KR102213049B1

KR102213049B1 - 이온 주입 시스템에서 추출 전극 어셈블리 전압 변조

Info

Publication number: KR102213049B1
Application number: KR1020157034421A
Authority: KR
Inventors: 네일 콜빈; 진청 창
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2021-02-05
Also published as: US9006690B2; JP6931686B2; WO2014179687A1; CN105474349B; CN105474349A; US20140326901A1; TW201506982A; KR20160005095A; JP2020024931A; TWI638379B; JP2016524277A

Abstract

이온 주입 시스템에서 입자 오염을 감소시키기 위한 방법이 개시되며, 여기서 이온 빔은 추출 전극 어셈블리와 함께 동작하는 이온 소스를 통해 생성된다. 캐소드 전압은 그 내부에서 이온들을 생성하기 위한 이온 소스에 인가되고, 억제 전압은 이온 빔 내의 전자들을 이온 소스 내부로 끌어당겨지는 것을 방지하기 위한 추출 어셈블리에 인가된다. 억제 전압은 선택적으로 변조되고, 이에 의해 워크피스들의 후속 오염을 경감시키기 위해 그 표면들 상의 증착물들을 제거하기 위해 추출 어셈블리를 통해 전류 흐름 또는 아크 방전을 유도시킨다. 이온 주입 시스템에 대한 개선책은 또한 전술한 바에 따라 개시되며, 여기서 컨트롤러는 워크피스의 전달과 일반적으로 동시에 미리결정된 전압과 미리결정된 억제 전압 사이의 전압을 선택적으로 변조시키도록 구성되어, 이에 의해 그 표면들 상의 증착물들을 제거하기 위해 추출 전극 어셈블리를 통한 전류 흐름 또는 아크 방전을 유도하여 워크피스들의 후속 오염을 경감시킨다.

Description

이온 주입 시스템에서 추출 전극 어셈블리 전압 변조{EXTRACTION ELECTRODE ASSEMBLY VOLTAGE MODULATION IN AN ION IMPLANTATION SYSTEM}

본 발명은, 동작시의 이온 주입 시스템에 대한 개선에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 전극들의 주변(f)에 증착물들을 제거하고 이에 의해 이온 빔라인을 따른 오염을 경감시키기 위해 비-주입 기간 동안 방전(discharge)을 발생시키기 위한 이온 소스 추출 억제 전극 구성에서의 전극 전압 변조를 위한 시스템에 관한 것이다.

이온 빔을 이용하여 웨이퍼들의 충격에 의해 실리콘 웨이퍼들을 처리하기 위해 이온 주입기들이 이용된다. 이러한 빔 처리의 하나의 용도는, 집적 회로들의 제조 동안 반도체 재료를 생성하기 위해 특정 도펀트 재료의 불순물들을 이용하여, 미리결정된 에너지 레벨에서, 그리고 제어된 농도로 웨이퍼들을 선택적으로 주입하는 것이다.

통상적인 이온 주입기는, 이온 소스, 이온 추출 디바이스, 질량 분석 디바이스, 빔 전송 디바이스 및 웨이퍼 프로세싱 디바이스를 포함한다. 이온 소스는 원하는 원자 또는 분자 도펀트 종들의 이온들을 생성한다. 이러한 이온들은, 소스로부터 이온들의 흐름에 에너지를 공급하고 그 흐름을 지향시켜 이온 빔을 형성하는 추출 시스템, 통상적으로는 일 세트의 전극들에 의해 소스로부터 추출된다. 원하는 이온들은, 질량 분석 디바이스, 통상적으로는 추출된 이온 빔의 질량 분산 또는 분리를 수행하는 자기 쌍극자(magnetic dipole)에서 이온 빔으로부터 분리된다. 빔 전송 디바이스, 통상적으로 일련의 포커싱 디바이스들을 포함하는 진공 시스템은, 이온 빔의 원하는 특성들을 유지하면서 웨이퍼 프로세싱 디바이스에 이온 빔을 전송한다. 최종적으로, 반도체 웨이퍼들은, 이온 빔의 정면에서 웨이퍼가 처리되도록 위치시키고 그리고 처리된 웨이퍼들을 이온 주입기로부터 제거하기 위해, 하나 또는 그 초과의 로봇 아암들을 포함할 수 있는 웨이퍼 핸들링 시스템을 통해 웨이퍼 프로세싱 디바이스 내부로 그리고 웨이퍼 프로세싱 디바이스 외부로 전달된다(transferred).

통상적으로, 이온 빔을 통해 다수의 실리콘 웨이퍼들을 이동시키기 위한 스피닝 디스크 지지체를 포함하는 배치형(batch-type) 이온 주입기들이 잘 알려져 있다. 이온 빔은, 지지체가 이온 빔을 통해 웨이퍼들을 회전시킴에 따라서, 웨이퍼 표면에 충격을 준다. 한 번에 하나의 웨이퍼를 처리하는 직렬형(serial-type) 이온 주입기가 또한 알려져 있다. 웨이퍼들은 카세트 내에서 지지되고 그리고 한 번에 하나씩 적출(withdrawn)되어 웨이퍼 지지체 상에 위치된다. 웨이퍼는 그후, 이온 빔이 단일 웨이퍼를 스트라이크(strike)하도록, 주입 배향에서 배향된다. 이러한 직렬 주입기들은, 자신의 초기 궤적으로부터 빔을 편향(deflect)시키기 위해 빔 형상화 전자장치를 이용하고, 종종 전체 웨이퍼 표면을 선택적으로 도핑하거나 처리하기 위해 합동(co-ordinated) 웨이퍼 지지 움직임들과 함께 이용된다. 웨이퍼들이 이온 주입 시스템을 통해 프로세싱되기 때문에, 이들은 특수화된 프로세싱 챔버들과 웨이퍼 입/출력 스테이션들 사이에서 전달된다. 프로세싱 챔버 내부로 그리고 외부로 웨이퍼들을 전달하기 위해 로봇들이 루틴하게 이용된다.

기존의 주입기들에 이용된 이온 빔들을 생성하는 이온 소스들은 통상적으로, 아크(arc) 이온 소스들로서 지칭되며, 웨이퍼 처리를 위해 적절한 이온 빔으로 형성화된 이온들을 생성하기 위한 가열된 필라멘트 캐소드를 포함할 수 있다. Sferlazzo 등에 의한 미국 특허 제5,497,006호는 가스 한정 챔버에 이온화 전자들을 분사하기 위한 가스 한정 챔버에 대하여 포지셔닝되고 그리고 베이스에 의해 지지되는 캐소드를 갖는 이온 소스에 관한 것이다. 미국 특허 제5,497,006호의 캐소드는 가스 한정 챔버 내부로 부분적으로 연장하는 엔드캡(endcap)을 갖는 튜브형 도전성 보디(tubular conductive body)이다. 필라멘트는, 튜브형 보디 내에 지지되고, 전자 충격(electron bombardment)을 통해 엔드 캡을 가열하는 전자들을 방출하여, 이에 의해 가스 한정 챔버 내부에 이온화 전자들을 열이온으로(thermionically) 방출한다.

