KR101440413B1 - 가변 주사 주파수를 구비하는 이온 주입기 - Google Patents

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Abstract

이온 주입기가 이온빔을 발생시키도록 구성된 이온빔 발생기, 주사 주파수로 적어도 일 방향으로 이온빔을 주사하도록 구성된 스캐너, 및 컨트롤러를 포함한다. 이 컨트롤러는 이온 주입기의 동작 파라미터에 응답하여 주사 주파수를 제어하도록 구성된다. 이 동작 파라미터는 이온빔의 에너지에 적어도 부분적으로 의존한다. 이 에너지가 에너지 쓰레숄드보다 더 크면 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 크고, 이 에너지가 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작다.

Description

가변 주사 주파수를 구비하는 이온 주입기{ION IMPLANTER WITH VARIABLE SCAN FREQUENCY}
본 개시는 이온 주입(ion implantation)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변 주사 주파수를 구비하는 이온 주입기에 관한 것이다.
이온 주입(ion implantation)은 반도체 웨이퍼 내로 도전성 변경 불순물을 도입하기 위한 통상적인 기술이다. 바람직한 불순물이 이온 소스에서 이온화되고, 이온들이 가속되어 정해진 에너지의 이온빔을 형성하고, 이온 빔이 웨이퍼의 앞면으로 인도된다. 빔 내의 활성 이온들이 반도체 재료의 벌크(bulk) 내로 침투하고, 반도체 재료의 결정 격자 내로 매립되어 바람직한 도전성의 영역을 형성한다.
이온 주입기는 웨이퍼의 앞면 전체에 걸쳐 이온빔을 분포시키기 위해 주사 주파수(scan frequency)로 적어도 한 방향으로 이온빔을 편향 또는 주사하기 위한 스캐너를 포함할 수 있다. 상기 스캐너는, 당해 기술분야에서 알려져 있듯이, 정전(electrostatic) 스캐너 또는 자기 스캐너일 수 있다. 이온빔은 빔 주사만으로 또는 빔 주사와 웨이퍼 이동의 조합에 의해 웨이퍼 영역에 분포될 수 있다. 이온 주입기에 있어서, 스캐너는 일방향으로 빔을 주사하고 구동 시스템이 상기 주사 방향에 수직한 방향으로 웨이퍼를 이동시켜 웨이퍼의 앞면 전체에 걸쳐 이온빔을 분 포시킬 수 있다.
균일한 깊이 및 밀도일 수 있는 특정 깊이 및 농도로 이온들을 웨이퍼 내로 도입하는 것이 형성되는 반도체 장치가 사양(specification) 내에서 동작하는 것을 보증하기 위해 중요하다. 웨이퍼 내로의 도즈(dose)의 균일성에 영향을 미칠 수 있는 하나의 요소가 이온빔 전류이다. 이온빔 전류에서 예상치 못한 요동(fluctuation), 예컨대 글리치(glitch)는 불순물 도즈의 균일성 결과를 악화시킬 수 있다. 따라서, 다양한 이온빔 전류 모니터링이 개발되어 왔다.
종래 이온빔 전류 모니터링 시스템 중 하나는 주사되는 이온빔이 웨이퍼의 앞면을 벗어나서 주사될 때 이온빔 전류를 모니터링하기 위해 웨이퍼의 주위에 배치된 하나 또는 그 이상의 패러데이(Faraday) 센서들을 포함한다. 이러한 빔 전류 모니터링 시스템이 주사되는 이온빔과 함께 이용될 때, 상대적으로 더 높은 주사 주파수는 상대적으로 더 낮은 주사 주파수보다 더 잦은 빔 전류 측정치들을 제공할 것이다. 또한, 일방향으로의 빔의 주사와 주사 방향에 직교하는 방향으로의 웨이퍼 이동의 일정한 속도를 가정하면 상대적으로 더 높은 주사 주파수는 웨이퍼의 앞면에 걸쳐서 이온빔의 더 많은 패스들(passes)을 제공할 것이다. 웨이퍼의 앞면에 걸쳐서 이온빔의 더 많은 패스들은 특정 이온빔에 대해 도즈 균일성 목적을 달성하는 것을 도울 수 있다.
