KR101595100B1 - 멀티 모드 이온 소스를 제공하기 위한 기술들 - Google Patents
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Abstract
멀티 모드 이온 소스를 제공하기 위한 기술들이 개시되어 있다. 하나의 특정한 예시적인 실시예에서, 상기 기술들은 제 1 모드가 아크 방전 모드이고 제 2 모드가 RF 모드인 다수의 모드들에서 동작하는 이온 소스를 포함하는 이온 주입을 위한 장치로서 실현될 수 있다.
Description
본 개시 내용은 일반적으로 반도체 제조 장비에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 멀티 모드 이온 소스(multimode ion source)를 제공하기 위한 기술들에 관한 것이다.
이온 주입은 활성화된 이온들에 의한 기판의 직접 충돌에 의해 화학 종(chemical species)을 기판으로 증착하는 처리이다. 반도체 제조 시에, 이온 주입기들은 타겟 물질들의 도전성의 유형 및 수준을 변경하는 도핑 처리들을 위해 주로 이용된다. 집적 회로(IC : integrated circuit) 기판 및 그 박막 구조에서의 정밀한 도핑 프로파일(doping profile)은 적당한 IC 성능을 위해 종종 결정적이다. 희망하는 도핑 프로파일을 달성하기 위하여, 하나 또는 그 이상의 이온 종이 상이한 도우즈(dose)들로 그리고 상이한 에너지 수준들에서 주입될 수 있다.
도 1은 기존의 이온 주입기 시스템(100)을 도시한다. 이온 주입기 시스템(100)은 이온 소스(102)와, 이온 빔(10)이 통과하는 복합적인 일련의 부품들을 포함할 수 있다. 일련의 부품들은 예를 들어, 추출 조작기(extraction manipulator)(104), 필터 자석(106), 가속 또는 감속 컬럼(108), 분석기 자석(110), 회전하는 질량 슬릿(112), 스캐너(114) 및 보정기 자석(116)을 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하는 일련의 광학 렌즈들과 유사하게, 이온 주입기 부품들은 이온 빔(10)을 (웨이퍼 평면(12)에 위치된) 타겟 웨이퍼(120)를 향해 조향하기 전에 이온 빔(10)을 필터링(filtering)하고 포커싱(focusing)할 수 있다. 도우즈 제어 패러데이 컵(dose control Faraday cup)(118), 이동 패러데이 컵(traveling Faraday cup)(124), 및 설정 패러데이 컵(setup Faraday cup)(122)과 같은 다수의 측정 디바이스들이 이온 빔 상태들을 감시 및 제어하기 위해 이용될 수 있다.
이온 소스(102)는 이온 주입기 시스템(100)의 중요한 부품이다. 이온 소스(102)는 다양한 상이한 이온 종 및 추출 전압들을 위한 안정적이고 신뢰성 있는 이온 빔(10)을 발생하도록 요구된다.
도 2는 이온 주입기 시스템(100)에서 이용될 수 있는 이온 소스(200)의 전형적인 실시예를 도시한다. 이온 소스(200)는 고전류(high current)의 이온 주입 장비에서 전형적으로 이용되는 유도 가열 캐소드(IHC : inductively heated cathode) 이온 소스일 수 있다. 이온 소스(200)는 도전성 챔버 벽(chamber wall)들(214)을 갖는 아크 챔버(arc chamber)(202)를 포함한다. 아크 챔버(202)의 일 단부에는, 그 내부에 위치된 텅스텐 필라멘트(tungsten filament)(204)를 갖는 캐소드(cathode)(206)가 존재한다. 텅스텐 필라멘트(204)는 고전류를 공급할 수 있는 제 1 전력 공급 장치(208)에 결합되어 있다. 고전류는 텅스텐 필라멘트(204)를 가열하여 전자들의 열이온 방출(thermionic emission)을 일으킬 수 있다. 제 2 전력 공급 장치(210)는 텅스텐 필라멘트(204)보다 훨씬 더 높은 전위(potential)에서 캐소드(206)에 바이어스를 인가하여 방출된 전자들이 캐소드(206)를 향해 가속하여 캐소드(206)를 가열하도록 할 수 있다. 캐소드(206)를 가열하는 것은 캐소드(206)가 열이온 전자들을 아크 챔버(202)로 방출하도록 한다. 제 3 전력 공급 장치(212)는 캐소드(206)에 대해 챔버 벽들(214)에 바이어스를 인가할 수 있으므로, 전자들은 높은 에너지에서 아크 챔버로 가속된다. 소스 자석(도시하지 않음)은 아크 챔버(202) 내부에 자기장(B)을 생성하여 활성 전자들을 구속할 수 있고, 아크 챔버(202)의 다른 단부의 리펠러(repeller)(216)는 캐소드(206)와 동일하거나 유사한 전위에서 바이어스를 인가받아 활성 전자들을 밀어낼 수 있다. 기체 소스(218)는 전구체 주입 종(precursor implant species)(예를 들어, AsH4, PH4, BF3, GeF4)을 아크 챔버(202)로 공급할 수 있다. 활성 전자들은 전구체 주입 종과 상호작용하여 플라즈마(20)를 생성할 수 있다. 그 다음으로, 추출 전극(도시하지 않음)은 이온 주입기(100)에서 이용하기 위한 추출 개구(220)를 통해 플라즈마(20)로부터 이온들(22)을 추출할 수 있다.
