KR101647874B1

KR101647874B1 - 처리 장치, 이온 주입 장치 및 이온 주입 방법

Info

Publication number: KR101647874B1
Application number: KR1020130092477A
Authority: KR
Inventors: 샤오-화 왕; 밍-테 첸; 셍-웨이 리
Original assignee: 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2016-08-11
Also published as: US9606181B2; US9267982B2; TW201432774A; US20140227453A1; US9786470B2; KR20140101656A; US20170178861A1; US20160145737A1; TWI486993B

Abstract

처리 장치가 가공물을 지지하도록 구성되는 단부 스테이션, 이온 빔 발생기 및 스캐닝 장치를 포함한다. 이온 빔 발생기는 단부 스테이션을 향해 이온 빔을 발생시키도록 구성된다. 스캐닝 장치는 가로 주사 방향으로 이온 빔을 주사하도록 구성된다. 스캐닝 장치는 단부 스테이션을 향하는 이온 빔의 제1 경로 내에, 그리고 단부 스테이션을 향하는 이온 빔의 제2 경로를 벗어나서 배치되도록 구성된다.

Description

처리 장치, 이온 주입 장치 및 이온 주입 방법 {PROCESSING APPARATUS, ION IMPLANTATION APPARATUS AND ION IMPLANTATION METHOD}

본 발명은 처리 장치, 이온 주입 장치 및 이온 주입 방법에 대한 것이다.

이온 주입은 반도체 장치 제조에서 널리 이용되는 기술이다. 이온 주입 장치에서는, 이온 빔 (ion beam)이 발생 되고 반도체 웨이퍼 (semiconductor wafer)에 지향되어 그 속에 이온을 주입하며, 그럼으로써 원하는 전도성을 갖는 이온 주입 영역 (ion implanted regions)을 형성한다. 상이한 유형의 이온 주입 영역들, 및 빔 전류 (beam current) 및/또는 빔 에너지 (beam energy)와 같은 상이한 이온 빔 특성들이 이용된다. 상이한 특성의 이온 빔들을 제공하기 위해, 다양한 유형의 이온 주입 장치들이 개발되어 있다. 그러한 이온 주입 장치들의 예는 MCI (medium current implanters (중전류 주입기)), HCI (high current implanters (고전류 주입기)), 및 HEI (high energy implanters (고 에너지 주입기))를 포함한다. 예를 들어, MCI 및 HCI인 상이한 유형의 이온 주입 장치들은 흔히 별도의 도구로서 제공된다.

하나 이상의 실시예들이 첨부된 도면의 도에서 한정이 아닌 예로서 예시되며, 도면에서 동일한 인용 부호가 지정된 요소들은 전반적으로 유사한 요소들을 나타낸다. 도면은 달리 개시되지 않는 한 축척을 맞춘 것이 아니다.
도 1은 특정 실시예들에 따른 처리 장치의 개략적 블록 선도이다.
도 2는 특정 실시예들에 따른 이온 주입 장치의 제1 모드에서의 개략적 상면도이다.
도 3은 도 2의 이온 주입 장치의 제2 모드에서의 개략적 상면도이다.
도 4a는 특정 실시예들에 따른 이온 빔 발생기의 이온 소스의 개략적 횡단면도이다.
도 4b는 특정 실시예들에 따른 이온 빔 발생기의 이온 소스의 분해 투시도이다.
도 5a 및 도 5b는 특정 실시예들에 따른 이온 빔 발생기의 빔 가이드 조립체의 상이한 작동 모드에서의 투시도이다.
도 5c는 특정 실시예들에 따른 다중극 전극의 개략적 측면도이다.
도 6은 특정 실시예들에 따른 이온 주입 방법의 플로우 차트이다.

다음의 개시 내용은 다양한 실시예들의 상이한 특징 요소들을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예 또는 예를 제공한다는 것을 알아야 한다. 이 개시 내용을 단순화 하기 위해, 아래에서는 특정한 예의 구성 요소 및 배열들이 기술된다. 그러나, 발명 개념은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 여기에서 설명되는 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그러나, 이러한 구체적인 상세사항 없이 하나 이상의 실시예들이 실시될 수 있을 것임이 명백할 것이다. 도면에서 유사한 인용 부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.

특정 실시예들에 따른 처리 장치에서는, 다양한 처리 방안에 따른 상이한 구성들을 갖는 이온 빔들이 발생된다. 이온 빔 구성은, 빔 전류, 빔 에너지 및 빔 프로파일을 포함하지만, 한정되지는 않는 한 세트의 이온 빔 특성이다. 이온 빔들은 피처리 가공물 (workpieces to be processed) 상에 부딪치기 전에 더 수정된다. 예를 들어, 이온 빔들은 빔 균일성을 향상시키거나 및/또는 빔 디멘전 (beam dimension)을 조절하도록 수정된다. 특정 작동 모드들에서는, 상이한 구성을 갖는 이온 빔들이 이온 빔 구성의 차이로 인해 상이하게 수정된다. 상이한 구성을 갖는 이온 빔들의 상이한 수정을 가능하게 하는 한 방식은, 대응하는 이온 빔 구성들에 따라 이온 빔들이 수정되는 상이한 경로로 상이한 구성을 갖는 이온 빔들을 전송하는 것이다. 예를 들어, 제1 구성을 갖는 이온 빔은 제1 경로를 따라 전송되는 반면에, 상이한 제2 구성을 갖는 이온 빔은 상이한 제2 경로를 따라 가공물을 향해 전송된다. 제1 구성을 갖고 제1 경로를 따라 전송되는 이온 빔은 주사 방향으로의 빔 디멘전을 조절하기 위해 제1 경로를 가로지르는 주사 방향으로 더 주사된다. 그래서, 상이한 가공물들에 적용될 다양한 처리 방안들에 따라 다양한 구성의 이온 빔들을 제공하고 수정하는 것이 가능하다. 하나 이상의 실시예들에서, 제1 구성을 갖는 이온 빔은 중전류 이온 빔인 반면에, 제2 구성을 갖는 이온 빔은 고전류 이온 빔이다. 그러므로, MCI의 기능들을 HCI의 기능들과 조합하는 투인원 처리 장치 (2-in-1 processing apparatus)를 제공하는 것이 가능하다. 결과적으로, 감소된 장비 점유 면적, 감소된 구매 및/또는 정비 비용, 증가된 제조 효율 등과 같은 하나 이상의 장점들이 성취될 수 있다.

도 1은 특정 실시예들에 따른 처리 장치 (processing apparatus) (100)의 개략적 블록 선도이다. 처리 장치 (100)는 이온 빔 발생기 (ion beam generator) (110), 스캐닝 장치 (scanning device) (120), 제1 중간 다중극 장치 (first intermediate multi-pole device) (130), 제2 중간 다중극 장치 (second intermediate multi-pole device) (140), 감속 스테이지 (deceleration stage) (150), 출력 다중극 장치 (output multi-pole device) (160), 단부 스테이션 (end station) (170) 및 제어기 (controller) (180)를 포함한다. 스캐닝 장치 (120), 제1 중간 다중극 장치 (130) 및 출력 다중극 장치 (160)가, 이온 빔 발생기 (110)와 단부 스테이션 (170) 사이에서 제1 경로 (191)를 따라 배열된다. 제2 중간 다중극 장치 (140), 감속 스테이지 (150) 및 출력 다중극 장치 (160)가 이온 빔 발생기 (110)와 단부 스테이션 (170) 사이에서 제2 경로 (192)를 따라 배열된다. 제2 경로 (192)는 제1 경로 (191)로부터 적어도 부분적으로 벗어난다.