U.S 특허 제6,501,078호에 개시된 바와 같이, 추출 전극들, 예를 들어, 일반적으로 그로부터 이온들의 빔을 추출하기 위해 이온 소스와 함께 이용되며, 여기서 한정 챔버 내에 형성된 이온들은 이온 소스의 전면(front face)에 있는 배출 개구를 통해 추출된다. 이온 소스의 전면은 이온 소스의 전위에서 제 1 개구화된 소스 전극을 형성한다. 추출 전극들은 통상적으로 (종종 추출 전극으로 지칭되는) 제 1 개구형(apertured) 소스 전극과 정렬된 개구형 접지 전극 및 개구형 억제 전극을 포함하여 이온 소스로부터 나오는(emerging) 이온 빔이 이들을 통과하도록 허용한다. 바람직하게, 각각의 개구는 세장형(elongated) 슬롯 구성을 갖는다. 세라믹 절연체들은 통상적으로, 억제 전극과 접지 전극을 전기적으로 절연시키기 위해 그 2개의 전극들 사이에 탑재된다. 접지 전극은, 접지 전극과 이온 소스 사이의 전계의 전파를, 접지 전극의 다운스트림에 있는 영역으로 제한한다. 억제 전극은, 접지에 대하여 음의 전위로 전압 공급부에 의해 바이어싱되고, 접지 전극의 다운스트림에 있는 이온 빔 내의 전자들이 추출 영역으로 그리고 이온 소스로 끌어당겨지는 것을 방지하도록 동작한다. 통상적으로, 억제 전극 및 접지 전극은 이온 빔의 이동 방향에서 소스에 대하여 상대적으로 이동가능하게 되도록 탑재되어, 이에 따라 이온 소스로부터 추출된 빔의 에너지에 따라 추출 전극들이 "튜닝"될 수 있다. 전극들은 추가로, 억제 전극 및 접지 전극이 소스(20)에 대하여 이온 빔 방향에 대략적으로 수직하게 상대적으로 측면으로 이동가능하게 되도록, 탑재된다. 이에 더해, 또한 전극들 내에서 개구의 크기를 변동시키기 위한 메커니즘이 제공될 수 있다.

추출 어셈블리로부터 나오는 이온 빔(30)의 에너지는 이온 소스에 공급된 전압에 의해 결정된다. 이러한 전압에 대한 통상적인 값은 20kV이며, 이는 20keV의 추출된 빔 에너지를 제공한다. 그러나, 80keV 및 그 이상, 또는 0.5keV 또는 그 이하의 추출된 빔 에너지들이 또한 획득될 수 있다. 더 높은 또는 더 낮은 빔 에너지들을 획득하기 위해서, 소스 전압을 각각 상승시키거나 또는 저하시키는 문제이다.

통상적인 이온 주입 시스템의 이온 소스 및 추출 전극 시스템과 연관된 전압 바이어스들은, 해당 환경에 존재하는 이온화된 가스 소스와 결합하여, 억제 전극 및 접지 전극 사이에 위치된 절연체들뿐만 아니라 이 억제 전극과 접지 전극 상에 증착물들의 형성을 유도한다는 점이 발견되었다. 이러한 증착물들은, 절연체들의 분해, 증착물들 및 절연체들의 코팅, 그리고 특히 이러한 증착물들 및 절연체들의 제어불가능한 릴리즈 및 방전을 야기함으로써 이온 주입 시스템의 동작에 유해하게 영향을 줄 수 있으며, 이는 이온 주입 시스템의 다른 부분들에 그리고 최종적으로는 주입중에 있는(being implanted) 워크피스에 이온 빔과 함께 전송(transport)되는 오염 파티클들을 생성한다.

본 발명의 목적은, 전극들의 주변에 있는 증착물들을 제거하고 그리고 이에 의해 이온 주입 시스템에서의 웨이퍼 상에 그리고 이온 빔라인을 따라 오염물질을 경감시키기 위해 그 내부에 제어형 방전(controlled discharge)을 발생시키도록 이온 소스 추출 전극 장치 내에 전극 전압 변조를 위한 시스템을 제공하는 것이다. 몇몇 방식들에서, 본 발명은 공동 양도된 US 특허 출원 공개 제20110240889호에 개시되고 교시된 개념들에 대해 설계되며, 여기서 이 방법은 이온 주입 시스템에서 입자 오염을 감소시키기 위해 제공된다. 본 발명에서, 이온 주입 시스템은 이온 소스 및 이온 소스 환경으로부터 아주 다운스트림에 있는 감속 억제 플레이트이고, 웨이퍼 프로세싱에 매우 인접하게 엔드 스테이션이 제공되며, 여기서 감속(decel) 억제 플레이트에 인가되는 감속 억제 전압은 이온 빔이 확대 및 수축하도록 야기하기 위해 변조되어, 이에 따라 하나 또는 그 초과의 빔 라인 컴포넌트들에는 이온 빔에 의해 충격이 가해져서 하나 또는 그 초과의 빔 라인 컴포넌트들의 표면들 상에 상주하는 이전에 증착된 재료에 의해 워크피스들의 후속 오염을 경감시킨다. 본 특허 출원은, 오염이 전압 변조를 통해 경감될 수 있어서 제어형 빔 변동(controlled beam fluctuation)을 야기할 수 있고, 이에 의해 빅 스트라이크(beak strike)는 이전에 증착된 재료를 제거하거나 또는 하나 또는 그 초과의 표면들에 이전에 증착된 재료를 강력하게 접착시킨다는 점을 교시한다. 대조적으로, 본 발명은 전극들의 주변에 있는 증착물들을 제거하기 위해 전극들 사이에 제어형 방전을 발생시키기 위한 전극 전압 변조를 제공하고, 이에 의해 이온 주입 시스템 내의 웨이퍼 상에서 그리고 이온 빔라인을 따른 오염을 경감시킨다.

이하는, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 양상들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 그 간략화된 개요를 제시한다. 이러한 개요는, 본 발명의 광범위한 개요는 아니며, 본 발명의 주요한 또는 중요한 엘리먼트들을 식별하거나 또는 그 범위를 한정하도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 개요의 주요 목적은 이후에 제시되는 더욱 상세한 설명에 대한 서론으로서 간략화된 형태로 본 발명의 몇몇 개념들을 제시하려는 것이다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 이온 주입 시스템에서 입자 오염을 감소시키기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은: 이온 주입 시스템을 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 이온 주입 시스템은, 이온 소스; 이온 소스에 인접하여 위치된 추출 전극 어셈블리; 및 워크피스들 내부로의 이온들의 선택적인 주입을 위한 엔드 스테이션의 내부 및 외부로 워크피스들을 전달하도록 구성된 엔드 스테이션을 포함한다. 이온 빔은 추출 어셈블리와 함께 동작하는 이온 소스를 통해 생성되며, 이에 의해 캐소드 전압이 그 내부에 이온을 생성하기 위해 이온 소스에 인가되고, 그리고 억제 전압이 이온 빔 내의 전자들을 이온 소스로 끌어당겨지는 것을 방지하기 위한 추출 어셈블리로 인가되며, 워크피스는 엔드 스테이션과 외부 환경 사이로 전달된다. 이 동안, 억제 전압이 변조되며, 이에 의해 그 표면들 상의 증착물들을 제거하도록 추출 어셈블리를 통한 아크 방전 또는 전류 흐름을 유도하여 워크피스들의 후속 오염을 경감시킨다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 그 내부의 입자 오염을 감소시키기 위해 이온 주입 시스템에 대한 개선책이 제공되는데, 이온 주입 시스템은, 이온 소스; 그로부터 이온들을 추출하기 위한 이온 소스에 인접하여 위치된 추출 전극 어셈블리; 및 이온들의 선택적인 주입을 위해 엔드 스테이션 내부로 그리고 외부로 워크피스들을 전달하도록 구성된 엔드 스테이션을 포함한다. 개선책은, 워크피스의 전달과 일반적으로 동시에 미리결정된 전압과 미리결정된 억제 전압 사이의 전압을 선택적으로 변조시켜, 이에 의해 그 표면상의 증착물들을 제거하기 위해 추출 전극 어셈블리를 통해 전류 흐름 또는 아크 방전을 유도하여 워크피스들의 후속 오염을 경감시키도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.

