KR101441191B1 - 다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법 - Google Patents

다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101441191B1
KR101441191B1 KR20120085672A KR20120085672A KR101441191B1 KR 101441191 B1 KR101441191 B1 KR 101441191B1 KR 20120085672 A KR20120085672 A KR 20120085672A KR 20120085672 A KR20120085672 A KR 20120085672A KR 101441191 B1 KR101441191 B1 KR 101441191B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion beam
arc
arc chambers
chambers
semiconductor wafer
Prior art date
Application number
KR20120085672A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130112656A (ko
Inventor
춘-린 창
치-홍 황
웬-유 쿠
치-밍 양
친-시앙 린
Original Assignee
타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 filed Critical 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20130112656A publication Critical patent/KR20130112656A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101441191B1 publication Critical patent/KR101441191B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G5/00—Alleged conversion of chemical elements by chemical reaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/14—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using charge exchange devices, e.g. for neutralising or changing the sign of the electrical charges of beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/004—Charge control of objects or beams
    • H01J2237/0041—Neutralising arrangements
    • H01J2237/0044—Neutralising arrangements of objects being observed or treated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

장치는 이온 빔을 이용하는 이온 주입 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 상의 양전자 축적을 중화시키는 플라즈마 플러드 건을 포함한다. 플라즈마 플러드 건은 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하며, 각 아크 챔버는 전자를 발생시키고 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서 이온 빔에 전자를 방출하도록 형성된다.

Description

다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF ION NEUTRALIZATION WITH MULTIPLE-ZONED PLASMA FLOOD GUN}
개시된 시스템과 방법은 반도체 처리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 개시된 주제는 반도체 도핑 프로세스에서 이온 주입 장비에 사용하기 위한 플라즈마 플러드 시스템(plasma flood system)에 관한 것이다.
이온 주입은 정확하게 제어된 깊이 및 도판트 농도에서 반도체 재료를 도핑하기 위해 일반적으로 사용된다. 이온 주입기는 일반적으로 이온 빔을 발생하기 위한 이온 소스와, 이온 빔을 가속하기 위한 이온 빔 운반 광학 기기와, 반도체 웨이퍼 상에서 이온 주입이 일어나는 프로세스 챔버를 포함한다. 이온은 대부분 양으로 대전된다.
이온 주입 중에, 대전된 이온 빔은 프로세스 챔버 내에서 반도체 웨이퍼의 표면 상에 전하의 축적을 일으킨다. 반도체 웨이퍼의 표면은 일반적으로 절연성이거나 반전도성이다. 그러한 전하 축적은 자동 웨이퍼 조종 및 주입 프로세스 자체를 방해하여, 웨이퍼내 균일성(WiWU; within-wafer uniformity)의 감소 및 궁극적으로 웨이퍼 수율의 감소를 초래한다.
한편, 반도체 웨이퍼의 크기는 처리량을 개선하도록 점차 증가되어 다이 당 비용이 감소한다. 예컨대, 300 mm 내지 450 mm의 웨이퍼 크기의 천이에서, 웨이퍼 면적은 125% 만큼 증가한다. 웨이퍼내 균일성(WiWU)은 2배 이상 큰 웨이퍼에서 유지하기가 더 어려워진다.
이온 주입 시스템에서, 플라즈마 플러드 건 또는 시스템이 웨이퍼의 전면에 사용된다. 플라즈마 플러드 건은 전자를 발생시키고 방출시킨다. 이들 전자는 이온 빔이 웨이퍼의 표면에 충돌하기 전에 양으로 대전된 이온 빔을 중화시킨다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 미국 등록특허공보 US 6,359,286호(2002.3.19.)에 개시되어 있다.
본 발명은 개선된 다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법을 제공한다.
예시적인 실시예의 본 설명은 전체 기재된 설명의 일부로서 고려되는 첨부 도면과 함께 읽도록 의도된다. 설명에 있어서, "하부", "상부", "수평", "수직", "위", "아래", "위쪽", "아래쪽", "상단부" 및 "바닥부" 등의 상대적 용어들 뿐만 아니라 그 파생어(예컨대, "수평 방향으로", "하방으로", "상방으로" 등)는 논의 하에 도면에 도시되거나 설명되는 배향을 지칭하도록 해석되어야 한다. 이들 상대적 용어들은 설명의 편의를 위한 것으로서 장치가 특정한 배향으로 구성되거나 작동되는 것을 요구하지 않는다. "결합되는" 및 "상호 결합되는"과 같은 부착, 연결 등에 관한 용어들은 달리 특별히 설명되지 않는 한 구조들이 개재 구조를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 서로 고정 또는 부착되는 관계 뿐만 아니라 이동 가능한 또는 견고한 부착 또는 관계를 지칭한다.