기존의 이온 주입에서 현재 존재하는 문제는 상대적으로 높은 주입 에너지(예를 들어, 10의 kV)에서의 효율적인 동작을 위해 전형적으로 설계된 이온 주입기들이 더 낮은 에너지(예를 들어, kV 미만)에서는 효율적으로 기능하지 않을 수 있다는 것이다. 예를 들어, 낮은 에너지의 도펀트 빔들을 사용하는 하나의 응용은 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor : 상보형 금속-옥사이드 반도체) 제조 시의 극히 얕은 트랜지스터 접합들의 형성이다. 구체적으로, 낮은 에너지의 붕소(boron), 즉, p형 도펀트를 실리콘 웨이퍼들에 주입하는 것이 특히 중요하다.
낮은 에너지에서의 이러한 비효율성은 공간 전하 제한들에 의해 일반적으로 야기된다. 차일드-랭뮤어(Child-Langmuir) 관계식, J~(Z/A)1/2V3 /2/d2는 공간 전하 우위의 빔(space charge dominated beam)의 전류 밀도 제한을 설명한다. 여기서, 이온 빔의 전류 밀도 제한 J는 전하 대 질량 비율(Z/A)의 제곱근(square root) 및 추출 전위(V)의 3/2 제곱에 비례하여 값이 정해진다. 따라서, 더 낮은 빔 에너지(예를 들어, 더 낮은 추출 전위(V))에서는, 더 높은 에너지에서의 동일한 종의 추출과 비교할 경우에 더 작은 이온 전류 밀도가 얻어질 수 있다.
예를 들어, 낮은 에너지의 빔들에서의 공간 전하는 이온들이 빔 라인을 따라 진행함에 따라 빔 단면적("프로파일(profile)")이 더 커지도록("빔 블로우-업(beam blow-up)") 하는 경향이 있다. 빔 프로파일이 주입기의 이송 광학계들이 설계되었던 프로파일을 초과하면, 비네팅(vignetting)을 통한 빔 손실이 발생한다. 예를 들어, 500 eV의 이송 에너지에서, 기존의 이온 주입기들은 전형적으로, 효율적인 상업적 제조를 위한 적절한 붕소 빔 전류를 이송할 수 없다. 웨이퍼 스루풋(throughput)은 낮은 주입 도우즈 레이트(implantation dose rate)로 인해 감소된다.
낮은 에너지의 빔들의 공간 전하 제한을 해소하기 위한 하나의 방법은 요구되는 도펀트를 그 분자 형태로 주입하는 것이다. 예를 들어, 참조를 위해 그 전체가 본 명세서에 통합되는 미국 특허 출원 제11/504,355호 및 제11/342,183호는 분자 이온 주입 방법과, 구체적으로, C2B10H12(카르보란(carborane))으로부터 발생된 C2B10Hx 이온들의 주입을 설명한다. 분자 이온 주입은 더 높은 추출 에너지의 이용을 가능하게 하여, 낮은 에너지의 원자 이온 주입으로부터 얻어진 것과 동등한 주입 깊이를 달성한다. 더 높은 분자 추출 에너지 및 동등한 원자 주입 깊이 사이의 관계는 Emolecule = (분자 질량/원자 질량)× Eequivalent로 표현될 수 있고, Emolecule는 분자 이온의 에너지이고, Eequivalent는 원자 이온만을 이용하여 희망하는 주입 깊이를 달성하기 위해 요구되는 주입 에너지이다. 예를 들어, 원자 B+ 이온들의 이온 전류(I)를 에너지(E)에서 주입하는 대신에, 예를 들어, 카르보란 분자 이온(C2B10H12 +)이 대략 13×E의 에너지 및 0.10×I의 이온 전류에서 주입될 수 있다. 두 접근법들의 궁극적인 주입 깊이 및 도펀트 농도(도우즈(dose))는 일반적으로 동등한 것으로 나타났지만, 분자 주입 기술은 상당한 잠재적인 장점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 카르보란 이온의 이송 에너지는 도우즈가 동등한 붕소 이온의 이송 에너지의 13배이고, 카르보란 전류는 붕소 전류의 1/10이므로, 공간 전하의 힘들은 단원자 붕소 주입과 비교할 경우에 실질적으로 감소될 수 있다.