도 1은 예시적인 이온 주입 시스템의 종래 기술의 시스템-레벨 도면을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 양상에 따른 종래 기술 이온 소스 추출 장치 및 전극 어셈블리의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 양상들이 구현되는 예시적인 고-도즈 이온 주입 시스템의 특정 컴포넌트들의 간략화된 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 양상에 따라 전극 어셈블리의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 양상에 따른 전극 어셈블리의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 양상에 따른 입자 오염을 감소시키기 위한 예시적인 방법의 블록도이다.

종래 기술인 도 1을 초기에 참조하면, 종래 기술인 도 2의 시스템과 유사한 추출 전극 시스템(200)을 활용하는 이온 주입 시스템(100)이 예시된다. 도 1은 이온 빔에 대하여 워크피스(190)(예를 들어, 반도체 기판 또는 웨이퍼)를 스캐닝하여, 이에 의해 이온들을 워크피스(190)에 주입하도록 동작가능한 통상적인 이온 주입 시스템(100)을 도시한다. 도 2는 주입을 위해 이온 소스(20)로부터 이온 빔(30)을 추출하기 위한 트라이오드 유형(triode type) 추출 전극 시스템(200)을 활용하는 종래 기술 추출 전극 시스템(200)의 개략도를 나타낸다.

종래 기술 시스템(100)(도 1)은 모듈형 가스 박스들(164 및 166), 및 가스 박스 원격 퍼지 제어 패널(168)을 포함한다. 가스 박스들(164 및 166)은, 다른 것들 중에서, 도펀트 소스 재료의 하나 또는 그 초과의 가스들을 포함하며, 박스들(164, 166)은 시스템(100) 내의 이온 소스(182)로 가스(들)의 선택적인 전달을 용이하게 하고, 여기에서 가스(들)는 웨이퍼 또는 워크피스(190)로의 주입을 위해 적합한 이온들을 생성하기 위해 이온화될 수 있다. 가스 박스 원격 제어 패널(168)은 "필요에 따라" 또는 원하는 기준에 따라 시스템(100)의 외부로의 가스(들) 또는 다른 물질들의 배출 또는 퍼징을 용이하게 한다.

고전압 단자 전력 분배(172) 및 고전압 절연 변압기(174)는, 이온들을 생성하기 위해 도펀트 가스(들)에 에너지를, 다른 것들 중에서, 전기적으로 여기시키고 그리고 부여하기 위해 포함된다. 이온 빔 추출 어셈블리(176)는, 이온 소스(182)로부터 이온들을 추출하고, 그리고 이들을 질량 분석 마그넷(180)을 포함하는 도 1의 브래킷에 의해 예시된 빔라인 영역(178)으로 가속화하기 위해 포함된다. 질량 분석 마그넷(180)은 부적절한 전하-대-질량비의 이온들을 분류하거나(sort out) 또는 거부하도록 동작가능하다. 특히, 질량 분석 마그넷(180)은, 원치않는 질량-대-전하 비의 이온들이 질량 분석 마그넷(180)의 마그넷(들)에 의해 생성된 하나 또는 그 초과의 자계들에 의해 빔가이드를 통해 전파됨에 따라서, 원치않는 질량-대-전하 비의 이온들이 그 내부로 충돌하는 곡선형(curved) 측벽들을 갖는 가이드를 포함한다.

컴포넌트(184)는 이온 빔의 각도를 제어하도록 지원하기 위해 포함될 수 있다. 이는, 다른 것들 중에서, 스캔 각도 보정 렌즈를 포함할 수 있다. 가속/감속 컬럼(186)은 이온 빔 내에서 이온들의 속도 및/또는 포커싱을 제어하고 그리고 조절하는 것을 용이하게 한다. 최종 에너지 필터와 같은, 오염 입자들을 필터링하도록 동작가능한 컴포넌트(188)는 또한, 에너지 오염 이온들이 워크피스(190)에 직면하는 것을 경감시키기 위해 포함될 수 있다.

웨이퍼들 및/또는 워크피스들(190)은 이온들로의 워크피스들의 선택적인 주입을 위해 엔드 스테이션 챔버(192) 내부에 로딩된다. 기계적 스캔 드라이브(194)는 이온 빔과의 선택적인 직면들(selective encounters)을 용이하게 하기 위해 챔버(192) 내부에서 워크피스(190)를 조종한다(maneuver). 웨이퍼들 또는 워크피스들(190)은, 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 기계 또는 로봇 아암들(197)을 포함할 수 있는 워크피스 처리 시스템(196)에 의해 엔드 스테이션 챔버(192) 내부로 그리고 외부로 이동된다. 통상적인 주입 동작에서, 도핑되지 않은 워크피스들 또는 웨이퍼들은, 주입 챔버 또는 엔드 스테이션에서 적절한 배향으로 워크피스를 전달하는 로봇에 의해 챔버 밖으로 다수의 카세트들 중 하나로부터 리트리브된다. 챔버 로봇의 로봇 아암은, 워크피스를 꽉 잡고있고, 이 워크피스를 주입 챔버 내부로 가져와서, 이를 이온 빔의 전면에서 워크피스를 스캐닝하는 지지를 위한 정전 클램프 또는 척 지지 구조체 상에 위치시킨다.

오퍼레이터 콘솔(198)은 시스템(100)의 하나 또는 그 초과의 컴포넌트들을 선택적을 제어함으로써 오퍼레이터가 주입 프로세스를 규제하도록 허용한다. 최종적으로, 전력 분배 박스(199)는 전체 시스템(100)에 전력을 제공하기 위해 포함된다.

종래 기술인 도 2를 다시 참조하면, 이온 소스(20) 및 추출 전극들은, U.S 특허 제6,501,078호에 개시된 바와 같이, 트라이오드 추출 어셈블리를 활용하는 측단면도로서 개략적으로 예시된다. 이온 소스(20)는 하우징(15)에 탑재된 아크 챔버(20A)를 포함한다. 부싱(20B)은 하우징(15)의 나머지로부터 이온 소스(20)를 절연시키기 위한 절연체로서 동작한다. 아크 챔버(20A) 내에 형성된 이온들은 소스(20)의 전면(22)에 있는 출구 개구(21)를 통해 소스(20)로부터 추출된다. 이온 소스(20)의 전면(22)은, 이온 소스(20)의 전압과 동일한 전압 전위에서 바이어싱된 제 1 개구형 소스 전극을 형성한다. 개구형 억제 전극(24) 및 개구형 접지 전극(25)에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이, 추출 전극 시스템이 제공된다. 개구형 전극들(24, 25) 각각은 이온 소스(20)로부터 나오는 이온 빔이 그 사이를 통과하도록 허용하는 플레이트를 통해 개구를 갖는 단일의 전기적으로 도전성 플레이트를 포함한다. 바람직하게, 각각의 개구는 도 2에서 평면에 수직하는 세장의 방향으로 세장형 슬롯 구성을 갖는다. 다시 말해서, 슬롯은 나타낸 바와 같이 페이퍼로 진행하는 포지티브 z축과 함께 z를 따라 자신의 긴 치수를 갖는다.