이온 주입 프로세스에서, 웨이퍼 상의 전하 축적은 웨이퍼 크기가 증가할 때에 더 중요하다. 예컨대, 300 mm 웨이퍼의 경우에 비해, 450 mm 웨이퍼의 경우에서 이온 주입 플랫폼의 생산성을 증가시키도록 더 높은 이온 빔 전류가 사용된다. 따라서, 450 mm 웨이퍼에서의 전하 축적이 증가한다.
본 발명자들은 전하 축적이 웨이퍼내 불균일성에 대한 중요한 요인이라는 것을 단정하였다. 그래서, 웨이퍼 표면에서 그러한 양전하 축적을 감소시키는 것이 중요하다.
이온 빔을 이용하는 이온 주입 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 상의 양전하 축적을 중화시키도록 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 갖는 장치, 관련된 이온 주입 장비 및 이온 주입 방법이 제공된다.
몇몇 실시예에서, 장치는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 포함한다. 각 아크 챔버는 전자를 발생시키고 반도체 웨이퍼 근처의 각각의 구역에서 이온 빔에 전자를 방출하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 장치의 2개보다 많은 아크 챔버는 이온 빔의 방향에 평행한 방향으로 배향된다. 몇몇의 다른 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 이온 빔의 방향에 대해 소정 각도로 배향된다. 몇몇 실시예에서, 이 각도는 예컨대 90°이다.
몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 또한 직선 라인, 2개의 평행 라인, 직사각형, 정사각형, 삼각형 및 링 형태로 이루어지는 군에서 선택된 형태로 배치된다.
몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 방향 및 형태의 임의의 3차원 위치 조합으로 구성된다.
몇몇 실시예에서, 이온 주입 장비 시스템은,
이온 빔 소스; 및
이온 빔을 이용하는 이온 주입 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 상의 양전자 축적을 중화시키는 플라즈마 플러드 건 장치를 포함한다. 플라즈마 플러드 건 장치는, 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하고, 각 아크 챔버는 2차 전자를 발생시키고 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서 이온 빔에 2차 전자를 방출하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 이온 주입 방법은,
이온 빔을 발생시키고 이온 빔을 반도체 웨이퍼를 향하게 하는 단계;
플라즈마 플러드 건 장치의 2개보다 많은 아크 챔버로부터 이차 전자를 발생시키는 단계; 및
이차 전자를 반도체 웨이퍼에 인접한 이온 빔으로 방출하는 단계를 포함한다. 이차 전자는 반도체 웨이퍼에 인접한 이온 빔을 중화시켜, 반도체 웨이퍼 상의 전하 축적을 경감 또는 제거한다.
본 개시는 첨부 도면과 함께 읽으면 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 일반적인 실시에 따르면, 도면의 다양한 기능부들은 반드시 실척이 아니다라는 점을 강조한다. 반대로, 다양한 기능부들의 치수는 명확도를 위해 임의로 팽창 또는 감소되어 있다. 명세서 및 도면에 걸쳐 동일한 번호는 동일한 기능부를 가리킨다.
도 1a는 몇몇 실시예에 따라 이온 빔 방향에 평행한 방향으로 배향되는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 갖는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한다.
도 1b는 몇몇 실시예에 따라 이온 빔 방향에 대해 소정 각도로 배향되는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 갖는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한다.
도 1c는 도 1a와 도 1b의 플라즈마 플러드 건의 예시적인 아크 챔버의 확대 상세도이다.
도 2a-2e는 몇몇 실시예에 따라 이온 빔에 관하여 구조 및 형태의 상이한 조합을 갖는 2개보다 많은 아크 챔버의 예시적인 구성을 도시한다.
도 3은 몇몇 실시예에 따라 플라즈마 플러드 건 장치의 2개보다 많은 아크 챔버로부터 전자를 발생시키고 이온 빔에 방출하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법을 도시하는 흐름도.
도 1a는 몇몇 실시예에 따른 이온 빔 방향에 평행한 방향으로 배향되는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 갖는 예시적인 이온 주입 시스템을 도시한다. 도 1a는 본 발명에 따른 이온 주입 장비 시스템(100)의 일부의 개략적인 측면도이다.
시스템(100)은 이온 빔(102)을 제공하는 이온 소스와, 플라즈마 플러드 건(106)을 포함하고, 플라즈마 플러드 건은 2개보다 많은 아크 챔버(110)를 포함한다.
