KR101494017B1 - 오염 물질을 수집하는 표면을 갖는 이온 주입기 - Google Patents

Abstract

이온 주입기는 빔 라인 및 진공 또는 주입 챔버를 따라 이동하는 이온 빔을 생성하는 이온 소스를 포함하는데, 실리콘 웨이퍼와 같은 워크피스는 이온 빔에 의해 워크피스 표면의 이온 주입을 위해 이온 빔을 가로지르도록 위치된다. 라이너는 비워진 내부 영역의 적어도 일부의 경계를 형성하는 내부를 향하는 표면을 가지며, 이온 주입기 동작 동안 내부 영역 내에서 생성된 오염 물질을 캡쳐하기 위해 라이너 표면에 걸쳐 이격된 그루브를 포함한다.

이온 주입기, 주입 챔버, 이온 소스, 빔 라인, 라이너, 그루브

Description

오염 물질을 수집하는 표면을 갖는 이온 주입기{ION IMPLANTER WITH CONTAMINANT COLLECTING SURFACE}

본 발명은 반도체 웨이퍼 및 다른 워크피스의 이온 주입을 위한 시스템에 관한 것이며, 특히, 빔 라인에서 오염물질의 영향을 감소시키는 수단에 관한 것이다.

본 발명의 양수인인, Axcelis Technologies는 집적 회로 제조 동안 실리콘 웨이퍼와 같은 워크피스의 처리를 위한 제품을 디자인하여 판매한다. 이온 주입기는 이온 빔에 위치된 실리콘 웨이퍼와 같은 워크피스의 물리적 특성을 수정하는 이온 빔을 생성한다. 이러한 프로세스는 예컨대, 처리되지 않은 웨이퍼가 반도체 물질의 특성을 변경시키도록 만들어진 실리콘을 도핑하는데 사용될 수 있다. 웨이퍼 내에서 여러 도펀트 패턴(dopant pattern)을 층으로 만들 뿐만 아니라 이온 주입 전에 저항 물질로 마스킹(masking)의 제어된 사용은 여러 애플리케이션 중 하나에서 사용하기 위해 집적 회로를 생산한다.

이온 주입기는 전형적으로 가스 공급 물질(gaseous feed material)로부터 플라즈마를 생성하고 고체 또는 액체 공급 물질(solid or liquid feed material)로부터 증기를 생성하기 위해 이온 소스를 포함한다. 이온 빔은 소스 플라즈마 및 다른 전극 사이에 전기장을 생성함으로써 소스 플라즈마로부터 추출된다.

소스를 빠져나간 후에, 빔의 이온이 하나 이상의 웨이퍼 워크피스에 영향을 미치는 주입 챔버로 빔이 들어가기 전에 이온 빔은 빔이 형성되어 희망하는 에너지로 가속되는 영역을 가로지른다. 이온 주입기의 동작은 임의의 오염 물질 입자를 생성하는 결과를 가져온다. 오염 물질 입자의 한 소스는 이온 소스에서 발생되는 이온의 희망하지 않는 종이다. 소정의 주입에 관련된 오염 물질 입자는 여러 이온이 주입되는 이전 주입으로부터 나머지 이온의 존재에 기인한 것이다. 예를 들어, 소정의 수의 웨이퍼에 붕소를 주입한 후에, 비소 이온을 주입하기 위해 주입기를 바꾸기를 희망할 수 있다. 일부 나머지 붕소 원자가 주입기의 내부 영역에 남아있을 가능성이 있다.

오염 물질 입자의 또 다른 소스는 포토레지스트 물질이다. 포토레지스트 물질은 주입 전에 웨이퍼 표면에 코팅되고 완성된 집적 회로 상에 회로 소자를 한정하는데 필요로 된다. 이온이 웨이퍼 표면에 부딪힘에 따라, 포토레지스트 코팅 입자가 웨이퍼로부터 제거된다.

이온 처리 동안 웨이퍼에 충돌하고 부착되는 오염 물질 입자는 반도체 및 처리된 웨이퍼 상에 극소 패턴 정의를 필요로 하는 다른 장치의 제조시 수율 손실의 주요 원인이다.

Blake 등에 의한 미국 특허 제 5,656,092호는 이온 빔 주입기의 비워진 내부 영역 내에서 이동한 오염물질 입자를 캡처하고 제거하는 방법에 관한 것이다. 입자 수집기는 오염 물질이 쉽게 부착되는 표면을 갖는다. 입자 수집기는 주입기에 고정되어 입자 부착 표면이 내부 영역 내에서 이동하는 오염 물질에 유체 연통된다. 주 기적인 간격으로, 입자 수집기는 주입기로부터 제거된다.

