KR101616471B1 - 장애 조건하에서 균일한 선량 주입을 수행하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
이온 주입 시스템(100) 및 관련 방법은 리본 형상 이온 빔(110) 내로 연필 형상 이온 빔을 스캔하도록 구성된 스캐너, 및 제 1 방향을 가진 리본 형상 이온 빔을 수신하고 제 2 방향으로 이동하도록 상기 리본 형상 이온 빔을 벤딩하도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트(112)를 포함한다. 시스템은 빔 벤딩 엘리먼트의 하류에 위치된 엔드 스테이션을 더 포함하고, 엔드 스테이션(102)은 제 2 방향으로 이동하는 리본 형상 이온 빔을 수신하도록 구성되며, 상기 이온 빔의 주입을 위해 작업물을 고정하도록 더 구성된다. 또한, 시스템은 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치되는 빔 전류 측정 시스템(122, 124, 106)을 포함한다.
Description
본 출원에서 전체적으로 설명됐을지라도 그 전체가 본 출원에서 참조된 발명의 명칭이 "SYSTEM AND METHOD OF PERFORMING UNIFORM DOSE IMPLANTATION UNDER ADVERSE CONDITIONS"이고, 2008년 5월 1일 출원된 일련번호 61/049,717호에 대한 우선권 및 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 장애 조건 하에서, 예를 들어 포토레지스트 코팅된 작업물들/웨이퍼들 상에 주입하는 동안 대량의 가스배출 조건 하에서 선량 측정(dosimetry) 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 장애 조건 하에서, 예를 들어 포토레지스트 코팅된 작업물들/웨이퍼들 상에 주입하는 동안 대량의 가스배출 조건 하에서 선량 측정(dosimetry) 제어를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치들의 제조에서, 이온 주입은 반도체들에 불순물들을 도핑하는데 사용된다. 이온 빔 주입기는 집적 회로의 제조시에 N 또는 P 타입 외부 물질 도핑을 생성하거나 패시베이션 층을 형성하도록 하기 위해, 이온 빔으로 실리콘 웨이퍼들을 처리하는데 사용된다. 도핑 반도체에 사용된 경우, 이온 빔 주입기는 선택된 이온 종을 삽입하여 목표된 외부 물질을 생성한다. 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소스 물질들로부터 발생된 이온을 주입하는 것은 "N 타입" 외부 물질 웨이퍼들이 되는 반면, "P 타입" 외부 물질 웨이퍼들이 목표된다면, 붕소, 갈륨 또는 인듐과 같은 소스 물질들에 의해 발생된 이온들이 주입될 수 있다.
전형적인 이온 빔 주입기들은 이온화 가능한 소스 물질들로부터 양으로 하전된 이온들을 발생시키기 위한 이온 소스를 포함한다. 발생된 이온들은 빔으로 형성되어 미리 결정된 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 지향된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스와 주입 스테이션 사이에 연장하는 빔 형성 및 성형 구조물들(beam forming and shaping structures)을 포함할 수 있다. 빔 형성 및 성형 구조물들은 이온 빔을 유지하고, 세장형 내부 캐비티 또는 빔이 주입 스테이션으로 도중에 통과하는 통로를 한정한다. 주입기를 작동시킬 때, 이러한 통로는 전형적으로 가스 분자들과 충돌의 결과로 이온들이 미리 결정된 빔 경로로부터 편향되는 가능성을 감소시키도록 배기(evacuated)된다.
선량 측정은 웨이퍼 또는 작업물에 주입된 이온들의 측정이다. 주입 이온들의 조사 적량을 제어하는데 있어서, 주입을 동적으로 조절하여서 주입된 작업물 내의 균일성을 달성할 수 있도록 폐루프 피드백 제어 시스템이 전형적으로 활용된다. 이러한 제어 시스템들은 작업물의 느린 스캔 속도를 제어하기 위해 실시간 전류 모니터링을 활용한다. 패러데이 디스크 또는 패러데이 컵은 주기적으로 빔 전류를 측정하고 느린 스캔 속도를 조절하여서 일정한 선량 주입(dosing)을 보장한다. 빈번한 측정은 선량 제어 시스템이 빔 전류에서의 변화들에 빠르게 응답하게 한다. 패러데이 컵은 작업물에 가깝게 위치되어, 실제로 작업물들에 선량을 주입하는 빔 전류에 민감하게 만든다.
선량 측정 시스템의 목적은 작업물에 전달되고 있는 도펀트의 양을 아는 것이고, 이온 주입 어플리케이션들에서, 이는 전기 전류(즉, 빔 전류)를 측정함으로써 이루어진다. 모든 도펀트 입자들이 동일한 전하 값 q를 가진다면, 초당 웨이퍼로 전달된 도펀트 입자들의 수 "n"은 간단하게 특정된 전기 전류(빔 전류) "I"(amps)에 의해 다음과 같이 주어진다 :
n = i / (qe)
e는 약 1.6 X 10-19 쿨롱인 전자 전하값이다. 일반적으로 모든 이온들은 동일한 전하값을 가지며 전하값, q는 단일 정수이다. 이온 빔이 (전하값이 0인 중성입자들을 포함하는) 상이한 전하 상태들의 이온들로 구성된다면, q는 그 전하 상태 분포를 이용한 전하 값들의 가중 평균이며 위에 제공된 간단한 관계는 더이상 유지되지 않는다. 이온 빔의 전하 상태 분포가 (아래에 좀 더 상세하게 기술될 전하 교환 반응에 의해) 변화할 수 있고 측정하기 매우 어렵기 때문에, 특히 (어떠한 전기적 방법들로도 측정될 수 없는) 상당 부분의 중성 원자들의 큰 부분을 포함할 수 있기 때문에, 처음 의도된 단일 값에서 이온 빔의 전하값을 유지하는데 실질적인 노력이 이루어진다.
그러나, 일부 프로세스들은 이온들의 그 초기 전하값 변화를 유발하는데, 이러한 프로세스를 전하 교환 반응(charge exchange reaction)이라고 한다. 고속 이온이 다른 분자 또는 원자와 가깝게 근접한 경우, 이온은 분자 또는 원자로부터 전자를 가져올 수 있거나(즉, 전자 "줍기"(picking up) 반응), 또는 분자 또는 원자에 전자를 떼어 놓을 수 있다(즉, 전하 벗기기(charge stripping) 반응). 전자의 반응은 이온 전하의 값을 1만큼 감소시키는데, 예를 들어 단일 하전 이온은 중성, 즉 전기적으로 중성 원자가 된다. 후자는 이온 전하의 값을 1만큼 증가시키는데, 예를 들어 단일 하전 이온이 이중 하전 이온이 된다.
이온 주입 시스템에서, 높은 정도의 진공, 전형적으로 1 X 10-6 torr미만에서 이온들의 전체 경로를 유지함으로써, 이들 전하 교환 반응들의 빈번한 발생을 방지하는데 노력이 기울여진다. 그러나, 반도체 제조를 다루는 많은 이온 주입 어플리케이션들에서, 작업물, 반도체 웨이퍼는 특정 영역들을 마스크하여서 웨이퍼의 목표된 부분에만 선택적으로 도핑되도록 포토레이스트로 불리는 얇은 유기질 필름에 의해 부분적으로 커버된다. 고속 이온들이 웨이퍼 상의 포토레지스트 층에 충돌할 때, 유기질 필름에서 분자 결합들의 일부가 끊어지고 배출된 원자들의 일부가 가스, 가장 가능하게 수소 가스를 형성한다. 배출된 가스의 양은 상당할 수 있고, 이는 이온 빔 경로에서의 진공 레벨이 저하되도록 하는데, 극단적인 경우 이온 빔에서 이온들의 거의 50 %가 전하 교환 반응을 겪을 수 있다.
각 전하 교환 반응에 대해, 잔여 원자들의 단위 밀도 하에서 반응의 발생의 확률을 설명하는 반응 단면적라는 값이 있다. 반응 단면적은 면적의 차원으로 주어지며(그 이름에서 알 수 있듯이, 보통 cm2), 그 값은 이온 속도, 이온 전하 값, 이온 질량 및 잔류 가스 원자에 의해 넓은 범위에서 변한다. 이온 전하를 x에서 y로 변화시키는 반응에 대해, 전하 교환 단면적, σxy의 값을 나타낸다면, 가스 층을 통과한 후에 최초 전하 x에서 최종 전하 값 y 까지 전하 값을 변화시켰던 이온 빔의 분율은 다음과 같이 주어진다:
여기서 p는 torr단위의 진공 압력이며, L은 cm 단위의 통과 길이이다. 최초 전하 상태 x의 분율은 다음과 같이 주어진다:
그리고 우변에서 두번째 항은 전자 "줍기" 반응("pick up" reactions)에 대한 것인 반면, 세번째 항은 벗기기 반응(stripping reactions)에 대한 것이다.
최종 전하의 분율(fy)을 사용하여, 가스층의 통과후에 평균 전하 값을 계산할 수 있다:
실용적인 목적을 위해, 0 내지 3 사이의 값들로 최종 전하 상태들을 제한할 수 있다. 예를 들어, +1(x=1)의 출발 이온 전하의 경우에는 다음과 같이 주어진다,
또한, 이온 빔 에너지가 충분히 낮아서 모든 벗기기 반응이 무시할 수 있을 정도로 작으며(σ12
σ13 
0) 오직 전하 교환 반응만이 전자 줍기인 경우, 공식은 매우 단순해진다:
이러한 단순화된 예제 경우, 도펀트 원자들의 수 "n"에 대한 공식은 측정된 빔 전류 i에 의해 주어진다:
즉, 도펀트 원자의 수는 동일한 빔 전류에 대해 1/(1- f0)만큼 증가된다.
위의 예제는 측정된 전기 빔 전류로부터 도펀트의 실제 수를 얻기 위해, 알기 매우 어려운 f0, 전하 교환 이온들의 분율을 알아야 함을 보여준다.
도 1은 선량 측정 제어를 위해 압력 보상을 채용하는 종래의 이온 주입 시스템을 도시한다. 이온 빔(9)은 이온 소스에서 나와서, 질량 분석기(3)에 의해 질량이 분석되며, 이후 일 예시에서, 위에 복수의 작업물들(6)을 포함하는 배치 시스템(batch system)인 엔드 스테이션(5)을 향해 지향된다. 패러데이 컵(7)은 디스크 상의 슬릿(8)을 통해 엔드 시스템 바로 뒤의 웨이퍼들에 도달하는 이온 빔을 측정한다. 디스크에 도착하는 도펀트 입자의 수가 차례로 빔 경로에서의 압력에 의존하는 계수 f0를 포함하는 위의 공식을 이용하여 패러데이(7)에서 측정된 빔 전류로부터 계산되어야 하기 때문에, 이러한 방법은 프로세스 챔버에 위치된 이온 게이지(16)에 의해 측정된 순간 압력에 의해 측정된 빔 전류에 대한 경험적인 수정을 사용한다.