그러나, IHC 이온 소스(102)를 사용하는 기존의 이온 주입기들은 큰 분자 이온들을 생성함에 있어서 상대적으로 비효율적이다. 예를 들어, B+ 이온들을 발생시키기 위하여, 기존의 이온 소스들에 의해 BF3 기체가 전형적으로 이용되는 반면, 카르보란 이온 C2B10HX +을 발생시키기 위해서는, 카르보란(C2B10H14)이 이용되어야 한다. 카르보란은 20 ℃에서 대략 1 Torr의 상당한 증기압(vapor pressure)을 가지며, 100 ℃에서 용융되고, 750 ℃에서 분해되는 고체 물질이다. C2B10HX +의 효율적인 생성을 위해, 카르보란은 100 ℃ 미만에서 기화되어야 하고, 대부분의 기화된 분자들의 분해를 회피하기 위하여, 그 국소 환경(예를 들어, 챔버 벽 및 챔버 부품들)이 750 ℃ 미만인 이온 소스에서 동작해야 한다. 그러나, IHC 소스들의 동작 온도들은 챔버 본체로부터 가열된 버튼 캐소드(button cathode)까지 전형적으로 800 ℃ 내지 2300 ℃이다. 이 온도들은 BF3의 열 해리(thermal dissociation) 및 그 이후의 B+ 이온 생성을 위해 요구되지만, 이 온도들은 높은 동작 온도들에 의해 용이하게 해리될 수 있는 카르보란 이온들의 생성을 위해서는 도움이 되지 않는다. 부가적으로, 이러한 극도로 높은 온도들은 IHC 이온 소스들의 성능 및 수명을 단축시킨다. 그 결과, IHC 이온 소스들의 성능 열화 및 짧은 수명은 이온 주입기의 생산성을 대폭 감소시킨다.
게다가, 이온 소스 기화기(ion source vaporizer)들은 전형적으로, 이온 소스로부터 기화기로의 복사 가열(radiative heating)로 인해 카르보란에 대해 요구되는 더 낮은 온도에서 신뢰성 있게 동작할 수 없다. 예를 들어, 카르보란 증기가 기화기 공급 라인들의 뜨거운 표면들과 상호작용하므로, 기화기 공급 라인들은 분해된 증기로 인한 침전물들로 용이하게 막힐 수 있다. 따라서, 기존의 이온 소스들은 카르보란 이온 주입과 양립 불가능하다.
전술한 바를 고려하면, 현재의 이온 소스 기술들과 관련된 상당한 문제점들 및 단점들이 존재한다는 것을 이해할 수 있다.
본 발명은 멀티 모드 이온 소스(multimode ion source)를 제공하기 위한 기술들을 구현하는 것을 목적으로 한다.
멀티 모드 이온 소스를 제공하기 위한 기술들이 개시되어 있다. 하나의 특정한 예시적인 실시예에서, 상기 기술들은 제 1 모드가 아크 방전 모드(arc-discharge mode)이고 제 2 모드가 RF 모드인 다수의 모드들에서 동작하는 이온 소스를 포함하는 이온 주입을 위한 장치로서 실현될 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 다른 특징들에 따르면, 상기 장치는 다수의 모드들 사이에서 전환하기 위한 스위치(switch)를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 장치는 이온 소스를 RF 모드에서 동작시키기 위한 RF 전력 공급 장치 및 RF 정확 네트워크를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 이온 소스는 디보란(diborane), 펜타보란(pentaborane), 카르보란(carborane), 옥타보란(octaborane), 데카보란(decaborane), 붕소(boron), 비소(arsenic), 인(phosphorus), 인듐(indium), 게르마늄(germanium), 및 탄소(carbon) 중 적어도 하나에 기초하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 다른 특징들에 따르면, 상기 장치는 캐소드(cathode), 리펠러(repeller), 및 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 장치는 캐소드, 리펠러, 제 1 추가 전극, 및 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 2 추가 전극을 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정한 예시적인 실시예에서, 상기 기술들은 제 1 동작 모드가 아크 방전 모드이고 제 2 동작 모드가 RF 모드인 다수의 동작 모드들을 지원하는 챔버를 포함하는 멀티 모드 이온 소스로서 실현될 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 다른 특징들에 따르면, 상기 멀티 모드 이온 소스는 다수의 모드들 사이에서 전환하기 위한 스위치를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 멀티 모드 이온 소스는 이온 소스를 RF 모드에서 동작시키기 위한 RF 전력 공급 장치 및 RF 정합 네트워크(matching network)를 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 멀티 모드 이온 소스는 디보란, 펜타보란, 카르보란, 옥타보란, 데카보란, 붕소, 비소, 인, 인듐, 게르마늄, 및 탄소 중 적어도 하나에 기초하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 다른 특징들에 따르면, 상기 멀티 모드 이온 소스는 캐소드, 리펠러, 및 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극을 더 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 멀티 모드 이온 소스는 캐소드, 리펠러, 제 1 추가 전극, 및 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 2 추가 전극을 더 포함할 수 있다.