이온 빔(102)을 제공하는 이온 소스는 이온 빔을 발생시키고, 이온 빔을 반도체 웨이퍼(104)로 가속하고 지향시키는 기능을 갖는데, 반도체 웨이퍼는 이온 빔(102)에 의해 도핑된다. 이온 소스는 또한 이온 빔(102)의 원하는 이온으로부터 다른 이온을 분리시키도록 자기장을 발생시키는 대규모 세퍼레이터를 포함한다.
이온 빔(102)은 몇몇 실시예에서 양으로 대전된다. 이온 빔은 단면도에 따른 특정한 형상의 형태이다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 그러한 형상은 직사삭형 또는 타원형이다.
반도체 웨이퍼(104)는 실리콘 또는 III-V 반도체 화합물 등의 임의의 반도체 재료의 임의의 웨이퍼이다. 반도체 웨이퍼(104)는 반도체 처리 챔버 내에서 홀더 상에 고정된다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 웨이퍼(104)는 정전 척에 의해 유지된다.
플라즈마 플러드 건(106)은 2개보다 많은 아크 챔버(110)를 포함한다. 전자는 각 아크 챔버(110) 내에서 발생되고, 아크 챔버(110)의 한 벽의 적어도 하나의 구멍을 통해 이온 빔(102)으로 방출된다. 모든 도면에서 마이너스 부호(-)는 전자를 나타낸다. 몇몇 실시예에서, 전자는 2차 전자이다. 예시적인 아크 챔버(110)는 도 1c에 도시된 관련 구조에서 이하에서 상세하게 설명된다.
몇몇 실시예에서, 예시적인 플라즈마 플러드 건(106)의 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 도 1a에 도시된 바와 같이 이온 빔(102)의 방향에 평행한 방향으로 배향된다. 이들 아크 챔버는 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 각 구역에서 이온 빔(102)으로 전자를 방출한다. 몇몇 실시예에서, 방출된 전자는 2차 전자이고, 이온 빔(102)은 양으로 대전된다. 2차 전자는 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 이온 빔(102)을 중화시키고, 반도체 웨이퍼(104)의 표면 상의 임의의 가능한 전하 축적을 감소 또는 제거한다.
플라즈마 플러드 건(106)은 또한 케이지(108) 및 방출 전류 모니터(109)와 연결된다. 몇몇 실시예에서, 케이지(108)는 서로 상호 연결되는 적어도 2개의 벽을 갖고, 벽들 중 적어도 하나는 접지된다.
몇몇 실시예에서, 방출 전류 모니터(109)는 각 아크 챔버에서 전류를 모니터하고, 또한 각 아크 챔버로부터 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 각 구역으로 방출되는 전자의 속도 및 농도를 조절하도록 사용된다.
간결성을 위해, 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 그러한 플라즈마 플러드 건은 또한 "다중 구역식" 플라즈마 플러드 건이라고 부른다.
도 1b는 몇몇 실시예에 따라 이온 빔 방향에 대해 소정 각도로 배향되는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 갖는 예시적인 이온 주입 시스템(200)을 도시하고 있다. 도 1b에서, 동일한 품목은 동일한 참조 번호에 의해 지시되고, 간결성을 위해, 도 1a을 참조하여 위에서 제공된 구조의 설명은 반복되지 않는다.
도 1b의 예시적인 이온 주입 시스템(200)은 2개보다 많은 아크 챔버(110)를 포함하는 플라즈마 플러드 건(106)이 이온 빔(102)의 방향에 대해 소정 각도로 배향된다는 점을 제외하고 도 1a의 이온 주입 시스템과 유사하다. 몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 이온 빔(102)의 방향에 대해 소정 각도인 평면에서 배향된다. 도 1b에서 Φ로 나타낸 바와 같이 이 각도는 플라즈마 플러드 건(106)의 평면과 이온 빔(102)의 방향 사이의 각도이다.
몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 플라즈마 플러드 건과 동일한 평면에 구성된다. 도 1b에 도시된 각도(Φ)는 또한 아크 챔버(110)의 평면과 이온 빔(102)의 방향 사이의 각도이다.
몇몇 실시예에서, 도 1b의 각도(Φ)는 90도이다. 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 이온 빔(102)의 방향에 수직인 방향으로 배향된다.
