KR101407692B1 - 이온 주입기 내의 비임 각도 조절 - Google Patents

Abstract

스티어링 요소는 스티어링 요소 하류의 스캐닝 소자의 스캔 정점으로 이온 비임을 지향 또는 "조정"하기 위해 이온 주입 시스템 내에 포함된다. 이러한 방식에서, 스캐닝 소자의 스캔 정점은 스캐닝 소자 하류의 평행화 요소의 초점과 일치한다. 이는 비임이 평행화 요소로부터 예상된 각도로 방사되어서 평행화 소자 하류에 위치된 피가공재의 내측으로 이온이 바람직한 방식으로 주입될 수 있게 한다.

Description

이온 주입기 내의 비임 각도 조절 {BEAM ANGLE ADJUSTMENT IN ION IMPLANTERS}

본 발명은 일반적으로, 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 이온 주입기 내의 이온 비임 각도를 조절하는 것에 관한 것이다.

이온 주입 시스템은 집적 회로 제작에 있어서 불순물로 반도체 기판을 도프하는데 사용되는 기구이다. 그러한 시스템에 있어서, 도펀트 재료가 이온화되며 그로부터 이온 비임이 생성된다. 이온 비임은 이온을 웨이퍼에 주입하도록 반도체 웨이퍼 또는 피가공재의 표면으로 지향된다. 비임 중의 이온들은 웨이퍼의 표면을 관통하여 그 내부에 예를 들어, 트랜지스터 제조에서와 같은 소정의 전도체 영역을 형성한다. 통상적인 이온 주입기는 이온 비임을 생성하기 위한 이온 소오스와, 비임 내부의 이온들을 지향 및/또는 필터링(예를 들어, 매스 리졸빙(mass resolving))하기 위한 질량 분석 장치를 포함하는 비임라인 조립체, 및 처리될 하나 또는 그 이상의 웨이퍼 또는 피가공재를 포함하는 타겟 챔버를 포함한다.

이온 주입기는 피가공재 내부에 도펀트의 양과 위치 선정과 관련하여 정밀함을 제공하기 때문에 유용하다. 특히, 이온 주입기는 주입 이온의 선량과 에너지가 주어진 적용분야에 대해 변화될 수 있게 한다. 이온 선량은 주입 이온의 농도를 제어하는데, 고전류 주입기에는 통상적으로 고선량 주입을 위해 사용되는 반면에, 중전류 주입기는 저선량의 적용분야에 사용된다. 이온 에너지는 예를 들어, 반도체 장치 내의 접합 깊이(junction depth)를 제어하는데 사용되며, 또한 이온 에너지는 이온이 피가공재 내에 주입되는 깊이를 결정한다.

작지만 훨씬 강력한 장치(예를 들어, 핸드폰, 디지탈 카메라 등)를 제조하기 위해 전자 장치를 축소하려는 것이 전자 산업 분야의 추세이며, 이들 장치에 사용되는 반도체와 집적 회로(예를 들어, 트랜지스터 등)도 계속해서 크기가 감소되고 있다. 이들 장치를 단일 반도체 기판 상에 또는 그 일부분에 더욱 밀집화시킬 수 있는 능력 또한 제조 효율과 수율을 개선한다. 이는 이온 주입의 제어가 패킹 밀도를 성공적으로 증가시키는데 중요한 역할을 하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 기계 표면에 대한 이온 비임의 방위(예를 들어, 각도) 및/또는 피가공재의 결정격자 구조에 대한 에러 비율을 더욱 더 감소시킬 수 있다. 따라서, 이온 주입에 대한 양호한 제어를 촉진시키는 기구와 기술들이 바람직하다.

이후에 본 발명의 몇몇 특징들에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명에 대한 간단한 개요를 제시한다. 이러한 개요는 본 발명에 대한 광범위한 개요는 아니다. 이는 본 발명의 핵심적인 또는 중요한 요소들을 동일시하려는 것도 본 발명의 범주를 한정하려는 것도 아니라고 이해해야 한다. 이보다는, 주된 목적은 단지, 이후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 본 발명에 대한 하나 또는 그 이상의 개념을 간단한 형태로 제시하고자 하는 것이다.

이온 비임을 이온 주입 시스템의 스캐닝 소자의 스캔 정점으로 조정하기 위한 스티어링 소자가 이온 주입 시스템에 포함된다. 이러한 방식으로, 스캐닝 소자의 스캔 정점은 스캐닝 소자 하류의 평행 소자의 촛점과 일치한다. 이는 비임이 예상 각도에서 평행 소자로부터 방출되어 이온이 평행 소자의 하류에 위치되는 피가공재의 내측으로 바람직하게 주입될 수 있게 한다.

