입됨에 따라, 바람직하지 않은 전기적 성능을 도출하게 된다. 또한, 예컨대, 기판의 비정질화(amorphization)의 정도, 기판의 원자 질량 및 빔 내의 이온의 질량 및/또는 에너지와 같은 다른 측면이, 채널링에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 빔(104) 내의 이온의 질량 및/또는 에너지가 크면 클수록, 이온은 더 깊이 기판 내로 주입될 수 있다.

도 2에서, 예컨대, 빔(104)의 방향은 실질적으로 격자 구조(100)의 평면에 수직이 아니다. 이와 같이, 이온 빔(104) 내의 일부 이온은 격자 구조의 부분(106)에 쉽게 충돌하여, 에너지를 손실하거나 에너지가 감소되며, 또는 화살표(108)로 표시된 바와 같이 이들 부분으로부터 이격되어 반사 또는 편향되어, 주입 재료의 얕은 부분에 있게 될 것이다. 이와 같이, 실질적인 채널링 및/또는 다른 반대의 주입 결과를 회피하기 위해, 격자 구조(100)에 대해 90도와 약간 다른 각도로 이온 빔을 지향시키는 것이 바람직할 수 있다.

그럼에도, 이온 빔은, 보통, 웨이퍼의 기계적 표면 및 공칭 방향(nominal orientation)의 변동보다는 웨이퍼의 표면에 대한 격자 구조의 공칭 방향에 대해서 방향(배향)되거나 조정되며; 웨이퍼의 표면은, 특히 불(boule)로부터의 웨이퍼의 슬라이싱(slicing)과 관련된 부정확성으로 인해, 격자 구조와 적절히 정렬되거나 정렬될 수 없다. 예로서, 도 3은 웨이퍼의 기계적 표면(112)이 실질적으로 격자 구조(100)의 평면과 동일 평면이도록 웨이퍼를 슬라이스(slice)한 상태를 도시한 것이다. 이 구성에서, 격자 구조(100)와 상관되는 빔(104)과 웨이퍼의 표면(112) 간의 관계(예컨대, 주입각)는 원하는 도핑 농도, 위치 등을 달성하기 위해 비교적 조심스럽게 제어되거나 조정될 수 있다. 상기 방식에 있어서, 반도체 제조자는 통상적으로 실리콘 개시 재료(silicon starting material)를 특정 격자 방향(예컨대, "1,1,0" 또는 "1,1,1" 개시 재료)으로 주문한다.

도 4는 웨이퍼의 기계적 표면(112)이 실질적으로 격자 구조(100)의 평면과 동일 평면에 있지 않도록 불로부터 웨이퍼를 슬라이스한 다른 상태를 도시한 것이다. 이 방식에서는 어떤 "크리스탈 컷 에러"가 있을 수 있으며, 여기서, 크리스탈 컷 에러는 일반적으로 크리스탈 격자 구조(100)와 웨이퍼의 기계적 표면(112) 간의 변동으로서 정의된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 크리스탈 컷 에러는, 예컨대, 웨이퍼 공급자에 의해 제공될 수 있는 바와 같은 공칭 격자 구조(예컨대, "1,1,0" 또는 "1,1,1")와, 웨이퍼의 기계적 표면에 대한 격자 구조의 실제 방향 간의 편차를 포함할 수 있다. 이와 같은 편차(예컨대, "1,1,0"±Δ, "1,1,1"±Δ)는 예컨대 약 ±1-2°이상만큼 변화할 수 있다. 따라서, 크리스탈 컷 에러가 크면 클수록, 이온 빔(104)과 격자 구조(100) 간의 예측 가능하고 원하는 방향을 확립하는 것이 더욱 곤란하게 됨을 알 수 있다. 이와 같이, 신뢰 가능, 예측 가능 및 바람직한 전기적 성능을 획득하는 것이 더욱더 곤란하게 된다.

상기 메카니즘 이외에, 크리스탈 컷 에러는 또한 회전 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼는, 회전 관계에서 크리스탈의 X-Y 방향을 식별하는 웨이퍼의 에지에서의 식별하는 특징물(feature)(예컨대, 작은 노치 또는 플랫)을 갖는다. 아래에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 이들 에러 조합의 보정은 웨이퍼의 경사, 웨이퍼의 비틀림, 또는 양쪽을 조정하는 것을 필요로 할 수 있다.

따라서, 채널링 효과를 완화하도록 약간 비스듬히 이온을 주입하면서, 또한 크리스탈 컷 에러를 고려하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전자 산업에서의 계속되는 추세는 전자 장치를 소형화하여, 전력 손실 없이 점점더 복잡한 많은 기능을 실행할 수 있는 더욱 작고 더욱 강력한 장치(예컨대, 셀 폰, 디지털 카메라 등)를 생산할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 이들 장치에 이용되는 반도체 및 집적 회로(예컨대, 트랜지스터 등)는 사이즈가 계속 감소되고 있다. 이들 장치의 대부분을 단일 반도체 기판 또는 (다이로서 공지된) 반도체 기판의 부분 상으로 "팩(pack)"하는 능력도, 제조 효율 및 수율을 향상시킨다.

패킹(packing) 밀도를 증대시키기 위해, 반도체 제조 프로세스의 부분으로서 웨이퍼 내에 및 상에 형성된 특징물은 서로 더욱 근접하여 형성되고, 이와 같은 특징물 간에 확립된 스페이싱은 이에 따라 더욱 좁게 형성된다. 그러나, 몇몇 특징물의 각각의 높이는 일반적으로, 이들 특징물이 통상적으로 포토리소그래픽(photolithographic) 프로세스의 부분으로서 사용되는 레지스트 재료에서 형성되므로 변화하지 않는다.

특히, 포토리소그래피(photolithography)는, 반도체 제조 시에, 하나 이상의 패턴을 기판 위에 놓여있는 하나 이상의 층 상으로/내로 전달하고, 및/또는 기판 및/또는 하나 이상의 다른 층의 도핑을 용이하게 하기 위해 보통 이용되는 프로세스이다. 그러나, 이들 특징물 간의 수축 스페이싱(shrinking spacings)과 결합된 레지스트 특징물의 일반적 고정 높이는 (각을 이룬 주입이 사용될 시에) 새도잉 효과를 증대시킬 수 있어, 도핑되는 웨이퍼의 부분이 도펀트 이온을 거의 수용하지 않게 된다. 이와 같은 새도잉은, 이온 주입각이 증대되어, 예컨대, 채널링을 감소시키는 경우에 더욱 악화될 수 있다. 따라서, 완화한 채널링과 새도잉 효과 간에는 평형(balance)이 유지되지 않을 수 있다.