도 1a 및 도 1b에서 직선으로 배치된 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 오직 예시를 위한 것이다. 몇몇 실시예에서, 아크 챔버는 상이한 구성으로 배치된다. 그러한 구성은 직선 라인, 2개의 평행 라인, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 타원형, 원형 및 링 형태 등으로 이루어지는 군에서 선택된 형태일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 그러한 구성은 이온 빔(102)의 형태에 따라 좌우된다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도에서 직사각형 형태를 갖고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 하나의 직선 라인, 2개의 이중 라인 또는 직사각형 형태로 배치될 수 있다. 몇몇의 다른 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도에서 링 형태이고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 직사각형, 정사각형, 타원형, 원형 또는 임의의 다른 적절한 기하학적 형태 등의 형태로 배치된다.
몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 직선 라인으로 배치되고, 이온 빔(102)은 그러한 직선 라인의 방향을 따라, 또는 그러한 직선 라인에 수직인 방향을 따라 통과한다.
직선 라인 이외에 임의의 다른 형태의 경우에, 이온 빔(102)은 아크 챔버(110)로부터 방출되는 2개보다 많은 전자 구역들 사이의 공간을 통과한다. 몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 아크 챔버(110)가 형성되는 형태의 중간을 이온 빔(102)이 통과하도록 배치된다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 아크 챔버(110)는 삼각형, 정사각형, 타원형 및 원형 등의 규치적인 형태로 배치되고, 이온 빔(102)은 그러한 기하학적 형태의 중간을 통과한다.
도 1a 및 도 1b의 예시적인 이온 주입 장비 시스템과 아크 챔버들의 배열은 오직 예시를 위한 것이다. 전술한 편평한 형태에 추가하여, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 본 개시의 몇몇 실시예에 따라, 임의의 적절한 3차원 형태로 배치될 수 있다.
도 1c는 몇몇 실시예에 따른 도 1a와 도 1b의 플라즈마 플러드 건의 예시적인 아크 챔버(110)의 확대 상세도이다.
예시적인 아크 챔버(110)는 챔버 벽(118), 필라멘트(116), 이 필라멘트(116)와 전기적으로 연결되는 전류원(112), 및 아크 챔버 벽(118)과 연결되어 아크 챔버(110) 내로 불활성 가스를 공급하는 가스 입구(120)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 아크 챔버(110) 내에 진공이 인가된다. 몇몇 실시예에서, 필라멘트(116)는 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 방출 전류 모니터(109)와 연결되는 다른 전원(114)을 통해 음전위로 또한 바이어스된다. 몇몇 실시예에서, 아크 챔버(110)에는 냉각 시스템이 구비된다. 한가지 예시적인 냉각 시스템은 빌트인 캐비티 또는 하우징이 존재하는 챔버 벽(118) 내외로 흐르는 연속적인 유수(流水)를 이용한다.
몇몇 실시예에서, 전원(112, 114)은 배터리이다. 다른 실시예에서, 전원(112, 114)은 DC 전력 공급원인데, 이 DC 전력 공급원은 교류를 직류로 전환시키는 정류기와, 변압기를 포함할 수 있다. 전압은 1-50 V 범위이다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 전원(112)은 80 암페어의 전류와 3 볼트의 전압을 제공하고, 전원(114)은 10 암페어의 전류와 20 볼트의 전압을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 필라멘트(116)용 전원(112)의 최대 출력은 10 볼트의 DC 전압과 120 암페어의 전류에서 800 W이다. 몇몇 실시예에서, 아크를 위한 전원(114)의 최대 출력은 50 볼트의 DC 전압과 40 암페어의 전류에서이다.
몇몇 실시예에서, 필라멘트(116)는 금속성 재료이다. 필라멘트(116)는 텅스텐, 알루미늄, 몰리브덴, 또는 임의의 다른 적절한 금속 또는 금속 합금이다. 필라멘트(116)는 전원(112)에 의해 전기적으로 가열될 때에 2차 전자를 방출한다. 도 1c에서, 원 안의 마이너스 부호는 2차 전자를 나타낸다. 그러한 열전자 방출로부터의 2차 전자는 전원(114)에 의해 공급되는 음전위에 의해 가속된다.
가스 입구(120)로부터, 몇몇 실시예에 따른 아크 챔버(110) 내로 불활성 가스가 도입된다. 이온화 전위가 낮은 희가스가 사용될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예에서 크세논(Xe)이 사용된다. 크세논 가스 분자는 아크 챔버(110) 내에서 가속된 2차 전자와 충돌한다. 이어서, 2차 전자를 포함하는 플라즈마 플러드가 발생된다. 당업계에 공지된 바와 같이, 2차 전자는 다른 2차 복사원 하에 이온화된 종으로부터 발생되는 전자이다. 이 예시적인 예에서, 필라멘트로부터 발생된 2차 전자는 2차 복사원이다. 크세논 가스는 2차 전자에 의해 이온화된다. 크세논 원자로부터 떨어져 나간 전자는 2차 전자이다.