비워진 내부 영역을 갖는 주입 챔버 및 빔 경로에 한정된 이온 빔을 발생시키는 이온 소스를 포함하는 이온 주입기가 개시되는데, 여기서 워크피스는 이온 빔을 가로지르도록 위치된다. 빔 한정 구조는 소스를 빠져나가는 이온이 주입 챔버를 가속시키도록 한다. 입자 트랩은 노출된 표면의 적어도 일부에 걸쳐 이격된, 표면 내로 신장하는 그루브(groove) 또는 채널들을 갖는 노출된 표면을 갖는다.

하나의 예시적인 실시예에서, 주입기는 주입기의 비워진 내부 영역의 적어도 일부의 경계를 형성하는(bound) 내부 직면 표면을 갖는 라이너(liner)를 가지며, 이온 주입기의 동작 동안 내부 영역 내에 발생된 오염 물질을 캡처하도록 라이너의 표면에 걸쳐 이격된 그루브를 갖는다.

본 발명의 예시적인 실시예의 이러한 목적 및 다른 목적은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

도1은 소스로부터 워크피스 지지부로 이온 빔 경로를 도시하는 이온 빔 주입기의 상부 부분도;

도2는 도2 주입기를 사용하기 위한 라이너의 평면도;

도3은 불순물이 이온 주입기 내에 축적됨에 따라 불순물을 트랩핑하기 위해 라이너에 형성된 그루브의 패턴의 개략도; 및

도4는 입자 불순물을 트랩하기 위해서 만들어진 채널을 갖는 라이너의 일부 의 확대 부분도.

도면을 참조하면, 도1은 이온 주입기(110)의 개략적인 도면을 도시한다. 주입기는 이온 빔을 형성하는 이온을 생성하는 이온 소스(112)를 포함하는데, 상기 이온 빔은 빔 경로(140)가 단부 또는 주입 스테이션(130)을 가로지르도록 형성되어 선택적으로 편향된다. 주입 스테이션은 내부 영역을 한정하는 진공 또는 주입 챔버를 포함하는데, 여기서 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스는 소스(112)에서 발생한 이온 빔을 보완하는 이온에 의해 주입을 위한 지지부(132) 옆에 위치된다. 제어 일렉트로닉스는 워크피스에 의해 수신된 이온 조사(ion dosage)를 모니터링하여 제어하기 위해 제공된다. 제어 일렉트로닉스로 오퍼레이터 입력은 주입 스테이션(130)에 인접하여 위치된 사용자 제어 콘솔(user control console)을 통해 수행된다. 이온빔 내의 이온은 빔이 소스 및 주입 챔버 사이의 영역을 가로지름에 따라 분기되는 경향이 있다. 이러한 분기를 감소시키기 위해서, 영역은 하나 이상의 진공 펌프에 의해 저압으로 유지된다.

이온 소스(112)는 소스 물질이 주입되는 내부 영역을 한정하는 플라즈마 챔버를 포함한다. 소스 물질은 이온화될 수 있는 가스 또는 증발되는 소스 물질을 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버 내에서 생성된 이온은 이온 가속화 전기장을 생성하는 다수의 전극을 포함하는 이온 빔 추출 어셈블리에 의해 챔버로부터 추출된다.

빔 추출 어셈블리로부터 다운스트림에서, 질량 분석 자석(120)은 궤도를 따라 질량비에 적합한 변화로 이온을 편향시켜, 빔(140)에서 희망하는 이온 종만을 이온 주입 챔버(130)에 인입시킨다.

자석(120)은 코어를 갖는 전자석인데, 이는 강자성 물질로부터 구성된 요크(yoke) 및 폴(pole) 피스(piece)를 포함한다. 자기장은 소스로부터 방출된 이온을 이동시키는 영역의 경계를 형성하는 전도 운반 컨덕터의 제어된 전자적인 전압 인가를 통해 자석의 폴 갭에 포함된다. 코일에서 흐르는 전류는 빔 경로에 수직 방향의 자기장을 포함하여 그들의 초기 궤적으로부터 멀리 이온을 편향시킨다. 폴 피스는 높은 균일성을 위해 폴 갭에 자기장을 형성하는 것을 돕고, 폴 갭을 통해 야기된 자기 선속(magnetic flux)이 폴 갭의 다른 측 상에서 자석 요크를 통해 리턴된다.