전술한 목적과 그와 관련 목적을 달성하기 위해, 다음의 상세한 설명과 첨부 도면들은 본 발명의 상세하고 확정적이며 예시적인 특징과 실시예들을 제시한다. 그러나 이들은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들이 사용될 수 있는 다수의 형태 중 단지 일부만을 나타내는 것이다. 본 발명의 다른 특징, 장점 및 새로운 특징들은 첨부 도면과 연관하여 생각할 때 다음의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 이온 비임이 격자 구조의 면들에 실질적으로 평행하게 격자 구조로 지향되는 결정 격자 구조의 일부분에 대한 예를 도시하는 사시도이며,

도 2는 이온 비임이 격자 구조의 면들에 실질적으로 평행하지 않게 격자 구조로 지향되는, 도 1에 도시한 바와 같은 결정 격자 구조의 일부분에 대한 예를 도시하는 사시도이며,

도 3은 가변 거리만큼 분리되어 그에 따라 이온 주입 중에 가변적인 새도윙 효과를 경험하는, 상부에 형성된 피쳐를 갖는 반도체 기판의 일부분을 도시하는 횡단면도이며,

도 4는 결정 격자 구조의 기구 표면이 실질적으로 동일 평면 상에 있지 않은 도 1에 도시한 바와 같은 결정 격자 구조의 일부분을 도시하는 사시도이며,

도 5는 스캔 정점이 시스템의 평행 소자의 촛점과 일치하는, 시스템의 스캐닝 소자의 스캔 정점을 통해 이온 비임이 조절되는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시하는 블록선도이며,

도 6은 이온 비임이 스캐닝 소자의 스캔 정점을 통과하도록 형성되지 않았을 때 이온 주입 각도가 어떻게 절충되는가를 도시하는 개략적인 다이어그램이며,

도 7은 이온 주입 시스템의 스캐닝 소자의 스캔 정점을 통해 이온 비임이 조정되게 하기 위한 예시적인 방법을 설명하는 도면이다.

본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들이 도면을 참조하여 설명되어 있으며, 도면에서 동일한 도면 부호는 전체적으로 동일한 구성요소를 지칭하는데 사용되었으며 모든 도면들이 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 다음 설명에서, 설명의 목적으로 다수의 특정한 세부 사항들은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들에 대한 명확한 이해를 제공하기 위해 설정된 것이다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자들에게는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들이 이들 특정 세부 사항보다 낮은 정도로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예에서, 공지의 구성 및 장치들이 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들에 대한 이해를 촉진시키기 위해 블록선도 형태로 도시되어 있다.

위의 설명으로부터 암시될 수 있듯이, 반도체 제조 공정에 있어서 반도체 웨 이퍼 또는 피가공재는 대전 입자 또는 이온들로 이온 주입된다. 이온들은 이들의 순수한 양전하 또는 음전하로 인해 바람직한 전기적 특징들을 나타낸다. 반도체 공정과 관련하여 사용될 때, 그러한 이온화된 재료들은 도펀트로서 지칭되는데, 그 이유는 이들이 이온 주입될 기저 층이나 다른 층의 전기적 특징을 도프 또는 변경시켜 그 층들이 바람직하고 예상가능한 전기적 거동을 나타낼 수 있게 하기 때문이다.

기저 층 또는 기판은 일반적으로 결정질 형태인 실리콘으로 구성된다. 재료들은 결정 격자로서 원자들이 공지된 규칙적인 방식으로 3차원으로 배열될 때 결정 구조를 갖는다고 일컬어진다. 일 예로서, 도 1은 일반적으로 입방 격자를 갖는 일반적인 격자 구조(100)의 일부를 도시한다. 특히, 도시된 예에서 격자 구조(100)는 일반적으로 큐빅 형상인 27개(예를 들어, 3 × 3 × 3)의 셀(102)을 가진다. 결정 격자 구조는 면(110) 내에 존재하며, 이들 면(110)은 실질적으로 도시된 예에서 서로에 대해(예를 들어, x, y 및 z 방향으로) 실질적으로 수직이다. 그러나, 격자 구조는 어떤 다양한 다른 구성을 가질 수 있으며 다이아몬드, 피라밋, 육각형 등과 같은 다양한 다른 형상의 다른 수의 셀을 가질 수 있다고 이해해야 한다.

반도체 제조에 사용되는 실리콘 기저 층들은 적어도 일부분이 웨이퍼 또는 기판으로 지칭될 수 있는데, 이는 커다란 실리콘으로부터 절단되기 때문이다. 특히, 불(boule)로서 공지된 매우 특별한 형태의 실리콘 단결정이 길다란 길이로 성장되어 그로부터 얇은 슬라이스(예를 들어, 웨이퍼)로 절단된다. 그러한 웨이퍼는 일반적으로, 웨이퍼 절단 표면에 격자 구조의 상대 방위를 나타내는 (100)과 같은 밀러 지수 테이타가 지정된다. 웨이퍼의 결정 구조는 전자 장치에 유용한데, 그 이유는 장치의 전기적 특성의 제어를 용이하게 하며 전체 재료에 걸쳐서 균일한 전기적 성능을 나타내기 때문이다. 또한, 장치 성능을 열화시키는 불순물이 재료의 원자 구조 내의 결함 주위에 수집되는 경향 때문에, 결정 구조의 완전함은 더욱 더 예상가능한 장치 성능과 수율을 제공한다.