몇몇 실시예에서, 에너지가 낮은 2차 전자가 아크 챔버로부터 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서 이온 내로 방출된다.
챔버 벽(118)의 한쪽에는 적어도 하나의 구멍이 존재한다. 2차 전자를 포함하는 플라즈마 플러드는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 구멍으로부터 반도체에 인접한 각 구역의 이온 빔(102)으로 방출된다.
도 2a-2e는 몇몇 실시예에 따라 이온 빔에 대해 상이한 배열 및 형태를 갖는 2개보다 많은 아크 챔버의 예시적인 형태를 도시한다. 이들 각각의 개략적인 도면에서, 예시를 위해, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 이온 빔(102)의 방향에 대해 수직인 한 평면에 배치된다. "+" 부호는 이온 빔(102)에서 양으로 대전된 이온을 나타낸다. "-" 부호는 아크 챔버(110)로부터 방출된 전자를 나타낸다. 아크 챔버(102)의 갯수는 2개보다 많은 임의의 갯수일 수 있고 도 2a-2e에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 하우징 또는 상호 연결된 구조(210)를 통해 상호 연결된다. 상호 연결된 구조(210)는 플라즈마 플러드 건 장치의 케이지(108)와 연결되고, 케이지는 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이 방출 전류 모니터(109)와 연결되며 또한 접지된다. 몇몇 실시예에서, 상호 연결된 구조(210)는 케이지(108)의 일부이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도에서 직사각형 또는 타원형의 형태이고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 직선 라인으로 배치되어 있다. 아크 챔버(102)의 갯수는 도 2a에 도시된 것으로 제한되지 않고, 2개보다 많은 임의의 갯수이다. 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 점 형태 또는 타원형 형태이고, 아크 챔버(102)의 갯수는 2개보다 많다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 큰 크기의 이온 빔을 위해 3개 이상의 아크 챔버(102)가 요구된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도로 직사각형 형태이고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)가 또한 하우징(210) 내에 직사각형 형태로 배치된다. 이온 빔(102)은 아크 챔버(110) 사이의 밀폐 공간을 통과한다. 각 아크 챔버(110)로부터 방출된 전자는 도 1b에서 전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 각 구역에서 이온 빔(102) 내로 향한다. 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 아크 챔버(110) 사이의 공간을 중간부에서 대칭적으로 통과한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도로 직사각형 형태이고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 하우징(20) 내에서 한쌍의 평행한 직선 라인으로 배치된다. 이온 빔(102)은 법선 방향에서 그러한 2개의 직선 라인들 사이의 공간을 통과한다. 각 아크 챔버(110)로부터 방출된 전자는 도 1b에서 전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 각 구역에서 이온 빔(102)을 향한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도로 타원형의 형태이고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 하우징(210) 내에서 삼각형 형태로 배치된다. 이온 빔(102)은 2개보다 많은 아크 챔버(110) 사이의 밀폐 공간을 통과한다. 각 아크 챔버(110)로부터 방출된 전자는 도 1b에서 전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 각 구역에서 이온 빔(102)을 향한다. 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 아크 챔버(110) 사이의 삼각형 공간의 중심을 통과한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 단면도로 타원형 형태이고, 2개보다 많은 아크 챔버(110)는 또한 하우징(210) 내에서 타원형, 원형 또는 링의 기하학적 형태로 배치된다. 이온 빔(102)은 2개보다 많은 아크 챔버(110) 사이의 밀폐 공간을 통과한다. 각 아크 챔버(110)로부터 방출된 전자는 도 1b에서 전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(104)에 인접한 각 구역에서 이온 빔(102)을 향한다. 몇몇 실시예에서, 이온 빔(102)은 아크 챔버(110) 사이의 공간의 중심을 통과한다. 도 2e에서, 이온 빔(102)의 단면의 장축은 아크 챔버의 타원형의 단면의 단축과 정렬된다. 다른 실시예에서, 이온 빔(102)의 단면의 장축은 아크 챔버의 타원형의 단면의 장축과 정렬된다.
도 3은 플라즈마 플러드 건 장치의 2개보다 많은 아크 챔버로부터 전자를 발생시키고 방출하는 단계를 포함하는 이온 주입 방법을 도시하는 흐름도이다.
단계(302)에서, 이온 빔(102)이 이온 소스에서 발생되고, 도 1a 및 도 1b에서 설명된 바와 같이 반도체 웨이퍼(104)를 향한다.