이온 주입을 위한 적합한 종만이 워크피스 상에서 작용을 위해 출구 궤적을 따라 자석을 통과하도록 한다. 그러나 다른 이온 종이 이온 소스(112)에 의해 생성되고, 이러한 이온은 의도된 주입 이온보다 적거나 많은 편향량이 통과하는 자석에 의한 그들의 편향으로 의해 이온 빔 경로(114)의 경계를 형성하는 구조에 영향을 미친다. 이러한 충돌은 이온 주입기 오염 물질의 한 소스이다. 이온 오염 물질의 다른 소스는 워크피스로부터 제거되고, 이온 주입 챔버(130)의 노출된 표면 상에서 수집하는 이온 주입 챔버에서의 포토레지스트이다. 설명을 위해서, 라이너(150)의 사용은 자석(120)의 영역에 대해 논의되지만, 첨부된 청구항을 구성하기 위해, 본 발명은 오염 물질을 생성하기 쉬운 주입기(110)의 임의의 비워진 영역에서 적응성을 갖는다는 것이 명확하다.

도3은 세 개의 라이너 패널(152,154,156)을 갖는 흑연 라이너(150)를 도시한다. 라이너(150)는 자석(120)의 내부 영역의 경계를 형성하는데, 즉, 패널은 자석 갭 내에 일치하고 자석을 통해 궁형 빔 경로(140)의 길이를 따라 이온 빔 경로의 경계를 형성하도록 치수가 정해져 배열된다. 두 개의 라이너(위 아래 빔 라인)는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된다. 라이너는 제거될 수 있고, 각각의 라이너 패널의 최상부 표면 및 최하부 표면 둘 다가 그루브 텍스처(texture)되기 때문에 역으로 할 수 있다. 최상부 라이너는 최하부 라이너가 되고, 최하부 라이너는 최상부 라이너가 된다. 일단, 이들이 두 위치(최상부 및 최하부)에서 사용되었다면, 이들은 주입기로부터 제거되고 새로운 라이너로 교체된다. 라이너가 자석(120)의 영역에서 사용하도록 특별히 적응되는 동안, 라이너는 추출 전극에 국한되는 것이 아니라, 빔 유도 입구, 덤프(dump), 해상도 입구, 가속/감속 전극, 및 프로세스 챔버 등을 포함하는 임의의 표면 경험 이온 빔 충돌에 사용될 수 있다.

스퍼터(sputter)된 오염 물질이 부착되는 표면의 텍스처는 얼마나 많은 디포짓(deposit)이 형성되었는지, 얼마나 디포짓을 얇은 조각으로 벗기는 저항이 안정적인지에 영향을 미친다. 본 발명에 따르면, 세 개의 패널(152,154,156)은 흑연으로 구성되고, 채널들은 이러한 패널의 외부 (노출된) 표면 내로 그루브된다. 채널들 또는 그루브들의 높이, 깊이 및 폭이 중요하다.

빔 가이드의 라이너(150)를 형성하기 위해 최상부에 세 개의 종이 있고, 최하부에 세 개의 종이 있다. 0.2mm의 최대 지름을 갖는 단일 포인트 절단기로 표면이 거칠어진다. 이러한 팁은 31.75mm의 지름을 갖는 일반적으로 환형의 패턴에서 구동된다. 이러한 지름에 대한 1회전 속도는 분당 500회전이고, 절단기는 250mm/minute)의 속도로 앞뒤 경로에서 라이너를 가로지르도록 만들어진다. 이러한 움직임은 패턴(160)을 도시하는 도3의 묘사와 같다. 라이너 경로(162)를 한번 순회 후에, 절단기는 옆으로 움직이고, 환형 그루브들 또는 채널들이 적어도 0.50mm의 최소 오버랩 거리를 오버랩하도록(O) 우선 일반적으로 평행 경로(164)를 따라 이동된다. 그러나 이는 라이너 표면을 거칠게 하기 위한 여러 적합한 방법 중 하나이다.

도4는 흑연 라이너(170)의 일반적으로 평면인 표면(170)의 두 개의 근접한 그루브들 또는 채널들(172,174)을 도시한다. 폭(W) 및 깊이(D)는 여러 범위의 변화를 통해 바뀔 수 있다. 예시적인 이온 주입기는 패널에서 0.00254 내지 1.2mm 사이의 범위의 폭을 갖는 그루브들을 갖는다. 예시적인 이온 주입기 그루브는 0.00254 내지 2.5mm의 범위에서 그루브들 또는 채널들의 깊이를 갖는다. 여러 형태의 절단 팁이 약 60도 정도의 어택각(attack angle)을 갖는 바람직한 팁과 함께 선택된다. 대부분의 중요한 기준은 폭(W)을 제어하는 것으로 보여지지만, 여러 폭이 라이너 오염 물질 수집 주입기 삽입에서 수명이 길도록 하는 것이 성공적이라는 것이 강조된다.