그러므로, 종래의 한 이온 주입기 내 스캐너는 약 1 킬로헤르쯔(kHz) 위수(order)의 상대적으로 더 높은 주사 주파수를 사용한다. 이 더 높은 주사 주파수는 도즈 균일성 목적을 위해 약 1 kHz의 적당한 범위 내에서 조정될 수 있다. 이 상대적으로 더 높은 주사 주파수는 고 에너지 이온빔에 대해 앞서 언급한 장점들을 제고안다. 그러나, 저에너지 이온빔에 대해 상기 더 높은 주사 주파수는 빔 중성화 시도를 위해 충분한 시간을 제공하지 못할 수 있다. 이는 상기 저에너지 이온빔에 대해 감소된 빔전류, 저에너지 이온빔에 대해 균일성 설정에 대한 성공률 감소 및 빔 설정 동안 균일성 튜닝 시간의 증가로 이어질 수 있다.
따라서, 더 높은 주사 주파수가 고에너지 이온빔에 대해 이용되고 더 낮은 주사 주파수가 저에너지 이온빔에 대해 이용되도록 할 수 있는 가변 주사 주파수를 구비하는 이온 주입기가 요구되고 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 이온 주입기가 제공된다. 상기 이온 주입기는 이온빔을 발생시키도록 구성된 이온빔 발생기, 주사 주파수로 적어도 일 방향으로 상기 이온빔을 주사하도록 구성된 스캐너, 및 컨트롤러를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 이온 주입기의 동작 파라미터에 응답하여 상기 주사 주파수를 제어하도록 구성된다. 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 에너지에 적어도 부분적으로 의존한다. 상기 에너지가 에너지 쓰레숄드(threshold)보다 더 크면 상기 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 크고, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 상기 주사 주파수는 상기 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 방법이 제공된다. 상기 방법은 이온빔을 발생시키고, 주사 주파수로 적어도 일 방향으로 상기 이온빔을 주사하고, 이온 주입기의 동작 파라미터에 응답하여 상기 주사 주파수를 제어하는 것을 포함하되, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 에너지에 적어도 부분적으로 의존하고, 상기 에너지가 에너지 쓰레숄드(threshold)보다 더 크면 상기 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 크고, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 상기 주사 주파수는 상기 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작다.
본 개시를 더 잘 이해하도록 첨부된 도면들이 참조되는데, 이 도면들은 여기에 참고문헌으로 포함되며 다음과 같다:
도 1은 이온 주입기(ion implanter)의 개략적인 블록도이다;
도 2는 도 1의 웨이퍼 상에서의 일 주사 패턴의 개략도이다;
도 3은 정전(electrostatic) 스캐너의 개략도이다;
도 4는 일 실시예에 대한 주사 주파수 대 이온빔 에너지의 플롯이다;
도 5는 특정 주파수들에 걸쳐 주사 주파수의 단계적 감소를 예시하는 또 다른 실시예에 대한 주사 주파수 대 이온빔 에너지의 플롯이다;
도 6은 특정 주파수들에 걸쳐 주사 주파수의 선형 감소를 예시하는 또 다른 실시예에 대한 주사 주파수 대 이온빔 에너지의 플롯이다;
도 7은 도 1의 이온 주입기의 일 실시예의 개략적인 블록도이다;
도 8은 저에너지 이온빔을 위한 웨이퍼 상에서의 또 다른 주사 패턴의 개략도이다.
본 발명이 이온 주입기와 관련하여 여기서 설명된다. 그러나 본 발명은 전자 빔 이미징 시스템과 같이 대전된 활성 입자들의 빔을 이용하는 다른 시스템 및 공정들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 아래에서 설명되는 특정 실시예들에 제한되지 않는다.
도 1은 이온빔 발생기(102), 스캐너(104), 주사 신호 발생기(122), 각도 보정 마그넷(angle corrector magnet, 106), 엔드 스테이션(end station, 114), 컨트롤러(120) 및 사용자 인터페이스 시스템(124)을 포함하는 이온 주입기(100)의 블록도를 예시한다. 상기 이온빔 발생기(102)는 바람직한 특성을 갖는 이온빔(130)을 발생시키기 위해 다양한 유형의 구성요소들 및 시스템들을 포함할 수 있다. 이온빔(130)은 스폿(spot) 빔일 수 있으며, 상기 스폿 빔은 적어도 이온빔(130)의 에너지에 의존하는 특정 직경의 대략 원형 단면을 가질 수 있다. 웨이퍼(110) 상에 입사되는 이온빔의 단면 크기는 공간 전하 효과에 기인하여 낮은 빔 에너지에서 점점 더 커질 수 있다. 이온빔 발생기(102)에 의해 발생된 이온빔(130)은 대전된 입자 빔의 어느 유형이든 가능하다.