이온 빔 발생기 (110)는 제1 구성 또는 제2 구성을 갖는 이온 빔 (도 1에서 인용부호 부여되지 않음)을 발생시키도록 구성된다. 제2 구성은, 빔 전류, 빔 에너지 및 빔 프로파일 (beam profile) (즉, 이온 빔의 횡단면)을 포함하지만, 한정되지는 않는, 하나 이상의 이온 빔 특성에서 제1 구성과 상이하다. 이온 빔 발생기 (110)는 제1 경로 (191)를 따르는 제1 구성을 갖는 이온 빔 및 단부 스테이션 (170)을 향해 제2 경로 (192)를 따르는 제2 구성을 갖는 이온 빔을 전송한다. 하나 이상의 실시예들에서, 이온 빔 발생기 (110)는 이온들을 발생시키는 이온 소스 및 발생된 이온들을 이온 빔 속으로 안내하고 집합시키는 빔 가이드 조립체를 포함한다. 특정 실시예들에 따른 이온 소스를 도 4a 내지 도 4b와 관련하여 기술하겠다. 특정 실시예들에 따른 빔 가이드 조립체를 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 기술하겠다.

스캐닝 장치 (120)는 제1 경로 (191) 상에서 이온 빔 발생기 (110)의 다운스트림에 배치되지만, 제2 경로 (192) 상에는 배치되지 않는다. 스캐닝 장치 (120)는 제1 경로 (191)를 가로지르는 주사 방향으로 제1 구성을 갖는 이온 빔을 주사하도록 구성된다. 하나 이상의 실시예들에서, 스캐닝 장치 (120)는 한 쌍의 코일을 포함하여, 한 쌍의 코일에 공급되는 전력의 주파수에 따라 시간별로 변하는 전자기장을 코일과 코일 사이에서 발생시킨다. 이온 빔이 한 쌍의 코일 사이로 통과됨에 따라, 시간별로 변하는 전자기장이 왼손 법칙 또는 오른손 법칙에 따라 이온 빔 속에서 이온들을 편향시킨다. 결과적으로, 전체 이온 빔이 한 쌍의 코일 사이에서 주사 방향으로 왕복적으로 편향, 즉, 주사된다. 특정 실시예에 따른 스캐닝 장치 (120)의 작동의 더 상세한 사항을 도 2 내지 도 3 및 도 6과 관련하여 기술하겠다. 특정 실시예들에서는 이온 빔을 주사하는 다른 메커니즘들이 이용될 수 있다.

제1 경로 (191) 상에서 스캐닝 장치 (120)의 다운스트림에는 제1 중간 다중극 장치 (130)가 배치된다. 제1 중간 다중극 장치 (130)는 이온 빔의 평행성을 제어하도록 구성된다. 다시 말해서, 제1 중간 다중극 장치 (130)는, 이온 빔 속의 이온들의 궤적들이, 이온 빔이 전송되는 제1 경로 (191)와 평행해지게, 또는 가능한 한 평행에 가깝게 조절하도록 구성된다. 결과적으로, 제1 중간 다중극 장치 (130)로부터 출력되는 이온 빔은 평행하거나 또는 사실상 평행한 궤적들로 이동하는 이온들을 포함한다. 특정 실시예에 따른 제1 중간 다중극 장치 (130)의 작동의 더 상세한 사항을 도 2 및 도 5c와 관련하여 기술하겠다. 하나 이상의 실시예들에서, 제1 중간 다중극 장치 (130)가 처리 장치 (100)로부터 생략된다.

제2 경로 (192) 상에서 이온 빔 발생기 (110)의 다운스트림에는 제2 중간 다중극 장치 (140)가 배치된다. 제1 중간 다중극 장치 (130)와 마찬가지로, 제2 중간 다중극 장치 (140)는 제2 경로 (192)를 따라 이온 빔의 평행성을 제어하도록 구성된다. 특정 실시예에 따른 제2 중간 다중극 장치 (140)의 작동의 더 상세한 사항을 도 3 및 도 5c와 관련하여 기술하겠다. 하나 이상의 실시예들에서, 제2 중간 다중극 장치 (140)가 처리 장치 (100)로부터 생략된다.

감속 스테이지 (150)는 제2 중간 다중극 장치 (140)의 다운스트림에서 제2 경로 (192) 상에 배치된다. 감속 스테이지 (150)는, 이온 빔이 단부 스테이션 (170)에서 가공물에 도달하기 전에, 이온 빔을 감속하도록 구성된다. 하나 이상의 실시예들에서, 감속 스테이지 (150)는 이온 빔 속의 양으로 하전된 이온 (positively charged ions)을 감속시키기 위해 양성 전위 (positive potentials)를 갖는 하나 이상의 감속 전극 (deceleration electrodes)을 포함한다. 또한, 감속 스테이지 (150)는 제2 경로 (192) 상의 이온 빔을 제1 경로 (191)로 되돌아가게 편향시키도록 구성된다. 하나 이상의 실시예들에서, 감속 스테이지 (150)는 하나 이상의 작동 모드에서 오프 (off) 된다. 특정 실시예에 따른 감속 스테이지 (150)의 작동의 더 상세한 사항을 도 2 내지 도 3과 관련하여 기술하겠다.

출력 다중극 장치 (160)는 제1 경로 (191) 및 제2 경로 (192) 둘 다에 대해 공통이다. 제1 경로 (191) 상에서, 출력 다중극 장치 (160)는 제1 중간 다중극 장치 (130)의 다운스트림에 배치된다. 제2 경로 (192) 상에서, 출력 다중극 장치 (160)는 감속 스테이지 (150)의 다운스트림에 배치된다. 출력 다중극 장치 (160)는 이온 빔의 균일성을 제어하도록 구성된다. 다시 말해서, 출력 다중극 장치 (160)는 빔 프로파일 전체에 걸쳐 빔 전류 및/또는 빔 에너지가 균일해지거나, 또는 가능한 한 균일해지게 조절하도록 구성된다. 결과적으로, 출력 다중극 장치 (160)로부터 출력되는 이온 빔은 빔 프로파일 전체에 걸쳐 균일하거나, 또는 사실상 균일하며, 그럼으로써, 균일한 양 (dose)의 이온들이 가공물에 적용되게 한다. 특정 실시예에 따른 출력 다중극 장치 (160)의 작동의 더 상세한 사항을 도 2 내지 도 3 및 도 5c와 관련하여 기술하겠다. 하나 이상의 실시예들에서, 출력 다중극 장치 (160)가 처리 장치 (100)로부터 생략된다.

단부 스테이션 (170)은 제1 경로 (191)의 단부에 배치된다. 단부 스테이션 (170)은 가공물을 지지하도록 구성된다. 하나 이상의 실시예들에서, 가공물은 반도체 웨이퍼이다. 단부 스테이션 (170)은 가공물을 그 위에 유지하기 위한 척 (chuck), 및 그 위에 유지된 가공물과 함께 척을 하나 이상의 방향으로 이동시키기 위한 작동기를 포함한다. 척의 이동은 이온 빔이 가공물 상에 균일하게 부딪치도록 구성된다. 특정 실시예들에서는, 단부 스테이션 (170)이 웨이퍼를 처리 장치 (100)의 안과 밖으로 이송하기 위한 로드 록 (load lock), 및 척과 로드 록 사이에서 웨이퍼를 이송하기 위한 로봇 아암 (robot arm)을 더 포함한다. 특정 실시예들에서는, 단부 스테이션 (170)이 가공물 상에 부딪치고 있는 이온 빔의 하나 이상의 특성을 측정하며, 그럼으로써, 가공물에 적용될 처리 방안에 따라 이온 빔을 조절하기 위한 피드백 정보를 제공하는 측정 장치 (measuring device)를 더 포함한다. 측정되는 이온 빔 특성의 예는, 빔 프로파일, 빔 에너지 및 빔 전류를 포함하지만, 거기에 한정되는 것은 아니다.