반도체 도핑 공정의 중요한 변수는 반도체 재료의 내부 격자 구조와 이온 비임 사이의 입사각이라는 것을 이해할 수 있다. 입사각은 다른 것들 중에서도 채널링(channeling)으로서 공지된 현상에서 주요 역할을 하기 때문에 중요하다. 특히, 도 1에 도시한 바와 같이, 도펀트 이온 비임(104)의 방향이 실질적으로 격자 구조의 (수직)면(110)에 평행하다면, 단위 길이 당 적은 에너지 손실로 그곳을 통과하는데, 이는 상기 면들 사이의 공간으로 이동하는 이온들이 결정 원자들과 더 적게 충돌하기 때문이다. 그 때문에, 이온들은 기판 내로 더 깊게 주입될 수 있다.

도 1과는 대조적으로, 도 2에서 비임의 방향은 실질적으로 격자 구조(100)의 (수직)면에 평행하지 않다. 그 때문에, 이온 비임(104) 내의 일부 이온들이 아마도 격자 구조의 부분(106)들과 충돌하여 격자 구조를 변경(예를 들어, 손상)할 것이다. 그렇게 함에 있어서, 이온들은 아마도 에너지를 손실하고 화살표(108)로 나타낸 바와 같이 본래 궤적으로부터 저속 및/또는 산란됨으로써, 피가공재의 보다 얕은 부분들에 놓이게 될 것이다. 따라서, 예를 들어 도핑의 국소화 및/또는 바람직한 채널링을 달성하기 위해 격자 구조에 대해 특정 방위로 비임을 지향시키는 것이 바람직할 수 있다. 비임과 웨이퍼 사이의 상대 방위가 이온 주입 공정 중에 변 할 수 있지만 비임과 결정 격자구조 사이의 상대 방위를 유지하는 것이 바람직하다고 이해될 수 있다.

웨이퍼의 격자 구조와 비임 사이의 방위 이외에도, 웨이퍼의 기구적 표면에 대한 비임의 방위도 예를 들어, 다른 것들 중에도 새도윙을 제어하는데 중요하며, 여기서 웨이퍼의 일정한 부분들은 비임이 웨이퍼 상의 하나 또는 그 이상의 인접 피쳐들에 의해 차단되기 때문에 도펀트를 거의 수용하지 못한다는 것을 이해할 수 있다. 새도윙의 점진적인 중요성은 일반적으로, 더 많은 수의 증가된 복잡한 기능들을 저전력으로 수행할 수 있는 작지만 강력한 장치(예를 들어, 핸드폰, 디지탈 카메라 등)를 제조하기 위해 피쳐들의 크기가 감소되는 경향이 전자 산업에서 계속적으로 진행되기 때문이다.

크기 축소는 일반적으로, 반도체 제작 공정의 일부로서 웨이퍼 내에 그리고 웨이퍼 상에 형성되는 피쳐들이 더욱 조밀하게 형성될 것과, 그러한 피쳐들 사이에 설정되는 간격들이 더욱 좁아질 것을 요구한다. 그러나, 일부 피쳐들의 각각의 높이는 (예를 들어, 포토그래피 공정의 제약으로 인해)감소되지 않을 수 있다. 피쳐들 사이의 축소된 간격으로 결합된 일반적으로 일정한 피쳐 높이는 새도윙의 증가를 초래함으로써, 웨이퍼의 어떤 부분에서는 바람직한 도펀트의 양보다 적게 된다. 그러한 새도윙은 예를 들어, 채널링의 축소와 같이 이온 주입 각도가 증가하는 경우에 더욱 악화될 수 있다.

도 3을 참조하면, 예를 들어 웨이퍼(300) 또는 반도체 기판의 일부분의 횡단면도는 상부에 형성된 복수의 피쳐(302,304,306,308), 및 피쳐들 사이에 한정된 각 각의 간극(310,312,314)을 가진다. 피쳐(302,304,306,308)는 레지스트 재료 또는 폴리실리콘 재료로 형성될 수 있으며, 모두 실질적으로 동일한 높이를 가진다. 그러나, 일부의 피쳐(302,304,306,308)는 다른 것들 보다 더 밀집되게 형성되며, 그에 따라 그 사이에 한정되는 대응 간극(310,312,314)도 상이한 폭을 가진다.