스캐너(104)는 웨이퍼(110)의 앞면에 걸쳐 이온빔을 분포시키기 위해 주사 주파수로 적어도 일 방향으로 이온빔을 편향시키거나 주사할 수 있다. 스캐너(104)는 정전(electrostatic) 스캐너 또는 자기(magnetic) 스캐너일 수 있다. 정전 스캐너는 갭(gap)을 정의하도록 이격될 수 있는 주사 판들의 형태로 하나 또는 그 이상의 주사 전극들의 세트들을 포함할 수 있다. 이온빔(130)은 상기 갭을 통해 인도될 수 있으며 상기 갭 내의 전기장에 의해 편향될 수 있다. 상기 전기장은 주사 신호 발생기(122)에 의해 상기 정전 스캐너의 주사 판들에 제공된 전압 주사 신호에 응 답하여 생성될 수 있다. 정전 스캐너의 주사 주파수는 상기 주사 판들에 제공되는 전압 신호를 제어함으로써 가변될 수 있다. 자기 스캐너는 전자석을 구성하는 자기 자극편들 및 코일을 포함할 수 있다. 자기 자극편들이 갭을 정의하도록 이격될 수 있다. 이온빔(130)은 상기 갭을 통해 인도되고 상기 갭 내의 자기장에 의해 편향될 수 있다. 상기 자기장은 주사 신호 발생기(122)에 의해 상기 자기 스캐너의 코일에 제공된 전류 주사 신호에 응답하여 생성될 수 있다. 자기 스캐너의 주사 주파수는 상기 코일에 제공되는 전류 신호를 제어함으로써 가변될 수 있다.
주사 신호 발생기(122)는 주사 신호들을 제공할 수 있다. 정전 스캐너의 경우, 주사 신호는 전압 신호일 수 있다. 자기 스캐너의 경우, 주사 신호는 전류 신호일 수 있다. 컨트롤러(120)는 상기 주사 신호 발생기(122)에 의해 제공되는 주사 신호를 제어할 수 있다.
각도 보정 마그넷(106)은 스캐너(104)로부터 발산하는 이온빔 경로를 사실상 평행한 이온 경로 궤도를 갖는 거의 평행해진 이온빔 경로로 변경하도록 이온빔(130) 중 바람직한 이온종(ion species)들의 이온들을 편향시킬 수 있다.
엔드 스테이션(114)은 바람직한 종들의 이온들이 웨이퍼(110)에 임플란트되도록 이온빔(130)의 경로 내에 하나 또는 그 이상의 웨이퍼들을 지지할 수 있다. 웨이퍼(110)는 플래튼(platen, 112)에 의해 지지될 수 있다. 웨이퍼(110)는 통상의 디스크 형상과 같은 다양한 물리적 형상들을 취할 수 있다. 웨이퍼(110)는 실리콘 또는 이온빔(130)을 사용하여 임플란트될 수 있는 다른 재료와 같은 임의의 유형의 반도체 재료로 제조된 반도체 웨이퍼일 수 있다.
엔드 스테이션(114)은 보관 영역에서 플래튼(112)으로 또는 플래튼(112)으로부터 웨이퍼(110)를 물리적으로 이동시키는 웨이퍼 구동 시스템(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 웨이퍼(110)는 정전 웨이퍼 클램핑과 같은 공지의 기술을 이용하여 플래튼(112)에 클램핑될 수 있다. 엔드 스테이션(114)은 또한 플래튼(112) 및 따라서 상기 플래튼(112)에 클램핑된 웨이퍼(110)를 바람직한 방식으로 구동하는 플래튼 드라이브 시스템(116)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플래튼 드라이브(116)는 서보(servo) 구동 모터, 나선 구동 기구, 기계적 연동 장치 및 당해 분야에서 알려져 있는 임의의 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
일예의 이온 주입기에 있어서, 스캐너(104)는 이온빔(130)을 일 방향으로 주사하고 플래튼 드라이브(116)는 상기 주사 방향에 직교하는 방향으로 웨이퍼(110)를 물리적으로 이동시켜 웨이퍼(110)의 앞면 전면에 걸쳐 이온빔(130)을 분포시킬 수 있다. 일 예에 있어서, 상기 주사 방향은 도 1의 좌표계에 의해 정의된 바와 같이 수평 X 방향이고, 플래튼 드라이브(116)는 도 1의 좌표계에 의해 또한 정의된 바와 같이 수직하게 Y 방향으로 웨이퍼를 이동시킬 수 있다.