이러한 방법에서, 빔 전류와 웨이퍼 상의 원자들의 개수 사이의 비례 계수는 각 주입 "레시피(recipe)", 즉 : 이온 빔 에너지, 질량, 전하 값, 빔 전류 및 주입의 총 선량 레벨(total dose level)에 따라, 각 주입 조건에 대해 경험적으로 결정된다. 이러한 압력 보상(p-comp) 방법의 단점은 경험적 계수가 실제 주입 이전에 각 주입 레시피에 대해 결정되어져야 하고 상기 계수가 오랫동안 변하지 않고 유지되도록 노력을 기울여야 한다는 것이다. 이러한 종래 기술 해결책에 대한 다른 문제는 압력과 선량 사이의 가정된 함수적 근사치가 더 높은 압력에서 지킬 수 없게 되는 경향이 있는 것이다. 이러한 문제로 인해, 일부 사용자들은 이것이 생산성에 부정적으로 영향을 미친다고 할지라도 근사치가 유효하게 유지되도록 빔 전류를 제한한다.
따라서, 선량 측정 제어를 수행하기 위한 개선된 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
전형적인 이온 빔 주입기들은 이온화 가능한 소스 물질들로부터 양으로 하전된 이온들을 발생시키기 위한 이온 소스를 포함한다. 발생된 이온들은 빔으로 형성되어 미리 결정된 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 지향된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스와 주입 스테이션 사이에 연장하는 빔 형성 및 성형 구조물들(beam forming and shaping structures)을 포함할 수 있다. 빔 형성 및 성형 구조물들은 이온 빔을 유지하고, 세장형 내부 캐비티 또는 빔이 주입 스테이션으로 도중에 통과하는 통로를 한정한다. 주입기를 작동시킬 때, 이러한 통로는 전형적으로 가스 분자들과 충돌의 결과로 이온들이 미리 결정된 빔 경로로부터 편향되는 가능성을 감소시키도록 배기(evacuated)된다.
선량 측정은 웨이퍼 또는 작업물에 주입된 이온들의 측정이다. 주입 이온들의 조사 적량을 제어하는데 있어서, 주입을 동적으로 조절하여서 주입된 작업물 내의 균일성을 달성할 수 있도록 폐루프 피드백 제어 시스템이 전형적으로 활용된다. 이러한 제어 시스템들은 작업물의 느린 스캔 속도를 제어하기 위해 실시간 전류 모니터링을 활용한다. 패러데이 디스크 또는 패러데이 컵은 주기적으로 빔 전류를 측정하고 느린 스캔 속도를 조절하여서 일정한 선량 주입(dosing)을 보장한다. 빈번한 측정은 선량 제어 시스템이 빔 전류에서의 변화들에 빠르게 응답하게 한다. 패러데이 컵은 작업물에 가깝게 위치되어, 실제로 작업물들에 선량을 주입하는 빔 전류에 민감하게 만든다.
선량 측정 시스템의 목적은 작업물에 전달되고 있는 도펀트의 양을 아는 것이고, 이온 주입 어플리케이션들에서, 이는 전기 전류(즉, 빔 전류)를 측정함으로써 이루어진다. 모든 도펀트 입자들이 동일한 전하 값 q를 가진다면, 초당 웨이퍼로 전달된 도펀트 입자들의 수 "n"은 간단하게 특정된 전기 전류(빔 전류) "I"(amps)에 의해 다음과 같이 주어진다 :
n = i / (qe)
e는 약 1.6 X 10-19 쿨롱인 전자 전하값이다. 일반적으로 모든 이온들은 동일한 전하값을 가지며 전하값, q는 단일 정수이다. 이온 빔이 (전하값이 0인 중성입자들을 포함하는) 상이한 전하 상태들의 이온들로 구성된다면, q는 그 전하 상태 분포를 이용한 전하 값들의 가중 평균이며 위에 제공된 간단한 관계는 더이상 유지되지 않는다. 이온 빔의 전하 상태 분포가 (아래에 좀 더 상세하게 기술될 전하 교환 반응에 의해) 변화할 수 있고 측정하기 매우 어렵기 때문에, 특히 (어떠한 전기적 방법들로도 측정될 수 없는) 상당 부분의 중성 원자들의 큰 부분을 포함할 수 있기 때문에, 처음 의도된 단일 값에서 이온 빔의 전하값을 유지하는데 실질적인 노력이 이루어진다.
그러나, 일부 프로세스들은 이온들의 그 초기 전하값 변화를 유발하는데, 이러한 프로세스를 전하 교환 반응(charge exchange reaction)이라고 한다. 고속 이온이 다른 분자 또는 원자와 가깝게 근접한 경우, 이온은 분자 또는 원자로부터 전자를 가져올 수 있거나(즉, 전자 "줍기"(picking up) 반응), 또는 분자 또는 원자에 전자를 떼어 놓을 수 있다(즉, 전하 벗기기(charge stripping) 반응). 전자의 반응은 이온 전하의 값을 1만큼 감소시키는데, 예를 들어 단일 하전 이온은 중성, 즉 전기적으로 중성 원자가 된다. 후자는 이온 전하의 값을 1만큼 증가시키는데, 예를 들어 단일 하전 이온이 이중 하전 이온이 된다.
이온 주입 시스템에서, 높은 정도의 진공, 전형적으로 1 X 10-6 torr미만에서 이온들의 전체 경로를 유지함으로써, 이들 전하 교환 반응들의 빈번한 발생을 방지하는데 노력이 기울여진다. 그러나, 반도체 제조를 다루는 많은 이온 주입 어플리케이션들에서, 작업물, 반도체 웨이퍼는 특정 영역들을 마스크하여서 웨이퍼의 목표된 부분에만 선택적으로 도핑되도록 포토레이스트로 불리는 얇은 유기질 필름에 의해 부분적으로 커버된다. 고속 이온들이 웨이퍼 상의 포토레지스트 층에 충돌할 때, 유기질 필름에서 분자 결합들의 일부가 끊어지고 배출된 원자들의 일부가 가스, 가장 가능하게 수소 가스를 형성한다. 배출된 가스의 양은 상당할 수 있고, 이는 이온 빔 경로에서의 진공 레벨이 저하되도록 하는데, 극단적인 경우 이온 빔에서 이온들의 거의 50 %가 전하 교환 반응을 겪을 수 있다.
각 전하 교환 반응에 대해, 잔여 원자들의 단위 밀도 하에서 반응의 발생의 확률을 설명하는 반응 단면적라는 값이 있다. 반응 단면적은 면적의 차원으로 주어지며(그 이름에서 알 수 있듯이, 보통 cm2), 그 값은 이온 속도, 이온 전하 값, 이온 질량 및 잔류 가스 원자에 의해 넓은 범위에서 변한다. 이온 전하를 x에서 y로 변화시키는 반응에 대해, 전하 교환 단면적, σxy의 값을 나타낸다면, 가스 층을 통과한 후에 최초 전하 x에서 최종 전하 값 y 까지 전하 값을 변화시켰던 이온 빔의 분율은 다음과 같이 주어진다:
여기서 p는 torr단위의 진공 압력이며, L은 cm 단위의 통과 길이이다. 최초 전하 상태 x의 분율은 다음과 같이 주어진다:
그리고 우변에서 두번째 항은 전자 "줍기" 반응("pick up" reactions)에 대한 것인 반면, 세번째 항은 벗기기 반응(stripping reactions)에 대한 것이다.
최종 전하의 분율(fy)을 사용하여, 가스층의 통과후에 평균 전하 값을 계산할 수 있다:
실용적인 목적을 위해, 0 내지 3 사이의 값들로 최종 전하 상태들을 제한할 수 있다. 예를 들어, +1(x=1)의 출발 이온 전하의 경우에는 다음과 같이 주어진다,
또한, 이온 빔 에너지가 충분히 낮아서 모든 벗기기 반응이 무시할 수 있을 정도로 작으며(σ12
이러한 단순화된 예제 경우, 도펀트 원자들의 수 "n"에 대한 공식은 측정된 빔 전류 i에 의해 주어진다:
즉, 도펀트 원자의 수는 동일한 빔 전류에 대해 1/(1- f0)만큼 증가된다.
위의 예제는 측정된 전기 빔 전류로부터 도펀트의 실제 수를 얻기 위해, 알기 매우 어려운 f0, 전하 교환 이온들의 분율을 알아야 함을 보여준다.
도 1은 선량 측정 제어를 위해 압력 보상을 채용하는 종래의 이온 주입 시스템을 도시한다. 이온 빔(9)은 이온 소스에서 나와서, 질량 분석기(3)에 의해 질량이 분석되며, 이후 일 예시에서, 위에 복수의 작업물들(6)을 포함하는 배치 시스템(batch system)인 엔드 스테이션(5)을 향해 지향된다. 패러데이 컵(7)은 디스크 상의 슬릿(8)을 통해 엔드 시스템 바로 뒤의 웨이퍼들에 도달하는 이온 빔을 측정한다. 디스크에 도착하는 도펀트 입자의 수가 차례로 빔 경로에서의 압력에 의존하는 계수 f0를 포함하는 위의 공식을 이용하여 패러데이(7)에서 측정된 빔 전류로부터 계산되어야 하기 때문에, 이러한 방법은 프로세스 챔버에 위치된 이온 게이지(16)에 의해 측정된 순간 압력에 의해 측정된 빔 전류에 대한 경험적인 수정을 사용한다.
이러한 방법에서, 빔 전류와 웨이퍼 상의 원자들의 개수 사이의 비례 계수는 각 주입 "레시피(recipe)", 즉 : 이온 빔 에너지, 질량, 전하 값, 빔 전류 및 주입의 총 선량 레벨(total dose level)에 따라, 각 주입 조건에 대해 경험적으로 결정된다. 이러한 압력 보상(p-comp) 방법의 단점은 경험적 계수가 실제 주입 이전에 각 주입 레시피에 대해 결정되어져야 하고 상기 계수가 오랫동안 변하지 않고 유지되도록 노력을 기울여야 한다는 것이다. 이러한 종래 기술 해결책에 대한 다른 문제는 압력과 선량 사이의 가정된 함수적 근사치가 더 높은 압력에서 지킬 수 없게 되는 경향이 있는 것이다. 이러한 문제로 인해, 일부 사용자들은 이것이 생산성에 부정적으로 영향을 미친다고 할지라도 근사치가 유효하게 유지되도록 빔 전류를 제한한다.
따라서, 선량 측정 제어를 수행하기 위한 개선된 시스템 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
다음은 본 발명의 하나 이상의 양태들의 기본적인 이해를 돕도록 단순 요약을 제공한다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니며, 본 발명의 키 또는 중요 요소들을 식별할 의도도 아니며, 또한 발명의 범주를 기술하기 위한 것도 아니다. 오히려, 요약의 주요 목적은 이후 제공되는 좀 더 상세한 설명에 대한 도입으로서 간단화된 형태로 본 발명의 일부 개념들을 제공하기 위한 것이다.