간극(310,312,314)에 의해 노출되는 기판(300)의 영역(320,322,324)이 이온 주입을 통해 도프된다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 이온 비임(330)이 도핑을 수행하기 위해 기판(300)에 지향된다. 그러나, 비임(330)은 예를 들어, 채널링을 완화하기 위해 기판(300)의 표면(340)에 대해 각지게 지향된다. 따라서 일부의 비임(330)은 피쳐(302,304,306,308)의 부분(예를 들어, 코너)에 의해 차단되는 일부 이온들을 가진다. 그와 같이, 기판 영역(320,322,324) 내의 영역(350,352,354)은 의도된 도펀트 양보다 적게 수용된다. 피쳐(302,304,306,308)가 더 밀집되어 각각의 간극(310,312,314)이 더욱 더 좁아질 때, 불충분한 도핑 영역(350,352,354)이 기판 영역(320,322,324)의 커다란 부분에 형성된다.

도 4는 도 1 및 도 2와 유사하지만, 웨이퍼의 기구 표면(112)이 예를 들어, 결정 절단 에러로 인해 웨이퍼의 결정 격자구조와 동일 평면 상에 있지 않은 일반적인 상황을 도시한다. 예를 들어, 채널링과 새도윙 사이의 바람직한 균형을 유지하기 위해 비임 및/또는 웨이퍼는 웨이퍼의 기구 표면(112)과 이온 비임(104) 사이의 상대적인 방위 및/또는 웨이퍼의 결정 격자구조와 이온 비임(104) 사이의 상대적인 방위를 유지하기 위한 이온 주입 공정 중에 비임 및/또는 웨이퍼가 이동될 필요가 있다고 사려된다.

도 5는 설명되는 바와 같이, 비임 각도가 조절될 수 있는 예시적인 이온 주입 시스템(510)을 도시한다. 상기 시스템(510)은 터미널(512), 비임라인 조립체(514), 및 단부 스테이션(516)을 가진다. 터미널(512)은 이온 비임(524)을 생성하고 비임라인 조립체(514)로 지향시키는 고전압 전력 공급원(522)에 의해 전력이 공급되는 이온 소오스(520)를 포함한다. 이온 소오스(520)는 이온 비임(24)으로 추출 및 형성되어 비임라인 조립체(514) 내의 비임 통로를 따라 단부 스테이션(516)으로 지향되는 대전 이온을 생성한다. 상기 이온을 생성하기 위해, 이온화될 도펀트 재료의 가스(도시 않음)가 이온 소오스(520)의 생성 챔버(521) 내에 위치된다. 도펀트 가스는 예를 들어, 가스 소오스(도시 않음)로부터 상기 챔버(521)의 내측으로 공급될 수 있다. 전력 공급원(522) 이외에도, 예를 들어 RF 또는 초단파 여기 소오스, 전자 비임 주사 소오스, 전자기 소오스 및/또는 상기 챔버 내에 아아크 방전을 생성하는 캐소드와 같은, 임의의 숫자의 적합한 기구(어느 하나도 도시 않음)가 이온 생성 챔버(521) 내에 자유 전자를 여기시키는데 사용될 수 있다. 여기된 전자는 도펀트 가스 분자와 충돌함으로써 이온들이 생성된다. 일반적으로, 양이온들이 생성되지만, 이러한 설명들은 음이온이 생성되는 시스템에도 적용될 수 있다.

비임라인 조립체(514)는 비임가이드(532), 질량 분석기(526), 스캐닝 시스템(535), 및 평행기(539)를 가진다. 질량 분석기(526)는 약 90도의 각도로 형성되며 내부에 (쌍극)자기장을 설정하는 역할을 하는 하나 또는 그 이상의 자석(도시 않음)을 포함한다. 비임(524)이 질량 분석기(526)로 진입할 때, 비임은 자기장에 의해 대응되게 구부러져서 부적합한 전하-대-질량 비의 이온은 거부된다. 특히, 너무 크거나 너무 작은 전하-대-질량 비를 갖는 이온은 질량 분석기(526)의 측벽(527)으로 편향된다. 이러한 방식으로, 질량 분석기(526)는 단지 소정의 전하-대-질량 비를 가지는 비임(524) 내의 이온들이 그곳을 통과하여 리졸빙(resolving) 구멍(534)을 빠져나갈 수 있게 한다. 시스템(510) 내의 다른 입자들과 이온 비임의 충돌은 비임 무결점을 열화시키는 것으로 생각될 수 있다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 펌프(도시 않음)가 적어도 비임가이드(532) 및 질량 분석기(526)를 배기시키도록 포함될 수 있다.

