KR102351340B1 - 이온 주입 시스템 및 그 방법, 및 이온 빔을 처리하기 위한 감속 스테이지 - Google Patents

이온 주입 시스템 및 그 방법, 및 이온 빔을 처리하기 위한 감속 스테이지 Download PDF

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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

본 개시는 이온 주입 시스템 및 그 방법, 및 이온 빔을 처리하기 위한 감속 스테이지를 제공한다. 이온 주입 시스템은, 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 이온 소스의 하류측에 배치되는 기판 스테이지; 및 이온 빔을 편향시키기 위한 컴포넌트를 포함하는 감속 스테이지로서, 감속 스테이지는 이온 소스와 기판 스테이지 사이에 배치되는, 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 이온 주입 시스템은 또한 수소 가스를 감속 스테이지에 제공하기 위한 수소 소스를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 이온 빔으로부터 생성된 에너지틱 중성입자들은 기판 스테이지로 산란되지 않는다. 본 개시의 이온 주입 시스템은 에너지틱 중성입자들로부터의 에너지 오염을 감소시키기 위한 편리하고 안전한 방식의 이점을 제공한다.

Description

이온 주입 시스템 및 그 방법, 및 이온 빔을 처리하기 위한 감속 스테이지
본 실시예들은 빔라인 이온 주입기들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 이온 빔을 가속하기 위한 이온 주입기들 내의 전극들에 관한 것이다.
오늘날, 빔라인 이온 주입기들은 이온 소스로부터 기판으로 이온 빔을 보내기 위하여 다수의 컴포넌트들을 이용한다. 기판을 적절하게 처리하기 위하여, 이온 빔은 목표 이온 에너지로 가속되거나 또는 감속될 수 있으며, 기판에서 이온 빔의 목표 특성의 세트를 생성하기 위하여 다양한 빔라인 컴포넌트들에 의해 조작되는 이온 빔의 궤적 및 형상을 가질 수 있다. 중간 에너지 및 저 에너지 이온 주입기들을 포함하여 다수의 유형들의 이온 주입기들에 있어서, 이온 소스는 상대적으로 높은 에너지로 빔라인 아래로 가이드되면서 기판에 충돌하기 직전에 최종 에너지로 감속되는 이온 빔을 생성할 수 있다. (
Figure 112019101468082-pct00001
10keV 아래의) 저 에너지에서 (
Figure 112019101468082-pct00002
1mA보다 더 많은 전류를 갖는) 고 전류 빔들을 생성하기 위한 최적의 방식이, 기판에 충돌하기 이전에 가능한 마지막 스테이지에서 최종 에너지로의 감속이 일어나기 이전에, 이온 추출, 질량 분석 및 다른 빔라인 컴포넌트들을 통해 상대적으로 더 높은 에너지로 이온 빔을 전송하는 것이기 때문에, 이러한 절차가 사용된다. 이러한 저 에너지 고 전류 빔들은, 이온들이 서로 반사하게끔 하는 공간 전하 힘(space charge force)들 때문에 빔라인 내에서 긴 거리 동안 전송되지 않을 것이다. 공지된 이온 주입기들에 있어서, 웨이퍼 근처에 감속부를 갖는 아키텍처는 기판에 충돌하는 에너지틱 종(energetic species)으로부터의 에너지 오염의 위험을 도입한다. 특히, 최종 감속 동안에 또는 직전에 체적 내에서 중성화되는 이온들은 에너지의 변화 없이 계속해서 전파될 것이며, 그에 따라서 의도된 것보다 더 높은 에너지로 웨이퍼(기판)에 충돌할 것이다.
일부 이온 주입기들에 있어서, 이러한 문제점은, 감속 스테이지를 통해 이동하는 중성입자들이 감속 스테이지 내의 굴곡부에 의하여 기판으로부터 스크린(screen)될 수 있도록 감속 스테이지와 같은 컴포넌트 내에 굴곡부를 제공함으로써 해결된다. 직선 방향으로 이동하는 중성입자들은 기판에 도달하는데 실패할 수 있지만, 심지어 감속 스테이지에 굴곡부를 갖는 이온 주입기들에서도 에너지 오염이 발견된다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.