도 5는, 예컨대 반도체 기판 또는 웨이퍼(500)의 일부의 단면도로서, 반도체 기판 상에 다수의 특징물(502, 504, 506, 508)이 형성되며, 각각의 스페이싱(510, 512, 514)이 그 사이에 정의된다. 특징물(502, 504, 506, 508)은 레지스트 재료로 형성되며, 모두 실질적으로 동일한 높이를 갖는다. 그런데, 몇몇 레지스트 특징물(502, 504, 506, 508)은 다른 특징물과 서로 근접하여 형성되므로, 그 사이의 대응하는 스페이싱(510, 512, 514)은 다른 폭을 갖게 된다.

스페이싱(510, 512, 514)에 의해 노출된 기판(500)의 영역(520, 522, 524)은 이온 주입을 통해 도핑될 수 있다. 따라서, 도핑을 실행하기 위해, 하나 이상의 이온 빔(530)이 기판(500)을 향하게 된다. 그런데, 빔(530)은, 예컨대, 채널링 효과를 완화하기 위해 기판(500)의 표면(540)에 대해 비스듬히 지향된다. 따라서, 일부 빔(530)은 특징물(502, 504, 506, 508)의 부분(예컨대, 코너)에 의해 차단되는 일부 이온을 갖게 된다. 이와 같이, 기판의 영역(520, 522, 524) 내의 영역(550, 552, 554)은 의도된 양보다 적은 도펀트 이온을 수용하게 된다. 특징물(502, 504, 506, 508)이 서로 근접하게 되어, 각각의 스페이싱(510, 512, 514)이 더욱 좁게 형성될 시에, 불충분하게 도핑된 영역(550, 552, 554)은 기판 영역(520, 522, 524)의 더욱 큰 부분을 형성한다. 따라서, 새도잉과 관련된 반대의 효과는, 채널링 효과를 고려하면서 패킹 밀도를 증대시키기 위한 시도가 행해질 때에 악화될 수 있다.

따라서, 이온 빔이 일반적으로 웨이퍼의 기계적 표면에 대해 조정되거나 지향되므로, 이들 이온 빔은, 웨이퍼 크리스탈 컷 에러, 또는 웨이퍼의 기계적 표면과 웨이퍼의 격자 구조 간의 관계를 고려하지 않게 된다. 따라서, 채널링 효과는 예측할 수 없을 정도로 나타나며, 장치 성능 및 제품 수율에 악영향을 미친다. 더욱이, 몇몇 경우의 이온 주입기는, 이러한 각을 이룬 주입을 사용하는 것으로 인해 새도잉의 부정적 영향을 증대시키게 됨에 따라, 채널링을 감소시키는 각도의 주입으로 그 범위가 제한된다.

도 6에서는, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 웨이퍼 크리스탈 컷 에러 및 새도잉 효과를 계산하는데 적절한 이온 주입 시스템(600)이 블록도 형식으로 도시된다. 시스템(600)은 빔 경로를 따라 이온 빔(604)을 생성시키는 이온원(602)을 포함한다. 이온 빔원 또는 이온원(602)은, 예컨대, 관련된 전원(608)을 가진 플라즈마원(606)을 포함한다. 이 플라즈마원(606)은, 예컨대, 이온 빔을 추출하는 비교적 긴 플라즈마 한정실(confinement chamber)을 포함할 수 있다.

빔라인 조립체(610)는 이온원(602)의 하류(downstream)에 제공되어, 그로부터 빔(604)을 수신한다. 빔라인 조립체(610)는 질량 분석기(612) 뿐만 아니라 가속/감속 구성 요소(614)을 포함한다. 빔라인 조립체(610)는 경로를 따라 배치되어 빔(604)을 수신한다. 질량 분석기(612)는 (도시되지 않은) 자석과 같은 필드 생성 구성 요소(field generating component)를 포함하여, 질량(예컨대, 전하 대 질량비)에 따라 가변 궤적(varying trajectory)에서의 이온 빔(604)으로부터 이온을 편향시키기 위해 빔 경로에 필드를 제공하도록 동작한다. 자기장을 통과해서 이동하는 이온은, 빔 경로를 따라 원하는 질량의 개별 이온을 지향시고, 원하지 않는 질량의 이온을 빔 경로로부터 떨어져 편향시키는 힘을 겪게 된다.

가속/감속 구성요소(614)는 하나 이상의 갭을 포함할 수 있으며, 이 갭은 빔 내의 이온을 가속 및/또는 감속시켜, 공작물(workpiece) 또는 웨이퍼 내에 원하는 주입 깊이를 달성할 뿐만 아니라, 빔을 벤딩(bending)하여, 빔으로부터 오염 중성 입자를 분리함으로써 빔을 정화(decontaminate)한다. 갭은 또한 빔을 집속하거나 조작하도록 동작할 수 있다. 더욱이, 이와 같은 갭은 질량 분석기(612)에 의한 자기 분석 전후에 적용될 수 있다.

시스템(600) 내에 종단국(616:end station)이 또한 제공되어, 빔라인 조립체(610)로부터 질량 분석된 정화된 이온 빔(604)을 수신한다. 종단국(616)은, 질량 분석된 정화된 이온 빔(604)을 이용하여 주입을 위해 빔 경로를 따라 (도시되지 않은) 반도체 기판과 같은 하나 이상의 공작물(단일 웨이퍼 또는 배치(batch) 시스템)을 지지한다. 종단국(616)은 하나 이상의 타겟 공작물 및 이온 빔(604)을 서로에 대해 변형(translate)시키거나 주사(scan)하는 타겟 주사 시스템(618)을 포함한다. 타겟 주사 시스템(618)은 배치 또는 시리얼(serial) 주입, 예컨대, 주어진 상황 하에 바람직할 수 있듯이, 동작 파라미터 및/또는 객체(objectives)를 위해 제공할 수 있다. 이 문서에서 이용되는 바와 같은 기판 또는 반도체 기판에 대한 참조(reference)는, 베이스 반도체 웨이퍼(예컨대, 실리콘, SiGe 또는 SOI 웨이퍼) 및, 어떤 에피택셜 층 또는 그 위에 형성되거나 그와 관련된 다른 타입의 반도체 층뿐만 아니라 주입에 적당한 다른 타입의 공작물을 포함하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 공칭 크리스탈 격자 구조 및 실제 크리스탈 격자 구조와 웨이퍼의 기계적 표면 간의 각각의 변동에 관한 크리스탈 컷 에러 데이터(620)는 시스템(600), 특히, 도시된 예의 종단국(616)으로 피드(포워드)된다. 마찬가지로, 특징물 치수(예컨대, 높이, 두께 등) 및/또는 대응하는 스페이싱 폭 데이터(622)는 또한 종단국(616)으로 공급된다. 종단국(616), 특히 타겟 주사 시스템(618)의 (도시되지 않은) 프로세서는 이 데이터를 이용하여, 원하는 도핑(예컨대, 채널링 및 새도잉의 동시 완화)을 달성하기 위해 빔(604)에 대한 하나 이상의 공작물을 조종, (재)방향 및/또는 정렬시킨다. 그러나, 크리스탈 컷 에러 데이터(620) 및/또는 특징물 및 스페이싱 치수에 관한 데이터(622:특징물 데이터)는 원하는 도핑을 용이하게 하기 위해 시스템(600)의 어떤 하나 이상의 구성 요소에 전송될 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 빔라인 조립체(610)의 가속/감속 구성 요소(614)는 또한 이 데이터를 수신할 수 있고, 그 내에 배치되는 (도시되지 않은) 프로세서는 원하는 도핑을 달성하기 위해 그것에 응답하여 빔(604)을 선택적으로 조종하거나 조작할 수 있다.