스캐닝 시스템(535)은 스캐닝 소자(536) 그리고 포커싱 및/또는 스티어링 소자(538)를 포함한다. 각각의 전력 공급원(549,550)은 스캐닝 소자(536) 그리고 포커싱 및/또는 스티어링 소자(538)에, 더욱 구체적으로 내부에 위치되는 각각의 전극(536a,536b,538a,538b)에 작동가능하게 연결된다. 포커싱 및 스티어링 소자(538)는 상당히 좁은 프로파일을 갖는 질량 분석된 이온 비임(524: 예를 들어, 도시된 시스템(510)의 "펜슬" 비임)을 수용하며, 전력 공급원(550)에 의해 판(538a,538b)에 인가되는 전압은 스캐닝 소자(536)의 스캔 정점(551)으로 비임을 포커싱하고 스티어링하도록 작동한다. 스캐너 판(536a,536b)에 (이론적으로 도면부호 550과 동일한 전력 공급원일 수 있는)전력 공급원(549)에 의해 인가되는 전압 파형은 적어도 관련 피가공재 정도의 폭을 갖거나 관련 피가공재보다 넓은 폭을 가질 수 있는 유효 X방향 폭을 갖는 길다란 "리본" 비임(예를 들어, 스캔된 비임(524))으로 비임(524)을 확장시키도록 비임(524)을 X방향(스캔 방향)으로 전후로 스캔한다. 스캔 정점(551)은 스캐닝 소자(536)에 의해 스캔된 후에 리본 비임의 각각의 비임 또는 스캔된 부분이 생성되는 광학 통로 내의 지점으로서 정의될 수 있다. 스캔된 비임(524)은 평행기(539)를 통과하여, 스캔 정점을 통과하는 임의의 비임을 무한대로 포커싱하고 그 비임을 일반적으로 Z 방향에 평행한(예를 들어, 일반적으로 피가공재 표면에 수직한) 단부 스테이션(516)쪽으로 지향시키는 스캔 정점(551)과 정렬되거나 대응하는 촛점을 갖는 렌즈를 통과한다.

두 개의 전극(536a,536b,538a,538b)이 예시적인 스캐닝 소자(536)와 포커싱 및 스티어링 소자(538) 내에 각각 도시되어 있지만, 이들 소자(536,538)는 라트멜 등에게 허여되어 모든 내용이 본 발명에 참조된 미국 특허 제 6,777,696호에 도시되어 있는 바와 같이, 이온을 가속 및/또는 감속할 뿐만 아니라, 이온 비임(526)을 포커싱, 굽힘 및/또는 제거도록 배열 및 편향되는 임의의 적합한 숫자의 전극을 포함할 수 있다고 이해해야 한다. 또한, 포커싱 및 스티어링 소자(538)는 (예를 들어, 하나 또는 그 이상의 쌍의)정전기적 편향 판뿐만 아니라, 아인젤 렌즈(Einzel lens), 사중극 및/또는 이온 비임을 포커싱하는 다른 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다. 꼭 필요한 것은 아니지만, 평균적으로 0인 소자(538) 내의 편향 판으로 전압을 공급하는 것이 유리한데, 그 효과는 추가의 아인젤 렌즈의 도입을 방지하며 소자(538)의 포커싱 특징의 왜곡을 최소화하는 것이다. 이온 비임을 "스티어링"하는 것은 비임 방향이 스티어링 전압과 판의 길이에 비례하고 비임 에너지에 반비례하므로, 다른 것들 중에도 판(538a,538b)의 칫수와 판에 인가된 스티어링 전압의 함수라고 이해될 것이다.

다른 형태의 단부 스테이션(516)이 주입기(510)에 사용될 수 있다고 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, "배치" 형태의 단부 스테이션은 회전 지지 구조물 상에 다중 피가공재(530)를 동시에 지지할 수 있는데, 피가공재(530)는 모든 피가공재(530)가 완전히 이온 주입될 때까지 이온 비임의 통로를 통해 회전된다. 한편, "직렬" 형태의 단부 스테이션은 이온 주입을 위한 비임 통로를 따라 단일 피가공재(530)를 지지하는데, 다중 피가공재(530)는 직렬 형태로 한 번에 하나 씩 주입되며, 각각의 피가공재(530)는 다음 피가공재(530)의 주입이 시작되기 이전에 완전히 이온 주입된다. 혼합 형태의 시스템에 있어서, 피가공재(530)는 제 1(Y 또는 저속 스캔) 방향으로 기계식으로 병진운동되는 반면에, 비임은 전체 피가공재(530) 위에 비임(524)을 부여하도록 제 2(X 또는 고속 스캔)방향으로 스캔된다.