제어기 (180)는 처리 장치 (100)의 다양한 구성 요소, 즉, 이온 빔 발생기 (110), 스캐닝 장치 (120), 제1 중간 다중극 장치 (130), 제2 중간 다중극 장치 (140), 감속 스테이지 (150), 출력 다중극 장치 (160) 및 단부 스테이션 (170)에 연결되어, 다양한 구성 요소들의 작동을 제어한다. 예를 들어, 제어기 (180)는, 빔 전류, 빔 에너지 및 빔 프로파일을 포함하지만, 거기에 한정되지는 않는, 하나 이상의 이온 빔 특성을 변경시키기 위해 이온 빔 발생기 (110)를 제어한다. 제어기 (180)는, 스캐닝 장치 (120)의 주사 작동의 파라미터, 예를 들어, 주사 주파수를 더 제어한다. 제어기 (180)는 제1 중간 다중극 장치 (130) 및 제2 중간 다중극 장치 (140)의 평행성 터닝 작동 (parallelism tuning operation), 감속 스테이지 (150)의 이온 빔 감속 작동 (ion beam decelerating operation), 및 출력 다중극 장치 (160)의 균일성 터닝 작동 (uniformity tuning operation) 중 하나 이상을 제어하기도 한다. 제어기 (180)는 단부 스테이션 (170)에 연결되어 가공물 이송 및 척 이동 중 하나 이상을 제어한다. 하나 이상의 실시예들에서, 제어기 (180)는 단부 스테이션 (170)에 제공되는 측정 장치에 연결되어 처리 장치 (100)의 다른 구성 요소들 중 하나 이상의 작동을 조절하기 위한 피드백 정보를 수신한다. 특정 실시예들에서는, 제어기 (180)는 여기에 기술되는 하나 이상의 기능들을 수행하도록 프로그램 되는 하나 이상의 컴퓨터 또는 마이크로프로세서이다. 특정 실시예들에서는, 제어기 (180)는 여기에 기술되는 하나 이상의 기능들을 수행하도록 하드웨어에 내장된 하나 이상의 마이크로프로세서이다.

특정 실시예들에서는, 처리 장치 (100)는 반도체 웨이퍼와 같은 가공물 상에 이온 주입을 수행하도록 구성된다. 또한, 처리 장치 (100)는 필름 부착 또는 표면 처리와 같은 이온 빔을 이용한 다른 처리를 수행하도록 구성될 수 있을 것이다. 또한, 처리 장치 (100)는 반도체 장치를 위한 웨이퍼뿐만 아니라, 태양 전지판과 같은 다른 유형의 기판도 처리하도록 구성된다.

도 2 및 도 3은 특정 실시예들에 따른 이온 주입 장치 (200)의 개략적 상면도이다. 도 2는 제1 작동 모드에서의 이온 주입 장치 (200)를 도시한다. 도 3은 제2 작동 모드에서의 이온 주입 장치 (200)를 도시한다. 이온 주입 장치 (200)는 도 1과 관련하여 설명되는 처리 장치 (100)의 예이다. 이온 주입 장치 (200)는 이온 주입 장치 (200)의 다른 구성 요소들이 들어 있는 진공 환경을 유지하도록 구성되는 진공 챔버 (205)를 포함한다. 이온 주입 장치 (200)는, 진공 챔버 (205) 속에, 이온 빔 발생기 (210), 스캐닝 장치 (220), 제1 중간 다중극 장치 (230), 제2 중간 다중극 장치 (240), 감속 스테이지 (250), 출력 다중극 장치 (260) 및 단부 스테이션 (270)을 더 포함하며, 처리 장치 (100)와 관련하여 설명된 대응하는 이온 빔 발생기 (110), 스캐닝 장치 (120), 제1 중간 다중극 장치 (130), 제2 중간 다중극 장치 (140),감속 스테이지 (150), 출력 다중극 장치 (160) 및 단부 스테이션 (170)과 유사하다. 이온 주입 장치 (200)는 처리 장치 (100)와 관련하여 설명된 제어기 (180)와 유사한 제어기를 더 포함한다. 이온 주입 장치 (200)는, 하나 이상의 작동 모드에서 이온 빔 발생기 (210)로부터 나가는 이온 빔의 경로의 밖으로 스캐닝 장치 (220)를 물리적으로 이동시키기 위한 작동기 (299), 예를 들어, 전동기를 포함하기도 한다. 하나 이상의 실시예들에서, 작동기 (299)는 이온 주입 장치 (200)로부터 생략되며, 하나 이상의 작동 모드에서, 이온 빔 발생기 (210)로부터 나가는 이온 빔은 스캐닝 장치 (220)를 회피하도록 편향된다. 간략하게, 제2 중간 다중극 장치 (240)는 도 2에 예시되어 있지 않으며, 제1 중간 다중극 장치 (230)는 도 3에 예시되어 있지 않다.

도 2에 보이듯이, 이온 빔 발생기 (210), 스캐닝 장치 (220), 제1 중간 다중극 장치 (230), 감속 스테이지 (250), 출력 다중극 장치 (260) 및 단부 스테이션 (270)이, 처리 장치 (100)와 관련하여 설명된 제1 경로 (191)와 유사한 제1 경로 (291)를 따라 배열되어 있다. X 방향은, 이온 주입 처리 중에, 예를 들어, 척에 의해 지지되는 가공물 (295)이 단부 스테이션 (270)에서 왕복적으로 이동되는 방향을 나타낸다. Y 방향은 스캐닝 장치 (220)의 주사 방향을 나타낸다. Z 방향은 이온 빔이 가공물 (295)에 부딪치는 방향을 나타낸다. 특정 실시예들에서, X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 서로 직교한다. 적어도 하나의 실시예에서는, X 방향, Y 방향 및 Z 방향 중 하나 이상은 다른 방향에 직교하지 않는다. 자세하게 예시되는 실시예에서 제1 경로 (291)는 Z 방향으로 연장하는 직선이다. 적어도 하나의 실시예에서는, 제1 경로 (291)가 선형이 아니다.

이온 빔 발생기 (210)는 도 2에서 AMU (analyzer magnet unit (분석기 자석 유니트)) (211)의 형태로 부분적으로 예시되어 있다. 특정 실시예들에서는, 이온 빔 발생기 (210)의 하나 이상의 다른 구성 요소들이 AMU (211)의 다운스트림 및 이온 주입 장치 (200)의 다른 구성 요소들의 업스트림에 배치된다. AMU (211)는 곡선형 내부 통로 (213) 및 내부 통로 (213)를 따라 배열되는 하나 이상의 자석 (인용부호가 부여되지 않음)을 갖는다. 이온 빔은 AMU (211)의 내부 통로 (213)로 들어가고 자석의 자기장에 의해 굴곡된다. 결과적으로, 예정된 범위를 벗어난 전하 대 질량비 (charge-to-mass ratio)를 갖는 이온 빔 속의 이온들은 내부 통로 (213)의 측벽 (214) 속으로 편향된다. AMU (211)는 예정된 범위 내의 전하 대 질량비를 갖는 이온 빔 속에 잔류하는 이온들이 이온 빔 (B1)으로서 나가게 한다.