단계(304)에서, 전자는 도 1c에서 설명한 바와 같이 플라즈마 플러드 건 장치의 2개보다 많은 아크 챔버(110)로부터 발생된다. 몇몇 실시예에서, 전자는 2차 전자이다.
단계(306)에서, 전자는 도 1c에서 전술한 바와 같이 아크 챔버의 벽의 적어도 하나의 구멍으로부터 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서 이온 빔(102)으로 방출된다. 전자는 이온 빔(102)의 단면을 둘러싼다.
방출된 전자는 반도체 웨이퍼에 인접한 구역에서 이온 빔(102), 및 가능하게는 웨이퍼 표면 상의 전하 축적을 중화시킨다.
본 개시는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 갖는 장치, 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서의 이온 빔과 이온 주입 중에 웨이퍼 표면 상의 양전하 축적을 중화시키는 이온 주입 장비 시스템과 이온 주입 방법을 제공한다.
몇몇 실시예에서, 장치는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하는 플라즈마 플러드 건을 포함한다. 각 아크 챔버는 전자를 발생시키고 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서 이온 빔으로 전자를 방출시킨다. 몇몇 실시예에서, 아크 챔버로부터 방출되는 전자는 2차 전자이다.
몇몇 실시예에서, 장치의 2개보다 많은 아크 챔버는 이온 빔의 방향에 평행한 방향으로 배향된다. 이온 빔은 아크 챔버의 방향을 따라 통과한다.
몇몇의 다른 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 이온 빔의 방향에 대해 소정 각도로 배향된다. 몇몇 실시예에서, 이 각도는 예컨대 90도이다.
몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 또한 직선 라인, 2개의 평행 라인, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 타원형, 원형 및 링 형태로 이루어지는 군에서 선택된 형태로 배치된다. 몇몇 실시예에서, 이온 빔은 아크 챔버로부터 방출된 전자를 갖는 적어도 2개의 각 구역들 사이의 공간을 통과한다.
몇몇 실시예에서, 이온 빔은 단면도로 직사각형 형태를 갖고, 2개보다 많은 아크 챔버는 한쌍의 평행 직선 라인으로, 또는 직사각형 또는 정사각형 형태로 형성된다.
몇몇 실시예에서, 이온 빔은 단면도로 타원형 형태를 갖고, 2개보다 많은 아크 챔버는 삼각형, 타원형, 링, 원형 또는 임의의 다른 적절한 기하학적 형태로 형성된다.
몇몇 실시예에서, 2개보다 많은 아크 챔버는 방향 및 형태의 임의의 3차원 위치 조합으로 구성된다.
몇몇 실시예에서, 이온 주입 장비 시스템은,
이온 빔 소스; 및
이온 빔을 이용하는 이온 주입 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 상의 양전자 축적을 중화시키는 플라즈마 플러드 건 장치를 포함한다. 플라즈마 플러드 건 장치는, 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하고, 각 아크 챔버는 2차 전자를 발생시키고 반도체 웨이퍼에 인접한 각 구역에서 이온 빔에 2차 전자를 방출하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 이온 주입 방법은,
이온 빔을 발생시키고 이온 빔을 반도체 웨이퍼를 향하게 하는 단계;
플라즈마 플러드 건 장치의 2개보다 많은 아크 챔버로부터 이차 전자를 발생시키는 단계; 및
이차 전자를 반도체 웨이퍼에 인접한 이온 빔으로 방출하는 단계를 포함한다. 이차 전자는 반도체 웨이퍼에 인접한 이온 빔을 중화시켜, 반도체 웨이퍼 상의 전하 축적을 경감 또는 제거한다.
예시적인 실시예의 관점에서 주제를 설명하였지만, 그것으로 제한되지 않는다. 오히려, 첨부된 청구범위는 당업계의 숙련자에 의해 이루어질 수 있는 다른 변경예 및 실시예를 포함하도록 폭넓게 해석되어야 한다.