포지티브 이온들의 빔의 경우, 이온 소스(20)는 접지에 대하여 포지티브 전압에서 전압 공급부에 의해 유지된다. 접지 전극(25)은, 접지 전극(25)의 (도 2에서) 우측에 있는 영역으로의 접지 전극(25)과 이온 소스(20) 사이의 전계의 침투를 제한한다. 억제 전극(24)은 접지에 대하여 네거티브 전위로 전압 공급부에 의해 바이어싱된다. 네거티브하게 바이어싱된 억제 전극(24)은, (도 2의 우측에 있는) 접지 전극(25)의 다운스트림에 있는 이온 빔 내의 전자들이 추출 영역으로 그리고 이온 소스(20)로 끌어당겨지는 것을 방지하도록 동작한다. 억제 및 접지 전극들(24, 25)은, 화살표 x로 표시된 것과 같이 이온 빔(30)의 이동 방향에서 소스(20)에 대하여 상대적으로 이동가능하게 되도록 탑재된다. 장치는, 빔 에너지가 더 클 때 추출 및 억제(24) 전극들 사이의 갭이 더 크게 되도록 "튜닝"될 수 있다. 전극들은, 화살표 y의 방향에서 측면으로, 즉, 소스(20)에 대해 이온 빔 방향에 대략적으로 수직하는 페이퍼의 평면에서 억제(24) 및 접지(25) 전극들이 상대적으로 이동가능하도록, 추가로 탑재된다. 메커니즘은 또한, 전극 슬릿의 크기가 도 2의 y 화살표들에 의해 표시된 바와 같이 측면 방향에서 조절될 수 있는 덕분으로 제공된다. 도면들로 돌아와서, 도 1은 이온 빔 주입기(10)의 개략적인 도식이다. 주입기는, 주입 스테이션(20)으로 본원에 나타낸 엔드 포지션까지 빔 경로를 횡단하도록 형상화되고 그리고 선택적으로 편향된 이온 빔(14)을 형성하는 이온들을 생성하기 위한 이온 소스(12)를 포함한다. 주입 스테이션은, 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스가 이온 빔(14)을 형성하는 이온들에 의해 주입을 위해 포지셔닝되는 내부 영역을 정의하는 진공 또는 주입 챔버(22)를 포함한다.

이전에 언급된 바와 같이, 이온 주입 시스템에 대한 추출 전극 어셈블리(예를 들어, 도 2)는 통상적으로 추출 전극(22), 억제 개구 전극(24) 및 개구 접지 전극(25)으로 구성된다. 억제 전극(24)은 접지에 대해 네거티브 전위로 전압 공급부에 의해 바이어싱될 수 있다. 네거티브하게 바이어싱된 억제 전극은, 접지 전극(25)의 다운스트림에 있는 이온 빔 내의 전자들이 추출 영역으로 그리고 이온 소스(20)로 끌어당겨지는 것을 방지하도록 동작한다.

일반적으로, 추출 어셈블리의 억제 및 접지 전극들은 빔 방향에서 이동가능하도록 탑재되고, 이는 이온 소스의 추출 전극과 억제 전극 사이의 갭이 이러한 갭을 증가시키거나 또는 감소시키도록 조절되도록 허용한다. 억제 전극과 접지 전극 사이의 갭은 또한 포지티브 그리고 또한 네거티브 y 방향에서 조절될 수 있다. 이 방식에서, 추출 어셈블리를 형성하는 전극들은 그 사이의 갭들의 치수를 선택적으로 증가시키거나 또는 감소시키도록 "튜닝"될 수 있는데, 여기서, 예를 들어, 요구되는 빔 에너지가 크면 클수록 전극 어셈블리 내에서 설정될 수 있는 갭은 더 커지게 됨이 이해된다.

도 3으로 이제 돌아오면, 이 도면은, 간략화된 개략적인 블록도 형태로, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 양상들이 구현되는 예시적인 높은-도즈의 이온 주입 시스템(300)의 특정 컴포넌트들을 도시한다. 예를 들어, 0.5 내지 60keV의 범위에서 이온 빔(332)을 생성하기 위한 시스템(300)이 도시된다. 시스템(300)은, 이온 소스(302), 빔라인 어셈블리(305), 및 엔드 스테이션(306)을 포함한다. 나타낸 예시에서, 이온 소스(302)는, 플라즈마 생성 컴포넌트(308), 캐소드(310), 필라멘트(313), 애노드(312), 리펠러(repeller)(314), 가스 공급부(316), 소스 마그넷 컴포넌트들(318 및 320), 및 이온 추출 전극 어셈블리(322)를 포함한다. 예를 들어, 도펀트 가스는 도관(334)을 통해 가스 소스(316)로부터 챔버(304) 내부로 공급될 수 있다. 필라멘트 전원(324) 및 캐소드 전압 공급부(326)는 필라멘트(313) 및 캐소드(310) 각각에 동작가능하게 커플링되고; 그리고 다른 전원(328)은 나타낸 예시에서 소스 마그넷 컴포넌트들(318, 320)에 접속된다.

동작시에, 가스 공급부(316)는, 이온들이 생성되는 이온 소스(302)의 영역(330) 내부로 (예를 들어, 도관(334)을 통해) 하나 또는 그 초과의 전구체 가스들을 제공한다. 하나의 예시에서, 캐소드(310)는 도펀트 가스 모듈들과 충돌하기 위해 그 내부의 전자들을 여기시키기 위해 필라멘트 전원(324)에 의해 (예를 들어, 약 2500 degrees Kelvin까지) 가열될 수 있는 필라멘트(313)(예를 들어, 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 형성된 로드)를 포함한다. 결국, 캐소드 전압 공급부(326)는, 캐소드(310)로부터 가스가 놓여진 영역(330)으로 전자들이 점프하게 하기 위해 (예를 들어, 캐소드(310)를 약 2500 degrees Kelvin까지 가열하기 위해) 캐소드(310)에 추가적인 에너지를 제공할 수 있다. 애노드(312)는, 영역(330)으로 전자들을 끌어당겨지는 것을 지원하고, 그리고 예를 들어, 이온 소스(302)의 측벽들을 포함할 수 있다. 게다가, 전원(미도시)은 또한, 예를 들어, 추가적인 전자들을 영역(330)으로 끌어당겨지는 것을 용이하게 하기 위해 캐소드(310)와 애노드(312) 사이에 바이어스가 설정될 수 있도록, 애노드(312)에 커플링될 수 있다.