이와 같은 실리콘 크리스탈 컷 에러 데이터(620) 및 특징물 데이터(622)는 어떤 다양한 소스로부터 제공될 수 있다. 일례로서, 공칭 격자 방향이 웨이퍼 공급자로부터 획득될 수 있다. 마찬가지로, (예컨대, 러더포드 후방산란(Rutherford backscattering), x 선 회절(x-ray diffraction), 결정학(crystallography) 등을 통해) 웨이퍼의 기계적 표면에 대한 실리콘 크리스탈 격자의 방향을 상세히 알리기 위한 하나 이상의 측정을 실행할 수 있는 개별 또는 자립형의 도구(stand-alone tool)나 동일 또는 다른 주입기 시스템이, 크리스탈 컷 에러 데이터(620)를 시스템(600)에 제공(예컨대, 업로드(upload))하기 위해서 사용될 수 있다. 실제 격자 방향을 확인하는 러더포드 후방산란의 예시적인 구성은 러빈(Rubin) 등에 의한 미국 특허 제6,255,662호에 설명되어 있으며, 이 특허의 전체는 여기서 참조로 포함된다. 마찬가지로, 치수 데이터(622:특징물 데이터)는, 설계 사양, 설계 규칙 등에 따라 시스템(600)에 제공되어, 웨이퍼 상에 제조되는 하나 이상의 반도체 장치에 확립될 수 있다.

각각의 웨이퍼는 자신의 기계적 표면에 대해서 일치하지는 않지만 유사한 격자 구조를 갖기 쉬우므로, 상기 격자의 크리스탈 컷 에러 데이터(620)는, 단일 불로부터 동일한 방향/각도로 컷되는 다수의 웨이퍼에 대해서, 시스템(600)으로 한번 업로드되어야만 한다. 그런데, 이와 같은 웨이퍼에 대한 정렬 정확도는, 처리되는 웨이퍼의 거의 모든 커플(couple)의 증분(increment) 시에 새로운 격자 데이터를 시스템(600)으로 업로드함으로써, 주기적으로 검색되거나 개선될 수 있다. 이것은, 예컨대, 단일 불이 경험하는 휨(warping) 또는 다른 변형(deformities)으로부터 생성될 수 있는 격자 변동을 계산하도록 행해질 수 있다.

주기적 격자 데이터 갱신은, 또한 불로부터 웨이퍼를 컷하는데 이용되는 기구의 드리프팅(drifting)에 기여할 수 있는 격자 변동을 계산하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 시나리오에서, 격자 구조와 웨이퍼의 각각의 기계적 표면 간의 각도는 점진적으로 변화되며, 결국 이온 주입에 상당한 또는 측정 가능한 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 격자 구조는, 일반적으로 불마다 다를 수 있으므로, 다른 불로부터 기원하는 새로운 웨이퍼가 처리될 때마다, 새로운 크리스탈 격자 데이터(620:크리스탈 컷 에러 데이터)가 시스템(600)으로 업로드되어야 한다. 마찬가지로, 갱신 데이터는 또한, 웨이퍼가 동일한 불로부터 (예컨대, 다른 치수의 웨이퍼를 획득하기 위해) 실질적으로 다른 각도 또는 방향으로 컷될 때마다 시스템(600)으로 송신되어야 한다.

도 7에서, 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하는데 적절한 예시적인 저 에너지 이온 주입 시스템(700)이 보다 상세히 도시된다. 시스템(700)은 이온원(702), 빔라인 조립체(704) 및 타겟 또는 종단국(706)을 포함한다. 빔라인 조립체(704)에 대해 종단국(706)을 이동하는 신장 가능한 스테인레스 강 벨로우(bellow) 조립체(708)는 종단국(706)과 빔라인 조립체(704)를 연결한다.

이온원(702)은 플라즈마실(710) 및 이온 추출기 조립체(712)를 포함한다. 이 플라즈마실(710) 내에서 이온을 생성하기 위해 이온화 가능한 도펀트 가스에 에너 지를 공급한다. 일반적으로, 양 이온이 생성되지만, 본 발명은 이온원(702)에 의해 음 이온이 생성되는 시스템에도 적용 가능하다. 다수의 전극(714)을 포함하는 이온 추출기 조립체(712)에 의해 양 이온은 플라즈마실(710) 내의 슬릿(slit)을 통해 추출된다. 따라서, 이온 추출기 조립체(712)는, 플라즈마실(710)로부터 양 이온의 빔(716)을 추출하여, 추출된 이온을 빔라인 조립체(704), 특히 빔라인 조립체(704) 내의 질량 분석 자석(718)로 가속화시키는 기능을 한다.

질량 분석 자석(718)은, 측벽(724)을 가진 금속 (예컨대, 알루미늄) 빔 가이드에 의해 형성되는 통로(722) 내의 곡선 빔 경로(720)를 포함하며, 이의 진공은 진공 펌프(726)에 의해 제공된다. 이 경로(720)를 따라 전파하는 이온 빔(716)은, 부적절한 전하 대 질량비의 이온을 거부하도록 질량 분석 자석(718)에 의해 생성되는 자기장에 의해 영향을 받는다. 이 쌍극 자기장의 세기 및 방향은, 자석 커넥터(730)를 통해 자석(718)의 필드 권선을 통해 전류를 조정하는 제어 전자 장치(728)에 의해 제어된다.