또 다른 특정한 예시적인 실시예에서, 상기 기술들은 아크 방전 모드에 기초하여 이온 소스의 제 1 동작 모드를 제공하는 단계, RF 모드에 기초하여 이온 소스의 제 2 동작 모드를 제공하는 단계, 및 적어도 하나의 스위치를 이용하여 제 1 모드 및 제 2 모드 사이에서 전환하는 단계를 포함하는 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법으로서 실현될 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 다른 특징들에 따르면, 상기 이온 소스는 다수의 모드들 사이에서 전환하기 위한 스위치를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 이온 소스는 이온 소스를 RF 모드에서 동작시키기 위한 RF 전력 공급 장치 및 RF 정합 네트워크를 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 이온 소스는 디보란, 펜타보란, 카르보란, 옥타보란, 데카보란, 붕소, 비소, 인, 인듐, 게르마늄, 및 탄소 중 적어도 하나에 기초하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 다른 특징들에 따르면, 상기 이온 소스는 캐소드, 리펠러, 및 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극을 포함할 수 있다.
이 특정한 예시적인 실시예의 추가적인 특징들에 따르면, 상기 이온 소스는 캐소드, 리펠러, 제 1 추가 전극, 및 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 2 추가 전극을 포함할 수 있다.
본 개시 내용은 지금부터 첨부 도면들에 도시된 바와 같은 그 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 구체적으로 설명될 것이다. 본 개시 내용은 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에서 설명되어 있지만, 본 개시 내용은 그것으로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서의 교시 내용들에 접근하는 당업자들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 본 개시 내용의 범위 내에 속하고 본 개시 내용이 중요한 유용성이 있을 수 있는 다른 이용 분야들뿐만 아니라, 추가적인 구현예들, 변형예들, 및 실시예들을 인식할 것이다.
본 발명에 따르면, 멀티 모드 이온 소스(multimode ion source)를 제공하기 위한 기술들이 구현될 수 있다.
본 개시 내용에 대한 더욱 완전한 이해를 용이하게 하기 위하여, 지금부터 첨부 도면들을 참조하며, 이 도면들에서 유사한 구성요소들은 유사한 번호들로 참조된다. 이 도면들은 본 개시 내용을 한정하는 것으로 해석되는 것이 아니라, 오직 예시를 위한 것이다.
도 1은 기존의 이온 주입기 시스템을 도시한다.
도 2는 기존의 이온 소스를 도시한다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스를 도시한다.
도 4a는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스를 도시한다.
도 4b는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스를 도시한다.
도 1은 기존의 이온 주입기 시스템을 도시한다.
도 2는 기존의 이온 소스를 도시한다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스를 도시한다.
도 4a는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스를 도시한다.
도 4b는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스를 도시한다.
본 개시 내용의 실시예들은 기존의 이온 소스 기술들에 비해 증가된 이온 소스 성능 및 수명뿐만 아니라 더 큰 분자의 이온 주입을 위한 멀티 모드 이온 소스를 제공함으로써 상기 설명된 기술들을 개량한 것이다. 부가적으로, 본 개시 내용의 실시예들은 다양한 예시적인 이온 소스 구성들을 제공한다.