리펠러(314)는 또한 영역(330) 내에 전자들을 유지시키는 것을 지원할 수 있다. 특히, 미러 전극 리펠러(314)에 부여된 바이어스는, 캐소드(310)로부터 방출된 전자들을 영역(330) 내부로 다시 밀어내도록(repel) 기능한다. 유사하게, 소스 마그넷(318 및 320)에 의해 이온 소스(302) 내에 유도된 자계가 소스(302)의 측벽에서 떨어져서 영역(330) 내에 전자들을 유지하도록 기능한다. 나타낸 예시에서, 소스 마그넷의 2개의 소스 마그넷 컴포넌트들(318 및 320)이 도시된다. 이들은, 예를 들어, 권선들의 단면뷰 및/또는 전자석의 요크(yoke)를 나타낼 수 있다. 영역(330) 내에서 주위를 이동하는 전자들은 이온들을 생성하기 위해 영역(330) 내에서 기체 분자들과 충돌한다. 특히, 충분한 힘을 이용하여 기체 분자들과 충돌하는 전자들은 하나 또는 그 초과의 전자들로 하여금 분자들로부터 제거되도록 야기하며, 이에 따라 포지티브하게 충전된 기체 이온들을 생성한다. 소스 마그넷 컴포넌트들(318 및 320)에 의해 인가되는 자계가 영역(330) 내에서 이온들 및 전자들 둘 다의 플라즈마를 중단하는 것(suspending)을 지원하기 위해 그리고 전자 경로 길이를 증가시키기 위해 y 방향(335)에서 캐소드(310)에 수직할 수 있다는 점이 인식될 것이다.

본 발명이 네거티브하게 충전된 이온들을 또한 활용할 수 있는 애플리케이션을 고찰하고 이를 갖는다는 점이 추가로 인식될 것이다. 추가적으로, 빔 전류 밀도 또는 강도는 또한 이온 소스(302) 내에 생성된 이온들의 수와 관련되는 것으로 인식될 것이다. 따라서, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 양상들에 따르면, 이온 소스(302)의 컴포넌트들 중 임의의 하나 또는 그 초과가 빔 전류를 변조하기 위해 선택적으로 조절될 수 있다. 한정이 아닌 단지 예시에 의해, 소스 마그넷 컴포넌트들(318 및 320)에 의해 설정된 자계는 소스(302) 내에서 생성된 이온들의 수를 증가시키거나 또는 지연시키고 이에 대응하여 빔 전류를 증가시키거나 또는 감소시키기 위해 전원(328)을 제어함으로써 변경될 수 있다.

본 발명이 앞서 설명된 아크 방전 소스 이외의 유형들의 이온 소스들에 대한 애플리케이션을 고찰하고 갖는다는 점이 더 인식될 것이다. 예를 들어, 이온 소스는 이온들을 생성하기 위해 RF 여기의 수단을 포함할 수 있다. 이러한 소스는, 그 전체가 본원에 인용에 의해 포함되는 U.S 특허 제5,661,308호에 개시된다. 추가적인 예시는 이온들을 생성하기 위해 전자 빔 주입에 의한 여기의 수단을 포함할 수 있는 이온 소스이다. 이는, 종종 소스의 "소프트 이온화" 유형으로서 지칭된다. 이러한 소스의 예시는, 그 전체가 본원에 인용에 의해 또한 포함되는 U.S 특허 제6,452,338호에 개시된다. 본 발명이 애플리케이션을 갖는 이온 소스의 추가적인 예시는, 복수의 이온들을 생성하기 위해 마이크로웨이브 여기의 수단을 포함하는 이온 소스이다.

(예를 들어, 단일 점선으로서 간단하게 예시된) 이온 빔(332)은, 이온 소스(302)에 대하여 일반적으로 네거티브하게 바이어싱되고, 이에 의해 포지티브 이온들을 끌어당기는 추출 전극(336)에 의해 이온 소스(302)로부터 추출된다. 억제 전극(338)은 자신의 일반적으로 포지티브인 바이어스에 의해 이온 소스(302)를 향하여 끌어당겨진 전자들의 억제를 제공하는 기능을 수행한다. 게다가, 포지티브 x 방향(333)에서, 빔(332)은 접지 전극(340)에 직면한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 고정형 추출 전극(336)과 이동형 억제 전극(338)과 접지 전극(340) 사이의 갭(342)은 조절될 수 있다.

이 실시예에서, 갭(g)(342)의 크기는, 예를 들어, 더 높은 에너지 빔들에 대해 증가될 수 있고 그리고 더 낮은 에너지 빔들에 대해 감소될 수 있다. 따라서, 추출 전극(336)과 억제 전극(338) 사이의 갭(342)을 조절함으로써, 전계는 아크 방전을 회피하고 그리고/또는 감소시키도록 조절될 수 있고, 이에 따라 더 넓은 에너지 범위(예를 들어, 0.5 내지 80keV)에 걸쳐 통상적으로 실현될 수 있는 더 높은 빔 전류들에서 이온 주입 시스템(300)이 동작되도록 허용한다. 대조적으로, 낮은 빔 에너지들에서, 공간 전하 반발력(space charge repulsion)은 갭(342)을 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 이에 더해, 갭(342)을 조절하기 위한 능력은 이온 빔(332)의 더 큰 포커스 및 제어를 허용한다.

추출 전극(336)은 이온 소스 출구 개구(346)에 대향하여 그리고 이온 소스 출구 개구(346)와 정렬하여 배치된, 그 내부에 형성된 추출 개구(344)와의 단일 플레이트를 포함할 수 있다. 추출 전극(336)은, 앞서 논의된 바와 같이, 추출 갭(g)(342)으로 지칭되는 거리만큼 가변적인 억제 개구(348)를 갖는 억제 전극(338)으로부터 조절가능하게 이격된다. 억제 전극(338) 및 접지 전극(340) 각각은, 가변적인 개구 전극(VAE)으로서 당업자들에 의해 또한 알려진 가변 억제 개구(348) 및 가변 접지 개구(350)를 조절하기 위한 2개 또는 그 초과의 별도의 플레이트들(미도시) 각각을 더 포함할 수 있다. 가변 접지 개구(350)가 그 내부에 형성된 접지 개구(340)는, 도시된 바와 같이, 억제 전극(338)의 다른 측면 상에 포지셔닝되고, 그리고, 예를 들어, 억제 전극(338)으로부터 고정적으로 이격될 수 있다.

억제 전극(338) 및 접지 전극(340) 둘 다는, 개구들(348 및 350)이 y-방향(335)에서 추출 개구(344)에 정렬될 수 있도록, 조절가능할 수 있다. 대안에서, 추출 개구(344) 및 억제 개구(348)는 오직 셋업 동안에만 정렬될 수 있다. 그러나, 메커니즘은 y-축 방향(335)에서 개구들 모두에 대하여 능동적인 제어로서 활용될 수 있다는 점이 당업자에 의해 인식되어야 한다.

추출 전극(336), 억제 전극(338) 및 접지 전극(340)은 서로로부터 전기적으로 절연되고, 이들 각각은 별도의 전압원들(352, 354 및 356) 각각에 접속된다. 전압원들(352, 354 및 356) 및 컨트롤러(358) 각각은, 전극들(336, 338 및 340), 이온 소스 아크 챔버(304), 및 갭(342) 각각 상의 전위를 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하는 중앙 프로세서(360)에 접속된다. 따라서, 측정된 이온 에너지는 이온 생성에 있어서의 파라미터들, 예를 들어: 갭(342), 개구 폭/크기 조절, 개구 정렬, 전극들(336, 338, 및 340) 등에 인가된 전위 등을 제어하기 위해 피드백 루프에 이용될 수 있다. 프로세서(360)는, 예를 들어, 측정된 에너지에 의존하여 이온 빔 추출 파라미터들을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.