쌍극 자기장에 의해, 이온 빔(716)이 곡선 빔 경로(720)를 따라 이온원(702) 근처의 제 1 또는 입구 궤적(732)으로부터 통로(722)의 출구단 근처의 제 2 또는 출구 궤적(734)으로 이동된다. 부적절한 전하 대 질량비를 가진 이온으로 구성되는 빔(716)의 부분(736 및 738)은 곡선 궤적으로부터 빔 가이드 측벽(724)으로 편향된다. 이런 식으로, 자석(718)은, 원하는 전하 대 질량비를 갖는 빔(720) 내의 이들 이온만이 통로(722)를 통해 완전히 횡단하도록 한다.

빔라인 조립체(704)는 또한 다수의 전극(742)을 갖는 가속기(740)를 포함할 수 있는데, 이 전극(742)은, 이온을 가속 및/또는 감속할 뿐만 아니라, 이온 빔을 집속, 벤드(bend) 및 정화시키도록 배치되어 바이어스된다. 또한, 패러데이 플래그(744)와 같은 선량 측정 인디케이터(dosimetry indicator)가 이온 빔의 샘플 전류를 검출하도록 포함될 수 있다. 또한, 플라즈마원(746)이, (양) 전하 이온 빔(716)에 의해 주입되는 결과로서, 타겟 공작물 상에 축적하는 (양) 전하를 중화시키는 플라즈마 샤워(shower)(748)를 제공하도록 포함될 수 있다. 진공 펌프(750)가 가속기(740)를 진공시키기 위해 더 포함될 수 있다.

가속기(740)의 하류에는 종단국(706)이 있으며, 이 종단국은 처리될 하나 이상의 웨이퍼(754) 또는 다른 공작물이 탑재되는 지지대(752)를 포함한다. 웨이퍼 지지대(752)는 일반적으로 주입 빔의 방향과 수직으로 방향되는 타겟 평면 내에 위치하지만, 그 방향은 크리스탈 컷 및/또는 특징물 치수 데이터가 제공됨에 따라 조정될 수 있다. 또한, 웨이퍼 지지대는, 예컨대, 빔 또는 회전 디스크를 통해 웨이퍼를 이동시킬 수 있는 기계적 암의 형태를 취할 수 있다. 도시된 예에서 묘사되고 있는 디스크형 웨이퍼 지지대(752)는, 종단국(706)에서 모터(756)에 의해 회전된다. 따라서, 이온 빔은, 지지대가 원형 경로로 이동함에 따라 지지대에 탑재된 웨이퍼에 충돌하게 된다. 종단국(706)은, 이온 빔의 경로(760) 및 웨이퍼(754)의 교차점인 지점(758)에 대해서 선회함으로써, 타겟 평면이 이 지점(758)에 대해서 조정될 수 있다.

예를 들어, 검출된 웨이퍼 격자 방향에 응답하여 이온 빔을 조정하기 위해서, 레지스트 특징물 및 이들 사이의 스페이싱의 치수(예컨대, 폭, 높이 등)가 이온 주입의 제안된 각도에 대해서 고려될 수 있고; 그로부터 어느 정도의 새도잉이 행해질 수 있는 지가 결정될 수 있다. 그 후, 이 새도잉이 과도한 지에 관해 결정이 행해질 수 있고, 과도하다면 그에 응답해서 어느 정도 주입각이 변경된다. 주입각은, 예컨대, 새도잉의 정도(새도잉 공차)가, 성능 사양 및 수용 가능한 불량률로 제조되는 반도체 장치에 따른 몇몇 사전에 정해진 공차(새도잉 공차) 또는 범위 내로 들어가도록 조정될 수 있다.

그 후, 이 제안된 주입각은, 수용 가능한 지 확인하기 위해서, 크리스탈 컷 에러 데이터에 대해서 검사(check)될 수 있다. 예컨대, 웨이퍼의 기계적 표면에 대해서 측정되는 주입각이 제공되면, 웨이퍼의 격자 구조와 웨이퍼의 기계적 표면 간의 변동이 시스템에 제공되거나, (예컨대, 러더포드 후방산란을 통해) 확인되며, 크리스탈 격자 구조에 대해 이온 빔의 방향을 찾도록 고려될 수 있다. 그 다음, 어떤 채널링 레벨이 그로부터 생성되고, 이것이 수용 가능한지 수용 불가능한지에 관해 결정이 행해질 수 있다. 채널링의 정도(채널링 공차)가 너무 크면, 웨이퍼 및 이온 빔을 어떻게 서로에 대해 재방향시켜서, 채널링의 정도를 수용 가능한 레벨 내에 있게 하는 지를 확인하기 위해서, 추가적인 계산이 행해질 수 있다. 그 다음, 웨이퍼 "안티채널링(anti-channeling)"에 대한 이런 새로운 빔은, 제안된 "안티새도잉(anti-shadowing)" 각에 대해서 다시 검사(체크)됨으로써, 둘이 충분히 일치하는지를 확인할 수 있다.

새도잉을 완화하기 위한 주입각이 채널링을 완화하기 위한 각과 너무 다르면, 웨이퍼에 대한 수용 가능한 또는 "가장 알맞는(best fit)" 빔이 채널링 및 새도잉에 대한 고려(considerations)를 수용할 때까지 프로세스는 반복될 수 있다. 각각의 채널링 및 새도잉의 중요성(significances)은, 예컨대, 형성되는 장치의 타입, 수용 가능한 신뢰도 및 고장율의 레벨, 성능 요건 등과 같이 제조 프로세스와 관련된 많은 요소에 따라 다를 수 있다. 따라서, 하나 이상의 이들 또는 다른 요소에 따라 크리스탈 컷 에러 데이터 및 특징물의 양태가 웨이트(가중)되어 제안된 주입각의 차를 조정할 수 있다. 이는, 초과한 계산에 따른 교착(bogged down) 및/또는 고착(stuck in a loop)될 가능성을 경감시킨다.