컨트롤러(120)는 이온 주입기(100)의 구성요소들 및 임의의 다양한 시스템들로부터 입력 데이터 및 지시를 수신하고 스캐너(104)와 같은 이온 주입기(100)의 구성요소들을 제어하기 위한 출력 신호를 제공할 수 있다. 예시를 명료하게 하기 위해, 컨트롤러(120)는 주사 신호 발생기(122)에 출력 신호만을 제공하는 것으로 예시되어 있다. 당해 분야에서 숙련된 자라면 컨트롤러(120)가 이온 주입기(100)의 각 구성요소에 출력 신호를 제공하고 그것으로부터 입력 신호를 수신할 수 있음을 인식할 것이다. 컨트롤러(120)는 바람직한 입력/출력 기능들을 수행하도록 프로그램될 수 있는 범용 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터의 네트워크이거나 그것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(120)는 또한 다른 전자 회로 또는 구성요소들, 예컨대 주문형 집적회로(application specific integrated circuits), 다른 하드와이어드(hardwired) 또는 프로그래머블 전자 장치들, 개별 요소 회로들(discrete element circuits) 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러(120)는 또한 통신 장치들, 데이터 저장 장치들 및 소프트웨어를 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스 시스템(124)은 사용자가 명령 및/또는 데이터를 입력하도록 하고 및/또는 컨트롤러(120)를 통해 이온 주입기(100)를 모니터링하기 위한 터치 스크린, 키보드, 사용자 포인팅 장치, 디스플레이, 프린터 등과 같은 장치들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 임플란트의 바람직한 빔 에너지, 빔 전류, 이온종들 등은 사용자 인터페이스 시스템(124)을 통해 사용자에 의해 입력될 수 있다.
동작시, 이온빔 발생기(102)는 이온빔(130)을 발생시키도록 구성되고, 스캐너(104)는 주사 주파수에서 적어도 일 방향으로 상기 이온빔을 주사하도록 구성된다. 컨트롤러(120)는 이온 주입기의 동작 파라미터에 응답하여 상기 주사 주파수를 제어하도록 구성된다. 상기 동작 파라미터는 이온빔의 에너지에 적어도 부분적으로 의존한다. 일 예에 있어서, 상기 동작 파라미터는 사용자 인터페이스(124)를 통해 사용자에 의해 이온 주입기(100)에 입력된 사기 이온빔의 바람직한 에너지일 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 동작 모드일 수 있 다. 예를 들어, 하나의 동작 모드는 상기 이온빔을 고에너지로 수송하고 그 후 상기 이온빔을 임플란테이션 전에 빔 라인 내의 소정 지점에서 저에너지 이온빔으로 감속하는 감속 모드일 수 있다. 이 방식으로, 저에너지 이온빔을 장거리 수송하는 것이 회피될 수 있고 따라서 이러한 동작 모드는 저에너지 이온빔을 지시할 수 있다.
또 다른 예에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 이온의 전하 상태일 수 있다. 저에너지 빔이 거의 항상 단일하게 대전된 이온들만을 운용하므로 이온빔의 전하 상태는 단일하게 대전된 이온일 수 있다. 이중 및 삼중으로 대전된 이온들은 빔 전류 및 밀도가 아주 낮기 때문에 추가적인 중성화(neutralization)를 보통 필요로 하지 않는다. 또 다른 예에 있어서, 상기 동작 파라미터는 빔 전류밀도일 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 상기 동작 파라미터는 이온빔의 에너지와 이온빔의 빔 전류의 조합에 의존할 수 있다. 예를 들어, 고전류의 저에너지 이온빔은 더 낮은 주사 주파수가 이로울 수 있으나, 저전류의 저에너지 이온빔을 그렇지 않을 수 있다.
도 2는 소정 주사 주파수에서 웨이퍼(110)의 앞면 상에서의 이온빔(130)의 일 주사 패턴의 개략도를 예시한다. 웨이퍼(110)의 표면을 가로질러 이온빔을 균일하게 분포시키기 위해, 스캐너(104)는 이온빔(130)을 수평 X 방향으로 주사하고 플래튼 구동(116)은 웨이퍼(110)를 수직 Y 방향으로 이동시켜 예시된 지그-재그 형상의 주사 패턴을 형성할 수 있다. 플래튼 드라이브(116)가 일정한 속도로 Y 방향으로 웨이퍼를 이동시키면, 웨이퍼(110)의 앞면을 가로질러 주사된 이온빔(130)의 패 스 횟수는 스캐너(104)의 주사 주파수에 의존한다. 예를 들어, 더 높은 주사 주파수는 상대적으로 더 낮은 주사 주파수보다 더 많은 횟수의 패스들을 결과할 것이다.