그후, 이온 빔(332)은 빔라인 어셈블리(305) 및 연관 분석기 마그넷(364)에 진입한다. 질량 분석 마그넷(364)은 약 90도 각도로 형성될 수 있고, 자계가 그 내부에 생성된다. 이온 빔(332)이 마그넷(364)에 진입함에 따라, 이 마그넷은 이에 대응하여 부적절한 전하-질량비의 이온들이 거부되도록 자계에 의해 구부러진다. 더욱 구체적으로, 너무 큰 또는 너무 작은 전하-대-질량비를 갖는 이온들이 마그넷(364)의 측벽들(370) 내부로 편향된다(371). 이 방식으로, 마그넷(364)은 오직 이를 통해 완전하게 횡단하기 위해 원하는 전하-대-질량비를 갖는 빔(332) 내에서 이들 이온들을 유지하도록 허용한다.

제어 전자장치 또는 컨트롤러(358)는, 다른 특징들 중에서, 자계의 강도 및 배향을 조절할 수 있다. 자계는, 예를 들어, 마그넷(364)의 필드 권선들을 통해 지나가는(running through) 전류의 양을 조절(regulate)함으로써 제어될 수 있다. 컨트롤러(358)는 (예를 들어, 오퍼레이터에 의해, 이전에 그리고/또는 현재에 획득된 데이터 및/또는 프로그램들에 의해) 시스템(300)의 전반적인 제어에 대한 프로그래머블 마이크로-컨트롤러, 프로세서, 및/또는 다른 유형의 컴퓨팅 메커니즘을 포함할 수 있다는 점이 인식될 것이다.

빔라인 어셈블리(305)는 또한, 이온 빔(332)을 포커싱하고, 구부리고 그리고/또는 오염물질을 제거할 뿐만 아니라 이온들을 가속 및/또는 감속시키도록 배열된 그리고 바이어싱된 복수의 전극들(366)을 포함하는, 예를 들어, 가속기/감속기(374)를 포함할 수 있다. 전극들(366)은, 이하에 더욱 상세하게 논의된 방식으로, 빔(332)을 구부림으로써 그리고 빔(332)으로부터 오염 입자들을 분리함으로써 빔(332)의 오염물질을 제거한다(decontaminate).

게다가, 소스(302)로부터 엔드 스테이션(306)으로의 전체 빔라인 어셈블리(305)가 하나 또는 그 초과의 펌프들(미도시)에 의해 진공처리될 수 있도록, 다른 입자들과 충돌하는 이온 빔이 빔 무결성을 저하시킨다는 점이 인식될 것이다. 가속기/감속기(374)의 다운스트림에는 빔라인 어셈블리(305)로부터 질량 분석된 이온 빔(332)을 수용하는 엔드 스테이션(306)이 있다. 엔드 스테이션(306)은, 워크피스(382)가 그에 의한 선택적인 움직임에 의해 탑재되는 지지체 또는 엔드 이펙터(378)를 포함할 수 있는 스캐닝 시스템(376)을 포함한다. 엔드 이펙터(378) 및 워크피스(382)는 이온 빔(332)의 네거티브 y 방향에 일반적으로 수직하는(즉, xz 평면)인 타겟 평면에 상주한다.

빔 전류는 시스템(300)의 수많은 컴포넌트들에 의해 영향을 받을 수 있다고 인식될 것이다. 예를 들어, 추출 전극(336), 억제 전극(들)(338), 접지 전극(들)(340), 및 전극들(366) 상의 개별적인 바이어스들은 빔 전류에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 빔 전류는 추출 전압 공급부 및 억제 전압 공급부(352 및 354) 각각의 하나 또는 그 초과를 선택적으로 제어함으로써 제어될 수 있다. 플로팅 접지 공급부(356), 공급부(328), 공급부(324) 및 공급부(326)는 다양한 컴포넌트들에 인가되는 개별 전압들을 제어한다. 추출 전극(336)과 억제 전극(338)의 조합된 세트가 본원에 논의되지만, 현재의 발명은 이러한 전극들에 인가되는 개별적인 전압들을 변경시키기 위해 독립적으로 변경될 수 있는 개별 공급부들을 갖는 추출 전극(336) 및 억제 전극(338)의 별도의 세트들을 고찰한다는 점이 인식될 것이다. 접지 전극(340)이 접지 전위와 동일하거나 또는 접지 전위와는 상이한 다른 전극들(336 및 338)과는 상이한 전압과 일반적으로 변조된다는 점이 더 인식될 것이다.

전술한 전압 공급부들은, 예를 들어, 이온 주입 동안 활용된 스캔 빔 전류의 엔드을 나타내는 (예를 들어, 패러데이 컵(384)을 포함하는) 측정 시스템(372)으로부터의 판독치들을 취하는, 예를 들어, 다른 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(358)는, 이온 빔(332)이 영향을 받는 활성 플라즈마의 양을 선택적으로 조절함으로써(regulating) 빔 전류를 변조시키기 위해 빔 중성화 시스템(362)에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 플라즈마의 소스를 통해 빔 전류를 변조시키는 것은, 활성 플라즈마 중성화가 더 높은 에너지들에서 효율적인 빔 전송을 위해 통상적으로는 요구되지 않기 때문에, 더 낮은 에너지들(예를 들어, 3keV 미만)에서 더욱 효율적일 수 있다. 컨트롤러(358)는 또한 이전에 논의된 바와 같이 주입 파형들을 개발하는 것(developing)을 지원할 수 있고(예를 들어, 측정 시스템(368)) 그리고 이온 빔 전류에 대한 선택적인 조절들을 용이하게 하는데 이러한 파형들을 이용할 수 있다는 점이 인식될 것이다.

도 4 및 도 5를 이제 참조하면, 추출 전극 플레이트 어셈블리는, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따라, 사시도 및 단면도 각각으로 도시된다. 유사한 가변 갭 전극(VGE)은, 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함되는 공동 양도된 U.S. 특허 제7,915,597호에 개시된다. 도 3을 참조하면, 추출 전극 어셈블리(900)는 이전에 설명된 억제 전극 및 접지 전극 각각을 형성하는 2개의 일치하는 흑연 디스크 어셈블리들(902 및 904)로 구성된다. 디스크 어셈블리들(902 및 904) 각각은 미리결정된 빔 경로 x에 수직하는 공유 평면에 어셈블링되고 정렬되며, 각각의 디스크 어셈블리는 그 사이에 세장형 갭(906)을 정의하도록 이격되고, 그 갭에서 이온 소스(302)로부터 나오는 이온들이 통과한다. 추출 전극 어셈블리는 미리결정된 이온 빔 경로 x와 정밀하게 정렬될 수 있다.