본 발명은 특정한 정도로 설명되었지만, 본 발명이 첨부된 청구항의 정신 또는 범위 내에 존재하는 개시된 디자인으로부터 모든 수정 및 대안을 포함하는 것을 의도된다.

Claims (16)

1. 이온 주입기에 있어서,

   a) 빔 경로에 한정된 이온 빔을 생성하는 이온 소스;

   b) 워크피스가 이온 빔을 가로지르도록 위치된 비워진 내부 영역을 갖는 주입 챔버;

   c) 상기 이온 소스 및 상기 주입 챔버 사이의 빔 경로를 따라 상기 이온 빔을 형성하는 상기 이온 소스로부터 이온을 가속하고 형성하는 구조를 갖는 빔 한정 구조; 및

   d) 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 라이너 패널을 가진 입자 트랩을 포함하는데, 상기 라이너 패널의 상기 최상부 표면 및 최하부 표면의 각각은, 상기 표면 내로 신장하고 상기 표면의 적어도 일부에 걸쳐 이격되는 그루브 또는 채널을 가지며, 상기 라이너 패널은 상기 이온 주입기 내에서 제거 가능하고, 최상부 표면 및 최하부 표면 모두를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 그루브 폭의 범위가 0.00254mm 내지 1.2mm인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 그루브 폭의 범위가 0.19mm 내지 0.21mm인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 그루브는 v형인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 그루브 또는 채널이 궁형 경로를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 표면 내의 그루브 또는 채널 깊이의 범위가 0.00254mm 내지 2.5mm인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 그루브의 깊이의 범위가 0.99mm 내지 1.01mm인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 입자 트랩이 흑연 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
9. 이온 주입 방법에 있어서,

   a) 한정된 영역에서 이온을 생성하는 단계;

   b) 빔을 형성하도록 비워진 영역을 통해 상기 한정된 영역에서 멀어지도록 이온을 가속하고, 빔 내의 이온이 희망하는 빔 경로를 따르도록 이온 빔을 형성하는 단계;

   c) 워크피스에 부딪히는 상기 빔의 이온으로 인해 이온 처리를 위해 상기 비워진 영역과 유체 연통하는 이온 주입 챔버 내에 워크피스를 위치시키는 단계;

   d) 이온 빔의 경계를 형성하는 비워진 영역 또는 주입 챔버의 내부 벽의 내부를 향하는 표면을 거칠게 함으로써 오염 입자를 수집하는 단계를 포함하는데,

   e) 표면을 거칠게 하는 것은 최상부 또는 최하부 표면 중 하나가 상기 내부를 향하는 표면을 포함하도록, 제거 가능한 패널의 상기 최상부 또는 최하부 표면에 걸쳐 그루브를 형성하는 것을 포함하며,

   f) 상기 방법은 상기 최상부 또는 최하부 표면 중 다른 하나가 상기 내부를 향하는 표면을 포함하도록 상기 패널을 제거해서 상기 다른 하나의 표면을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    라이너가 상기 이온 빔의 경계를 형성하는 비워진 영역 또는 상기 주입 챔버 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 그루브는 환형 패턴을 상기 표면 내로 기계 가공하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 기계 가공은 환형 경로 주변으로 동시에 이동되고 상기 표면에 걸쳐 병진되는 절단기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 방법.
13. 빔 경로를 따라 주입 챔버로 이동시키는 이온을 생성하기 위한 이온 소스를 가진 이온 주입기 내의 장치에 있어서,

    상기 이온 소스로부터 상기 주입 챔버로 비워진 내부 영역의 경계를 형성하는 구조; 및

    상기 비워진 내부 영역의 적어도 일부의 경계를 형성하는 내부를 향하는 표면 및 외부 표면을 가진 라이너를 포함하는데, 상기 내부를 향하는 표면 및 외부 표면은 각각 상기 라이너의 각각의 표면에 걸쳐 이격된 그루브를 포함하고, 상기 내부를 향하는 표면 상의 그루브는 상기 이온 주입기의 동작 동안 내부 영역 내에서 발생된 오염 물질을 캡처하며, 상기 라이너는 상기 외부 표면이 상기 내부를 향하는 표면이 되도록 제거 가능하고, 양 표면 모두를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입기 내의 장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 라이너는 흑연이고, 상기 그루브의 깊이는 0.00254mm이고, 폭은 상기 그루브의 최대 부분이 0.00254mm인 것을 특징으로 하는 이온 주입기 내의 장치.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 그루브는 단면이 v형인 것을 특징으로 하는 이온 주입기 내의 장치.
16. 제 13항에 있어서,

    상기 그루브는 다른 궁형 그루브를 가로지르는 궁형 경로에 걸쳐 신장하는 것을 특징으로 하는 이온 주입기 내의 장치.

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