도 3을 보면, 도 1의 스캐너(104)로 이용될 수 있는 정전 스캐너(104a)의 일 실시예가 예시되어 있다. 정전 스캐너(104a)는 이온빔(130)의 대향하는 측면들에 위치하는 주사 판들(302, 304)의 형태로 주사 전극들의 세트를 가질 수 있다. 주사 판들(302, 304)의 상류에 위치하는 프리스캔(prescan) 전극 및 주사 판들(302, 304)의 하류에 위치하는 포스트스캔(postscan) 전극과 같은 추가적인 전극들(도시하지 않음)이 또한 있을 수 있다. 여기에서 사용되듯이, "상류" 및 "하류"는 이온빔 수송 방향에서 언급된다.
주사 판들(302, 304)은 갭(gap, 326)을 정의하도록 이격될 수 있다. 이온빔130)은 갭(326)을 통해 인도될 수 있으며, 빔이 갭(326)을 통해 통과함에 따라 이온빔(130)의 부채 모양의 빔 외피(328)는 폭이 증가할 수 있다. 주사 판(302)은 주사 증폭기(310)에 연결되고 주사 판(304)은 주사 증폭기(312)에 연결될 수 있다. 주사 증폭기들(310, 312)은 주사 신호 발생기(122)로부터 전압 신호를 수신할 수 있다. 주사 신호 발생기(122)는 컨트롤러(120)에 의해 제어될 수 있다.
정전 스캐너(104a)의 주사 주파수를 조정하기 위해, 주사 신호 발생기(122)는 컨트롤러(120)로부터 바람직한 주사 주파수의 디지털 묘사를 수신할 수 있다. 주사 신호 발생기(122)는 주사 증폭기들(310, 312)에 의해 증폭되고 주사 판들(302, 304)에 인가되어 상기 이온빔(130)을 편향하거나 주사하도록 상기 갭(326) 내에 바람직한 전기장을 생성할 수 있는 전압 신호를 발생시킬 수 있다. 주사 신호 발생기(122)로부터의 전압 신호는 주사 주파수를 조정하도록 서로 다른 진폭, 주파수 및 파형을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 전압 신호는 톱니 파형을 가질 수 있으며, 상기 주사 주파수는 신호의 진폭 및 신호의 피크-피크 전압들 사이의 경사를 조정함으로써 조정될 수 있다.
도 4는 도 1의 스캐너(104)의 주사 주파수가 이온빔(130)의 에너지에 따라 어떻게 가변될 수 있는지를 예시하는 일 실시예에 대한 주사 주파수 대 이온빔 에너지의 플롯(401)이다. 이온빔(130)의 에너지가 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 크다면 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드(fth)보다 더 크다. 이에 더하여, 이온빔(130)의 에너지가 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 작다면 주사 주파수는 또한 주사 주파수 쓰레숄드(fth)보다 더 작다. 이 실시예에 있어서, 에너지 쓰레숄드(eth)는 약 1과 50 킬로전자볼트(keV) 사이에 있을 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 에너지 쓰레숄드(eth)는 약 30 keV일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 주사 주파수 쓰레숄드(fth)는 약 500 헤르쯔일 수 있다.
도 4에 예시된 실시예에 있어서, 상기 주사 주파수는 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 큰 이온빔(130) 에너지에 대해 제1 주사 주파수(f1)이고 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 작은 에너지에 대해 제2 주사 주파수(f2)이다. 제1 주사 주파수(f1) 및 제2 주사 주파수(f2)가 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 큰 것과 더 작은 것에 대해 고정된 것으로 예시되어 있지만, 제1 및 제2 주사 주파수들은 또한 화살표(402, 404)로 예시된 바와 같이 균일성 튜닝에 대응하여 소정 범위에서 가변될 수 있다.
제2 주사 주파수(f2)는 제1 주사 주파수(f1)보다 한 차수 크기 더 작을 수 있다. 일 예에 있어서, 상기 제2 주사 주파수(f2)는 상기 제1 주사 주파수(f2)보다 적어도 세배 더 작을 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 제1 주사 주파수는 약 1 킬로헤르쯔(kHz)이고 제2 주파수는 약 250 헤르쯔일 수 있다.
저에너지 이온빔, 예컨대 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 작은 에너지를 갖는 이온빔들에 대해 스캐너(104)의 주사 주파수를 더 높은 주사 주파수에서 한 차수 크기만큼 감소시키는 것은 이온 주입기(100)의 중성화 시스템이 유사한 차수의 더 긴 크기를 갖도록 하여 상기 저에너지 이온빔을 중성화시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 각도 보정 마그넷(106)은 이온화될 때 상기 이온빔을 중성화하는데 더 좋은 배경 가스(background gas)를 가질 수 있다. 상기 배경 가스는 주사 주파수가 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 큰 경우에 보정 마그넷(106)을 통과하는 경로를 따라 이온빔을 중성화하기 위한 제1 시간 간격, 및 주사 주파수가 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작은 경우에 이온빔을 중성화하기 위한 제2 시간 간격을 가질 수 있다. 상기 제2 시간 간격은 주사 주파수의 대응하는 감소에 응답하여 제1 시간 간격보다 적어도 세배 더 길 수 있다.