억제 디스크 어셈블리(902)는 억제 전극 플레이트 디스크 하프들(908 및 910), 및 억제 플레이트 교체가능 엣지 삽입 피스들(911 및 913)로 구성된다. 유사하게, 접지 디스크 하프 어셈블리(904)는, 플레이트 디스크 하프들(912 및 914), 접지 플레이트 디스크 하프 교체가능 엣지 삽입 피스들(915 및 916)을 포함한다. 디스크 하프 교체가능 엣지 삽입 피스들(911, 913, 915 및 916)은 그들 각각의 디스크 하프들(908, 910, 912, 및 914)에 고정되고, 이와 함께 전극 갭(906)을 정의한다. 삽입 피스들(911, 913, 915 및 916)은 이온들을 가속화시키는 임팩트에 의해 야기되는 잠재적인 손상으로 인해 교체가능하며 이에 의해 컴포넌트들을 교체하는 비용을 감소시킨다. 이에 더해, 디스크 하프들(908, 910, 912 및 914)은 필요에 따라 교체될 수 있다.

억제 전극 플레이트 디스크 하프(908)는, 예를 들어, 스프링-로딩된 숄더 스크류들과 함께 디스크 하프(908 및 912) 사이에 위치된 세라믹 스페이서들 또는 억제 절연체들(918)을 이용하여 접지 전극 플레이트 디스크 하프(912)에 이격된 관계로 고정될 수 있어서 그들 사이에 이격된 병렬 관계를 제공하는 동시에 또한 그들 사이에 전기적 절연을 제공한다. 유사하게, 억제 전극 플레이트 디스크 하프(910)는, 세라믹 스페이서들 또는 억제 절연체(918)와 함께 접지 전극 플레이트 디스크 하프(914)에 병렬의 이격된 관계로 고정된다.

플레이트 디스크 하프들(908 및 912)로 형성된 어셈블리는 지지 레그 어셈블리(802)에 의해 접속되고 지지될 수 있다. 접속부는, 예를 들어, 어셈블리(802 내지 912)를 접속하는 쓰루 스크류들이다. 유사하게, 어셈블리(910 및 914)는 레그(804)에 의해 지지될 수 있고, 그리고 레그(804)는 접지 전극 플레이트 디스크 하프(914)에 접속된다. 2개의 지지 레그 어셈블리들(802 및 804)의 움직임은, 플레이트 디스크 하프들(908 및 912) 및 어셈블리(910 및 914)로 형성된 어셈블리를 이동시킬 것이다. 따라서, 갭(906) 및 개구가 조절될 수 있다. 지지 레그 어셈블리들(802 및 804)은 지지 플랜지 탑재 플레이트(810) 내에서 슬롯화된 개구들(806 및 808)을 통해 연장한다. 지지 레그 어셈블리들(802 및 804)과 개구들 사이의 공간은 플렉서블 리본 벨로우들(922 및 924)에 의해 커버된다.

도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명의 방법(200)은 동작(205)에서 이온 주입 시스템을 제공하는 것으로 시작하고, 이 동작에서 이온 주입 시스템은 도 1의 이온 주입 시스템을 통해서와 같이 이온 빔을 통해 하나 또는 그 초과의 워크피스들로 이온들을 주입하도록 구성된다. 도 1의 이온 주입 시스템이 일 예로서 도시되지만, 유사한 또는 다른 컴포넌트들을 갖는 다양한 다른 이온 주입 시스템들은 이전에 설명된 방법의 주입을 위해 제공될 수 있고, 모든 이러한 이온 주입 시스템들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 고찰된다. 동작(205)에 제공된 이온 주입 시스템은, 예를 들어, 최소한: 이온 소스; 이온 소스와 연관된 추출 전극 장치; 이온들의 주입 동안 워크피스를 지지하도록 구성된 엔드 스테이션; 및 전압 전위들을 그리고 추출 전극 장치에 인가되는 전압 전위들의 전압 전위들의 타이밍을 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다.

일 예시에 따르면, 이온 빔은 이온 소스를 통해 동작(210)에서 형성된다. 억제 전압은 억제 플레이트에 더 인가되고, 여기서 전자들은 일반적으로 포커싱된 이온 빔을 형성하기 위해 이온 소스로부터 추출된 이온으로부터 선택적으로 중지된다. 예를 들어, 이온 소스 및 추출 전극 어셈블리의 다운스트림에 포지셔닝된 워크피스는, 이에 따라, 이에 의해 형성된 이온 빔으로부터의 이온들로 주입된다. 충분한 주입이 완료되면, 워크피스는 동작(215)에서 엔드 스테이션 및 외부 환경으로부터 전달되고, 다른 워크피스가 이 다른 워크피스로의 이온 주입을 위해 외부 환경으로부터 엔드 스테이션으로 전달될 수 있다.

본 발명에 따르면, 동작(215)의 엔드 스테이션의 내부로 또는 외부로 워크피스의 전달과 일반적으로 동시에, 이온 소스 및 억제 전극에 인가되는 전압들은 동작(220)에서 변조된다. 바람직한 실시예에서, 이온 소스의 추출 전극 및 추출 전극 어셈블리의 억제 전극과 연관된 고전압 스위치들이 개방되어 추출 전극 및 억제 전극으로 하여금 접지로 드리프팅하는 플로팅 전위를 실현하도록 허용한다. 이러한 초기 단계는, 웨이퍼가 엔드 스테이션 내의 웨이퍼 지지체에 전달되고 그리고 이온 소스로부터 이온의 추출을 제거하는 효과를 가질 때, 주입 사이클의 종료에 따라 발생하도록 타이밍된다. 그후, 팔라멘트(313) 및 캐소드(310) 각각에 동작가능하게 커플링된 필라멘트 전원(324) 및 캐소드 전압 공급부(326)를 통해서와 같이 이온 소스의 캐소드에 인가된 전압은, 예를 들어, 이온 소스 한정 챔버 내에서의 플라즈마의 형성을 제거하기 위해 개방 루프에서 아크-전류/캐소드 전압 제어 로직을 설정함으로써 제거된다. 이에 따라, 본 예시에서, 워크피스 전달 동안 이온 빔이 소멸되는 것은 유리하다. 이후, 그리고 바람직하게, 적어도 50ms의 유도된 딜레이 이후에, 억제 전극에 커플링된 고전압 스위치는 억제 전극에 약 -15KV 정도의 고전압을 인가하도록 폐쇄되며, 이는 억제 전극과 접지 전극을 분리하는 절연체를 통해 (바람직하게는 .2sec 정도의) 정의된 시간 기간 동안 전류 흐름, 또는 그에 걸친 아크 방전을 유도한다. 이렇게 유도된 전류 흐름 및/또는 아크 방전은 추출 전극 어셈블리로부터 이격되어 침전하는 증착물들을 전극들의 부근 내에서 그리고 주변에서 제거하여, 이에 의해 이온 주입 시스템에서 웨이퍼 상에 그리고 이온 빔라인을 따라 오염물질이 경감된다는 것이 발견되었다.

본원에 설명된 바와 같이, 형성 동작(220)이 컨트롤러(358) 및 중앙 프로세서(360)에 의해서와 같이 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 통해 컨트롤러 및/또는 컴퓨터에서 통상적으로 수행된다는 이전에 단계들이 인식될 것이다. 이러한 프로세스 단계들은, 주입을 위해 워크피스 지지체 상에 처리되지 않은 웨이퍼의 배치(placement)까지의 엔드스테이션의 외부로의 처리된 웨이퍼의 전달 동안 할당될 수 있는 횟수만큼 반복될 수 있다. 본 발명에 의해 제공된 바와 같이, 억제 전극 전압의 변조는 워크피스들의 전달 동안 하나 또는 그 초과의 사이클들로 사이클링된다. 따라서, 동작(220)은, 워크피스가 (예를 들어, 동작(215)에서의 워크피스들의 교환 동안) 엔드 스테이션과 외부 환경 사이에서 전달되는 때인 시간 기간 내에 동시에 그리고 가능하게는 반복적으로 유리하게 발생하며, 이에 의해 본 발명의 전압 변조에 의해 릴리즈되는 입자들로 인해 워크피스 오염에 대한 잠재성이 이온 빔을 통해 워크피스로 전송되는 것을 경감시킨다.