도시된 실시예에서 단부 스테이션(516)은 이온 주입을 위한 비임 통로를 따라 단일 피가공재(530)를 지지하는 "직렬" 형태의 단부 스테이션이다. 선량 측정 시스템(552)은 이온 주입 작동 이전에 교정 측정을 위해 피가공재 위치 근처의 단부 스테이션(516) 내에 포함된다. 교정 작동 중에, 비임(524)은 선량 측정 시스템(552)을 통과한다. 선량측정 시스템(552)은 프로파일러 통로(558)를 연속적으로 통과하여 스캔 비임의 프로파일을 측정하는 하나 또는 그 이상의 프로파일러(556)를 포함한다. 프로파일러(556)는 스캔 비임의 전류 밀도를 측정하는, 예를 들어 패러데이 컵(Faraday cup)과 같은 전류 밀도 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 전류 밀도는 이온 주입의 각도(예를 들어, 비임과 피가공재의 기구 표면 사이의 상대 방위 및/또는 비임과 피가공재의 결정격자 구조 사이의 상대 방위)에 의존한다. 전류 밀도 센서는 스캔된 비임에 대해 일반적으로 대각선 형태로 이동함으로써 통상적으로 리본 비임의 폭을 횡단한다. 일 예에서, 선량 측정 시스템은 비임 밀도 분포와 각도 분포를 측정한다. 비임 각도의 측정에는 이온 주입에 관한 인터내셔날 컨퍼런스 IEEE Proc. 392-395(1998), 일본, 도쿄에서의 알. 디. 라트멜, 디. 이. 카멜닛사, 엠. 이. 킹, 그리고 에이. 엠. 레이에 의해 설명된 문헌, "이온 주입 비임 각도 교정" 이란 명칭으로 라트멜에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 11/288,908호, 및 "웨이퍼에 대한 이온 비임의 방위 설정 및 각도 에러를 정정하기 위한 수단"이란 명칭으로 라트멜에 의해 출원된 미국 특허 출원 번호 11/290,344호에 설명된 것과 같은 슬롯을 갖는 마스크 뒤의 전류 밀도를 감지하는 가동식 프로파일러를 사용할 수 있으며, 이들 문헌과 출원은 모두는 본 발명에 참조되었다. 짧은 드리프트 후에 슬롯 위치로부터 각각의 개별 비임의 변위는 비임 각도를 계산하는데 사용될 수 있다. 이러한 변위는 시스템 내의 비임 진단을 위한 교정된 기준으로 지칭될 수 있다.

선량 측정 시스템(552)은 제어 시스템으로부터 명령 신호를 수용하고 제어 시스템에 측정 값을 제공하도록 제어 시스템(554)에 작동가능하게 연결된다. 예를 들어, 컴퓨터, 마이크로프로세서 등을 포함할 수 있는 제어 시스템(554)은 선량측정 시스템(552)으로부터 측정값을 취하고 피가공재 전반에 걸친 스캔 리본 비임의 평균 각도 분포를 계산하며, 그 후에 바람직한 이온 주입 각도를 달성하기 위해 스티어링 소자(538)에 인가되는 전압을 조절하도록 작동될 수 있다. 제어 시스템(554)은 또한, 도시된 실시예에서 비임라인 조립체(514)에 연결된다. 특히, 제 어 시스템(554)은 질량 분석기(526)에 작동가능하게 연결되어서, 내부에 생성된 자기장의 세기와 방위가 예를 들어, 질량 분석기(526)의 하나 또는 그 이상의 자석의 계자 권선(field winding)을 통해 흐르는 전류의 양을 조절함으로써 조절될 수 있다.

도 6은 이온 비임이 이온 주입 시스템의 스캐닝 소자의 스캔 정점을 통과하지 않을 때 각도 제어가 어떻게 절충될 수 있는지를 도시한다. 특히, 이온 비임(624)은 이온 주입 시스템(610)의 포커싱 소자(638)를 통과할 때에 도시된 것이다. 그러나, 포커싱 소자(638)는 포커싱 소자(638) 하류의 스캐닝 소자(636)의 스캔 정점(651)으로 비임(624)을 지향시키는 스티어링 소자를 포함하지 않는다. 그 때문에, 비임(624)이 포커싱 소자(638)에 의해 미세한 펜슬 비임으로 포커싱될 수 있지만, 그럼에도 불구하고 비임은 스캐닝 소자(636)의 스캔 정점(651) 이외의 위치에 도달할 수 있다. 이는 스캐닝 소자(636)가 이러한 에러를 평행기(639)로 전파시켜 평행기(639)에 의해 출력된 비임이 바람직하지 않고 예상 불가능한 각도(θ661)에서 피가공재(630)에 부여되기 때문인 것으로 보인다.