도 5를 보면, 또 다른 실시예에 대한 주사 주파수 대 이온빔 에너지의 또 다 른 플롯(501)이 도 1의 스캐너(104)의 주사 주파수가 이온빔(130)의 에너지에 따라 어떻게 가변될 수 있는지를 보여주기 위해 예시되어 있다. 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 작은 에너지의 경우, 컨트롤러(120)는 단계적인 방식으로 스캐너(104)의 주사 주파수를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 에너지 쓰레숄드보다 작지만 제2 에너지(e2)보다 큰 에너지의 경우, 주사 주파수는 제2 주사 주파수(f2)일 수 있다. 제2 에너지(e2)보다 작지만 제3 에너지(e3)보다 더 큰 에너지의 경우, 주사 주파수는 제3 주사 주파수(f3)일 수 있으며, 다른 에너지들의 경우도 이와 같다. 명료하게 하기 위해 단지 세 개의 단계들이 도시되어 있지만, 주사 주파수의 단계적 감소는 각 단계 사이에서 크기 변화를 다르게 하여 임의의 복수개의 단계들을 포함할 수 있다. 도 4의 실시예와 유사하게, 연관된 에너지 범위들에 걸쳐 고정된 주파수로 예시되어 있지만, 주파수 레벨은 균일성 튜닝에 대응하여 소정 범위에서 가변될 수 있다.
도 6을 보면, 주사 주파수 대 이온빔 에너지의 또 다른 플롯(601)이 예시되어 있다. 도 5의 실시예와 대비하여, 컨트롤러(120)는 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 작은 에너지들에 대해 선형 방식으로 스캐너(104)의 주사 주파수를 감소시킬 수 있다.
도 7을 보면, 이온 주입기(700)의 일 실시예의 블록도가 예시되어 있다. 많은 다른 이온 주입기들이 당해 분야에서 숙련된 자들에게 알려져 있으며, 도 7의 실시예는 단지 예로서 제공되는 것으로 제한하려는 의도가 아니다. 도 1의 구성요 소들과 유사한 도 7의 구성요소들은 유사하게 지시되며 따라 반복적인 설명은 여기서 명료하게 하기 위해 생략된다. 이온 주입기(700)는 이온 소스(720), 인출 전극(extraction electrode, 722), 질량 분석기(724), 분해 구경(resolving aperture, 726), 스캐너(104), 각도 보정 마그넷(706), 엔드 스테이션(114), 컨트롤러(120), 주사 신호 발생기(122) 및 사용자 인터페이스 시스템(124)을 포함할 수 있다. 이온 주입기(700)의 스캐너(104)는 도 1을 참조하여 앞에서 상세하게 설명된 것과 유사하게 제어될 수 있다. 스캐너(104)는 또한 도 3에 상세하게 예시된 바와 같이 정전 스캐너(104a)로 구현될 수 있다.
이온 소스(720)는 이온들을 발생시키고 이온 챔버 및 이온화될 가스를 포함하는 가스 박스를 포함할 수 있다. 상기 가스는 이온화될 이온 챔버로 공급될 수 있다. 형성된 이온들은 이온 소스(720)로부터 인출될 수 있다. 인출 전극(722) 및 인출 파워 서플라이는 이온 소스로부터 이온들을 가속시킬 수 있다. 인출 파워 서플라이는 컨트롤러(120)에 의해 제어되듯이 조정가능할 수 있다. 이온 소스들의 구조 및 동작은 당해 분야에서 숙련된 자들에게 잘 알려져 있다.
질량 분석기(724)는 바람직한 종들의 이온들이 분해 구경(726)을 통과하고 원치않는 종들은 분해 구경(726)을 통과하지 않도록 이온들을 편향시키는 분해 마그넷을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 질량 분석기(724)는 바람직한 종들의 이온들을 90도 만큼 편향시킬 수 있다. 스캐너(104)는 분해 구경(726)의 하류에 위치하여 적어도 일 방향으로 이온빔을 주사할 수 있다. 각도 보정 마그넷(706)은 바람직한 이온 종들의 이온들을 편향시켜 발산하는 이온빔을 사실상 평행한 이온 궤 도를 갖는 거의 평행해진 이온빔으로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 각도 보정 마그넷(706)은 바람직한 이온 종들의 이온들을 45도 만큼 편향시킬 수 있다.