도 3을 참조하면, 본 개시 내용의 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스(300)가 도시되어 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 멀티 모드 이온 소스(300)는 몇 개의 동작 모드들을 가질 수 있다. 이것들은 적어도 아크 방전 모드(예를 들어, 유도 가열 캐소드(IHC) 모드) 및 비-아크 방전 모드(non-arc-discharge mode)(예를 들어, 무선 주파수(RF : radio frequency) 모드)를 포함할 수 있다. 다른 간접 동작 모드 또는 고주파수 동작 모드를 포함하는 다른 다양한 동작 모드들이 제공될 수도 있다. 도 2의 이온 소스(200)와 유사하게, 도 3의 멀티 모드 이온 소스(300)는 도전성 챔버 벽들(214)을 갖는 아크 챔버(202)를 포함할 수 있다. 아크 챔버(202)의 하나의 단부에는, 그 내부에 위치된 텅스텐 필라멘트(204)를 갖는 캐소드(206)가 존재할 수 있다. 텅스텐 필라멘트(204)는 고전류(high current)를 공급할 수 있는 제 1 전력 공급 장치(208)에 결합될 수 있다. 고전류는 텅스텐 필라멘트(204)를 가열하여 전자들의 열이온 방출을 일으킬 수 있다. 제 2 전력 공급 장치(210)는 텅스텐 필라멘트(204)보다 훨씬 더 높은 전위에서 캐소드(206)에 바이어스를 인가할 수 있어서, 방출된 전자들이 캐소드(206)를 향해 가속되어 캐소드(206)를 가열하도록 할 수 있다. 캐소드(206)를 가열하는 것은 캐소드(206)가 전자들을 아크 챔버(202)로 방출하도록 할 수 있다. 제 3 전력 공급 장치(212)는 캐소드(206)에 대해 챔버 벽들(214)에 바이어스를 인가할 수 있어서, 전자들은 높은 에너지에서 아크 챔버로 가속된다. 소스 자석(도시하지 않음)은 아크 챔버(202) 내부에 자기장(B)을 생성하여 활성 전자들을 구속할 수 있고, 아크 챔버(202)의 다른 단부의 리펠러(216)는 캐소드(206)와 동일하거나 유사한 전위에서 바이어스를 인가받아 활성 전자들을 밀어낼 수 있다. 기체 소스(218)는 전구체 이온 주입 종(예를 들어, AsH4, PH4, BF3, 카르보란(C2B10H12))을 아크 챔버(202)로 공급할 수 있다. 활성 전자들은 전구체 이온 주입 종과 상호작용하여 플라즈마(20)를 생성할 수 있다. 그 다음으로, 추출 전극(도시하지 않음)은 이온 주입기(100)에서 이용하기 위한 추출 개구(220)를 통해 플라즈마(20)로부터 이온들(22)을 추출할 수 있다.
그러나, 도 2와 달리, 멀티 모드 이온 소스(300)는 추가적인 전력 공급 장치(322) 및 정합 네트워크(324)를 포함할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 추가적인 전력 공급 장치(322)는 이온 소스 회로 내부에 배치된 무선 주파수(RF) 전력 공급 장치일 수 있다. 예를 들어, RF 전력 공급 장치(322)는 IHC 아크 챔버 전력 공급 장치(212)와 평행하게 배치될 수 있다. 게다가, RF 전력 공급 장치(322)는 IHC 전력 공급 장치들과 동일한 파워 랙(power rack)(도시하지 않음)에 배치될 수도 있다. 정합 네트워크(324)는 RF 전력 공급 장치(322)에 결합되는 RF 정합 네트워크일 수 있다. 하나의 실시예에서, RF 정합 네트워크(324)는 멀티 모드 이온 소스(300)의 리펠러(216)(또는 플래지(flange))에 비교적 근접하게 위치될 수 있다. RF 전력 공급 장치(322) 및 정합 네트워크(324)는 스위치들(326)에 의해 IHC 전력 공급 장치들(208, 210 및 212)에 추가적으로 결합될 수 있어서, 2개의 이온 소스 모드들 사이의 "푸시버튼(pushbutton)" 변환을 가능하게 할 수 있다.
IHC 동작 모드에서, 예를 들어, 스위치(326)들은 "닫힘 상태(closed)" 상태로 되어, 전력 공급 장치들(208, 210 및 212)을 사용가능하게 할 수 있다. 따라서, 멀티 모드 이온 소스(300)는 IHC 필라멘트(204), 바이어스(배선들/회로), 및 전력 공급 장치들(208, 210 및 212)을 이용하여 아크 모드 이온 소스로서 기능하여, 전형적인 이온 주입을 제공할 수 있다. IHC 전력 공급 장치들(208, 210 및 212)로부터의 DC 전류들은 정합 네트워크(234)의 고역-통과 동조 커패시터(high-pass tuning capacitor)들에 의해 효율적으로 차단될 수 있으므로, 정합 네트워크(234)는 IHC 전력 공급 장치들(208, 210 및 212) 및 회로에 접속된 상태로 유지될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
RF 동작 모드에서, 예를 들어, 멀티 모드 이온 소스(300)는 용량 결합 플라즈마(CCP : capacitively coupled plasma) 소스로서 동작할 수 있다. 이 예에서, 전력 공급 장치들(208, 210 및 212)은 멀티 모드 이온 소스(300)로부터 접속해제될 수 있다. 하나의 실시예에서, 전력 공급 장치들(208, 210 및 212)을 접속해제하는 것은 급전된 릴레이(energized relay)를 통해 원격으로 달성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이러한 접속해제는 하나 또는 그 이상의 로컬 스위치들(326)에 의해 제공될 수 있다. 다른 다양한 차단 기술들이 제공될 수도 있다. IHC 부품들이 효율적으로 차단(또는 접속해제)되고 스위치들(326)이 "열림 상태(opened)"로 되면, 추가적인 전력 공급 장치(322)가 캐소드(206) 및 리펠러(216) 모두에 "접속(connected)"되어, 멀티 모드 이온 소스(300)가 개선된 분자 이온 주입을 위한 CCP 소스로서 기능하도록 할 수 있다.