이온 주입 시스템은 제공되며, 리본 형상 이온 빔으로 연필 형상 이온 빔을 스캔하도록 구성된 스캐너, 및 제 1 방향을 가진 리본 형상 이온 빔을 수신하고 그리고 리본 형상 이온 빔을 벤딩하여서 제 2 방향으로 이동 시키도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트를 포함한다. 시스템은 빔 벤딩 엘리먼트의 하류에 위치된 엔드 스테이션을 더 포함하고, 엔드 스테이션은 제 2 방향으로 이동하는 리본 형상 이온 빔을 수신하도록 구성되며, 주입을 위해 작업물을 고정하도록 더 구성된다. 시스템은 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치되는 빔 전류 측정 시스템을 또한 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 시스템은 빔 전류 측정 시스템으로부터 측정된 빔 전류를 수신하여서 이온 빔의 너비에 대체로 직교하는 방향으로 엔드 스테이션 상에 작업물의 스캐닝을 제어하도록 구성된 선량 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 양태에서, 빔 전류 측정 시스템은 입구에 하나 이상의 슬릿들을 가진 패러데이 컵을 포함하고, 상기 하나 이상의 슬릿들은 패러데이 컵의 축선을 중심으로 미리 결정된 각도 범위까지 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하도록 작동한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 시스템은 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하는 것을 선택적으로 금지하도록 구성된, 패러데이 컵과 작동가능하게 연계된 게이트를 더 포함한다. 일 실시예에서 게이트는 패러데이 컵이 스캐너의 스캐닝 전압에 따라 빔 전류를 기록하는 것을 선택적으로 금지하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 게이트는 스캔된 이온 빔이 그 입구에서 하나 이상의 슬릿들을 가로질러 스윕할 경우 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하고, 그렇지 않은 경우 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하는 것을 금지하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 리본 형상 이온 빔은 이온 빔의 너비 방향을 따라 에지들을 포함하고, 그리고 상기 빔 전류 측정 시스템이 2 개의 패러데이 컵을 포함하며, 상기 2 개의 패러데이 컵 각각은 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 각 에지들에 위치된다. 선량 측정 제어 시스템은 상기 2 개의 패러데이 컵들로부터 측정된 빔 전류들을 함께 수신하여 평균내도록 구성되고 상기 이온 빔의 너비에 대체로 직교하는 방향으로 상기 엔드 스테이션 상의 작업물의 스캐닝을 제어하도록 구성된다.
발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 엔드 스테이션은 그 내부의 진공을 달성하도록 작동가능하게 연계된 진공 펌프를 가진 프로세스 챔버에 존재한다. 또한, 빔 벤딩 엘리먼트가 자석 챔버에 존재한다. 시스템은 또한 자석 챔버 내로 엔드 스테이션 상의 작업물로부터의 배출가스의 유입을 감소시키도록 더 구성된 자석 챔버 및 프로세스 챔버를 함께 커플링되도록 구성된 컨덕턴스 제한기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이온 주입 시스템에서 선량 측정(dosimetry) 제어를 수행하는 방법은 빔 벤딩 엘리먼트를 사용하여 리본 형상 이온 빔을 벤딩시키는 단계, 및 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 측정된 상기 이온 빔 전류에 따라 리본 형상 이온 빔에 대해 작업물의 스캐닝을 제어하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 빔 전류를 측정하는 단계는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 패러데이 컵을 위치시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 패러데이 컵의 축을 중심으로 미리 결정된 각도까지 패러데이 컵에 의해 수신된 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 리본 형상 이온 빔은 이온 빔의 너비 방향을 따라 에지들을 포함하며, 상기 방법은 빔 전류를 측정하는 단계를 포함하고 이는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 리본 형상 이온 빔의 각 에지에 패러데이 컵을 위치시키는 단계를 포함한다. 패러데이 컵으로부터 측정된 빔 전류들은 이후 평균되며, 상기 방법은 이후 평균 빔 전류에 따라 작업물의 스캐닝을 제어하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 방법은 리본 형상 이온 빔을 벤딩하기 이전에 리본 형상 이온 빔 내로 연필 형상 빔을 스캐닝하는 단계, 및 리본 형상 이온 빔 내로의 연필 형상 이온 빔의 스캐닝에 따라 패러데이 컵이 빔 전류 측정을 기록하는 것을 선택적으로 금지하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 선택적으로 금지하는 단계는 스캐닝된 이온 빔이 상기 패러데이 컵을 가로질러 스윕할 경우, 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하게 하고, 그렇지 않은 경우 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 금지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 작업물은 프로세스 챔버 내에 엔드 스테이션에 존재하고, 빔 벤딩 엘리먼트는 자석 챔버에 존재한다. 이러한 예에서 상기 방법은 작업물로부터 자석 챔버 내로 배출가스의 유출을 감소시키도록 구성된 컨덕턴스 제한기에 의해 프로세스 챔버를 자석 챔버에 커플링하는 단계를 포함한다.
전술된 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이후 청구범위를 완전히 기술하고 특정적으로 지적하는 특징을 포함한다. 다음 설명 및 첨부되 도면은 본 발명의 특정 도시적 양태들을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 양태들은 본 발명의 원리들이 채용될 수 있는 단지 약간의 다양한 방법을 나타낸다. 본 발명의 다른 양태들, 장점들 및 신규한 특징들은 도면들과 관련되어 고려될 때 하기의 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이온 주입 시스템은 제공되며, 리본 형상 이온 빔으로 연필 형상 이온 빔을 스캔하도록 구성된 스캐너, 및 제 1 방향을 가진 리본 형상 이온 빔을 수신하고 그리고 리본 형상 이온 빔을 벤딩하여서 제 2 방향으로 이동 시키도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트를 포함한다. 시스템은 빔 벤딩 엘리먼트의 하류에 위치된 엔드 스테이션을 더 포함하고, 엔드 스테이션은 제 2 방향으로 이동하는 리본 형상 이온 빔을 수신하도록 구성되며, 주입을 위해 작업물을 고정하도록 더 구성된다. 시스템은 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치되는 빔 전류 측정 시스템을 또한 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 시스템은 빔 전류 측정 시스템으로부터 측정된 빔 전류를 수신하여서 이온 빔의 너비에 대체로 직교하는 방향으로 엔드 스테이션 상에 작업물의 스캐닝을 제어하도록 구성된 선량 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 양태에서, 빔 전류 측정 시스템은 입구에 하나 이상의 슬릿들을 가진 패러데이 컵을 포함하고, 상기 하나 이상의 슬릿들은 패러데이 컵의 축선을 중심으로 미리 결정된 각도 범위까지 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하도록 작동한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 시스템은 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하는 것을 선택적으로 금지하도록 구성된, 패러데이 컵과 작동가능하게 연계된 게이트를 더 포함한다. 일 실시예에서 게이트는 패러데이 컵이 스캐너의 스캐닝 전압에 따라 빔 전류를 기록하는 것을 선택적으로 금지하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 게이트는 스캔된 이온 빔이 그 입구에서 하나 이상의 슬릿들을 가로질러 스윕할 경우 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하고, 그렇지 않은 경우 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하는 것을 금지하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 리본 형상 이온 빔은 이온 빔의 너비 방향을 따라 에지들을 포함하고, 그리고 상기 빔 전류 측정 시스템이 2 개의 패러데이 컵을 포함하며, 상기 2 개의 패러데이 컵 각각은 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 각 에지들에 위치된다. 선량 측정 제어 시스템은 상기 2 개의 패러데이 컵들로부터 측정된 빔 전류들을 함께 수신하여 평균내도록 구성되고 상기 이온 빔의 너비에 대체로 직교하는 방향으로 상기 엔드 스테이션 상의 작업물의 스캐닝을 제어하도록 구성된다.
발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 엔드 스테이션은 그 내부의 진공을 달성하도록 작동가능하게 연계된 진공 펌프를 가진 프로세스 챔버에 존재한다. 또한, 빔 벤딩 엘리먼트가 자석 챔버에 존재한다. 시스템은 또한 자석 챔버 내로 엔드 스테이션 상의 작업물로부터의 배출가스의 유입을 감소시키도록 더 구성된 자석 챔버 및 프로세스 챔버를 함께 커플링되도록 구성된 컨덕턴스 제한기를 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이온 주입 시스템에서 선량 측정(dosimetry) 제어를 수행하는 방법은 빔 벤딩 엘리먼트를 사용하여 리본 형상 이온 빔을 벤딩시키는 단계, 및 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 측정된 상기 이온 빔 전류에 따라 리본 형상 이온 빔에 대해 작업물의 스캐닝을 제어하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 빔 전류를 측정하는 단계는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 패러데이 컵을 위치시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 패러데이 컵의 축을 중심으로 미리 결정된 각도까지 패러데이 컵에 의해 수신된 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 리본 형상 이온 빔은 이온 빔의 너비 방향을 따라 에지들을 포함하며, 상기 방법은 빔 전류를 측정하는 단계를 포함하고 이는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 리본 형상 이온 빔의 각 에지에 패러데이 컵을 위치시키는 단계를 포함한다. 패러데이 컵으로부터 측정된 빔 전류들은 이후 평균되며, 상기 방법은 이후 평균 빔 전류에 따라 작업물의 스캐닝을 제어하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 방법은 리본 형상 이온 빔을 벤딩하기 이전에 리본 형상 이온 빔 내로 연필 형상 빔을 스캐닝하는 단계, 및 리본 형상 이온 빔 내로의 연필 형상 이온 빔의 스캐닝에 따라 패러데이 컵이 빔 전류 측정을 기록하는 것을 선택적으로 금지하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 선택적으로 금지하는 단계는 스캐닝된 이온 빔이 상기 패러데이 컵을 가로질러 스윕할 경우, 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하게 하고, 그렇지 않은 경우 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 금지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 작업물은 프로세스 챔버 내에 엔드 스테이션에 존재하고, 빔 벤딩 엘리먼트는 자석 챔버에 존재한다. 이러한 예에서 상기 방법은 작업물로부터 자석 챔버 내로 배출가스의 유출을 감소시키도록 구성된 컨덕턴스 제한기에 의해 프로세스 챔버를 자석 챔버에 커플링하는 단계를 포함한다.
전술된 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이후 청구범위를 완전히 기술하고 특정적으로 지적하는 특징을 포함한다. 다음 설명 및 첨부되 도면은 본 발명의 특정 도시적 양태들을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 양태들은 본 발명의 원리들이 채용될 수 있는 단지 약간의 다양한 방법을 나타낸다. 본 발명의 다른 양태들, 장점들 및 신규한 특징들은 도면들과 관련되어 고려될 때 하기의 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1는 압력 보상에 기반한 선량 측정 제어 시스템을 가진 이온 주입 시스템의 종래 기술 시스템 레벨 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 적어도 일 양태에 따른 이온 주입 시스템의 일부이다.
도 3은 본 발명의 다른 양태들 및 장점들을 도시하는 광선 다이어그램이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 전자 게이팅에 대한 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선량 측정 제어를 수행하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 적어도 일 양태에 따른 이온 주입 시스템의 일부이다.
도 3은 본 발명의 다른 양태들 및 장점들을 도시하는 광선 다이어그램이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 하나 이상의 양태들에 따른 전자 게이팅에 대한 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선량 측정 제어를 수행하는 방법을 도시한 순서도이다.
이제 본 발명은 도면들을 참조하여 기술될 것이고, 유사한 도면 부호들은 전체에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 참조하는데 사용된다. 본 발명은 이온 주입기에서 사용하기 위해 압력 보상 계수를 결정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
위에서 설명된 바와 같이, 이온 빔과 잔류 가스 사이의 전하 교환 반응들은 이온들로부터 전자를 가산하거나 감산하여서, 레시피에서 정해진 값으로부터 다른 이온들의 전하 상태로 변경할 수 있다. 전하 교환 반응이 중성화인 경우, 입사 이온 플럭스의 일부는 중성화된다. 그 결과는 (중성자들을 포함하는) 실제 입자 전류 또는 플럭스가 변하지 않고 남은 반면 검출된 전기 전류에서 감소(reduction)이다. 전하 교환 반응이 전자 벗기기(stripping)인 경우, 이온 플럭스의 일부는 전자들을 잃으며, 그 결과는 입자 전류가 동일하게 남는 반면 전기 전류에서의 증가(increase)이다.