도 8은 웨이퍼(110) 상에서의 이온빔(130)의 또 다른 주사 패턴의 개략도를 예시한다. 도 8의 주사 패턴을 결과하는 주사 주파수는 에너지 쓰레숄드(eth)보다 더 작은 에너지를 갖는 저에너지 이온빔에 대응하여 주사 주파수 쓰레숄드(fth)보다 더 작을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 에너지 쓰레숄드는 30 keV일 수 있다.
이러한 저에너지 레벨에서, 이온빔(130)은 공간 전하 효과에 기인하여 분산되기 시작할 수 있다. 이온빔(130)은 저에너지들에서 확장될 수 있는 대략 원형 단면을 초기에 가질 수 있다. 웨이퍼(110) 상에 입사되는 최종 단면 패턴은 따라서 축들(808, 809)과 함께 예시된 바와 같이 대략 타원 형상을 가질 수 있다. 양축들(808,809)은 빔 에너지가 감소함에 따라 전형적으로 더 클 것이다. 축(809)은 고에너지 빔에 대해 2 센티미터(cm)일 수 있으며 매우 낮은 에너지 빔에 대해 10 ㎝ 또는 그 이상일 수 있다. 유사하게, 축(808)은 고에너지 빔에 대해 2 ㎝이고 매우 낮은 에너지 빔에 대해 10 ㎝ 또는 그 이상일 수 있다. 이온빔의 축(808)이 저에너지 빔의 경우에 충분히 클 수 있기 때문에, 스캐너(104)의 감소된 주사 주파수가 여전히 이온빔(130)으로 하여금 도즈 균일성 요구사항을 따르도록 웨이퍼(110)의 앞면을 충분히 포괄할 수 있다. 웨이퍼(110) 상에 입사되는 이온빔(130)의 최종 단면 패턴은 또한 다른 형상들을 가질 수 있는데, 이들은 모두 이온빔(130)이 그 경로를 따라서 어떻게 그리고 언제 다듬어지는가에 의해 더욱 영향을 받을 수 있다.
바람직하게, 이온 주입기의 스캐너(104)의 주사 주파수는 고에너지 이온빔에 대해 더 높은 주사 주파수를 보유하도록 조정되고 전하 중성화를 위한 추가적인 시간을 필요로 하는 저에너지 이온빔에 대해 더 낮은 주사 주파수로 조정될 수 있다. 더 높은 주사 주파수는 이온 주입기로 하여금 고에너지 빔들에 대해 더 높은 주사 주파수의 장점들, 예컨대 더 양호한 이온빔 전류 탐지 및 웨이퍼의 앞면 전체에 걸쳐 이온빔의 추가적인 패스들을 유지하게 하여 균일성 목적을 달성하도록 돕는다. 이에 더하여, 주사 주파수는 몇몇 저에너지 이온빔들에 대해 느려져서 이러한 저에너지 빔들에 대한 전하 중성화 시도를 위한 적당한 시간 간격을 가능하게 할 수 있다. 이것은 저에너지 이온빔에 대해 증가된 전류로 이어질 수 있다. 공간 전하 효과에 기인하는 저에너지 이온빔에 대한 중성빔 분산은 더 낮은 주사 주파수로도 균일성 목적이 여전히 충족될 수 있도록 한다. 이것은 그 후 저에너지 이온빔에 대해 균일성 설정에 대한 성공률 증가 및 빔 설정 동안의 균일성 튜닝 시간의 감소로 이어질 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예를 설명하였지만, 다양한 변경, 변형 및 개선들이 당해 분야에서 숙련된 자들에게 즉시 발생할 것이다. 이러한 변경, 변형 및 개선들은 본 발명의 범위 내에 있도록 의도된다. 따라서 앞의 설명은 단지 예일 뿐이며 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (22)

  1. 이온 주입기에 있어서,
    이온빔을 발생시키도록 구성된 이온빔 발생기;
    주사 주파수로 적어도 일 방향으로 상기 이온빔을 주사하도록 구성된 스캐너; 및
    상기 이온 주입기의 동작 파라미터에 응답하여 상기 주사 주파수를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 에너지에 적어도 부분적으로 의존하고, 상기 에너지가 에너지 쓰레숄드보다 더 크면 상기 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 크고, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 상기 주사 주파수는 상기 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작은 이온 주입기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스캐너는 정전 스캐너를 포함하는 이온 주입기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 정전 스캐너는 갭을 정의하도록 이격된 주사 전극들의 세트를 포함하고, 상기 이온빔은 상기 갭을 통해 인도되고, 상기 컨트롤러는 상기 주사 전극들의 세트에 제공되는 전압 신호를 변화시킴으로써 상기 주사 주파수를 제어하도록 구성된 이온 주입기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지 쓰레숄드는 1 keV와 50 keV 사이에 있는 이온 주입기.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 주사 주파수 쓰레숄드는 500 헤르쯔인 이온 주입기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 주사 주파수는 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 큰 상기 에너지에 대해 제1 주사 주파수이고 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작은 상기 에너지에 대해 제2 주사 주파수이고, 상기 제2 주사 주파수는 상기 제1 주사 주파수보다 적어도 세배 더 작은 이온 주입기.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 주사 주파수는 1 kHz이고 상기 제2 주사 주파수는 250 Hz인 이온 주입기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작은 에너지들에 대해 단계적 방식으로 상기 주사 주파수를 감소시키는 이온 주입기.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작은 에너지들에 대해 선형 방식으로 상기 주사 주파수를 감소시키는 이온 주입기.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 크면 상기 주사 주파수는 1 kHz이고, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 상기 주사 주파수는 250 헤르쯔이고, 상기 에너지 쓰레숄드는 30 keV인 이온 주입기.