플라즈마 파라미터들은 기체 소스(218)에서의 기체 흐름, 인가된 자기장들(도시하지 않음), 인가된 RF 전력 및 주파수, 및 다른 다양한 성분들을 변경함으로써 조절될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 아크 챔버(202) 내부에 높은 압력이 존재할 경우에 파센 최소값(Paschen minimum)이 전형적으로 발생하므로, 멀티 모드 이온 소스(300)의 다른 곳에서는 임의의 원하지 않는 "이탈(stray)" 플라즈마의 형성이 거의 예상되지 않는다는 것을 인식해야 한다.
RF 모드에서 동작하는 멀티 모드 이온 소스(300)로부터의 플라즈마 밀도는 1e10 내지 1e11 cm-3의 범위일 수 있다. 더 높은 밀도, 예를 들어, ~1e11 cm-3에서는, 대응하는 이온 플럭스(ion flux)가 120 amu에 대해 0.75 mA/cm2일 수 있다. 따라서, 50% C2B10HX +의 이온 분율을 가정하면, 이것은 55 mm×5 mm 추출 개구(220)로부터의 1 mA의 C2B10HX + 이온 전류로 변환될 수 있다.
RF CCP 모드에서 동작하는 멀티 모드 이온 소스(300)의 구체적인 특징은 플라즈마 밀도는 인가된 주파수의 제곱, 예를 들어, n~ω2으로서 값이 정해진다는 것일 수 있다. 그 결과, 더 높은 주파수들에서 동작하는 것은 더 큰 이온 플럭스를 가능하게 할 수 있다. 응용 시에, 대략 1e11 cm-3의 더 높은 플라즈마 밀도는 대략 40 MHz 또는 더 높은 주파수에서 동작하는 RF 전력 공급 장치(322)에 의해 달성될 수 있다. 또한, 소스 자석(도시하지 않음)의 이용은 더 높은 플라즈마 밀도를 달성함에 있어서 도움이 될 수 있다. 그러므로, 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스(300)는 폭 넓게 다양한 종을 이용하여 대략 1 mA의 분자 빔 전류들을 생성하는 것이 가능할 수 있고, 소스 수명의 최소화된 양은 침전물들을 감소시킬 수 있다.
도 3에 도시된 멀티 모드 이온 소스(300)의 구성에 부가하여, 다른 다양한 구성들이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 추가적인 RF 전극들이 포함될 수 있다.
도 4a는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스(400A)의 다른 도면을 도시한다. 이 예에서, 멀티 모드 이온 소스(400A)는 제 1 추가 전극(402)을 포함할 수 있다. 캐소드(206) 및 리펠러(216)와 유사하게, 제 1 추가 전극(402)은 추가적인 전력 공급 장치(322)(예를 들어, RF 전력 공급 장치)에 결합될 수도 있다.
도 4b는 본 개시 내용의 대안적인 실시예에 따른 멀티 모드 이온 소스(400B)의 다른 도면을 도시한다. 이 예에서, 멀티 모드 이온 소스(400B)는 제 1 추가 전극(402) 뿐만 아니라 제 2 추가 전극(404)을 포함할 수 있다. 캐소드(206) 및 리펠러(216)와 유사하게, 제 1 추가 전극(402) 및 제 2 추가 전극(404)은 추가적인 전력 공급 장치(322)(예를 들어, RF 전력 공급 장치)에 결합될 수도 있다.
제 1 추가 전극(402) 및 제 2 추가 전극(404)의 각각은 기존의 전극들(예를 들어, 캐소드(206) 및 리펠러(216))와 유사할 수 있다. 그러나, 하나의 실시예에서, 제 1 추가 전극(402) 및 제 2 추가 전극(404)은 면적이 더 클 수 있다. 다른 다양한 기하구조 형상들 및 치수들이 제공될 수도 있다.