제1 경로 (291)를 따라 AMU (211)로부터 나가는 이온 빔 (B1)은 제1 경로 (291)에 대해 직교하게 취해진 이온 빔의 횡단면인 빔 프로파일 (215)을 갖는다. 빔 프로파일 (215)은 X 방향으로 및 Y 방향으로 둘 다 가공물 (295)의 대응하는 디멘전보다 더 작은 디멘전을 갖는 스팟 빔 프로파일이다. 빔 프로파일 (215)을 갖는 이온 빔이 가공물 (295) 상에 부딪치면, 가공물 (295)의 표면의 전체, 또는 사실상 전체에 걸쳐 이온 주입이 수행되는 것을 보장하도록, 단부 스테이션 (270)은 X 방향 및 Y 방향 둘 다인 2방향 (2D) 주사 동작으로 가공물 (295)을 이동시킬 것이다.

그러한 2D 주사 동작은 X 방향을 따르는 1방향 (1D) 주사 동작보다 더 많은 시간을 쓴다.

스캐닝 장치 (220)는 주사 방향, 즉, 제1 경로 (291)의 방향 (Z)을 가로지르는 방향 (Y)으로 이온 빔을 주사하도록 구성된다. 스캐닝 장치 (220)로부터 나가는 주사되는 이온 빔은 빔 프로파일 (225)을 갖는다. 빔 프로파일 (215)을 가진 이온 빔이 스캐닝 장치 (220)에 의해 주사 방향 (Y)의 전후로 편향됨에 따라, 빔 프로파일 (225)은, 예를 들어, 도 2에서 예시되는 215a 내지 215d인 빔 프로파일 (215)의 조합에 의해 형성된다. 하나 이상의 실시예들에서, 스캐닝 장치 (220)의 주사 주파수는 60 Hz로부터 999 Hz까지이다. 스캐닝 장치 (220)의 주사 동작은 Y 방향으로의 빔 프로파일 (225)의 디멘전을 가공물 (295)의 대응하는 디멘전과 동일해지거나 또는 더 커지게 증가시킨다. 그러므로, 이제, 이온 주입이 가공물 (295)의 표면의 전체, 또는 사실상 전체에 걸쳐 수행되는 것을 여전히 보장하면서, 단부 스테이션 (270)이 가공물 (295)을 X 방향을 따라 1D 주사 동작으로 이동시키기에 충분하다. 그러한 1D 주사 동작은 위에서 설명되는 2D 주사 동작보다 더 적은 시간을 쓴다.

제1 중간 다중극 장치 (230)는 스캐닝 장치 (220)로부터 나가는 이온 빔의 빔 평행성을 제어하도록 구성된다. 제1 중간 다중극 장치 (230)로부터 나가는 이온 빔은, 빔 프로파일 (225)의 빔 평행성에 비해, 예를 들어, Y 방향을 따르는 빔 평행성을 향상시킨 빔 프로파일 (235)을 갖는다.

빔 프로파일 (235)을 갖는 이온 빔은 제1 경로 (291)를 따라 직선으로 감속 스테이지 (250)를 통과한다. 하나 이상의 실시예들에서, 이온 주입 장치 (200)의 제어기는, 이온 빔은 감속되지 않고 감속 스테이지 (250)를 통과하도록, 감속 스테이지 (250)를 정지시킨다. 하나 이상의 실시예들에서, 감속 스테이지 (250)는 거기로 통과하는 이온 빔을 감속시키도록 작동되어, 가공물 (295)에 적용될 이온 주입 방안에 따라 빔 에너지를 감소시킨다. 예를 들어, 감속 스테이지 (250)의 입구에서의 한 쌍의 입구 전극 (252) 및 감속 스테이지 (250)의 출구에서의 한 쌍의 출구 전극의 각각 또는 둘 다에 양성 전위가 적용된다. 양성 전위는 이온 빔 속의 양으로 하전된 이온들에 대한 감속 효과를 갖는다. 하나 이상의 실시예들에서, 감속 스테이지 (250)는 거기로 통과하는 이온 빔을 가속시키도록 구성되어, 가공물 (295)에 적용될 이온 주입 방안에 따라 빔 에너지를 증가시킨다. 예를 들어, 출구 전극에 적용되는 전위는 입구 전극 (252)에 적용되는 전위보다 더 음성이게 제어되며, 그럼으로써, 출력 다중극 장치 (260)를 향해 이온 빔을 가속시킨다. 감속 스테이지 (250)의 정지, 감속 또는 가속에 의해, 빔 프로파일 (235)은 변화되지 않거나, 또는 사실상 변화되지 않는다.

출력 다중극 장치 (260)는 감속 스테이지 (250)로부터 나가는 이온 빔의 빔 균일성을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 출력 다중극 장치 (260)로부터 나가는 이온 빔은, 빔 프로파일 (235)의 빔 균일성에 비해 Y 방향을 따르는 빔 균일성을 향상시킨 빔 프로파일 (265)을 갖는다. 빔 프로파일 (265)은 가공물 (295)의 대응하는 디멘전과 동등하거나 또는 더 큰 Y 방향으로의 디멘전을 갖는다. 그러므로, 가공물 (295)의 표면의 전체, 또는 사실상 전체가 균일한 이온 주입을 받는 것을 보장하도록, 단부 스테이션 (270)이 X 방향을 따라 1D 주사 동작을 수행하기에 충분하다.

하나 이상의 실시예들에서, 도 2와 관련해서 기술되는 제1 작동 모드는 1A로부터 800A까지의 범위에 있는 빔 전류에 의해 중전류 이온 주입 (medium current ion implantation)을 수행하도록 구현된다. 그러한 중전류 이온 주입은, N-웰 (well), P-웰, N-LLD (lightly doped source/drain (저농도 도핑된 소스/드레인)) 포켓, P-LLD 포켓, ESD (electrostatic discharge (정전기 방전)) 보호 특징 등을 포함하지만, 한정되지는 않는, 다양한 특징 요소들을 반도체 웨이퍼에 형성하기에 적합하다.

도 3은 제2 작동 모드에서의 이온 주입 장치 (200)를 도시한다. 이 제2 모드에서, 이온 빔 (B1)의 제1 구성과 상이한 제2 구성을 갖는 이온 빔 (B2)이, 예를 들어, AMU (211)의 출구에서, 이온 빔 발생기 (210)에 의해 제공된다. AMU (211)는, 제1 경로 (291)를 부분적으로 벗어난 것으로서 제2 중간 다중극 장치 (240), 감속 스테이지 (250) 및 출력 다중극 장치 (260)가 배열되는 제2 경로 (392)로 AMU (211)의 출구에서 이온 빔 (B2)이 편향되는 것을 제외하고는, 도 2와 관련하여 기술되는 제1 작동 모드와 유사하게 기능한다.

하나 이상의 실시예들에서, AMU (211)의 출구에 편향 전극 (deflecting electrode) (313)이 배열되고 양성 전위가 공급된다. 편향 전극 (313)의 양성 전위는 이온 빔 속의 양으로 하전된 이온들과 상호작용하고 이온 빔을 제2 경로 (392)로 편향시킨다. 특정 실시예들에서는, 다른 이온 빔 편향 메커니즘 (ion beam deflecting mechanisms)이 이용될 수 있다.

제2 경로 (392)를 따라 AMU (211)로부터 나가는 이온 빔은 빔 프로파일 (315)을 갖는다. 빔 프로파일 (315)은, X 방향 또는 Y 방향의 어느 것으로든 디멘전이 가공물 (295)의 대응하는 디멘전보다 더 큰, 리본 빔 프로파일 (ribbon beam profile)이다. 자세하게 개시하는 실시예에서는, 빔 프로파일 (315)이 Y 방향으로 가공물 (295)의 대응하는 디멘전보다 더 큰 디멘전을 갖는다. 빔 프로파일 (315)을 갖는 이온 빔이 가공물 (295)에 부딪치면, 가공물 (295)의 표면의 전체, 또는 사실상 전체에 걸쳐 이온 주입이 수행되는 것을 보장하도록, 단부 스테이션 (270)이 1D 주사 동작을 수행하기에 충분하다.