특히, 특정 제품 성능 파라미터, 고장율 공차 등이 제공되는 채널링 및/또는 새도잉의 어떤 레벨의 수용 가능성/수용 불가능성뿐만 아니라, 크리스탈 컷 에러 데이터, 스페이싱 및 특징물 데이터, 주입각 데이터 등의 함수로서의 다수의 채널링 및/또는 새도잉의 정도를 상관시키는 하나 이상의 데이터 기억에 관련하여 만족스러운 주입각에 도달하기 위해서, 예컨대 보간법이 이용될 수 있다. 또한, 구속받지 않는(unconstrained) 최적화와 관련된 기술(예컨대, 백 프로퍼게이션(back-propagation), Bayesian, Fuzzy Set, Non Linear regression, 또는 전문가, Cerebellar Model Arithmetic Computer(CMACS), Radial Basis Functions, directed search networks 및 기능 링크 네트의 혼합을 포함하는 다른 중성 네트워크 패러다임(paradigm))이 또한 바람직한 주입각에 도달할 시에 구현될 수 있다.

웨이퍼에 대한 빔 방향을 조정하는 최상의 (예컨대, 가장 값싸고, 가장 덜 복잡하며, 가장 효율적인) 방식이 또한 결정될 수 있다. 예를 들어, 단일 웨이퍼가 도핑을 위해 웨이퍼 지지대(752) 상에 탑재되면, 빔라인 조립체(704) 내의 하나 이상의 구성 요소가 주입각을 조정하기 위해 선택적으로 제어될 수 있다. 한편, 다수의 웨이퍼가 웨이퍼 지지대(752) 상에 탑재되면, 빔라인 조립체(704) 및 종단국(706)의 양쪽의 하나 이상의 구성 요소는 예컨대 원하는 주입 결과를 달성하기 위해 선택적으로 조정될 수 있다. 선택적으로, 종단국(706)의 하나 이상의 구성 요소만, 예컨대, 빔(716)에 대해 공작물을 (재)방향시키기 위해 선택적으로 조정될 수 있다.

도 8은 본 발명의 하나 이상의 양태를 구현하기 위해 적합한 또 다른 중 에너지 이온 주입 시스템(800)을 도시한 것이다. 시스템(800)은 모듈러 가스 박스(804), 보조 가스 박스(806) 및 가스 박스 원격 퍼지(purge) 제어 패널(810)을 포함한다. 가스 박스(804,806)는, 특히, 도펀트 물질의 하나 이상의 가스를 포함하고, 박스(804,806)는 가스를 시스템(800) 내의 연장된 라이프(life) 이온원(812)으로 선택적으로 방출하는 것을 용이하게 하는데, 여기서, 가스는, 시스템(800) 내에 선택적으로 받아들이는 웨이퍼 또는 공작물 내에 주입하는데 적절한 이온을 생성시키도록 이온화될 수 있다. 가스 박스 원격 제어 패널(810)은, 필요하거나 원할 시에 시스템(800)에서 가스 또는 다른 물질의 배기 또는 퍼징(purging)을 용이하게 한다.

고전압 단자 전력 분배 장치(816) 및 고전압 절연 변압기(818)는, 특히, 도펀트 가스에 에너지를 공급해서 전기적으로 여기시킴으로써 가스로부터 이온을 생성시키기 위해서, 포함된다. 이온 빔 추출 조립체(820)는, 이온원(812)으로부터 이온을 추출하여, 이들을 질량 분석 자석(826)을 포함하는 빔라인 조립체(824)로 가속화시키도록 포함된다. 질량 분석 자석(826)은 부적절한 전하 대 질량비의 이온을 분류하거나 제거하도록 동작 가능하다. 특히, 질량 분석 자석(826)은, 이 자석에 의해 생성된 하나 이상의 자기장에 의해, 이온이 빔가이드(828)를 통해 전파됨에 따라, 원하지 않는 질량 대 전하비의 이온이 충돌하는 곡선형 측벽을 가진 빔가이드(828)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 주사된 이온 빔의 각의 제어에 도움을 주는 구성 요소가 포함될 수 있다. 이것은, 특히, 주사각 보정 렌즈(830)를 포함할 수 있다. 게다가, 가속/감속 칼럼(832)이, 이온 빔 내의 이온의 속도 및/또는 집속의 제어 및 조정에 도움을 주도록 포함될 수 있다. 최종 에너지 필터와 같이 오염 입자를 걸러내도록 동작 가능한 구성 요소(834)는 또한 시스템(800) 내에 포함될 수 있다.

웨이퍼 또는 공작물(840)은 선택적으로 이온 주입하는 종단국실(842) 내에 적재(load)된다. 기계적 주사 드라이브(844)는 종단국실(842) 내에서 웨이퍼를 조정하여 빔과의 선택적인 충돌을 용이하게 한다. 주사 드라이브는, 예컨대, 공작물 홀더(workpiece holder)(846)를 조종하며, 이 홀더(846)는 하나 이상의 축에 대해 (예컨대, 시리얼 주입을 위한) 하나 이상의 웨이퍼(840)를 유지하여 비제한 수의 주입각을 용이하게 한다. 웨이퍼 또는 공작물(840)은 웨이퍼 핸들링 시스템(848)에 의해 종단국실(842) 내로 이동되며, 이 웨이퍼 핸들링 시스템(848)은, 예컨대, 하나 이상의 기계적 또는 로봇 암(850)을 포함할 수 있다.

오퍼레이터 콘솔(852)에 의해, 시스템(800)의 하나 이상의 구성 요소를 선택적으로 제어함으로써 오퍼레이터가 주입 프로세스를 조정한다. 최종으로, 전체 시스템(800)에 전력을 공급하기 위해 전력 분배 박스(854)가 포함된다. Ray에 의한 미국 특허 제4,975,586호에는, 예시적인 종단국(842) 및 그의 구성 요소가 약간 더 상세히 개시되어 있으며, 여기서, 종단국은 다수의 축에 대해 조종 가능한 웨이퍼 지지대 또는 홀더를 갖는다. 이 특허는 전적으로 여기서 참조로 포함된다.

웨이퍼의 각각의 기계적 표면에 대해 웨이퍼의 격자 구조의 각도 또는 방향에 관한 크리스탈 컷 에러 데이터(860:크리스탈 격자 데이터)는, 예컨대, 오퍼레이터 콘솔(852)을 통해 시스템(800) 내에 입력될 수 있다. 선택적으로, 이와 같은 데이터(860)는 중앙 또는 로컬 컴퓨터 내에 존재할 수 있어, 그로부터 도구(tool)로 다운로드될 수 있다. 마찬가지로, 특징물 치수 및 대응하는 스페이싱 데이터(862)뿐만 아니라, 어떤 다른 관련 데이터는 또한 오퍼레이터 콘솔을 통해 시스템(800) 내에 입력될 수 있다. 콘솔(852)은, 예컨대, 컴퓨터 또는 다른 처리 타입의 구성 요소를 가질 수 있으며, 이는 데이터를 이용하여, 이것에 응답하여 시스템(800)의 하나 이상의 구성 요소를 조정할 수 있다.