  11. 청구항 1에 있어서, 배경 가스를 갖는 각도 보정 마그넷을 더 포함하고,
    상기 주사 주파수가 상기 주사 주파수 쓰레숄드보다 큰 경우, 상기 배경 가스는 상기 각도 보정 마그넷을 통한 경로를 따라 상기 이온빔을 중성화하기 위한 제1 시간 간격을 갖고,
    상기 주사 주파수가 상기 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작은 경우, 상기 배경 가스는 상기 경로를 따라 상기 이온빔을 중성화하기 위한 제2 시간 간격을 갖고,
    상기 제2 시간 간격은 상기 제1 시간 간격보다 더 큰 이온 주입기.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제2 시간 간격은 상기 제1 시간 간격보다 적어도 세배 더 큰 이온 주입기.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 이온 주입기의 동작 모드를 포함하는 이온 주입기.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 이온의 전하 상태 를 포함하는 이온 주입기.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 빔전류에 적어도 부분적으로 의존하는 이온 주입기.
  16. 이온빔을 발생시키고;
    주사 주파수로 적어도 일 방향으로 상기 이온빔을 주사하고; 및
    동작 파라미터에 응답하여 상기 주사 주파수를 제어하는 것을 포함하되, 상기 동작 파라미터는 상기 이온빔의 에너지에 적어도 부분적으로 의존하고, 상기 에너지가 에너지 쓰레숄드(threshold)보다 더 크면 상기 주사 주파수는 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 크고, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 상기 주사 주파수는 상기 주사 주파수 쓰레숄드보다 더 작은 이온을 주입하기 위한 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 에너지 쓰레숄드는 1 keV와 50 keV 사이에 있는 이온을 주입하기 위한 방법.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 주사 주파수 쓰레숄드는 500 헤르쯔인 이온을 주입하기 위한 방법.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 주사 주파수를 제어하는 것은 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작은 에너지들에 대해 단계적 방식으로 상기 주사 주파수를 감소시키는 것을 포함하는 이온을 주입하기 위한 방법.
  20. 청구항 16에 있어서, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 크면 상기 주사 주파수는 1 kHz이고, 상기 에너지가 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작으면 상기 주사 주파수는 250 헤르쯔이고, 상기 에너지 쓰레숄드는 30 keV인 이온을 주입하기 위한 방법.
  21. 청구항 16에 있어서, 상기 주사 주파수는 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 큰 상기 에너지에 대해 제1 주사 주파수이고 상기 에너지 쓰레숄드보다 더 작은 상기 에너지에 대해 제2 주사 주파수이고, 상기 제2 주사 주파수는 상기 제1 주사 주파수보다 적어도 세배 더 작은 이온을 주입하기 위한 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 중성화 시스템이 상기 제1 주사 주파수에서 각도 보정 마그넷을 통한 경로를 따라 상기 이온빔을 중성화하기 위한 제1 시간 간격을 갖고,
    상기 중성화 시스템은 상기 제2 주사 주파수에서 상기 각도 보정 마그넷을 통한 상기 경로를 따라 상기 이온빔을 중성화하기 위한 제2 시간 간격을 갖고,
    상기 제2 시간 간격은 상기 제1 시간 간격보다 적어도 세배 더 큰 이온을 주입하기 위한 방법.
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