빔 프로파일 (315)을 갖는 이온 빔은 1D 주사들 위해 이미 적합하기 때문에, 특정 실시예들에 따르든, 스캐닝 장치 (220)는 제2 작동 모드에서 이용되지 않는다. 적어도 하나의 실시예에서는, 제1 경로 (291)로부터 제2 경로 (392)로 이온 빔을 편향시키는 것이면, 스캐닝 장치 (220)를 제2 경로 (392)의 밖에 두기에 충분하다. 그러나, 적어도 하나의 실시예에서는, 제2 경로 (392)로 이온 빔을 편향시키는 것만으로는, 이온 빔이 스캐닝 장치 (220)와의 충돌 또는 다른 간섭을 회피하기에 불충분하다. 그러한 상황에서는, 스캐닝 장치 (220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 작동기 (299)에 의해 제2 경로 (392)로부터 멀어지게 물리적으로 이동된다.

제2 중간 다중극 장치 (240)는 제2 경로 (392)를 따라 AMU (211)로부터 전송되는 이온 빔의 빔 평행성을 제어하도록 구성된다. 이 양태에서는, 제2 중간 다중극 장치 (240)는 제1 중간 다중극 장치 (230)와 유사하게 기능한다. 제2 중간 다중극 장치 (240)는 이온 빔의 수직각을 조절하도록 더 구성된다. 제2 중간 다중극 장치 (240)로부터 나가는 이온 빔은, 빔 프로파일 (315)의 빔 평행성에 비해, 예를 들어, Y 방향을 따르는 빔 평행성을 향상시킨 빔 프로파일 (345)을 갖는다. 또한, 빔 프로파일 (315)이 Y 방향에 대해 경사진 장축 (long axis)을 갖지만, 빔 프로파일 (345)은 빔 프로파일 (315)보다 Y 방향에 더 가까운 장축을 가지며, 즉, 이온 빔의 수직각이 제2 중간 다중극 장치 (240)에 의해 향상되었다.

빔 프로파일 (235)을 갖는 이온 빔은, 이온 빔이 출력 다중극 장치 (260)에 도달하기 전에, 이온 빔을 제2 경로 (392)로부터 제1 경로 (291)로 되돌아가게 편향시키도록 구성되는, 감속 스테이지 (250)를 통과한다. 하나 이상의 실시예들에서, 감속 스테이지 (250)는 양성 전위가 공급되는 편향 전극 (352 및 354)을 포함한다. 편향 전극 (352)의 양성 전위는 이온 빔 속의 양으로 하전된 이온들과 상호작용하고 이온 빔을 편향 전극 (354)을 향해 편향시킨다. 편향 전극 (354)의 양성 전위는 이온 빔 속의 양으로 하전된 이온들과 상호작용하고 이온 빔을 제1 경로 (291)의 직선을 향해 편향시킨다. 편향 전극 (352 및 354)의 양성 전위는 이온 빔 속의 양으로 하전된 이온들에 대한 감속 효과를 갖기도 한다. 감속 스테이지 (250)에서 제2 경로 (392)의 굴곡 구역 ()을 따라 전송되는 이온 빔은 가공물 (295)에 적용될 이온 주입 방안에 따라 이온 빔의 빔 에너지를 저감시키도록 감속된다. 특정 실시예들에서는, 빔 에너지를 더 제어하기 위해 추가적 감속 전극이 배열된다. 특정 실시예들에서는, 다른 이온 빔 편향 및/또는 감속 메커니즘 (ion beam deflecting and/or decelerating mechanisms)이 이용될 수 있다. 감속 스테이지 (250)의 감속 또는 편향에 의해, 빔 프로파일 (345)은 변화되지 않거나, 또는 사실상 변화되지 않는다.

출력 다중극 장치 (260)는 도 2와 관련하여 기술되는 제1 작동 모드와 유사하게 감속 스테이지 (250)로부터 나가는 이온 빔의 빔 균일성을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 출력 다중극 장치 (260)로부터 나가는 이온 빔은, 빔 프로파일 (345)의 빔 균일성에 비해 Y 방향을 따르는 빔 균일성을 향상시킨 빔 프로파일 (365)을 갖는다. 빔 프로파일 (365)은 가공물 (295)의 대응하는 디멘전과 동등하거나 또는 더 큰 Y 방향으로의 디멘전을 갖는다. 그러므로, 가공물 (295)의 표면의 전체, 또는 사실상 전체가 균일한 이온 주입을 받는 것을 보장하도록, 단부 스테이션 (270)이 X 방향을 따라 1D 주사 동작을 수행하기에 충분하다.

하나 이상의 실시예들에서, 도 3과 관련해서 기술되는 제2 작동 모드는 800A로부터 35000A까지의 범위에 있는 빔 전류에 의해 고전류 이온 주입 (high current ion implantation)을 수행하도록 구현된다. 그러한 고전류 이온 주입은, N-LLD 영역 (region), P-LLD 영역, N-S/D (source/drain (소스/드레인)) 영역, P-S/D 영역 등을 포함하지만, 거기에 한정되지는 않는, 반도체 웨이퍼에서의 다양한 특징 요소들을 형성하기에 적합하다.

따라서, 특정 실시예들에서는, 도 2와 관련해서 기술되는 바와 같이 제1 작동 모드에서의 MCI로서, 및 도 3과 관련해서 기술되는 바와 같이 제2 작동 모드에서의 HCI로서 기능하는, 투인원 이온 주입 장치를 제공하는 것이 가능하다. 결과적으로, 감소된 장비 점유 면적, 감소된 구매 및/또는 정비 비용, 증가된 제조 효율 등과 같은 하나 이상의 장점들이 성취될 수 있다.

특정 실시예들에 따라 이온 주입 장치 (200)가 제1 작동 모드에서 MCI로서 기능하면, 이온 빔 발생기 (210)에 의해 발생되는 이온 빔 (B1)은 제2 작동 모드에서 이온 빔 발생기 (210)에 의해 발생되는 이온 빔 (B2)보다 더 낮은 빔 전류를 갖는다. 예를 들어, 스팟 빔 (spot beam) 프로파일처럼 작은 이온 빔 (B1)의 빔 프로파일을 유지함으로써, 이온 빔 (B1)의 균일성이 보존된다. 그 후, 스캐닝 장치 (220)의 주사 동작은 이온 빔 (B1)의 스팟 빔 프로파일을 리본 모양의 빔 프로파일으로 전환하며, 그럼으로써, 단부 스테이션 (270)이 1D 주사 동작을 수행하게 하며, 그 것은, 그렇지 않고, 스팟 빔 프로파일을 갖는 이온 빔 (B1)이 이온 주입을 위해 직접 이용되었으면 수행될 것인, 2D 주사 동작에 비해 시간을 덜 쓴다. 제1 중간 다중극 장치 (230) 및 출력 다중극 장치 (260)는, 주사되는 이온 빔이 이온 주입을 위해 이용되기 전에, 빔 평행성 및 빔 균일성을 더 향상시킨다. 특정 실시예들에서는, 가공물 (295)에 적용될 이온 주입 방안에 따라 빔 에너지가 조절, 예를 들어, 가속된다. 결과적으로, 균일한, 저전류, 고 에너지 이온 주입이 1D 주사 동작으로 성취될 수 있다.