전하 교환이 발생하는(issue) 전형적인 레시피들에 대해 빔은 벗기기 보다 중성화를 더 겪는다. 결과적으로, 패러데이 컵에 의해 측정된 빔 전류는 엔드 스테이션 압력이 증가할 때마다 감소한다. 빔의 이온은들은 중성화되나, 잔류 가스에 의해 편향되거나 정지되지 않는다. 선량율, 즉 시간 당 면적 당 도펀트 원자들은 빔라인에서 최종 빔 벤딩 엘리먼트 후에 전하 교환에 의해 변화되지 않는다. 주입된 중성자들은 작업물에 의해 수신되는 선량에 기여하나, 패러데이 컵에 의해 측정되지 않으며, 따라서 선량 측정 제어에서 적절히 설명되지 않는다. 그 결과, 작업물은 과잉조사될 수 있다. 따라서, 본 발명의 발명자는 선량 측정 제어에서 개선이 필요하다는 것을 이해하였다.
본 발명의 발명자는 종래 기술의 선량 측정 제어 시스템들에서 중요한 문제점은 빔 전류를 측정하는데 사용된 패러데이 컵이 주입된 작업물에 매우 가깝고, 그리고 이온 주입 빔라인에서의 마지막 빔 벤딩 엘리먼트로부터 실질적으로 멀리 떨어져 있다는 것을 이해하였다. 본 발명은 패러데이 컵과 같은 빔 측정 시스템을 각도 수정 자석 또는 각도 에너지 필터와 같은, 빔 라인에서의 마지막 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구로 이동시킴으로써 종래 기술과 관련된 여러 단점들을 극복하였다. 따라서, 빔 측정 시스템에서 측정된 빔 전류는 작업물 표면에서 실제 이온 입자 플럭스와 실질적으로 상응한다. 다른 유리한 특징들이 하기의 설명에 따라 더 완전하게 이해될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 이온 주입 시스템 빔 라인(100)의 일부를 도시한다. 프로세스 챔버(102)는 작업물, 또는 반도체 웨이퍼(104)를 포함하고, 반도체 웨이퍼(104)는 일 실시예에서 속도-제어 서보 모터 시스템과 같은 선량 측정 제어 시스템(106)에 의해 기계적으로 위아래로(즉, x-방향으로 도면 안으로 또는 밖으로) 이동된다. 웨이퍼 운동의 속도는 웨이퍼에 부딪히는 빔의 강도가 일부 이유으로 인해 변한다고 할지라도 도핑 밀도가 일정하게 남도록 제어된다.
여전히 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 도시된 부분(100)은 하이브리드 스캔 싱글 웨이퍼 주입기라고 일반적으로 지칭되는, 공통으로 사용된 이온 주입기 아키텍처의 마지막 절반 부분을 포함한다. 이러한 아키텍처에서, 이온 빔이 연필 형상 빔(108)으로서 생성되어 질량이 분석되며 후속해서 정전기적으로 또는 자기적으로 스캐닝되어서 넓은 리본 형상 빔(112)을 형성한다. 웨이퍼(104)와 같은 작업물은 이온 빔 너비에 직교하는 방향으로 이동된다. 도 2에서, 선량 측정 제어 시스템(106)이 x-방향으로 작업물(104)을 이동시키는 동안, 이온 빔(114)은 빔 벤딩 엘리먼트(112)를 나간 후에, z-방향으로 이동할 것이다. 이온 빔 강도가 시간에 대해 절대적으로 안정하게 유지되면, 일정한 속도로 웨이퍼를 이동시키는 것은 웨이퍼의 전체 면적에 대해 균일한 도핑을 수행할 것이다. 그러나, 이온 빔 강도는 여러 이유들로 인해, 예를 들어 감쇄 및 포토레지스트 가스배출에 의해 변동된다. 그러한 예시들에서, 웨이퍼 운동 속도는 작업물에 대한 도핑 밀도가 시간에 걸쳐 일정하게 유지되도록 선량 측정 제어 시스템(106)에 의해 변화되어야 한다.
정상 상태 DC 빔(브로드 빔)으로, 또는 빠른 정전기적 또는 전자기적 편향 시스템의 조력에 의해 포인트(108)에서 퍼질 것처럼 보이는 이온 빔(110)은, 간혹 각 교정기 자석으로 지칭되는 자석 렌즈와 같은 빔 벤딩 엘리먼트(112)에 유입된다. 대안적으로, 빔 벤딩 엘리먼트(112)는 각도 에너지 필터(AEF)로 간주될 수 있다. 빔 벤딩 엘리먼트(112)는 물체가 렌즈의 전방 초점 길이에 위치되는 광학 렌즈 시스템과 유사한 방식으로 포인트(108)로부터 패닝 아웃(fanning out)하는 빔을 평행한 와이드 빔으로 변환한다. 평행한 이온 빔의 너비(y-방향으로 연장하는 너비)는 작업물의 기계적 운동의 방향(x-방향)에 직교한다. 포인트(108)에서 패닝 아웃하는 각도는 빔 벤딩 엘리먼트(112)로부터 나오는 평행화된 빔이 충분한 너비를 가져서 프로세스 챔버(102) 내의 작업물의 전체 너비 또는 직경을 커버하도록 조절된다. 일 실시예에서, 빔 벤딩 엘리먼트(112)(예를 들어, 각 교정기 자석)는 자체적 진공 펌프(118)를 구비한 개별적인 진공 챔버(116)에 하우징되며 일 실시예에서 전체 평행화된 이온 빔이 통과할 만큼 어느정도 넓은 컨덕턴스 제한기(118)의 좁은 커널을 통해 프로세스 챔버(102)에 연결된다.
빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구(120)에서, 2 개의 좁은 페러데이 컵들(122)이 와이드 이온 빔(110)의 양쪽 측면들 상에 위치되어서 이온 빔 전류의 일부를 모니터링하고 샘플링한다. 일 실시예에서, 하기에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 각각의 좁은 패러데이 컵(122)의 전방에 은 컵으로 이온 빔의 수용 각도를 제한하도록 구성된 하나 이상의 좁은 개구들 또는 슬릿들(124)이 있다.
일 실시예에서, 2 개의 패러데이 컵에서 관찰된 이온 빔 전류가 함께 가산되어서 전류들의 합이 선량 측정 제어 시스템(106)에 공급된다. 일 실시예에서, 제어 시스템(106)은 다중 빔 전류 판독치들을 함께 평균내고 평균 빔 전류를 사용하여서 y-방향으로 연장하는 이온 빔의 너비에 직교하는 x-방향으로 작업물의 기계적 운동 또는 스캐닝을 제어한다.
도 3은 본 발명에서 빔 벤딩 엘리먼트(즉, 각 교정기)의 출구에 매우 가까운 위치에서 2 개의 패러데이 컵들의 배치 뒤에 장점을 도시한 간단화된 다이어그램이다. 명료성 및 설명의 목적을 위해, 이온 빔은 빔 라인 전체에 걸쳐 좁게 유지되도록 가정된다. 빔 라인은 3 개의 섹션으로 나뉘어진다: 섹션 A는 빔 벤딩 엘리먼트 앞의 부분이고, 섹션 B는 빔 벤딩 엘리먼트 내의 섹션이고, 그리고 섹션 C는 빔 벤딩 엘리먼트과 작업물 사이의 마지막 직선 섹션이다. 본 발명에서와 같이 2개의 가상의 패러데이들이 위치되고, 하나는 웨이퍼 또는 작업물 위치(224)에, 그리고 나머지 하나(226)는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치된다. 전하 교환 반응의 발생이 무시될 수 있는 양호한 진공에서, (작업물 위치를 나타내는) 패러데이(224)에 도착하는 입자들의 실제 개수는 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구에 있는 패러데이(224 또는 226) 중 하나에 의해 측정된 전기 빔 전류와 동일한다. 진공 레벨이 전체 섹션들(섹션들 A, B 및 C)에서 악화되고 전하 교환 반응이 발생하기 시작할 경우, 전기 전류는 패러데이(224)에 도착하는 입자들의 실제 개수에서 편차를 보이기 시작한다.
자기장을 통해 이동하는 이온들은 잘 알려진 로렌쯔 힘, F = qv × B에 의해 자기장의 방향에 수직한 평면 상에 벤딩된다. 벤딩의 정도, 또는 곡률 반경 R은 다음과 같이 주어진다 : R = k*sqrt(질량*에너지)/q/B, 여기서 질량, 에너지 및 q는 이온의 질량, 에너지, 전하 값이며 B는 자기장의 필드 강도이다. 도 3에서, 자기장은 원래(비-전하 교환된) 이온들이 벤딩되어 228에서 패러데이(224)의 방향으로 곧바로 나오도록 조절된다. 일부 이온들이 전하 교환 반응으로 인해 섹션 A에서 그들의 전하 상태들을 변경한 경우, 이온들은 220a와 220b로 표시된 자기장에서 상이한 벤딩을 겪어서, 패러데이 위치(224)에 있는 웨이퍼에 도달되지 않을 것이다. 동일한 상황이 222a와 222b로 표시된 섹션 B에서 그들의 전하 상태를 변경하는 이온들에 대해 발생하며 이온들은 패러데이 위치(224)에서의 웨이퍼를 놓칠(miss) 가능성이 매우 높다. 즉, 자석(112)에서 상이한 벤딩의 정도로 인해, 섹션 A 및 섹션 B에서의 모든 전하 교환된 이온들은 패러데이 위치(224)에서 웨이퍼를 놓치기 쉽다.
상황은 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구와 패러데이(224) 사이의 섹션 C에서 전하 교환된 이온들에 대해 매우 상이하다. 섹션 C에서 모든 전하 교환된 이온들은 패러데이(224)로 들어갈 것이고, 즉 패러데이(224)에 도착하는 입자들의 수는 섹션 C에서의 전하 교환 반응에 의해 영향을 받지 않을 것이고 그리고 웨이퍼가 패러데이 위치(224)에 위치된다면 전하 교환 반응을 겪었던 이온들은 주입에 기여할 것이다. 이것은 전하 교환 반응이 어떠한 감지가능한 자기장도 존재하지 않는 섹션 C에서 이온 빔 방향에 현저하게 영향을 주지 않기 때문이다. 그러나, 패러데이(224)에서 전기 전류는 섹션 C에서 전하 교환된 이온들의 존재에 의해 영향을 받으며 이온들의 수와 전기 전류 사이의 관계에 대해, 단일값 q 대신 qav를 사용해야만 하고 그들 사이의 직선적인 관계는 붕괴된다.