100: 이온 주입 장비 시스템 102: 이온 빔
104: 반도체 웨이퍼 106: 플라즈마 플러드 건
108: 케이지 109: 방출 전류 모니터
110: 아크 챔버

Claims (10)

  1. 이온 빔을 이용하는 이온 주입 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 상의 양전자 축적을 중화시키는 플라즈마 플러드 건을 포함하고, 상기 플라즈마 플러드 건은 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하며,
    각 아크 챔버는, 전자를 발생시키고, 그로부터 방출된 전자를 갖고 반도체 웨이퍼로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 있는 개별 구역에서 이온 빔에 전자를 방출하도록 형성되며,
    상기 2개보다 많은 아크 챔버는, 상기 이온 빔이 이 2개보다 많은 아크 챔버와 관련된 적어도 2개의 개별 구역 사이의 공간을 통과하도록 배향되는 것인 이온 주입 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2개보다 많은 아크 챔버는 이온 빔의 방향에 평행한 방향으로 배향되는 것인 이온 주입 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2개보다 많은 아크 챔버는 이온 빔의 방향에 대해 소정 각도로 배향되는 것인 이온 주입 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 2개보다 많은 아크 챔버는 직선 라인, 2개의 평행 라인, 직사각형, 정사각형, 삼각형 및 링 형태로 이루어지는 군에서 선택된 형태로 배치되는 것인 이온 주입 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온 빔은 단면도로 직사각형 형태를 갖고, 상기 2개보다 많은 아크 챔버는 직사각형 또는 정사각형 형태로 형성되는 것인 이온 주입 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이온 빔은 단면도로 타원형 형태를 갖고, 상기 2개보다 많은 아크 챔버는 삼각형 또는 링 형태로 형성되는 것인 이온 주입 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아크 챔버는 필라멘트; 이 필라멘트와 전기적으로 연결되는 전류 공급원; 아크 챔버와 연결되어 아크 챔버 내로 불활성 가스를 공급하는 가스 입구; 및 아크 챔버의 1개의 벽에 있는 적어도 하나의 구멍을 포함하는 것인 이온 주입 장치.
  9. 이온 주입 장비 시스템으로서,
    이온 빔 소스; 및
    이온 빔을 이용하는 이온 주입 프로세스 중에 반도체 웨이퍼 상의 양전자 축적을 중화시키는 플라즈마 플러드 건 장치를 포함하고, 플라즈마 플러드 건 장치는 2개보다 많은 아크 챔버를 포함하고,
    각 아크 챔버는, 2차 전자를 발생시키고, 그로부터 방출된 전자를 갖고 반도체 웨이퍼로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 있는 개별 구역에서 이온 빔에 2차 전자를 방출하도록 구성되며,
    상기 2개보다 많은 아크 챔버는, 상기 이온 빔이 이 2개보다 많은 아크 챔버와 관련된 적어도 2개의 개별 구역 사이의 공간을 통과하도록 배향되는 것인 이온 주입 장비 시스템.
  10. 이온 주입 방법으로서,
    이온 빔을 발생시키고 이온 빔을 반도체 웨이퍼를 향하게 하는 단계;
    플라즈마 플러드 건 장치의 2개보다 많은 아크 챔버로부터 이차 전자를 발생시키는 단계; 및
    이차 전자를 반도체 웨이퍼로부터 미리 결정된 거리만큼 떨어져 있는 이온 빔으로 방출하는 단계를 포함하고,
    상기 2개보다 많은 아크 챔버는, 상기 이온 빔이 이 2개보다 많은 아크 챔버와 관련되고 상기 아크 챔버로부터 방출된 전자를 갖는 적어도 2개의 개별 구역 사이의 공간을 통과하도록 배향되는 이온 주입 방법.
KR20120085672A 2012-04-04 2012-08-06 다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법 KR101441191B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/439,124 US9053907B2 (en) 2012-04-04 2012-04-04 System and method of ion neutralization with multiple-zoned plasma flood gun
US13/439,124 2012-04-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130112656A KR20130112656A (ko) 2013-10-14
KR101441191B1 true KR101441191B1 (ko) 2014-09-17

Family

ID=49291565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20120085672A KR101441191B1 (ko) 2012-04-04 2012-08-06 다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9053907B2 (ko)
KR (1) KR101441191B1 (ko)
TW (1) TWI470674B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206492A (zh) * 2014-06-18 2015-12-30 上海华力微电子有限公司 一种改善带状离子束均匀性的装置
US9679739B2 (en) * 2014-12-26 2017-06-13 Axcelis Technologies, Inc. Combined electrostatic lens system for ion implantation
JP6779295B2 (ja) * 2015-12-27 2020-11-04 インテグリス・インコーポレーテッド スパッタリングガス混合物中のトレースその場クリーニングガスを利用したイオン注入プラズマフラッドガン（ｐｆｇ）の性能の改善
US9824857B2 (en) 2016-01-14 2017-11-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method for implantation of semiconductor wafers having high bulk resistivity

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0554847A (ja) * 1991-08-29 1993-03-05 Nec Kyushu Ltd イオン注入装置
KR20040049416A (ko) * 2002-12-05 2004-06-12 아남반도체 주식회사 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건