특히, 웨이퍼의 기계적 표면에 대한 웨이퍼의 격자 구조의 각각의 방향뿐만 아니라, 특징물의 치수 및 그 사이의 스페이싱을 고려하여, 원하는 도핑 레벨을 달성하기 위해 이온 빔과 웨이퍼의 표면 간에 원하는 주입각을 달성하도록 조정이 행해질 수 있다. 채널링 및 새도잉 효과에 대한 각각의 공차의 약간의 경쟁하는 이해 관계(competing interests)가 또한 주입 프로세스를 어떻게 적절히 조정하는지를 결정할 시에 해결될 수 있다. 또한, 빔에 대한 웨이퍼의 방향을 조정할 시에 이온 에너지, 속도, 질량, 종 등을 고려할 수 있다. 일례로서, 이온 빔에 대한 하나 이상의 웨이퍼(840)의 상대적 방향을 조정하기 위해서, 기계적 주사 드라이브(844), 빔라인 조립체(824)의 하나 이상의 구성 요소, 가속/감속 칼럼(832) 및/또는 보정 렌즈(830)가, 단독 또는 조합해서, 선택적으로 제어될 수 있다.

하나 이상의 웨이퍼로의 빔의 원래의 방향은 일반적으로 공지되어 있어, 그 점에 있어서는, 조정을 행할 수 있는 베이스라인 방향을 제공하기 위한 결정을 행할 필요가 없음을 알 수 있다. 게다가, 또는 선택적으로, 공작물 홀더(846)의 위치(예컨대, 경사, 비틀림 등)가 일반적으로 공지되어 있고(예컨대, 주사 드라이브(844)에 의해 트랙 및/또는 제어되며), 빔의 경로는 일반적으로 공지되어 있다. 웨이퍼(840)는 기본적으로 홀더(846)에 대해서 평탄하게 위치되므로, 빔에 대한 웨이퍼 각각의 방향도 일반적으로 공지된다. 다수의 웨이퍼가 다른 로컬(local)에서 홀더(846)에 존재하는 상황에서, 홀더(846) 상의 웨이퍼의 각각의 로컬이 트랙되면, 빔에 대한 웨이퍼의 각각의 방향은 또한 알려질 수 있음을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 웨이퍼 방향을 결정할 메카니즘을 계획한다. 이와 같은 물품은, 예컨대, 러더포드 후방산란, x 선 회절 및/또는 결정학을 구현하여, 이온 빔에 대한 웨이퍼 방향을 확인할 수 있다. 예로서, 이 물품은, 러빈 등에 의한 상술한 미국 특허 제6,255,662호에 설명되어 있는 바와 같은 러더포드 후방산란을 이용하여 동작할 수 있다.

도 9에서는, 장치 성능을 저하시킬 수 있는 채널링 및/또는 새도잉 효과를 고려하면서, 반도체 기판 내에 이온을 도핑 또는 주입하는 예시적인 방법(900)이 도시된다. 이 방법은, 또한, 새도잉에 영향을 줄 수 있는 레지스트 특징물 크기 및 그 사이의 대응하는 스페이싱을 고려하면서, 웨이퍼의 기계적 표면과, 채널링에 영향을 미칠 수 있는 웨이퍼의 크리스탈 격자 구조 간의 변형을 고려하는데 사용된다. 방법(900)이 이후에 일련의 동작 또는 이벤트로서 도시되고 기술되지만, 본 발명은 이와 같은 동작 또는 이벤트의 도시된 순서로 제한되지 않음을 알 수 있다. 예컨대, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라, 여기에 도시된 것 및/또는 기술된 것과 별개로, 어떤 동작은 다른 순서로 및/또는 다른 동작과 동시에 일어날 수 있다. 게다가, 도시되지 않은 모든 동작은 본 발명에 따른 방법을 구현하는데 필요로 할 수 있다.

이 방법은, 웨이퍼에 대한 이온 빔 방향 또는 각도를 획득하는 (902)에서 개시한다. 상술한 바와 같이, 웨이퍼에 대한 이온 빔 방향 또는 각도는, 빔의 각도가 공지되어 있고, 웨이퍼 또는 공작물 홀더의 위치뿐 아니라 공작물 홀더 상의 하나 이상의 웨이퍼의 위치가 공지되어 있으므로, 일반적으로 공지된다. (904)에서, 기판상에 형성된 특징물(특히, 포토리소그래픽 프로세스의 부분으로서 패턴화되는 레지스트 재료로 형성되는 특징물)의 치수에 관한 데이터가 획득된다. 이 데이터는, 각각의 사이즈(예컨대, 폭)와 같은 상기 특징물 간에 존재하는 스페이싱에 관한 정보를 포함한다. 이 데이터는, 예컨대, 반도체 기판에서 및/또는 상에 형성될 수 있는 반도체 장치에 대한 설계 규칙, 사양 등으로부터 제공될 수 있다.

(906)에서, 웨이퍼 상에 형성되는 특징물에 대한 이온 주입 빔의 각 및, 특징물 및 그 사이에 존재하는 상대 스페이싱의 치수가 제공될 시에 발생하기 쉬운 새도잉의 정도가 확인(확정)된다. 그 후, (908)에서, 필요하다면, 새도잉의 량을 적절히 완화시키기 위해, 웨이퍼 표면 및 그 상에 형성된 특징물에 대해서 빔을 재방향시키도록 행할 필요가 있는 어떤 조정에 관해 결정이 행해진다. 예컨대, 제조되는 반도체 장치의 타입 및, 이들 장치에 대한 성능 사양 및 수용 가능한 고장율 등에 기초하여 새도잉의 정도를 어떤 사전에 정해진 공차 또는 범위 내에 들어가도록 주입각이 조정될 수 있다.

(910)에서, 공칭 크리스탈 격자 구조 및 실제 크리스탈 격자 구조와 웨이퍼의 기계적 표면 간의 변동에 관한 크리스탈 컷 에러 데이터가 획득된다. 이 데이터는, 웨이퍼 공급자, 개별 또는 자립형 도구, 또는 동일하거나 다른 주입 시스템과 같은 어떤 다양한 소스로부터 획득될 수 있으며, 이 소스는, (예컨대, 러더포드 후방산란, x 선 회절 및/또는 결정학 등을 통해) 웨이퍼의 기계적 표면에 대해 실리콘 크리스탈 격자의 방향을 열거하는 하나 이상의 측정을 실행할 수 있다.