여전히 도 3을 참조하면, 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구에서의 패러데이(226)에 기록된 전기 빔 전류가 평가될 것이다. 일 실시예에서, 패러데이(226)는 패러데이 축선 상 또는 이에 가깝게 근접한 곳에서의 이온들만의 수용을 제한하도록, 연계된 하나 이상의 좁은 슬릿들을 가진다. 즉, 패러데이(226)의 축선에 대해 미리 결정된 각도 범위 내에 있는 이온들만이 수용될 것이다. 전하 교환 반응으로 인해 잘못된 전하 값들을 갖는 모든 이온들이 220a, 220b, 222a 및 222b와 같은 상이한 궤도들을 가져서 패러데이(226)의 축선 상에 있지 않기 때문에, 패러데이(226)에 도달하는 이온들은 목표된 전하값(예를 들어, 단일 전하값)을 가져야만 한다. 따라서 패러데이(226)에서, 입자들의 수와 전기 빔 전류 사이에서 위에서 기술된 공식의 간단한 관계가 유지된다. 또한, 패러데이(226)에서 측정된 모든 이온들은 직선 축선(228) 상에 있으며 이들 이온들은 패러데이(226)가 철회(retract)되면 패러데이(224) 위치의 웨이퍼에 곧바로 이동할 것이다. 따라서 패러데이(226)에 의해 측정된 빔 전류는 많은 갯수의 전하 교환 반응이 있을 때조차 웨이퍼에 도달하는 입자들의 수에 대한 훌륭한 측정이다.
도 2로 다시 돌아와서, 이온 빔은 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구에서 브로드 빔 너비(즉, 리본 형상 빔)를 가진다. 도 3의 패러데이(226) 대신, 좁은 수용 각도를 가진 2 개의 패러데이들(122)은 그 양쪽 에지들에서 이온 빔의 일부를 샘플링한다. 2 개의 패러데이들을 갖기 때문에, 와이드 리본 형상 빔의 각 측면 상의 하나는 분명한 장점을 가진다. 진공 레벨이 저하되는 경우, 웨이퍼의 외측 부분 및 웨이퍼의 내측 부분에 도달하는 입자들의 실제 수는 섹션 A 및 B에서 빔 경로 길이들에서의 차이로 인해 서로 벗어나기 시작한다. 결과적으로, 작업물의 하나의 외측 에지는 외측 궤도의 더 긴 경로로 인해 더 적은 입자들을 수용한다. 교정기의 출구에서 빔의 외측 에지에서의 패러데이는 동일한 이유로 빔의 내측 에지에서의 패러데이보다 더 적은 빔을 본다. 외측 패러데이만으로 빔을 표시한다면, 내부 측면 쪽으로 웨이퍼의 나머지에 도달하는 입자들의 실제 수를 과소평가할 것이다. 내측 에지에서의 패러데이만을 단독으로 사용한다면 상황은 반대가 될 것이다. 두 패러데이 신호들의 평균을 사용함으로써, 웨이퍼의 중간에 도달하는 입자들의 실제 개수를 나타낼 수 있어서 전체 웨이퍼 영역에 대한 에러가 반감될 수 있다.
고속 이온 빔이 도 2의 프로세스 챔버(102)에 하우징되는 웨이퍼 상의 포토레지스트와 같은 유기질 필름에 충돌할 경우 대량의 가스배출이 발생할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 섹션 C, 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구와 작업물(104) 사이의 마지막 직선 섹션에서 모든 전하 교환 반응은 웨이퍼(104)에 도달하는 입자들의 수에 영향을 미치지 않고, 선량 측정 시스템이 일체성(integrity)을 유지하는 한, 섹션 C에서 일부 증가된 압력(즉, 저하된 진공)을 갖는 것은 해를 주지 않는다. 그러나, 포토레지스트 가스배출의 나쁜 영향들은 작업물 또는 웨이퍼에 도달하는 입자들의 수를 실제로 변경하기 때문에 섹션 A 및 섹션 B에서 압력 상승을 야기한다. 따라서 본 발명의 일 실시예는 섹션 A 및 섹션 B에서 진공 압력 저하를 감소시킨다. 이러한 실시예에서, 길고 좁은 컨덕턴스 제한기(118)는 자석 챔버(116)와 프로세스 챔버(102)를 연결시켜 섹션 A 및 B로의 가스배출의 유입을 감소시키고, 개별적인 높은 진공의 펌프들(118)이 자석 챔버(116) 상에 또는 내에 설치되어서 주입시 발생하는 포토레지스트 가스배출 동안 가장 양호한 진공이 유지된다.
여전히 도 2를 참조하면, 패러데이(122)의 전방에 각도 수용을 제한하도록 설계된 일련의 하나 이상의 슬릿들(124)이 있어서 이후에 이온들이 전하 상태를 변경한다고 할지라도 웨이퍼에 도달하는 이온들만을 측정하도록 한다. 최적으로 패러데이들은 패러데이 축선에 대해 큰 각도를 가져서 도 3에 도시된 광선 222b와 같은 웨이퍼를 놓치는 이온들을 기록하지 않아야 한다. 패러데이에 대한 각도 시준(collimation)은 와이드 리본 형상 빔이 포인트(108)에서 좁은 빔을 스캔함으로써 생성되는 시스템을 위해 일 실시예에 따라 또한 전자적으로 강화될 수 있다. 빔이 도 4에 도시된 것과 같은 삼각파형에 의해 포인트(108)에서 좌측 및 우측으로 편향된다고 가정하면, 파형은 편향 각도 대 시간으로, 또는 시간에 대한 웨이퍼(104) 상의 빔 위치로 도시될 수 있다. 도 5는 내측 패러데이(122)에서 상응하는 빔 전류 신호를 도시한다. 패러데이(122)는 빔이 패러데이의 좁은 슬릿에 걸쳐 스윕하고 그리고 펄스들의 타이밍이 빔의 순간 위치 및 패러데이 컵의 위치에 관련될 때만 기록한다.
이온 빔은 도 4의 파형(402)으로 그리고 도 5에 도시된 패러데이 컵(예를 들어, 도 2의 패러데이 컵(122))으로부터 상징적으로 과장된 신호(500)로 앞뒤로 이동한다. 빔 펄스들(502)의 위치(즉, 위상)는 "위로" 스윕으로 하나 그리고 "아래로" 스윕으로 하나의 스캔 파형에 대해 패러데이 상에서 관찰된다. 패러데이 컵(122)은 자석의 에지 근처에 위치되지만, 스캔 너비의 약간 내부에 있기 때문에, 펄스들(502)이 파형의 피크 근처에 나타나고 2 개의 펄스들이 함께 매우 근접하게 나타난다. 선량 측정 측정치들에 대해, 빔 펄스들에 포함된 오직 빔 전류(즉, 전하)가 활용되며, 펄스들 사이의 어떠한 신호도 선량 측정의 목적을 위해 노이즈로서 처리되지 않아서 낮은 전류를 측정하는데 있어서 매우 해로울 수 있다.
(빔 스캔에 비-동기화된) 노이즈에 포함된 것은 패러데이 컵으로부터의 누설 전류, I/V로 발생된 랜덤 노이즈와 누설 및 상용 주파수(햄)로부터의 일부 유도 노이즈 또는 PWM 전력 공급 장치나 모터로부터의 주기적 스파이크들일 수 있다. 또한 (빔 스캔에 동기화된) 노이즈는 실제 빔이 원인일 수 있으나, 산란되거나 도 3에 도시된 빗나간 빔(222b)과 같은, 다른 궤도로부터의 전하 교환 반응의 산물일 수 있다.
전하 교환된 빔, 예를 들어 도 3의 광선(222b)은 주요 피크들의 그것과 상이한 위치에서 패러데이에 유입하는 것이 발생한다면, 상이한 위상의 스캐닝으로부터 온 것이기 때문에 측정 빔 전류의 일부로 나타나거나 측정 빔 전류의 일부일 것이다. 따라서 이러한 빗나간 빔들은 도 5에 도식적으로 도시된 노이즈를 구성한다. 광선(222b)과 같은 전하 교환된 이온들의 거부는 기계적 슬릿 시스템(124)을 갖는 본 발명에 따라 주로 행해지나, 전하 교환 이온들로부터 신호가 상이한 위상의 스캐닝에서 나타난다는 사실을 이용하여, 도 6에 도시된 바와 같이 주요 피크들 주위의 좁은 지역을 제외하고 패러데이(122)의 모든 신호를 차단하도록 전자 게이트를 신호에 적용함으로써 전하 교환된 이온들을 추가적으로 거부할 수 있다. 이것은 빔 스캔 타이밍에 동기화된 전자 게이팅에 의해 행해질 수 있다.
예를 들어, 윈시 신호(I/V의 출력일 수 있음)가 짧은 시간 간격동안 개방되는 전자 게이트를 통해 통과되고, 빔 스캔에 동기화된다면, 파형 다이어그램의 도 6의 바닥 라인에 도시된 바와 같이, 위에 리스트된 2 가지 타입들의 노이즈들의 대부분을 차단할 수 있다. 이 전자 게이팅은 컵 신호들이 스캔된 파형과 동기화된 펄스들로 구성되는 더 많고 더 넓은 어플리케이션들에 확장될 수 있다. 또한 이것은 빔 펄스가 빔 전류 범위의 낮은 엔드를 측정하면서 전형적으로 부딪히는 랜덤 또는 DC 노이즈 사이에서 묻히는 경향이 있을 때마다 노이즈 억제로서 간단하게 사용될 수 있다. 또한 상이한 위상들의 빔의 스캔을 포함하는 이웃하는 궤도들로부터 유래하는 "오프-각도" 빔을 거부하기 위해 전자 빔 시준기(collimator)로서 사용될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면 예시적 방법(700)이 일련의 작용들 또는 이벤트들로서 여기에 설명되고 기술되는 동안, 일부 단계들이 본 발명에 대해 상이한 순서들로 및/또는 여기에 도시되고 기술된 것과 별도의 다른 단계들과 동시에 발생할 수 있기 때문에 본 발명이 이러한 작용들 또는 이벤트들의 도시된 순서에 의해 국한되지 않는다는 것을 이해할 것이라는 것을 또한 주목하여야 한다. 또한, 모든 도시된 단계들이 모든 본 발명에 대해 방법론을 구현하는데 요구되는 것이 아닐 수 있다. 더욱이, 상기 방법들이 도시되지 않은 다른 시스템들과 관련되는 것과 마찬가지로 여기에 도시되고 기술된 시스템(300)에 관련되어 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
방법(700)은 702에서 시작하는데, 여기서 이온 소스가 이온 빔을 생성하고 상기 빔을 질량 분석기로 지향한다. 질량 분석기에 대한 자기장 강도는 전하-대-질량 비율에 따라 선택될 수 있다. 질량 분석기는, 활용된다면, 이온 소스의 하류에 구성될 수 있다.
질량 분석기의 하류에서 그리고 작업물에 충격하기 이전에, 이온 빔은 연필 형상 빔으로부터 리본-형상 이온 빔으로 스캐닝될 수 있고, 각도 교정기 자석 또는 각도 에너지 필터(AEF)와 같은 다른 빔 벤딩 엘리먼트에 영향을 받는다. 704에서, 이온 빔 전류는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치되는 하나 이상의 패러데이 컵에서 측정된다.(예를 들어 도 2 참조). 일 실시예에서 전류가 패러데이 컵 판독치의 평균일 수 있거나 단일 빔 전류 측정 장치로부터의 단일 판독치일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
706에서 이온 빔에 대해 작업물의 느린 스캔 속도는 작업물에서 선량 균일성을 최대화하도록 이온 빔 전류 판독을 기초로 제어된다.