이는 이온 주입 시스템 내의 스캐닝 소자의 스캔 정점을 통과하지 않는 이온 비임의 입사각이 장치의 축소를 촉진시키기 위한 계속된 노력으로 인해 증가되기 때문인 것으로 이해된다. 특히, 동일하거나 보다 작은 크기로 장치를 더욱 더 패키징하기 위한 노력으로, 접합 깊이 및/또는 다른 피쳐 깊이와 같은 장치의 피쳐가 보다 얕게 형성되기 때문이다. 사용될 때처럼 깊게 이온 주입지 않는 영역을 설정하기 위해, 고전류와 저에너지(고 공간전하곁수(high perveance)) 주입기가 풍부한 도펀트 원자들을 기판의 얕은 영역에 위치시키는데 사용된다. 그러나, 이들 비임의 고 공간전하곁수는 일반적으로 비임 궤적의 유지를 어렵게 하는 원인이다. 그럼에도 불구하고, 이온 주입 공정의 다른 특징은 비임이 스캐닝 소자의 이상적인 스캔 정점을 통과하지 못하게 한다는 점이다. 스페이스 전하 및 다른 효과 이외에도, 비임이 피가공재를 향해 비임 통로를 따라 이송될 때 비임은 비임의 궤적을 변경시킬 수 있는 다양한 전기장 및/또는 자기장과 장치들을 만날 수 있다. 예로서, 저 에너지 이온 주입기는 통상적으로, 약 80-100 keV 까지 수천 전자 볼트(keV)의 이온 비임을 제공하도록 설계되는 반면에, 고 에너지 이온 주입기는 보다 높은 에너지, 통상적으로 수백 keV 에너지로 질량 분석된 비임을 가속시키도록 질량 분석기와 단부 스테이션 사이에 RF 선형 가속 (선형)장치(도시 않음)를 사용할 수 있으며, DC 가속기도 가능하다.

도 7을 참조하면, 이온 주입 시스템의 비임 각도를 보정하고, 특히 이온 주입 시스템의 스캐닝 소자의 스캔 정점으로 비임을 스티어링하기 위한 예시적인 방법(700)이 도시되어 있다. 상기 방법(700)이 도시되고 이후에 일련의 단계 또는 이벤트로서 설명되지만, 본 발명은 그러한 단계 또는 이벤트의 도시된 순서에 의해 한정되지 않는다고 이해해야 한다. 예를 들어, 일부의 단계는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징에 따라서, 본 발명에 도시 및/또는 설명한 것과 상이하게 다른 단계 또는 이벤트와 동시 및/또는 다른 순서로 발생될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 실시하는데에는 모두 도시되지 않은 단계들도 필요할 수 있다.

방법(700)은 피가공재 전반에 스캔되는 이온 비임이 이온 주입 시스템 내에 서 발생되는 710 단계에서 시작된다. 상기 비임은 예를 들어, 소정의 도펀트 종, 에너지 및/또는 전류를 가지도록 설정된다. 상기 방법은 그 후에 이온 주입 각도 분포를 결정하는 712 단계로 진행된다. 이는 예를 들어, 웨이퍼 전반에 걸쳐서 스캔될 때 비임의 전류 밀도를 결정하는 선량측정 시스템을 이용함으로써 수행될 수 있으며, 여기서 전류 밀도는 이온 주입 각도의 함수(예를 들어, 비임과 피가공재의 기구 표면 사이의 상대 방위 및/또는 비임과 시스템 내의 비임 진단을 위한 교정된 기준 사이의 상대 방위)이다. 이온 주입 각도 분포는 전술한 바와 같이 선량 측정 시스템으로부터 얻는 데이타를 평균화함으로써 결정될 수 있다.

단계 714에서, 평균 주입 각도를 수용할 것인지에 대한 결정이 이루어진다. 결정되면, 상기 방법은 "끝" 상태로 진행한다. 평균 각도가 수용될 수 없다면, 상기 방법은 이온 주입 시스템의 스티어링 소자에 인가된 전압이 채택되는 단계 716으로 이동한다. 스티어링 소자에 인가된 전압을 조절하는 것에 의해 이온 주입 시스템 내의 스캐닝 소자의 스캔 정점쪽으로 비임이 이동되게 한다. 스티어링 전압에 대해 수행될 조절은 이온 주입 시스템의 가속 및/또는 감속 단계들이 사용되는 주입기의 광학 트레인을 통과하는 평균 굴절 각도를 계산함으로써 결정될 수 있다. 특히, 각도 에러에 대한 비임의 감속/가속은 인자 M = (Ein/Eout)1/2 만큼 각도를 확대/축소하며, 여기서 Ein은 감속/가속 이전의 에너지이며 Eout은 감속/가속 이후의 에너지이다. 광학과의 유사성에서 이러한 확대는 굴절로서 지칭될 수 있다. 그 후 스티어링 전압에 대한 각도 민감성과 굴절 지수가 주어지면 스티어링 전압이 조절된다. 예를 들어, 스티어링 소자에 의해 필요한 각도 교정이 스티어링 소자와 웨이퍼 사이에서 발생하는 굴절에 대해 교정된 웨이퍼에서 측정된 각도 에러로부터 계산된다. 스티어링 전압이 단계 716에서 조정된 이후에, 상기 방법은 주입 각도가 다시 결정되는 단계 712로 다시 돌아간다. 상기 공정은 수용가능한 주입 각도가 달성될 때까지 반복된다.