멀티 모드 이온 소스(400A, 400B)에서 이 여분의 전극들(예를 들어, 제 1 추가 전극(402) 및/또는 제 2 추가 전극(404))을 가지는 것은 RF 모드에서 동작할 경우에 플라즈마 더 많은 전극 면적에 노출되도록 할 수 있다. 전극 면적에 있어서의 이러한 증가는 소스 체적으로 더 큰 인가된 전력 밀도를 제공할 수 있고 더 높은 분자 빔 전류들을 제공할 수 있다. 부가적으로, 더욱 균일한 플라즈마가 추출 개구(220)의 전체 길이에 걸쳐 형성될 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 4개의 RF 전극들(예를 들어, 캐소드(206), 리펠러(216), 제 1 추가 전극(402), 및 제 2 추가 전극(404))의 구속 효과는 멀티 모드 이온 소스(400B)가 중공 캐소드 방전 모드(hollow cathode discharge mode)에서 동작하도록 할 수 있다.
제 1 추가 전극(402) 및/또는 제 2 추가 전극(404)과 같은 용량 결합 전극들은 음(negative)의 자체 DC 바이어스(self DC bias)를 얻을 수도 있다. 이 음의 바이어스는 플라즈마 전자들을 방전 체적 내에 구속할 수 있고, 이에 따라 이온화 속도 및 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 멀티 모드 이온 소스들이 RF 모드 또는 다른 고주파수 모드에서 동작되지 않을 경우, 제 1 추가 전극(402) 및/또는 제 2 추가 전극(404)이 접지될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
본 개시 내용의 실시예들은 유도 가열 캐소드(IHC) 모드 및 무선 주파수(RF) 모드에서 동작하는 멀티 모드 이온 소스들에 관한 것이지만, 다른 다양한 동작 모드들이 마찬가지로 제공될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 이것은 중공 캐소드 방전 모드, 유도 결합 플라즈마 모드, 마이크로파(microwave) 플라즈마 모드, 저온 플라즈마 캐소드 모드(cold plasma cathode mode) 등과 같은 다른 아크 방전 및 비-아크 방전 동작 모드들을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시 내용의 실시예들은 카르보란을 이용하여 설명되고 있지만, 다른 주입 종이 제공될 수도 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 디보란, 펜타보란, 데카보란, 및 옥타데카보란(octadecaborane)과 같은 기체들이 분자 이온 빔을 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 부가적으로, 아르신(arsine), 포스핀(phosphine), 기화된 인듐 할라이드들(vaporized indium halides), 게르마늄 할라이드들(예를 들어, GeF3), 및 붕소 할라이드들(예를 들어, BF3, BCl3)과 같은 기체들이 원자 및/또는 분자 이온들을 발생시키기 위해 이용될 수도 있다.
또한, 개시된 실시예들은 몇 개의 동작 모드들을 제공할 뿐만 아니라, 이 다양한 모드들은 그렇지 않을 경우에 용이하게 제공되지 않을 추가적인 주입 맞춤방식(implantation customization)들을 제공할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 하나의 멀티 모드 이온 소스는 특수한 순서(예를 들어, 특정 주입 레시피(recipe))로 다양한 모드들에서 동작하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 이 처리에서 다양한 분자 이온들 및/또는 원자 이온들을 이용하는 것에 부가하여, 몇 개의 동작 모드들을 이용하는 것은 특수한 사용자의 임의의 특정한 주입 요구에 맞추어진 맞춤형 이온 주입 순서를 제공할 수 있다. 다른 다양한 실시예들이 제공될 수도 있다.
본 개시 내용은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되지 않는다. 실제로, 본 명세서에서 개시된 것들에 부가하여, 본 개시 내용의 다른 다양한 실시예들 및 본 개시 내용에 대한 변형예들은 상기한 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 변형예들은 본 개시 내용의 범위 내에 속하도록 의도된 것이다. 또한, 본 개시 내용은 특수한 목적을 위한 특수한 환경에서 특수한 구현예를 고려하여 본 명세서에서 설명되었지만, 당업자들은 그 유용성이 그것으로 제한되지 않고 본 개시 내용이 임의의 수의 목적들을 위해 임의의 수의 환경들에서 유리하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 기재된 청구범위는 본 명세서에서 개시된 바와 같은 본 개시 내용의 완전한 범위 및 취지를 고려하여 해석되어야 한다.