또한, 방법(700)에서 패러데이 컵들은 이온 빔 측정치들을 더 개선하기 위해 하나 이상의 슬릿들을 채용하여서 빗나간 이온 빔들의 수용을 제한할 수 있다. 다른 실시예에서, 아직 더, 전자 게이트가 패러데이 컵들(또는 다른 빔 전류 측정 장치(들))과 결합하여 활용되어서 상류 스캐너의 스캔 전압에 기초한 빔 전류 판독치를 선택적으로 블록킹할 수 있다. 이러한 방식으로, 패러데이 컵들은 스캔된 빔이 컵을 통과하고 있는 동안, 오직 빔 전류만을 기록하여서 노이즈를 감소시키고 또한 이온 빔 전류 정밀도를 개선한다.
본 발명은 특정 어플리케이션들에 대해 도시되고 설명되었다고 할지라도, 이러한 상세한 설명 및 첨부된 도면의 읽기와 이해시에 균등한 변형례들 및 수정예들이 통발명의 통상의 지식을 가진 자에게 발생할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특히 전술된 구성요소들(조립체들, 장치들, 회로들, 시스템들, 등)에 의해 수행된 다양한 기능들에 대해, 이러한 구성요소들을 설명하기 위해 사용된("수단"을 참조를 포함하는) 용어들은 다른 방법으로 지시되지 않았다면 본 발명의 여기에 설명된 예시적인 실시예들을에서의 기능을 수행하는 개시된 구조체와 구조적으로 균등하지 않을지라도, 기술된 구성요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성요소에 상응하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 특정 특징이 일부 구현예들 중 하나에 대해서만 개시되었을 수 있는 반면, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특별한 어플리케이션에 대해 바람직하고 유익할 수 있는 다른 구현예들의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 또한, 용어들, "포함하다(includes)", "포함하는(including)", "가지다(has)", "갖는(having)", 및 이들의 변형들이 발명의 상세한 설명 또는 청구범위 중 한쪽에서 사용되는 범위까지, 이러한 용어들은 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포함하도록 의도된다.
위에서 설명된 바와 같이, 이온 빔과 잔류 가스 사이의 전하 교환 반응들은 이온들로부터 전자를 가산하거나 감산하여서, 레시피에서 정해진 값으로부터 다른 이온들의 전하 상태로 변경할 수 있다. 전하 교환 반응이 중성화인 경우, 입사 이온 플럭스의 일부는 중성화된다. 그 결과는 (중성자들을 포함하는) 실제 입자 전류 또는 플럭스가 변하지 않고 남은 반면 검출된 전기 전류에서 감소(reduction)이다. 전하 교환 반응이 전자 벗기기(stripping)인 경우, 이온 플럭스의 일부는 전자들을 잃으며, 그 결과는 입자 전류가 동일하게 남는 반면 전기 전류에서의 증가(increase)이다.
전하 교환이 발생하는(issue) 전형적인 레시피들에 대해 빔은 벗기기 보다 중성화를 더 겪는다. 결과적으로, 패러데이 컵에 의해 측정된 빔 전류는 엔드 스테이션 압력이 증가할 때마다 감소한다. 빔의 이온은들은 중성화되나, 잔류 가스에 의해 편향되거나 정지되지 않는다. 선량율, 즉 시간 당 면적 당 도펀트 원자들은 빔라인에서 최종 빔 벤딩 엘리먼트 후에 전하 교환에 의해 변화되지 않는다. 주입된 중성자들은 작업물에 의해 수신되는 선량에 기여하나, 패러데이 컵에 의해 측정되지 않으며, 따라서 선량 측정 제어에서 적절히 설명되지 않는다. 그 결과, 작업물은 과잉조사될 수 있다. 따라서, 본 발명의 발명자는 선량 측정 제어에서 개선이 필요하다는 것을 이해하였다.
본 발명의 발명자는 종래 기술의 선량 측정 제어 시스템들에서 중요한 문제점은 빔 전류를 측정하는데 사용된 패러데이 컵이 주입된 작업물에 매우 가깝고, 그리고 이온 주입 빔라인에서의 마지막 빔 벤딩 엘리먼트로부터 실질적으로 멀리 떨어져 있다는 것을 이해하였다. 본 발명은 패러데이 컵과 같은 빔 측정 시스템을 각도 수정 자석 또는 각도 에너지 필터와 같은, 빔 라인에서의 마지막 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구로 이동시킴으로써 종래 기술과 관련된 여러 단점들을 극복하였다. 따라서, 빔 측정 시스템에서 측정된 빔 전류는 작업물 표면에서 실제 이온 입자 플럭스와 실질적으로 상응한다. 다른 유리한 특징들이 하기의 설명에 따라 더 완전하게 이해될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 이온 주입 시스템 빔 라인(100)의 일부를 도시한다. 프로세스 챔버(102)는 작업물, 또는 반도체 웨이퍼(104)를 포함하고, 반도체 웨이퍼(104)는 일 실시예에서 속도-제어 서보 모터 시스템과 같은 선량 측정 제어 시스템(106)에 의해 기계적으로 위아래로(즉, x-방향으로 도면 안으로 또는 밖으로) 이동된다. 웨이퍼 운동의 속도는 웨이퍼에 부딪히는 빔의 강도가 일부 이유으로 인해 변한다고 할지라도 도핑 밀도가 일정하게 남도록 제어된다.
여전히 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 도시된 부분(100)은 하이브리드 스캔 싱글 웨이퍼 주입기라고 일반적으로 지칭되는, 공통으로 사용된 이온 주입기 아키텍처의 마지막 절반 부분을 포함한다. 이러한 아키텍처에서, 이온 빔이 연필 형상 빔(108)으로서 생성되어 질량이 분석되며 후속해서 정전기적으로 또는 자기적으로 스캐닝되어서 넓은 리본 형상 빔(112)을 형성한다. 웨이퍼(104)와 같은 작업물은 이온 빔 너비에 직교하는 방향으로 이동된다. 도 2에서, 선량 측정 제어 시스템(106)이 x-방향으로 작업물(104)을 이동시키는 동안, 이온 빔(114)은 빔 벤딩 엘리먼트(112)를 나간 후에, z-방향으로 이동할 것이다. 이온 빔 강도가 시간에 대해 절대적으로 안정하게 유지되면, 일정한 속도로 웨이퍼를 이동시키는 것은 웨이퍼의 전체 면적에 대해 균일한 도핑을 수행할 것이다. 그러나, 이온 빔 강도는 여러 이유들로 인해, 예를 들어 감쇄 및 포토레지스트 가스배출에 의해 변동된다. 그러한 예시들에서, 웨이퍼 운동 속도는 작업물에 대한 도핑 밀도가 시간에 걸쳐 일정하게 유지되도록 선량 측정 제어 시스템(106)에 의해 변화되어야 한다.
정상 상태 DC 빔(브로드 빔)으로, 또는 빠른 정전기적 또는 전자기적 편향 시스템의 조력에 의해 포인트(108)에서 퍼질 것처럼 보이는 이온 빔(110)은, 간혹 각 교정기 자석으로 지칭되는 자석 렌즈와 같은 빔 벤딩 엘리먼트(112)에 유입된다. 대안적으로, 빔 벤딩 엘리먼트(112)는 각도 에너지 필터(AEF)로 간주될 수 있다. 빔 벤딩 엘리먼트(112)는 물체가 렌즈의 전방 초점 길이에 위치되는 광학 렌즈 시스템과 유사한 방식으로 포인트(108)로부터 패닝 아웃(fanning out)하는 빔을 평행한 와이드 빔으로 변환한다. 평행한 이온 빔의 너비(y-방향으로 연장하는 너비)는 작업물의 기계적 운동의 방향(x-방향)에 직교한다. 포인트(108)에서 패닝 아웃하는 각도는 빔 벤딩 엘리먼트(112)로부터 나오는 평행화된 빔이 충분한 너비를 가져서 프로세스 챔버(102) 내의 작업물의 전체 너비 또는 직경을 커버하도록 조절된다. 일 실시예에서, 빔 벤딩 엘리먼트(112)(예를 들어, 각 교정기 자석)는 자체적 진공 펌프(118)를 구비한 개별적인 진공 챔버(116)에 하우징되며 일 실시예에서 전체 평행화된 이온 빔이 통과할 만큼 어느정도 넓은 컨덕턴스 제한기(118)의 좁은 커널을 통해 프로세스 챔버(102)에 연결된다.
빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구(120)에서, 2 개의 좁은 페러데이 컵들(122)이 와이드 이온 빔(110)의 양쪽 측면들 상에 위치되어서 이온 빔 전류의 일부를 모니터링하고 샘플링한다. 일 실시예에서, 하기에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 각각의 좁은 패러데이 컵(122)의 전방에 은 컵으로 이온 빔의 수용 각도를 제한하도록 구성된 하나 이상의 좁은 개구들 또는 슬릿들(124)이 있다.
일 실시예에서, 2 개의 패러데이 컵에서 관찰된 이온 빔 전류가 함께 가산되어서 전류들의 합이 선량 측정 제어 시스템(106)에 공급된다. 일 실시예에서, 제어 시스템(106)은 다중 빔 전류 판독치들을 함께 평균내고 평균 빔 전류를 사용하여서 y-방향으로 연장하는 이온 빔의 너비에 직교하는 x-방향으로 작업물의 기계적 운동 또는 스캐닝을 제어한다.
도 3은 본 발명에서 빔 벤딩 엘리먼트(즉, 각 교정기)의 출구에 매우 가까운 위치에서 2 개의 패러데이 컵들의 배치 뒤에 장점을 도시한 간단화된 다이어그램이다. 명료성 및 설명의 목적을 위해, 이온 빔은 빔 라인 전체에 걸쳐 좁게 유지되도록 가정된다. 빔 라인은 3 개의 섹션으로 나뉘어진다: 섹션 A는 빔 벤딩 엘리먼트 앞의 부분이고, 섹션 B는 빔 벤딩 엘리먼트 내의 섹션이고, 그리고 섹션 C는 빔 벤딩 엘리먼트과 작업물 사이의 마지막 직선 섹션이다. 본 발명에서와 같이 2개의 가상의 패러데이들이 위치되고, 하나는 웨이퍼 또는 작업물 위치(224)에, 그리고 나머지 하나(226)는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치된다. 전하 교환 반응의 발생이 무시될 수 있는 양호한 진공에서, (작업물 위치를 나타내는) 패러데이(224)에 도착하는 입자들의 실제 개수는 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구에 있는 패러데이(224 또는 226) 중 하나에 의해 측정된 전기 빔 전류와 동일한다. 진공 레벨이 전체 섹션들(섹션들 A, B 및 C)에서 악화되고 전하 교환 반응이 발생하기 시작할 경우, 전기 전류는 패러데이(224)에 도착하는 입자들의 실제 개수에서 편차를 보이기 시작한다.