본 발명이 하나 또는 그 이상의 실시예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 동등한 변형 및 변경예가 명세서와 첨부 도면에 대한 이해를 기초로 하여 본 기술 분야의 당업자들에게 다르게 발생될 수 있다. 본 발명은 그러한 변경 및 변형예들도 포함하며 다음의 청구의 범위에 의해서만 한정된다. 특히, 전술한 구성 요소(조립체, 소자, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그러한 구성 요소들을 설명하는데 사용된 ("수단"으로 언급된 것을 포함하는)용어는 설명된 구성과 구조적으로 동등하지 않더라도, 달리 언급하지 않는 한 본 발명의 도시한 예시적인 실시예들의 기능을 수행하는 임의의 구성 요소에 대응하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 특징들이 여러 실시예들 중에 단지 하나의 실시예에 대해 설명했더라도, 그러한 특징은 어떤 주어진 또는 특정 적용을 위해 바람직하고 유리하다면 다른 실시예들 중의 하나 또는 그 이상의 다른 특징들과도 조합될 수 있다. 또한, 용어 "포함하는(include)", "가지는", "가지다", "구비한", 또는 이들의 파생어가 상세한 설명 또는 청구의 범위에 사용되었다면, 그러한 용어들은 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 형태로 포괄적으로 이해해야 한다. 또한, 위의 설명에서 사용된 용어 "예시적인"의 의미는 가장 양호한 예라기 보다는 단지 하나의 예를 의미하는 것이다.

Claims (7)

1. 이온 주입 시스템에서 이온 주입 각도를 교정하는 방법으로서,

   이온 비임을 이온 주입 시스템 내에 생성하는 단계로, 상기 이온 주입 시스템은 스캔 정점(vertex)을 가진 스캐닝 소자를 포함하는, 이온 비임을 이온 주입 시스템 내에 생성하는 단계와,

   이온이 비임에 의해 주입되는 피가공재의 기계적 표면에 대한 이온 비임과, 상기 시스템 내 비임 진단의 교정된 기준에 대한 이온 비임 중 하나 이상의 이온 주입 각도 분포를 결정하는 단계와,

   상기 각도가 수용가능한지를 결정하는 단계, 및

   상기 스캐닝 소자의 상기 스캔 정점으로 상기 이온 비임을 스티어링하기 위하여, 상기 각도가 수용되지 않은 경우 비임 각도를 교정하도록 스티어링 전압을 조절하는 단계를 포함하는,

   이온 주입 시스템에서 이온 주입 각도를 교정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각도가 수용가능한지를 결정하는 단계는,

   상기 이온 주입 각도 분포로부터 평균 각도를 결정하는 단계, 및

   상기 평균 각도가 수용가능한지를 결정하는 단계를 포함하는,

   이온 주입 시스템에서 이온 주입 각도를 교정하는 방법.
3. 이온 주입 시스템으로서,

   이온 비임을 생성하기 위한 구성 요소와,

   이온 비임을 질량 분석하기 위한 구성 요소와,

   스캐닝 구성 요소와,

   상기 스캐닝 구성 요소의 하류에 위치되며 상기 스캐닝 구성 요소에 의해 스캔되는 이온 비임을 평행화하도록 구성되는, 평행화 구성 요소의 촛점으로 질량 분석된 상기 이온 비임을 스티어링하는 스티어링 구성 요소, 및

   상기 평행화 구성 요소의 하류에 위치되고 상기 이온 비임에 의해 이온이 주입될 피가공재를 지지하도록 구성되는 단부 스테이션을 포함하는,

   이온 주입 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 스티어링 구성 요소는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는,

   이온 주입 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 스티어링 구성 요소는 적어도 한 쌍의 정전기 편향 판을 포함하는,

   이온 주입 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 피가공재의 기계적 표면에 대한 이온 비임과, 비임 진단 시스템의 교정 기준에 대한 이온 비임 중의 적어도 하나에 대한 이온 주입 각도 분포를 측정하도록 구성된 측정 구성 요소, 및

   상기 측정 구성 요소와 상기 스티어링 구성 요소에 작동가능하게 연결되고, 상기 측정 구성 요소에 의해 취해진 측정값에 대응하여 상기 평행화 구성 요소의 촛점쪽으로 상기 이온 비임을 스티어링하는 상기 스티어링 구성 요소의 작동을 조절하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는,

   이온 주입 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 스티어링 구성 요소는 적어도 한 쌍의 전극과, 적어도 한 쌍의 정전기 편향 판 중 하나 이상을 포함하며,

   상기 제어기는 상기 적어도 한 쌍의 전극과 적어도 한 쌍의 정전기 편향 판 중 하나 이상에 인가되는 전압을 조절함으로써 상기 스티어링 구성 요소의 작동을 조절하는,

   이온 주입 시스템.

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