특정 실시예들에 따라 이온 주입 장치 (200)가 제2 작동 모드에서 HCI로서 기능하면, 이온 빔 발생기 (210)에 의해 발생되는 이온 빔 (B2)은 제1 작동 모드에서 이온 빔 발생기 (210)에 의해 발생되는 이온 빔 (B1)보다 더 높은 빔 전류를 갖는다. 결과적으로, 예를 들어, 리본 빔 프로파일으로서의 대형 빔 프로파일으로 이온 빔 (B2)을 제공하는 것이 가능하다. 적어도 하나의 실시예에서는, 스캐닝 장치 (220)의 주사 동작이 수행되지 않는다. 제2 중간 다중극 장치 (240) 및 출력 다중극 장치 (260)는, 이온 빔이 이온 주입을 위해 이용되기 전에, 빔 평행성, 빔 수직각 (beam vertical angle) 및 빔 균일성을 더 향상시킨다. 특정 실시예들에서는, 가공물 (295)에 적용될 이온 주입 방안에 따라 빔 에너지가 조절, 예를 들어, 감속된다. 결과적으로, 균일한, 고전류, 저 에너지 이온 주입이 1D 주사 동작으로 성취될 수 있다.

도 4a는 특정 실시예들에 따른 이온 빔 발생기 (110) 또는 이온 빔 발생기 (210)로서 이용할 수 있는 이온 빔 발생기의 일부인 이온 소스 (ion source) (400)의 개략적 횡단면도이다. 이온 소스 (400)는 전력 소스 (416)에 연결되는 전극 (414)을 내장하고 있는 아크 챔버 (arc chamber) (412)를 포함한다. 아크 챔버 (412)는 작동 가스 공급장치 (working gas supply) (420)에 연결되는 포트 (418)를 갖는다. 아크 챔버 (412)는 아크 슬릿 (arc slit) (422)을 더 포함한다. 이온 소스 (400)는 아크 슬릿 (422)의 반대쪽에 배치된 추출 슬릿 (extraction slit) (426)을 갖는 추출 전극 ( extraction electrode) (424)을 더 포함한다. 작동 중에, 이온화 될 도펀트 (dopant)의 작동 가스는 작동 가스 공급장치 (420)로부터 포트 (418)를 통해 아크 챔버 (412) 속으로 공급된다. 또한, RF (radio frequency (무선 주파수)) 또는 마이크로파 (microwave) 전력이 아크 챔버 (412) 내의 자유 전자 (free electrons)를 여기시키기 위해 전력 소스 (416)로부터 전극 (414)에 공급된다. 여기된 전자는 기체 분자들과 충돌하여 이온을 발생시킨다. 양으로 하전되는 발생된 이온들은 추출 전극 (424)에 음성의 전위를 공급함으로써 아크 슬릿 (422) 및 추출 슬릿 (426)을 통해 추출된다. 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 기술되는 바와 같이, 추출되는 이온들은 이온 빔 속으로 안내되고 집합된다. 여기 전력, 추출 전력 등과 같은 다양한 인자들을 제어함으로써, 이온 주입 장치 (200)의 제1 작동 모드를 위해 적합한 이온 빔 또는 이온 주입 장치 (200)의 제2 작동 모드를 위해 적합한 이온 빔의 어느 것이든 제공하기 위해, 발생되는 이온 빔의 구성을 제어하는 것이 가능하다.

도 4b는 특정 실시예들에 따른 대체적 이온 소스 (alternative ion source) (450)의 분해 투시도이다. 이온 소스 (450)는 적어도 두개의 아크 챔버, 및 따라서, 적어도 두개의 아크 슬릿 및 적어도 두개의 추출 슬릿을 포함한다. 도 4b에 자세하게 개시되는 실시예에서는, 이온 소스 (450)는 두개의 아크 챔버 (454, 456), 두개의 대응하는 아크 슬릿 (464, 466) 및 두개의 대응하는 추출 슬릿 (474, 476)을 갖는 이중 이온 소스 (dual ion source)이다. 추출 슬릿 (474, 476)으로부터 추출되는 이온 스트림은 이온 주입을 위해 이용될 단일의 공통의 이온 빔으로 통합된다.

아크 챔버 (454) 및 아크 챔버 (456)는, 공통의 이온 빔의 빔 전류 또는 빔 에너지 중 적어도 하나를 변경하기 위해 개별적으로 또는 함께 작동하도록 구성된다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시예에서는, 아크 챔버 (454)는, 아크 챔버 (456)가 오프 (off)되어 있는 동안, 개별적으로 작동하도록 구성된다. 아크 챔버 (454)에 의해 발생되는 이온 빔은, 적어도 하나의 실시예에서는, 이온 주입 장치 (200)의 제1 작동 모드에서 이용되는 이온 빔 (B1)으로서 적합한, 1A로부터 800A까지의 범위에 있는 빔 전류를 갖는다. 적어도 하나의 실시예에서는, 아크 챔버 (454) 및 아크 챔버 (456) 둘 다, 적어도 하나의 실시예에서는, 이온 주입 장치 (200)의 제2 작동 모드에서 이용되기 위한 이온 빔 (B2)으로서 적합한, 800A로부터 35000A까지의 범위에 있는 빔 전류를 갖는 이온 빔을 함께 발생시키도록 동시에 작동된다. 적어도 하나의 실시예에서는, 아크 챔버 (456)는, 아크 챔버 (454)가 오프되어 있는 동안, 개별적으로 작동되어 전류 빔 및/또는 전류 에너지 조절에서의 유연성을 더 제공한다.

도 5a 및 도 5b는 특정 실시예들에 따른 이온 빔 발생기 (110) 또는 이온 빔 발생기 (210)로서 이용할 수 있는 이온 빔 발생기의 다른 한 부분인 빔 가이드 조립체 (500)의 투시도이다. 도 5a는 이온 주입 장치 (200)의 제1 모드 또는 작동에 대응하는 제1 모드에서의 빔 가이드 조립체 (500)를 도시한다. 도 5b는 이온 주입 장치 (200)의 제2 모드 또는 작동에 대응하는 제2 모드에서의 빔 가이드 조립체 (500)를 도시한다.

빔 가이드 조립체 (500)는, 추출되는 이온 스트림을 이온 빔 속에 집합시키고 안내하기 위해 도 4a 내지 도 4b와 관련하여 기술되는 이온 소스 (400) 또는 이온 소스 (450)와 같은 이온 소스의 다운스트림에 배치된다. 빔 가이드 조립체 (500)는 AMU (511) 및 적어도 하나의 다중극 장치를 포함한다. 자세하게 개시되는 실시예에서는, AMU (511)가 도 2와 관련하여 기술되는 AMU (211)와 유사하며, 빔 가이드 조립체 (500)는, 제1 다중극 장치 (513), 제1 다중극 장치 (513)의 다운스트림에 있는 제2 다중극 장치 (515), 및 제2 다중극 장치 (515)보다 더 다운스트림에 있는 제3 다중극 장치 (517)를 포함한다. 특정 실시예들에서는, 다중극 장치 (513, 515, 517) 중 하나 이상이 생략된다.

특정 실시예들에서는, 제1 다중극 장치 (513)는, 제1 다중극 장치 (513)의 한 쌍의 다중극 전극 사이에서 X 방향으로 AMU (511)로부터 나가는 이온 빔을 한정하기 위한 선형 다중극 장치로서 구성된다. 제2 다중극 장치 (515)는, 제2 다중극 장치 (515)의 다중극 전극에 적용되는 제어 전압에 따라, Y 방향으로의 이온 빔을 발산 또는 수렴시키기 위한 렌즈로서 구성된다. 제3 다중극 장치 (517)는 이온 빔 속의 이온이 Z 방향에 평행하게 이동하게 하기 위한 시준기 (collimator)로서 구성된다.