자기장을 통해 이동하는 이온들은 잘 알려진 로렌쯔 힘, F = qv × B에 의해 자기장의 방향에 수직한 평면 상에 벤딩된다. 벤딩의 정도, 또는 곡률 반경 R은 다음과 같이 주어진다 : R = k*sqrt(질량*에너지)/q/B, 여기서 질량, 에너지 및 q는 이온의 질량, 에너지, 전하 값이며 B는 자기장의 필드 강도이다. 도 3에서, 자기장은 원래(비-전하 교환된) 이온들이 벤딩되어 228에서 패러데이(224)의 방향으로 곧바로 나오도록 조절된다. 일부 이온들이 전하 교환 반응으로 인해 섹션 A에서 그들의 전하 상태들을 변경한 경우, 이온들은 220a와 220b로 표시된 자기장에서 상이한 벤딩을 겪어서, 패러데이 위치(224)에 있는 웨이퍼에 도달되지 않을 것이다. 동일한 상황이 222a와 222b로 표시된 섹션 B에서 그들의 전하 상태를 변경하는 이온들에 대해 발생하며 이온들은 패러데이 위치(224)에서의 웨이퍼를 놓칠(miss) 가능성이 매우 높다. 즉, 자석(112)에서 상이한 벤딩의 정도로 인해, 섹션 A 및 섹션 B에서의 모든 전하 교환된 이온들은 패러데이 위치(224)에서 웨이퍼를 놓치기 쉽다.
상황은 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구와 패러데이(224) 사이의 섹션 C에서 전하 교환된 이온들에 대해 매우 상이하다. 섹션 C에서 모든 전하 교환된 이온들은 패러데이(224)로 들어갈 것이고, 즉 패러데이(224)에 도착하는 입자들의 수는 섹션 C에서의 전하 교환 반응에 의해 영향을 받지 않을 것이고 그리고 웨이퍼가 패러데이 위치(224)에 위치된다면 전하 교환 반응을 겪었던 이온들은 주입에 기여할 것이다. 이것은 전하 교환 반응이 어떠한 감지가능한 자기장도 존재하지 않는 섹션 C에서 이온 빔 방향에 현저하게 영향을 주지 않기 때문이다. 그러나, 패러데이(224)에서 전기 전류는 섹션 C에서 전하 교환된 이온들의 존재에 의해 영향을 받으며 이온들의 수와 전기 전류 사이의 관계에 대해, 단일값 q 대신 qav를 사용해야만 하고 그들 사이의 직선적인 관계는 붕괴된다.
여전히 도 3을 참조하면, 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구에서의 패러데이(226)에 기록된 전기 빔 전류가 평가될 것이다. 일 실시예에서, 패러데이(226)는 패러데이 축선 상 또는 이에 가깝게 근접한 곳에서의 이온들만의 수용을 제한하도록, 연계된 하나 이상의 좁은 슬릿들을 가진다. 즉, 패러데이(226)의 축선에 대해 미리 결정된 각도 범위 내에 있는 이온들만이 수용될 것이다. 전하 교환 반응으로 인해 잘못된 전하 값들을 갖는 모든 이온들이 220a, 220b, 222a 및 222b와 같은 상이한 궤도들을 가져서 패러데이(226)의 축선 상에 있지 않기 때문에, 패러데이(226)에 도달하는 이온들은 목표된 전하값(예를 들어, 단일 전하값)을 가져야만 한다. 따라서 패러데이(226)에서, 입자들의 수와 전기 빔 전류 사이에서 위에서 기술된 공식의 간단한 관계가 유지된다. 또한, 패러데이(226)에서 측정된 모든 이온들은 직선 축선(228) 상에 있으며 이들 이온들은 패러데이(226)가 철회(retract)되면 패러데이(224) 위치의 웨이퍼에 곧바로 이동할 것이다. 따라서 패러데이(226)에 의해 측정된 빔 전류는 많은 갯수의 전하 교환 반응이 있을 때조차 웨이퍼에 도달하는 입자들의 수에 대한 훌륭한 측정이다.
도 2로 다시 돌아와서, 이온 빔은 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구에서 브로드 빔 너비(즉, 리본 형상 빔)를 가진다. 도 3의 패러데이(226) 대신, 좁은 수용 각도를 가진 2 개의 패러데이들(122)은 그 양쪽 에지들에서 이온 빔의 일부를 샘플링한다. 2 개의 패러데이들을 갖기 때문에, 와이드 리본 형상 빔의 각 측면 상의 하나는 분명한 장점을 가진다. 진공 레벨이 저하되는 경우, 웨이퍼의 외측 부분 및 웨이퍼의 내측 부분에 도달하는 입자들의 실제 수는 섹션 A 및 B에서 빔 경로 길이들에서의 차이로 인해 서로 벗어나기 시작한다. 결과적으로, 작업물의 하나의 외측 에지는 외측 궤도의 더 긴 경로로 인해 더 적은 입자들을 수용한다. 교정기의 출구에서 빔의 외측 에지에서의 패러데이는 동일한 이유로 빔의 내측 에지에서의 패러데이보다 더 적은 빔을 본다. 외측 패러데이만으로 빔을 표시한다면, 내부 측면 쪽으로 웨이퍼의 나머지에 도달하는 입자들의 실제 수를 과소평가할 것이다. 내측 에지에서의 패러데이만을 단독으로 사용한다면 상황은 반대가 될 것이다. 두 패러데이 신호들의 평균을 사용함으로써, 웨이퍼의 중간에 도달하는 입자들의 실제 개수를 나타낼 수 있어서 전체 웨이퍼 영역에 대한 에러가 반감될 수 있다.
고속 이온 빔이 도 2의 프로세스 챔버(102)에 하우징되는 웨이퍼 상의 포토레지스트와 같은 유기질 필름에 충돌할 경우 대량의 가스배출이 발생할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 섹션 C, 빔 벤딩 엘리먼트(112)의 출구 개구와 작업물(104) 사이의 마지막 직선 섹션에서 모든 전하 교환 반응은 웨이퍼(104)에 도달하는 입자들의 수에 영향을 미치지 않고, 선량 측정 시스템이 일체성(integrity)을 유지하는 한, 섹션 C에서 일부 증가된 압력(즉, 저하된 진공)을 갖는 것은 해를 주지 않는다. 그러나, 포토레지스트 가스배출의 나쁜 영향들은 작업물 또는 웨이퍼에 도달하는 입자들의 수를 실제로 변경하기 때문에 섹션 A 및 섹션 B에서 압력 상승을 야기한다. 따라서 본 발명의 일 실시예는 섹션 A 및 섹션 B에서 진공 압력 저하를 감소시킨다. 이러한 실시예에서, 길고 좁은 컨덕턴스 제한기(118)는 자석 챔버(116)와 프로세스 챔버(102)를 연결시켜 섹션 A 및 B로의 가스배출의 유입을 감소시키고, 개별적인 높은 진공의 펌프들(118)이 자석 챔버(116) 상에 또는 내에 설치되어서 주입시 발생하는 포토레지스트 가스배출 동안 가장 양호한 진공이 유지된다.
여전히 도 2를 참조하면, 패러데이(122)의 전방에 각도 수용을 제한하도록 설계된 일련의 하나 이상의 슬릿들(124)이 있어서 이후에 이온들이 전하 상태를 변경한다고 할지라도 웨이퍼에 도달하는 이온들만을 측정하도록 한다. 최적으로 패러데이들은 패러데이 축선에 대해 큰 각도를 가져서 도 3에 도시된 광선 222b와 같은 웨이퍼를 놓치는 이온들을 기록하지 않아야 한다. 패러데이에 대한 각도 시준(collimation)은 와이드 리본 형상 빔이 포인트(108)에서 좁은 빔을 스캔함으로써 생성되는 시스템을 위해 일 실시예에 따라 또한 전자적으로 강화될 수 있다. 빔이 도 4에 도시된 것과 같은 삼각파형에 의해 포인트(108)에서 좌측 및 우측으로 편향된다고 가정하면, 파형은 편향 각도 대 시간으로, 또는 시간에 대한 웨이퍼(104) 상의 빔 위치로 도시될 수 있다. 도 5는 내측 패러데이(122)에서 상응하는 빔 전류 신호를 도시한다. 패러데이(122)는 빔이 패러데이의 좁은 슬릿에 걸쳐 스윕하고 그리고 펄스들의 타이밍이 빔의 순간 위치 및 패러데이 컵의 위치에 관련될 때만 기록한다.
이온 빔은 도 4의 파형(402)으로 그리고 도 5에 도시된 패러데이 컵(예를 들어, 도 2의 패러데이 컵(122))으로부터 상징적으로 과장된 신호(500)로 앞뒤로 이동한다. 빔 펄스들(502)의 위치(즉, 위상)는 "위로" 스윕으로 하나 그리고 "아래로" 스윕으로 하나의 스캔 파형에 대해 패러데이 상에서 관찰된다. 패러데이 컵(122)은 자석의 에지 근처에 위치되지만, 스캔 너비의 약간 내부에 있기 때문에, 펄스들(502)이 파형의 피크 근처에 나타나고 2 개의 펄스들이 함께 매우 근접하게 나타난다. 선량 측정 측정치들에 대해, 빔 펄스들에 포함된 오직 빔 전류(즉, 전하)가 활용되며, 펄스들 사이의 어떠한 신호도 선량 측정의 목적을 위해 노이즈로서 처리되지 않아서 낮은 전류를 측정하는데 있어서 매우 해로울 수 있다.
(빔 스캔에 비-동기화된) 노이즈에 포함된 것은 패러데이 컵으로부터의 누설 전류, I/V로 발생된 랜덤 노이즈와 누설 및 상용 주파수(햄)로부터의 일부 유도 노이즈 또는 PWM 전력 공급 장치나 모터로부터의 주기적 스파이크들일 수 있다. 또한 (빔 스캔에 동기화된) 노이즈는 실제 빔이 원인일 수 있으나, 산란되거나 도 3에 도시된 빗나간 빔(222b)과 같은, 다른 궤도로부터의 전하 교환 반응의 산물일 수 있다.
전하 교환된 빔, 예를 들어 도 3의 광선(222b)은 주요 피크들의 그것과 상이한 위치에서 패러데이에 유입하는 것이 발생한다면, 상이한 위상의 스캐닝으로부터 온 것이기 때문에 측정 빔 전류의 일부로 나타나거나 측정 빔 전류의 일부일 것이다. 따라서 이러한 빗나간 빔들은 도 5에 도식적으로 도시된 노이즈를 구성한다. 광선(222b)과 같은 전하 교환된 이온들의 거부는 기계적 슬릿 시스템(124)을 갖는 본 발명에 따라 주로 행해지나, 전하 교환 이온들로부터 신호가 상이한 위상의 스캐닝에서 나타난다는 사실을 이용하여, 도 6에 도시된 바와 같이 주요 피크들 주위의 좁은 지역을 제외하고 패러데이(122)의 모든 신호를 차단하도록 전자 게이트를 신호에 적용함으로써 전하 교환된 이온들을 추가적으로 거부할 수 있다. 이것은 빔 스캔 타이밍에 동기화된 전자 게이팅에 의해 행해질 수 있다.