Claims (18)
- 제 1 모드가 아크 방전 모드(arc-discharge mode)이고 제 2 모드가 RF 모드인 다수의 모드들에서 동작하는 이온 소스;
RF 전력 공급장치;
캐소드(cathode);
리펠러(repeller); 및
더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극을 포함하며,
상기 캐소드, 상기 리펠러 및 상기 제 1 추가 전극이 상기 RF 전력 공급장치에 연결되는, 이온 주입을 위한 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 다수의 모드들 사이에서 전환하기 위한 스위치를 더 포함하는, 이온 주입을 위한 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스를 상기 RF 모드에서 동작시키기 위한 RF 정합 네트워크를 더 포함하는, 이온 주입을 위한 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스는 디보란(diborane), 펜타보란(pentaborane), 카르보란(carborane), 옥타데카보란(octadecaborane), 데카보란(decaborane), 붕소(boron), 비소(arsenic), 인(phosphorus), 인듐(indium), 게르마늄(germanium), 및 탄소(carbon) 중 적어도 하나에 기초하여 플라즈마를 발생시키는, 이온 주입을 위한 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 2 추가 전극을 더 포함하며, 상기 제 2 추가 전극은 상기 RF 전력 공급장치에 연결되는, 이온 주입을 위한 장치. - 제 1 동작 모드가 아크 방전 모드이고 제 2 동작 모드가 RF 모드인 다수의 동작 모드들을 지원하는 챔버;
필라멘트 및 캐소드를 포함하는 간접 가열식 캐소드;
리펠러; 및
RF 전력 공급장치를 포함하며,
상기 RF 전력 공급장치는 상기 캐소드 및 상기 리펠러에 연결되는, 멀티 모드 이온 소스. - 청구항 7에 있어서,
상기 다수의 동작 모드들 사이에서 전환하기 위한 스위치를 더 포함하는, 멀티 모드 이온 소스. - 청구항 7에 있어서,
상기 이온 소스를 상기 RF 모드에서 동작시키기 위한 RF 정합 네트워크를 더 포함하는, 멀티 모드 이온 소스. - 청구항 7에 있어서,
상기 이온 소스는 디보란, 펜타보란, 카르보란, 옥타데카보란, 데카보란, 붕소, 비소, 인, 인듐, 게르마늄, 및 탄소 중 적어도 하나에 기초하여 플라즈마를 발생시키는, 멀티 모드 이온 소스. - 청구항 7에 있어서,
더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극을 더 포함하며, 상기 제 1 추가 전극은 상기 RF 전력 공급장치에 연결되는, 멀티 모드 이온 소스. - 청구항 7에 있어서,
더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극 및 제 2 추가 전극을 더 포함하며, 상기 제 1 추가 전극 및 상기 제 2 추가 전극은 상기 RF 전력 공급장치에 연결되는, 멀티 모드 이온 소스. - 아크 방전 모드에 기초하여 이온 소스의 제 1 동작 모드를 제공하는 단계로서, 상기 이온 소스는 필라멘트, 캐소드를 포함하는 간접 가열식 캐소드, 및 상기 캐소드에 대향되는 리펠러를 포함하며, 상기 제 1 동작 모드는 상기 필라멘트에 전류를 공급하는 것을 포함하는, 단계;
RF 모드에 기초하여 상기 이온 소스의 제 2 동작 모드를 제공하는 단계로서, RF 전력 공급장치가 상기 캐소드 및 상기 리펠러에 연결되며, 상기 제 2 모드는 용량 결합 플라즈마 소스로서 동작하기 위하여 상기 캐소드 및 상기 리펠러를 급전(energize)하기 위해 상기 RF 전력 공급장치를 사용하는 것을 포함하는, 단계; 및
적어도 하나의 스위치를 이용하여 상기 제 1 모드 및 상기 제 2 모드 사이에서 전환하는 단계를 포함하는, 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 이온 소스는 상기 다수의 동작 모드들 사이에서 전환하기 위한 스위치를 포함하는, 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 이온 소스는 상기 이온 소스를 상기 RF 모드에서 동작시키기 위한 RF 정합 네트워크를 포함하는, 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 이온 소스는 디보란, 펜타보란, 카르보란, 옥타데카보란, 데카보란, 붕소, 비소, 인, 인듐, 게르마늄, 및 탄소 중 적어도 하나에 기초하여 플라즈마를 발생시키는, 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 이온 소스는 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극을 포함하며, 상기 RF 전력 공급장치는 상기 제 2 모드에서 상기 제 1 추가 전극에 급전하는, 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 이온 소스는 더 큰 전극 면적을 제공하기 위한 제 1 추가 전극, 및 제 2 추가 전극을 포함하며, 상기 RF 전력 공급장치는 상기 제 2 모드에서 상기 제 1 추가 전극 및 상기 제 2 추가 전극에 급전하는, 다수의 모드들에서의 이온 주입을 위한 방법.
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