이 크리스탈 격자 데이터는, 단일 불로부터 동일한 방향/각으로 절단되는 다수의 웨이퍼가 이들 각각의 기계적 표면에 대해 동일하지 않지만 유사한 격자 구조를 가질 수 있기 때문에, 제조 프로세스를 통해서 주기적으로만 획득될 필요가 있다. 그런데, 이런 데이터를 더욱 빈번히 획득함으로써, 웨이퍼 간에 어떤 드리프트(drift)가 있을 시에 정렬(alignment)이 개선될 수 있다. 예컨대, 결과적으로, 격자 변형에 의해, 불이 휘어지거나 불규칙적으로 형상을 이루며, 또는 불로부터 웨이퍼를 절단하는데 이용되는 기구의 하나 이상의 설정(setting)이 드리프트될 수 있다. 격자 구조가 불마다 다를 수 있기 때문에, 다른 볼로부터 새로운 웨이퍼가 올 때마다, 새로운 크리스탈 격자 데이터가 획득될 수 있다. 마찬가지로, 갱신된 데이터는, 웨이퍼가 동일한 불에서 절단되지만, (예컨대, 다른 치수의 웨이퍼를 획득하기 위해) 실질적으로 다른 각 또는 방향으로 절단될 때마다, 시스템으로 송신되어야 한다.

(912)에서, (웨이퍼의 크리스탈 컷 에러 데이터에 의해 제공되는 바와 같이) 웨이퍼의 크리스탈 격자 구조에 대한 이온 빔의 방향이 제공될 경우에 어떤 기대된 채널링이 엄격하게(severity) 결정된다. 그 후, (914)에서, 만일 있다면, 원하는 량의 채널링을 달성하기 위해 웨이퍼의 크리스탈 격자 구조에 대해서 빔을 재방향하도록 행해질 필요가 있는 어떤 조정이 확인(확정)된다. 그 다음, (916)에서, 제안된 새도잉 및 채널링 조정이 일치하는지 비교된다. 이들이 일치하지 않으면 (예컨대, 새도잉 완화 조정이 채널링에 너무 많이 영향을 미치거나, 채널링 조정이 새도잉을 적절히 처리하지 않거나 악화시키면), (918)에서, 수용 가능한 조정각을 확인(확정)하기 위해 반복적인 계산이 행해질 수 있다.

예컨대, 채널링 및 새도잉의 다른 정도가 제조되는 장치의 신뢰도, 고장율 및/또는 다른 성능 기준에 대해서 가질 수 있는 각각의 효과(또는 영향)를 고려함으로써, 웨이퍼 방향에 대한 수용 가능한 빔 또는 "가장 알맞는" 빔에 도달할 수 있다. 그 다음, 이들의 중요성을 결정하기 위해서, 이들 효과는 수용 가능한 레벨과 비교될 수 있다. 이와 같이, 제조되는 장치의 타입 및 이러한 장치의 요구 동작이 주어지면, 채널링 효과, 새도잉 효과 등에 웨이트(weight)가 할당(부가)될 수 있다. 게다가, 특징물의 데이터는, 예컨대, 웨이퍼 상에 형성되어 다른 감도를 가진 다른 장치, 유일한 비정상 (예컨대, 비대칭) 치수를 가질 수 있는 구조, 가변 높이를 가진 특징물 또는 장치 등을 처리하는 복잡한 계산을 간소화하는 허용 가능한 보정 범위를 포함할 수 있다.

특히, 특정 제품 성능 파라미터, 고장율 공차 등이 제공되는 채널링 및/또는 새도잉의 어떤 레벨의 수용 가능성/수용 불가능성뿐만 아니라, 크리스탈 컷 에러 데이터, 스페이싱 및 특징물 데이터, 주입각 데이터 등의 함수로서의 채널 및/또는 새도잉의 다양한 정도를 상관시키는 하나 이상의 데이터 기억과 관련해서 만족스러운 주입각에 도달하도록 하기 위해서, 예컨대, 보간이 이용될 수 있다. 구속받지 않는 최적화의 촉진과 관련된 기술(예컨대, 백 프로퍼게이션, Bayesian, Fuzzy Set, Non Linear regression, 또는 전문가, Cerebellar Model Arithmetic Computer(CMACS), Radial Basis Functions, directed search networks 및 기능 링크 네트의 혼합을 포함하는 다른 중성 네트워크 패러다임)이 또한 바람직한 주입각에 도달할 시에 구현될 수 있다.