도 5a에 예시되는 바와 같은 빔 가이드 조립체 (500)의 제1 모드에서는, 519에서 나타낸 바와 같이 이온 빔을 수렴시키기 위한 수렴 렌즈로서 제2 다중극 장치 (515)가 구성된다. 제3 다중극 장치 (517)로부터 나가는 시준되는 이온 빔 (520)은, 이온 주입 장치 (200)의 제1 작동 모드에서 이용되는 이온 빔 (B1)으로서 적합한, 예를 들어, 스팟 빔 프로파일인 소형 빔 프로파일을 갖는다. 도 5b에 예시되는 바와 같은 빔 가이드 조립체 (500)의 제2 모드에서는, 516에서 나타낸 바와 같이 이온 빔을 발산시키기 위한 발산 렌즈로서 제2 다중극 장치 (515)가 구성된다. 제3 다중극 장치 (517)로부터 나가는 시준되는 이온 빔 (520)은, 이온 주입 장치 (200)의 제2 작동 모드에서 이용되는 이온 빔 (B2)으로서 적합한, 예를 들어, 리본 빔 프로파일인 대형 빔 프로파일을 갖는다. 하나 이상의 실시예들에서, 빔 프로파일을 이온 주입 장치 (200)의 제2 작동 모드에서 이용하기 위한 리본 형상으로 유지하면서, 제2 다중극 장치 (515)는 생략되거나 또는 이온 빔을 수렴시키는 수렴 렌즈로서 구성된다.

도 5c는 특정 실시예들에 따른 다중극 전극 (521)의 개략적 측면도이다. 다중극 전극 (521)은 코어 (523), 및 코어 (523)의 둘레에 감겨 있는 하나 이상의 코일 (525, 527, 529, 531)을 포함한다. 각각의 코일 (525, 527, 529, 531)은 거기에 인가되는 별도의 전압에 의해 개별적으로 제어된다. 코일 (525, 527, 529, 531)에 개별적으로 인가되는 전압을 변경함으로써, 코어 (523)를 따르는 전자기장이 국소적으로 변할 수 있다. 다중극 전극 (521)과 유사한 몇개의 다중극 전극이 서로 인접하게 배열되어 다중극 장치를 형성한다. 다중극 장치의 다중극 전극들 사이의 물리적 배열을 변경하거나 및/또는 각각의 다중극 전극의 코일에 개별적으로 인가되는 제어 전압을 변경함으로써, 도 1 내지 도 3 및 도 5a 내지 도 5b와 관련하여 기술되는 다중극 장치의 다양한 기능 및/또는 효과가 성취될 수 있다.

특정 실시예들에서는, 다중 아크 챔버에 의해 이온 소스 (450)와 같은 이온 소스를 제공함으로써, 발생되는 이온 빔의 빔 전류 및/또는 빔 에너지가 광범위하게 조절 가능하다. 발생되는 이온 빔의 빔 전류 및/또는 빔 에너지에 따라, 예를 들어, 저전류 이온 빔을 위한 스팟 빔 프로파일 또는 고전류 이온 빔을 위한 리본 빔 프로파일인, 적절한 빔 프로파일을 갖는

이온 빔이 형성된다. 결과적으로, 이온 주입 장치 (200)의 제1 작동 모드 및 제2 작동 모드에 의해 이용하기 위한 적절한 구성의 이온 빔이 발생된다. 제조 유연성이 향상되는 반면에, 공정 제어는 단순해진다. 하나 이상의 실시예들에서, 이온 주입 장치 (200)는, 예를 들어, 450mm 웨이퍼인 대형 웨이퍼를 처리하도록 구성된다.

도 6은 특정 실시예들에 따른 이온 주입 방법 (600)의 플로우 차트이다. 방법 (600)은 적어도 하나의 실시예에서는 이온 주입 장치 (200)에 의해 수행된다.

작동 610에서, 제1 구성을 갖는 제1 이온 빔 또는 상이한 제2 구성을 갖는 제2 이온 빔이 발생된다. 예를 들어, 도 2 내지 도 3과 관련하여 기술되는 바와 같이, 이온 빔 (B1) 또는 이온 빔 (B1)의 구성과 상이한 구성을 갖는 이온 빔 (B2)이 발생된다. 그 후, 방법은 작동 620 또는 작동 630으로 진행한다.

작동 620에서, 제1 구성을 갖는 제1 이온 빔이 주사되고, 그 후, 제1 경로를 따라 가공물에 지향된다. 예를 들어, 도 2와 관련하여 기술되는 바와 같이, 이온 빔 (B1)이 발생되면, 이온 빔 (B1)은 스캐닝 장치 (220)에 의해 Y 방향으로 주사되고, 주사되는 이온 빔은 제1 경로 (291)를 따라 가공물 (295)에 전송된다.

작동 630에서, 제2 구성을 갖는 제2 이온 빔은 상이한 제2 경로를 따라 가공물에 지향된다. 예를 들어, 도 3과 관련하여 기술되는 바와 같이, 이온 빔 (B2)이 발생되면, 이온 빔 (B2)은 제2 경로 (392)를 따라 가공물 (295)로 전송된다.

위 방법은, 반드시 도시되거나 및/또는 기술되는 순서대로 수행될 필요는 없는, 예시적 작동들을 포함한다. 작동은, 개시 내용의 실시예들의 사상 및 범위에 따라 적절하게 추가, 교체, 순서 변경, 및/또는 제거될 수 있을 것이다. 상이한 특징 요소 및/또는 상이한 실시예들을 조합하는 실시예들은 개시 내용의 범위 내에 있는 것이며, 이 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 이 개시 내용을 검토한 후 명백해질 것이다. 예를 들어, 위 기술에서는 양으로 하전된 이온이 설명되고 있을지라도, 특정 실시예들에서는, 이온 주입을 위해, 음으로 하전된 이온이 이용될 수 있을 것이다.

특정 실시예들에 따르면, 처리 장치가, 가공물을 지지하도록 구성되는 단부 스테이션, 이온 빔 발생기 및 스캐닝 장치를 포함한다. 이온 빔 발생기는 단부 스테이션을 향해 이온 빔을 발생시키도록 구성된다. 스캐닝 장치는 가로 주사 방향으로 이온 빔을 주사하도록 구성된다. 스캐닝 장치는 단부 스테이션을 향하는 이온 빔의 제1 경로 내에, 그리고 단부 스테이션을 향하는 이온 빔의 제2 경로를 벗어나서 배치되도록 구성된다.

특정 실시예들에 따르면, 이온 주입 장치는 이온 주입될 가공물을 지지하도록 구성되는 단부 스테이션, 이온 빔 발생기, 스캐닝 장치, 감속 스테이지 및 출력 다중극 장치를 포함한다. 이온 빔 발생기는 단부 스테이션을 향해 이온 빔을 발생시키도록 구성된다. 이온 빔은 제1 구성 또는 제1 구성과 상이한 제2 구성을 갖는다. 스캐닝 장치는, 이온 빔 발생기의 다운스트림에서 제1 경로 상에 배치되며, 제1 구성을 갖고 제1 경로를 가로지르는 주사 방향으로 제1 경로를 따라 전송되는, 이온 빔을 주사하도록 구성된다. 감속 스테이지는 이온 빔 발생기의 제2 경로 다운스트림에 배치되며, 제2 구성을 갖고 제2 경로를 따라 전송되는 이온 빔을 감속시키도록 구성된다. 제2 경로는 제1 경로로부터 부분적으로 벗어난다. 출력 다중극 장치는 제1 경로 및 제2 경로 둘 다에 대해 공통이다. 출력 다중극 장치는 스캐닝 장치와 단부 스테이션 사이의 제1 경로, 및 이온 빔 발생기와 단부 스테이션 사이의 제2 경로 상에 배치된다. 출력 다중극 장치는, 이온 빔이 단부 스테이션에서 지지되는 가공물에 도달하기 전에, 이온 빔의 균일성을 제어하도록 구성된다.