예를 들어, 윈시 신호(I/V의 출력일 수 있음)가 짧은 시간 간격동안 개방되는 전자 게이트를 통해 통과되고, 빔 스캔에 동기화된다면, 파형 다이어그램의 도 6의 바닥 라인에 도시된 바와 같이, 위에 리스트된 2 가지 타입들의 노이즈들의 대부분을 차단할 수 있다. 이 전자 게이팅은 컵 신호들이 스캔된 파형과 동기화된 펄스들로 구성되는 더 많고 더 넓은 어플리케이션들에 확장될 수 있다. 또한 이것은 빔 펄스가 빔 전류 범위의 낮은 엔드를 측정하면서 전형적으로 부딪히는 랜덤 또는 DC 노이즈 사이에서 묻히는 경향이 있을 때마다 노이즈 억제로서 간단하게 사용될 수 있다. 또한 상이한 위상들의 빔의 스캔을 포함하는 이웃하는 궤도들로부터 유래하는 "오프-각도" 빔을 거부하기 위해 전자 빔 시준기(collimator)로서 사용될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면 예시적 방법(700)이 일련의 작용들 또는 이벤트들로서 여기에 설명되고 기술되는 동안, 일부 단계들이 본 발명에 대해 상이한 순서들로 및/또는 여기에 도시되고 기술된 것과 별도의 다른 단계들과 동시에 발생할 수 있기 때문에 본 발명이 이러한 작용들 또는 이벤트들의 도시된 순서에 의해 국한되지 않는다는 것을 이해할 것이라는 것을 또한 주목하여야 한다. 또한, 모든 도시된 단계들이 모든 본 발명에 대해 방법론을 구현하는데 요구되는 것이 아닐 수 있다. 더욱이, 상기 방법들이 도시되지 않은 다른 시스템들과 관련되는 것과 마찬가지로 여기에 도시되고 기술된 시스템(300)에 관련되어 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
방법(700)은 702에서 시작하는데, 여기서 이온 소스가 이온 빔을 생성하고 상기 빔을 질량 분석기로 지향한다. 질량 분석기에 대한 자기장 강도는 전하-대-질량 비율에 따라 선택될 수 있다. 질량 분석기는, 활용된다면, 이온 소스의 하류에 구성될 수 있다.
질량 분석기의 하류에서 그리고 작업물에 충격하기 이전에, 이온 빔은 연필 형상 빔으로부터 리본-형상 이온 빔으로 스캐닝될 수 있고, 각도 교정기 자석 또는 각도 에너지 필터(AEF)와 같은 다른 빔 벤딩 엘리먼트에 영향을 받는다. 704에서, 이온 빔 전류는 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치되는 하나 이상의 패러데이 컵에서 측정된다.(예를 들어 도 2 참조). 일 실시예에서 전류가 패러데이 컵 판독치의 평균일 수 있거나 단일 빔 전류 측정 장치로부터의 단일 판독치일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
706에서 이온 빔에 대해 작업물의 느린 스캔 속도는 작업물에서 선량 균일성을 최대화하도록 이온 빔 전류 판독을 기초로 제어된다.
또한, 방법(700)에서 패러데이 컵들은 이온 빔 측정치들을 더 개선하기 위해 하나 이상의 슬릿들을 채용하여서 빗나간 이온 빔들의 수용을 제한할 수 있다. 다른 실시예에서, 아직 더, 전자 게이트가 패러데이 컵들(또는 다른 빔 전류 측정 장치(들))과 결합하여 활용되어서 상류 스캐너의 스캔 전압에 기초한 빔 전류 판독치를 선택적으로 블록킹할 수 있다. 이러한 방식으로, 패러데이 컵들은 스캔된 빔이 컵을 통과하고 있는 동안, 오직 빔 전류만을 기록하여서 노이즈를 감소시키고 또한 이온 빔 전류 정밀도를 개선한다.
본 발명은 특정 어플리케이션들에 대해 도시되고 설명되었다고 할지라도, 이러한 상세한 설명 및 첨부된 도면의 읽기와 이해시에 균등한 변형례들 및 수정예들이 통발명의 통상의 지식을 가진 자에게 발생할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특히 전술된 구성요소들(조립체들, 장치들, 회로들, 시스템들, 등)에 의해 수행된 다양한 기능들에 대해, 이러한 구성요소들을 설명하기 위해 사용된("수단"을 참조를 포함하는) 용어들은 다른 방법으로 지시되지 않았다면 본 발명의 여기에 설명된 예시적인 실시예들을에서의 기능을 수행하는 개시된 구조체와 구조적으로 균등하지 않을지라도, 기술된 구성요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성요소에 상응하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 특정 특징이 일부 구현예들 중 하나에 대해서만 개시되었을 수 있는 반면, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특별한 어플리케이션에 대해 바람직하고 유익할 수 있는 다른 구현예들의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 또한, 용어들, "포함하다(includes)", "포함하는(including)", "가지다(has)", "갖는(having)", 및 이들의 변형들이 발명의 상세한 설명 또는 청구범위 중 한쪽에서 사용되는 범위까지, 이러한 용어들은 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포함하도록 의도된다.
Claims (20)
- 이온 주입 시스템으로서,
제 1 방향을 갖는 리본 형상 이온 빔을 수신하고, 그리고 상기 리본 형상 이온 빔이 제 2 방향으로 이동하도록 하기 위해 상기 리본 형상 이온 빔을 벤딩하도록 구성된 빔 벤딩 엘리먼트;
상기 빔 벤딩 엘리먼트의 하류에 위치되고, 상기 제 2 방향으로 이동하는 리본 형상 이온 빔을 수신하도록 구성되며, 이온 주입(implantation)을 위해 작업물을 고정하도록 추가로 구성된 엔드 스테이션; 및
상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 위치되며, 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하도록 구성된 빔 전류 측정 시스템;을 포함하고
상기 빔 전류 측정 시스템은 입구에 하나 이상의 슬릿들을 가진 패러데이 컵을 포함하고, 상기 하나 이상의 슬릿들이 상기 패러데이 컵의 축을 중심으로 미리 결정된 각도 범위까지 상기 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하도록 작동하고
상기 이온 주입 시스템은, 상기 패러데이 컵에 작동가능하게 연계된 전자 게이트로서, 상기 패러데이 컵이 빔 전류를 기록하는 것(registering)을 선택적으로 금지하도록 구성된 전자 게이트를 더 포함하는
이온 주입 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 리본 형상 이온 빔은 제 3 방향으로 연장하는 너비를 가지며,
상기 이온 주입 시스템은 선량 측정 제어 시스템(dosimetry control system)으로서, 상기 빔 전류 측정 시스템으로부터 측정된 빔 전류를 수신하여서 상기 제 3 방향에 대체로 직교하는 제 4 방향으로 상기 엔드 스테이션 상의 작업물의 스캐닝을 제어하도록 구성된, 선량 측정 제어 시스템을 더 포함하는
이온 주입 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전자 게이트가 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 상류에 위치된 스캐너의 스캐닝 전압에 따라 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 선택적으로 금지하도록 구성된
이온 주입 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전자 게이트는 스캐닝된 상기 이온 빔이 상기 패러데이 컵의 입구에서 상기 하나 이상의 슬릿들을 가로질러 스윕할 경우 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 허용하고, 그렇지 않은 경우 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 금지하도록 구성된
이온 주입 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 리본 형상 이온 빔은 상기 이온 빔의 너비 방향을 따라 에지들을 포함하고, 그리고 상기 빔 전류 측정 시스템이 2 개의 패러데이 컵을 포함하며, 상기 2 개의 패러데이 컵 각각은 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 각 에지들에 위치된
이온 주입 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 리본 형상 이온 빔은 제 3 방향으로 연장하는 너비를 가지며, 상기 이온 주입 시스템은 선량 측정 제어 시스템으로서, 상기 2 개의 패러데이 컵들로부터 측정된 빔 전류들을 함께 수신하여 평균내도록 구성되고 상기 제 1 방향에 대체로 직교하는 제 4 방향으로 상기 엔드 스테이션 상의 상기 작업물의 스캐닝을 제어하도록 구성된 선량 측정 제어 시스템을 더 포함하는
이온 주입 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 2 개의 패러데이 컵들은 입구에 각각 하나 이상의 슬릿들을 가지고, 상기 하나 이상의 슬릿들이 각 패러데이 컵의 축을 중심으로 미리 결정된 각도 범위까지 상기 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하도록 작동하는
이온 주입 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 엔드 스테이션은 내부의 진공을 달성하도록 작동가능하게 연계된 진공 펌프를 가진 프로세스 챔버에 존재하며, 상기 빔 벤딩 엘리먼트는 자석 챔버에 존재하며,
상기 이온 주입 시스템은 컨덕턴스 제한기로서, 상기 프로세스 챔버와 상기 자석 챔버를 함께 커플링하도록 구성되고 상기 엔드 스테이션 상의 작업물로부터 상기 자석 챔버 내로의 배출가스의 유입을 감소시키도록 추가로 구성된, 컨덕턴스 제한기를 더 포함하는
이온 주입 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 이온 주입 시스템은, 상기 자석 챔버와 작동가능하게 연계되고 내부에서의 목표된 진공 조건을 유지하도록 구성된 진공 펌프를 더 포함하는
이온 주입 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 벤딩 엘리먼트가 각도 에너지 필터를 포함하는
이온 주입 시스템.
- 이온 주입 시스템에서 선량 측정(dosimetry) 제어를 수행하는 방법으로서,
빔 벤딩 엘리먼트를 사용하여 리본 형상 이온 빔을 벤딩시키는 단계;
상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 빔 전류를 측정하는 단계;
측정된 상기 이온 빔 전류에 따라 상기 리본 형상 이온 빔에 대해 작업물의 스캐닝을 제어하는 단계;를 포함하고,
패러데이 컵의 축을 중심으로 미리 결정된 각도까지 상기 패러데이 컵에 의해 수신된 상기 리본 형상 이온 빔의 이온들의 수용을 제한하는 단계;
상기 리본 형상 이온 빔을 벤딩시키기 이전에 연필 형상 빔을 상기 리본 형상 이온 빔이 되도록 스캐닝하는 단계; 및
상기 연필 형상 빔을 상기 리본 형상 이온 빔이 되도록 스캐닝하는 것에 의존하여 상기 패러데이 컵이 빔 전류 측정을 기록하는 것을 선택적으로 금지하는 단계를 더 포함하는,
이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에 패러데이 컵을 위치시키는 단계를 포함하는
이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 리본 형상 이온 빔은 상기 이온 빔의 너비 방향을 따라 에지들을 포함하며,
상기 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 빔 벤딩 엘리먼트의 출구 개구에서 상기 리본 형상 이온 빔의 각 에지에 패러데이 컵을 위치시키는 단계를 포함하는
이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,
패러데이 컵들로부터 측정된 빔 전류들을 평균 내는 단계 및 평균된 빔 전류에 따라 상기 작업물의 스캐닝을 제어하는 단계를 더 포함하는
이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 선택적으로 금지하는 단계는 스캐닝된 상기 이온 빔이 상기 패러데이 컵을 가로질러 스윕할 경우 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 허용하고, 그렇지 않은 경우 상기 패러데이 컵이 상기 빔 전류를 기록하는 것을 금지하는 단계를 포함하는
이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 작업물은 프로세스 챔버 내 엔드 스테이션 상에 존재하고, 그리고 상기 빔 벤딩 엘리먼트가 자석 챔버에 존재하고,
상기 이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법은
상기 작업물로부터 상기 자석 챔버 내로의 배출가스의 유입을 감소시키도록 구성된 컨덕턴스 제한기에 의해 상기 프로세스 챔버를 상기 자석 챔버에 커플링하는 단계를 더 포함하는
이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법. - 삭제
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