KR20040055722A (ko) * 2000-11-22 2004-06-26 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 이온 주입용 하이브리드 주사 시스템 및 방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4786814A (en) 1983-09-16 1988-11-22 General Electric Company Method of reducing electrostatic charge on ion-implanted devices
JPH0821361B2 (ja) * 1989-10-20 1996-03-04 三菱電機株式会社 イオン注入装置および電荷中和器
JP3054302B2 (ja) 1992-12-02 2000-06-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド イオン注入中の半導体ウェハにおける帯電を低減するプラズマ放出システム
JP2848481B2 (ja) * 1995-02-08 1999-01-20 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
US5777209A (en) 1996-12-13 1998-07-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Leakage detection apparatus equipped with universal adapter head and method of testing
US6359286B1 (en) 1998-07-10 2002-03-19 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for neutralizing space charge in an ion beam
JP2001229871A (ja) 2000-02-15 2001-08-24 Hitachi Ltd イオン注入装置
JP3680274B2 (ja) * 2002-03-27 2005-08-10 住友イートンノバ株式会社 イオンビームの電荷中和装置とその方法
US7557364B2 (en) * 2004-05-25 2009-07-07 Panasonic Corporation Charge neutralizing device
JP4533112B2 (ja) * 2004-11-30 2010-09-01 株式会社Ｓｅｎ ウエハ帯電抑制装置及びこれを備えたイオン注入装置
GB2440414B (en) * 2006-07-12 2010-10-27 Applied Materials Inc An ion beam guide tube
US7872247B2 (en) * 2007-10-11 2011-01-18 Applied Materials, Inc. Ion beam guide tube
KR101307111B1 (ko) * 2010-08-24 2013-09-11 닛신 이온기기 가부시기가이샤 플라즈마 발생 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0554847A (ja) * 1991-08-29 1993-03-05 Nec Kyushu Ltd イオン注入装置
KR20040055722A (ko) * 2000-11-22 2004-06-26 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 이온 주입용 하이브리드 주사 시스템 및 방법
KR20040049416A (ko) * 2002-12-05 2004-06-12 아남반도체 주식회사 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건

Also Published As

Publication number Publication date
TWI470674B (zh) 2015-01-21
US9053907B2 (en) 2015-06-09
US20130264498A1 (en) 2013-10-10
TW201342438A (zh) 2013-10-16
KR20130112656A (ko) 2013-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8142607B2 (en) High density helicon plasma source for wide ribbon ion beam generation
US7800083B2 (en) Plasma electron flood for ion beam implanter
KR100855002B1 (ko) 플라즈마 이온 주입시스템
US20080156771A1 (en) Etching apparatus using neutral beam and method thereof
KR101441191B1 (ko) 다중 구역식 플라즈마 플러드 건을 이용한 이온 중화 시스템 및 방법
JP2017504148A (ja) 任意の長さのリボン状ビームイオン源
WO2006063035A2 (en) Plasma ion implantation system with axial electrostatic confinement
KR20120005026A (ko) 넓은 리본 이온 빔 발생 및 조절을 위한 콘쥬게이티드 ｉｃｐ 및 ｅｃｒ 플라즈마 소스
US8760054B2 (en) Microwave plasma electron flood
US20220165614A1 (en) Systems And Methods For Workpiece Processing Using Neutral Atom Beams
CN104900470A (zh) 采用具有磁约束的等离子体源的基于等离子体的材料改性
JP4533112B2 (ja) ウエハ帯電抑制装置及びこれを備えたイオン注入装置
CN109841470B (zh) 用于离子布植的装置以及在离子布植过程产生离子的方法
KR101977702B1 (ko) 이온 소스 헤드 및 이를 포함하는 이온 주입 장치
KR102569236B1 (ko) 게르마늄 이온 빔 및 아르곤 이온 빔을 생성하는 방법들
TW201334636A (zh) 用於產生均勻電漿之具有輪廓的腔室壁之電子束電漿源
Vanderberg et al. Microwave ECR plasma electron flood for low pressure wafer charge neutralization
KR101784387B1 (ko) 플라즈마 전위 분포의 균질화가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버
RU2371803C1 (ru) Плазменный источник ионов
KR101616304B1 (ko) 태양 전지를 위한 대기압 플라즈마 선택적 도핑 시스템
WO2011037488A1 (en) Plasma ion source
US8686640B2 (en) Magnetic field reduction apparatus and magnetic plasma flood system for ion beam processing
US20160322198A1 (en) Ion Source for Metal Implantation and Methods Thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170828

Year of fee payment: 4