특정 실시예들에 따르면, 이온 주입 방법은 제1 이온 빔 또는 제2 이온 빔을 발생시키는 단계를 포함하며, 제1 이온 빔은 제2 이온 빔과 상이한 구성을 갖는다. 방법은, (i) 가공물 상에 이온 주입을 수행하기 위해 제1 이온 빔을 주사하고 가공물에 지향시키는 단계, 또는 (ii) 가공물 상에 이온 주입을 수행하기 위해 제2 이온 빔을 가공물에 지향시키는 단계 중 어느 것이든 더 포함한다. 제1 이온 빔과 제2 이온 빔은 상이한 경로를 따른다.

이 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는, 개시된 실시예들 중 하나 이상이 위에서 설명한 장점들 중 하나 이상을 충족한다는 것을 쉽게 알 것이다. 위 명세서를 읽은 후, 통상의 기술을 가진 자는 다양한 변화, 동등물의 치환 및 여기에 광범위하게 개시된 바와 같은 다양한 다른 실시예들에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 그러므로, 여기에 허여되는 보호는 첨부된 특허청구의 범위에 담겨 있는 정의 및 그 동등물들에 의해서만 한정될 것을 의도한다.

110 : 이온 빔 발생기
120 : 스캐닝 장치
130 : 중간 다중극 1
140 : 중간 다중극 2
150 : 감속 챔버
160 : 출력 다중극
170 : 단부 스테이션
180 : 제어기

Claims

웨이퍼 처리 장치에 있어서,
단부(end) 스테이션 - 상기 단부 스테이션은 가공물(workpiece)을 상기 단부 스테이션 상에 지지하도록 구성됨 -;
상기 단부 스테이션을 향해 이온 빔을 발생시키도록 구성되는 이온 빔 발생기; 및
가로 스캐닝(transverse scanning) 방향으로 상기 이온 빔을 스캐닝하도록 구성되는 스캐닝 장치를 포함하고,
상기 스캐닝 장치는 상기 단부 스테이션을 향하는 상기 이온 빔의 제1 경로 내에, 그리고 상기 단부 스테이션을 향하는 상기 이온 빔의 제2 경로를 벗어나서 배치되도록 구성되는 것인, 웨이퍼 처리 장치.
제1항에 있어서,
제1 경로 및 제2 경로 둘 다에 공통인 출력 다중극 장치(output multi-pole device)를 더 포함하고, 상기 출력 다중극 장치는 상기 스캐닝 장치와 상기 단부 스테이션 사이의 상기 제1 경로, 및 상기 이온 빔 발생기와 상기 단부 스테이션 사이의 상기 제2 경로 상에 배치되며;
상기 출력 다중극 장치는, 상기 이온 빔이 상기 단부 스테이션에서 지지되는 상기 가공물에 도달하기 전에, 상기 이온 빔의 균일성을 제어하도록 구성되는 것인, 웨이퍼 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 이온 빔이 상기 출력 다중극 장치에 도달하기 전에, 상기 이온 빔의 평행성을 제어하도록 구성되는 다중극 장치를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치.
제3항에 있어서, 상기 다중극 장치는 상기 스캐닝 장치와 상기 출력 다중극 장치 사이의 상기 제1 경로 상에 배치되는 제1 중간 다중극 장치, 또는 상기 이온 빔 발생기와 상기 출력 다중극 장치 사이의 상기 제2 경로 상에 배치되는 제2 중간 다중극 장치인 것인, 웨이퍼 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 이온 빔 발생기와 상기 출력 다중극 장치 사이에 배치되는 감속 스테이지를 더 포함하고, 상기 감속 스테이지는 상기 제1 경로에서의 상기 이온 빔을 선형으로 감속시키거나 상기 제2 경로에서의 상기 이온 빔을 편향시키도록 구성되는 것인, 웨이퍼 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 빔 발생기는 상기 이온 빔의 빔 전류 또는 빔 에너지 중 적어도 하나를 변경시키기 위해 개별적으로 또는 조합으로 작동하도록 구성되는 적어도 두개의 아크 챔버를 포함하는 것인, 웨이퍼 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 스캐닝 장치는 상기 제2 경로를 벗어나서 물리적으로 이동 가능한 것인, 웨이퍼 처리 장치.
이온 주입 장치에 있어서,
단부 스테이션 - 상기 단부 스테이션은 이온 주입될 가공물(workpiece)을 상기 단부 스테이션 상에 지지하도록 구성됨 -;
상기 단부 스테이션을 향해 이온 빔 - 상기 이온 빔은 제1 구성 또는 상기 제1 구성과는 상이한 제2 구성을 가짐 - 을 발생시키도록 구성되는 이온 빔 발생기;
상기 이온 빔 발생기의 제1 다운스트림 경로 상에 배치되며, 상기 제1 구성을 갖고 상기 제1 다운스트림 경로를 가로지르는 스캐닝 방향으로 상기 제1 다운스트림 경로를 따라 전송되는 이온 빔을, 스캐닝하도록 구성되는 스캐닝 장치;
상기 이온 빔 발생기의 제2 다운스트림 경로 상에 배치되며, 상기 제2 구성을 갖고 상기 제2 다운스트림 경로 - 상기 제2 다운스트림 경로는 상기 제1 다운스트림 경로로부터 부분적으로 벗어남 - 를 따라 전송되는 상기 이온 빔을, 감속시키도록 구성되는 감속 스테이지; 및
상기 제1 다운스트림 경로 및 상기 제2 다운스트림 경로 둘 다에 공통인 출력 다중극 장치를 포함하고,
상기 출력 다중극 장치는 상기 스캐닝 장치와 상기 단부 스테이션 사이의 상기 제1 다운스트림 경로 및 상기 이온 빔 발생기와 상기 단부 스테이션 사이의 상기 제2 다운스트림 경로 상에 배치되며, 상기 출력 다중극 장치는, 상기 이온 빔이 상기 단부 스테이션에서 지지되는 상기 가공물에 도달하기 전에, 상기 이온 빔의 균일성을 제어하도록 구성되는 것인, 이온 주입 장치.
이온 주입 방법에 있어서,
제1 이온 빔 및 제2 이온 빔 - 상기 제1 이온 빔은 상기 제2 이온 빔과는 상이한 이온 빔 특성(property)들을 가짐 - 을 발생시키는 단계;
가공물 상에 이온 주입을 수행하도록 상기 제1 이온 빔을 스캐닝(scanning)하고 상기 가공물에 지향시키는 단계; 및
상기 가공물 상에 이온 주입을 수행하도록 상기 제2 이온 빔의 스캐닝 없이 상기 제2 이온 빔을 상기 가공물에 지향시키는 단계를 포함하고,
상기 제1 이온 빔과 상기 제2 이온 빔은 상이한 경로를 따르는 것인, 이온 주입 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 이온 빔의 구성은 스팟 빔 프로파일을 포함하고, 상기 제2 이온 빔의 구성은 리본 빔 프로파일을 포함하는 것인, 이온 주입 방법.