동작(220)에서 억제 전극 전압을 변조시킴으로써, 추출 전극 어셈블리와 연관된 하나 또는 그 초과의 표면들 상으로 이전에 증착된(예를 들어, 스퍼터링된) 재료는 일반적으로, 추가로 설명되는 바와 같이, 워크피스를 오염시키지 않고 표면으로부터 릴리즈된다. 본 발명은, 이전에 증착된 재료들에 대한 잠재성이 후속 이온 주입 동안 워크피스에 유해하게 충격을 가하는 것을 경감시킨다.

본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 나타나고 설명되었지만, 당업자들이 본 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 판독하고 이해할 때, 균등한 변경들 및 변형들이 발생할 것이라는 점은 명백하다. 특히, 앞서 설명된 컴포넌트들(어셈블리들, 디바이스들, 회로드 등)에 의해 수행된 다양한 기능들과 관련하여, 이러한 컴포넌트들을 설명하는데 이용되는 ("수단"에 대한 지칭을 포함하는) 용어들은, 본 발명의 여기에 설명된 예시적인 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동일하지는 않지만, (즉, 기능적으로 동일한) 설명된 컴포넌트의 특정 기능을 수행하는 임의의 컴포넌트에 대응하도록 (그렇지 않은 것으로 명시되지 않는 한) 의도된다. 이에 더해, 본 발명의 특정 특징은 몇몇 실시예들 중 오직 하나에 대하여 개시될 수 있으며, 이러한 특징은, 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 그리고 유리할 수 있기 때문에 다른 실시예들의 하나 또는 그 초과의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 설명으로부터, 당업자들은 개선책들, 변화들 및 변형들을 인식할 것이다. 당업계에서의 이러한 개선책들, 변화들 및 변형들은 첨부된 청구항들에 의해 커버되도록 의도된다.

Claims

이온 주입 시스템에서 입자 오염을 감소시키기 위한 방법으로서,
이온 소스,
상기 이온 소스에 인접하여 위치된 추출 전극 어셈블리 ― 상기 추출 전극 어셈블리는 억제 전극 및 접지 전극을 포함하고, 상기 억제 전극 및 상기 접지 전극은, 상기 억제 전극 및 상기 접지 전극을 전기적으로 격리(isolate)시키기 위해 세라믹 스페이서들에 의해 분리됨 ―, 및
워크피스들 내부로 이온들의 선택적인 주입을 위해 엔드 스테이션의 내부로 그리고 외부로 워크피스들을 전달하도록 구성된 상기 엔드 스테이션을 포함하는
이온 주입 시스템을 제공하는 단계;
상기 이온 소스에 인접한 상기 추출 전극 어셈블리와 함께 동작하는 상기 이온 소스를 통해 이온 빔을 형성하는 단계 ― 이 단계에 의해, 캐소드 전압이 내부에 이온들을 생성하기 위해 상기 이온 소스에 인가되고, 억제 전압이 상기 이온 빔 내의 전자들이 상기 이온 소스 내부로 끌어당겨지는 것을 방지하기 위해 상기 이온 소스에 인접한 상기 추출 전극 어셈블리에 인가됨 ―;
상기 엔드 스테이션과 외부 환경 사이에 상기 워크피스들을 교환하는 단계 ― 이온들의 충분한 주입이 완료되면, 처리된 워크피스는 상기 엔드 스테이션으로부터 외부 환경으로 전달되고, 처리되지 않은 워크피스는 이온들의 주입을 위해 상기 외부 환경으로부터 상기 엔드 스테이션으로 전달됨 ―; 및
처리된 워크피스들이 상기 엔드 스테이션으로부터 외부 환경으로 전달되고, 처리되지 않은 워크피스들이 이온들의 주입을 위해 상기 외부 환경으로부터 상기 엔드 스테이션으로 전달되는 상기 교환하는 단계와 일반적으로 동시에, 상기 이온 소스에 인접한 상기 추출 전극 어셈블리에 인가되는 상기 억제 전압을 변조하는 단계 ― 이 단계에 의해, 상기 추출 전극 어셈블리의 표면들 상의 증착물들을 제거하고 워크피스들의 후속 오염을 경감시키기 위해, 상기 교환하는 단계 동안 상기 추출 전극 어셈블리의 상기 세라믹 스페이서들을 통하는 전류 흐름을 유도함 ―
를 포함하는,
입자 오염을 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이온 소스에 인접한 상기 추출 전극 어셈블리에 인가되는 상기 억제 전압을 변조하는 단계는, 하나 또는 그 초과의 사이클들 동안 상기 억제 전압을 주기적으로 변경하는 단계를 포함하는,
입자 오염을 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
이전에 증착된 재료는 상기 이온 소스에 인접한 상기 추출 전극 어셈블리로부터 이격되어 침전하는,
입자 오염을 감소시키기 위한 방법.
내부 입자 오염을 감소시키기 위한 이온 주입 시스템으로서,
이온 소스;
이온들을 상기 이온 소스로부터 추출하기 위해 상기 이온 소스에 인접하여 위치된 추출 전극 어셈블리 ― 상기 추출 전극 어셈블리는 억제 전극 및 접지 전극을 포함하고, 상기 억제 전극 및 상기 접지 전극은, 상기 억제 전극 및 상기 접지 전극을 전기적으로 격리(isolate)시키기 위해 세라믹 스페이서들에 의해 분리됨 ―;
엔드 스테이션과 외부 환경 사이에 워크피스들을 교환하도록 구성된 상기 엔드 스테이션 ― 이온들의 충분한 주입이 완료되면, 처리된 워크피스는 상기 엔드 스테이션으로부터 외부 환경으로 전달되고, 처리되지 않은 워크피스는 상기 워크피스들 내부로의 이온들의 선택적인 주입을 위해 상기 외부 환경으로부터 상기 엔드 스테이션으로 전달됨 ―; 및
상기 워크피스들의 교환과 일반적으로 동시에, 상기 이온 소스에 인접한 상기 추출 전극 어셈블리에 인가되는 전압을 선택적으로 변조시키도록 구성된 컨트롤러 ― 전압을 선택적으로 변조시킴으로써, 상기 추출 전극 어셈블리의 표면들 상의 증착물들을 제거하고 상기 추출 전극 어셈블리의 후속 오염을 경감시키기 위해, 상기 워크피스들의 교환 동안 상기 추출 전극 어셈블리의 상기 세라믹 스페이서들을 통하는 전류 흐름을 유도함 ―
를 포함하는,
이온 주입 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 컨트롤러는 추가로, 내부에서의 이온들의 형성을 제거하기 위해 상기 이온 소스에 인가되는 전압을 선택적으로 변조시키도록 구성되는,
이온 주입 시스템.