그 후, 이 방법은 주입 프로세스가 적당한 것으로 조정되는 (920)으로 진행한다. 빔과 웨이퍼 표면 간의 상대적 방향을 조정하는 최상의 (예컨대, 가장 값싸고, 가장 덜 복잡하며, 가장 효율적인) 방식이 결정될 수 있음을 알 수 있다. 예로서만, 제한적이지 않으며, 단일 웨이퍼가 도핑을 위해 웨이퍼 지지대 상에 탑재되면, 빔라인 조립체 내의 하나 이상의 구성 요소는 주입각을 조정하기 위해 선택적으로 제어될 수 있다. 한편, 다수의 웨이퍼가 웨이퍼 지지대 상에 탑재되면, 빔라인 조립체 및 종단국의 양쪽의 하나 이상의 구성 요소는, 예컨대, 원하는 주입 결과를 달성하기 위해 선택적으로 조정될 수 있다. 선택적으로, 종단국만의 하나 이상의 구성 요소는, 예컨대, 빔에 대해 공작물을 (재)지향시키기 위해 선택적으로 조정될 수 있다. 새도잉 완화 및 채널링 완화 조정이 (916)에서 동의하는 것으로 검색되면, 방법은 (920)으로 간단히 진행함을 알 수 있다. 그 후, 이 방법은 추가적인 처리를 위해 진행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 하나 이상의 양태에 따르면, 크리스탈 컷 에러의 측정(값)은, 하나 이상의 다른 주입 스테이지로 피드포워드(feedforward)되어, 원하는 도핑(예컨대, 채널링 및 새도잉의 동시 완화)을 달성할 주입 프로세스를 구성하는데 이용될 수 있다. 크리스탈 컷 에러 데이터를 획득하고, 다양한 스테이지 및/또는 이온 주입기를 조정하기 위해서 이를 이용하는 것은, 다수의 주입 스테이지 및/또는 다수의 이온 주입기에서 실행되어야만 하는 통상적인 (원위치(in-situ)) 측정들보다 더 효율적이고 값싼 방식으로 크리스탈 컷 에러를 계산할 수 있게 한다. 특히, 원위치 기술은, 부가적인 하드웨어 및/또는 제어가 다수의 주입 스테이지 또는 시스템에 제공되어야만하므로, 일반적으로 이온 주입 시스템과 관련된 비용을 증가시킨다. 게다가, 반도체 제조 동안, 동일한 이온 주입기 또는 주입 스테이지들을 통해, 흔히 웨이퍼가 복수 회 공급되므로, 원위치 기술에 의해서는 중복(redundant) 측정이 불가피하게 행해질 수 있다. 크리스탈 격자 방향 데이터(크리스탈 컷 에러 데이터)를 특정 웨이퍼와 관련시키고, 제조 프로세스를 통해서 웨이퍼가 공급됨에 따라 이 데이터를 관련된 이온 주입 시스템 및/또는 스테이지로 반복적으로 피드포워드함으로써, 상기와 같은 중복 측정 및 관련 비용 및 비효율성이 실질적으로 제거될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 양태에 따라, 웨이퍼, 특히 실리콘 웨이퍼의 크리스탈 격자 구조에 대해 이온 빔의 입사각을 조정하기 위해 이 데이터를 이용함으로써, 또한 프로세스 반복성(repeatability)이 용이해진다. 예컨대, 크리스탈 컷 에러에 기초하여 이온 빔에 대해 웨이퍼를 재위치 조정(repositioning)함으로써, 실리콘 웨이퍼에 대한 이온 빔이 더욱 정확히 정렬될 수 있다. 예컨대, 개별 웨이퍼 재위치 조정이 더욱 곤란한 배치(batch) 주입기의 경우에, 빔 정렬 에러는 웨이퍼의 그룹에 대해 최소화될 수 있다. 하나 이상의 웨이퍼는 또한, 예컨대, 새도잉 효과에 기여할 수 있는 특징물 치수에 의해 적어도 부분적으로 관리될 수 있는 바와 같은 어떤 한계(limits) 내로 재방향될 수 있다. 채널링이 관심사가 아닌 상황에서, 이온 빔은, 예컨대, 새도잉 효과의 제일 중요한 식으로 지향될 수 있다.

본 발명이 하나 이상의 구성에 대해 도시되고 기술되었지만, 등가의 변경 및 수정이 본 명세서 및 첨부한 도면의 판독 및 이해로부터 본 기술 분야의 다른 숙련자에게 행해질 수 있음을 알 수 있다. 본 발명은 이와 같은 모든 수정 및 변경을 포함하며, 다음의 청구범위의 범주에 의해서만 제한된다. 특히, 상술한 구성 요소(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 실행된 여러 기능에 대해, 이와 같은 구성 요소를 기술하는데 이용된 ("수단"에 대한 참조를 포함하는) 용어는, 달리 지시되지 않으면, 여기에 도시된 본 발명의 예시적인 구성에서의 기능을 실행하는 개시된 구조체와 구조적으로 등가가 아닐지라도, 기술된 구성 요소의 특정 기능(즉, 기능적으로 등가임)을 실행하는 임의의 구성 요소에 대응한다. 게다가, 본 발명의 특정 특징물이 수개의 구성 중 하나만에 대해 개시되었지만, 이와 같은 특징물은, 소정의 또는 특정 응용에 대해 바람직하고 유익할 시에 다른 구성의 하나 이상의 특징물과 조합 될 수 있다. 더욱이, 용어 "포함한다", "가진", "갖는다", "갖는" 또는 그의 변형이 상세한 설명 또는 청구범위에 사용된다는 점에서, 이와 같은 용어는 용어 "포함하는"과 유사한 방식으로 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 여기서 이용된 용어 "예시적인"는 간단히 예를 의미한다.

Claims (32)

1. 이온 주입 시스템으로서,

   이온을 생성시키는 이온원;

   상기 이온원에 의해 생성된 이온으로부터 이온 빔을 생성시켜, 이동 경로를 따라 이온을 지향시키는 빔라인 조립체;

   상기 이온 빔 내에서 이동하는 이온이 선택 위치에서 공작물에 충돌하도록 이동 경로에 대해 공작물을 위치 조정하는 종단국 및;

   이온 빔과, 이에 의해 충돌되는 공작물의 표면 간의 상대적 방향의 결정에 관련한 주입 데이터를 획득하는 프로세서를 포함하고,

   상기 주입 데이터는 상기 공작물의 선택 위치 내에 이온을 주입하도록 상기 공작물의 표면으로 지향되는 이온 빔에 대한 공작물의 기계적 표면의 방향에 관한 데이터를 포함하며,

   상기 주입 데이터는, 특징물 사이에 존재하는 각각의 스페이싱을 포함하는 상기 공작물의 표면상에 형성되는 하나 이상의 특징물에 관한 데이터를 포함하고, 상기 프로세서는 방향 데이터 및 특징물 데이터가 제공되는 이온 주입 동안에 생성되는 각각의 새도잉의 정도 및, 새도잉을 완화하도록 이온 빔과 공작물의 표면 간의 상대적 방향에 대해 행해지는 조정을 결정하고,

   상기 주입 데이터는 상기 공작물의 표면과 상기 공작물의 격자 구조 간의 상대적 방향에 관한 크리스탈 컷 에러 데이터를 포함하고, 상기 프로세서는 방향 데이터 및 크리스탈 컷 에러 데이터가 제공되는 이온 주입으로부터 생성되는 채널링의 엄격성 및, 채널링을 완화하도록 이온 빔과 공작물의 표면 간의 상대적 방향에 대해 행해지는 조정을 결정하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   새도잉 및 채널링을 완화시키도록 이온 빔과 공작물의 표면 간의 상대적 방향에 대해 행해지는 조정을 결정하기 위해, 상기 프로세서는 또한,

   다른 정도의 채널링 및 새도잉이 사전에 정해진 성능 기준을 가질 수 있는 각각의 효과를 고려하고;

   이들 효과를 사전에 정해진 수용 가능한 레벨과 비교하며;

   각각의 효과의 엄격성 및 수용 가능한 레벨에 기초하여 다른 정도의 채널링 및 새도잉에 웨이트를 할당하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 특징물 데이터는 하나 이상의 특징물의 폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 크리스탈 컷 에러 데이터는 러더포드 후방산란, x 선 회절 및 결정학 중 하나 이상을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
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