일 실시예에 있어서, 이온 주입 시스템은, 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스; 이온 소스의 하류측에 배치되는 기판 스테이지, 및 이온 빔을 편향시키기 위한 컴포넌트를 포함하는 감속 스테이지로서, 감속 스테이지는 이온 소스와 기판 스테이지 사이에 배치되는, 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 이온 주입 시스템은 또한 수소 가스를 감속 스테이지에 제공하기 위한 수소 소스를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 이온 빔으로부터 생성된 에너지틱 중성입자들은 기판 스테이지로 산란(scatter)되지 않는다.
다른 실시예에 있어서, 이온 주입 방법은, 이온 빔을 생성하는 단계; 감속 스테이지에서 이온 빔을 감속하는 단계, 감속하는 단계 동안 이온 빔의 궤적을 변경하는 단계, 및 감속하는 단계 동안 감속 스테이지 내로 수소 가스를 보내는 단계를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 이온 빔을 처리하기 위한 감속 스테이지는, 이온 빔을 포함하기 위한 하우징, 및 이온 빔을 감속하기 위한 감속 어셈블리로서, 감속 어셈블리는 기판 스테이지의 상류측에 배치되고 하우징 내에 배치되는 제 1 복수의 전극들을 포함하는, 감속 어셈블리를 포함할 수 있다. 감속 스테이지는 또한 이온 빔을 편향시키기 위한 편향 어셈블리를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 편향 어셈블리는 하우징 내에 배치되는 제 2 복수의 전극들을 포함하고, 여기에서 이온 빔의 궤적이 변경된다. 감속 스테이지는 하우징 내부에 수소 가스를 제공하기 위한 수소 소스를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 하우징 내부에서 수소의 분압은 10-6 토르보다 더 크다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 이온 주입기(100)의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 감속 스테이지(116)의 일 실시예의 상세도를 도시한다.
도 3은, 산란 각도의 함수로서 몇몇 상이한 가스들에 대한 20 keV 붕소 종을 산란시킬 확률을 예시한다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예들에 따른 프로세스 흐름을 도시한다.
도면들이 반드시 축적이 맞추어져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
또한, 도면들 중 일부 도면들에서 예시적인 명료성을 위하여 특정 엘리먼트들이 생략되거나 또는 축적이 맞추어지지 않고 예시된다. 단면도들은, 예시적인 명료성을 위하여, "실제" 단면도에서는 보일 수 있는 특정 배경 라인들을 생략하는, "슬라이스(slice)들" 또는 "근시(near-sighted)" 단면도들의 형태일 수 있다. 또한, 명료성을 위하여, 일부 참조 번호들이 특정 도면들에서 생략될 수 있다.
이제 이하에서 본 실시예들이, 일부 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 본 개시의 내용이 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 본원의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
본 실시예들은 빔라인 주입기들과 같은 이온 빔 프로세싱 장치에 관한 것이다. 다양한 실시예들은 빔라인 이온 주입기들에서 유용할 수 있고, 여기에서 이온 에너지는 최대 약 500 keV에 이르는 범위일 수 있으며, 특정 실시예들에 있어서, 이온 에너지는 50 keV 이하일 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다. 이하에서 상세화되는 바와 같이, 본 실시예들은, 통상적인 이온 주입기들과 연관된 에너지 오염을 방지하면서, 50 keV 이하와 같은 상대적으로 더 낮은 에너지에서의 이온 주입기들의 동작을 가능하게 한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 이온 주입기(100)의 블록도를 도시한다. 이온 주입기(100)는 이온 빔(104)을 생성하는데 사용되는 이온 소스(102), 분석기 자석(106), 진공 챔버(108), 콜리메이터(collimator)(110), 및 기판(114)을 지지하는 것으로 도시된 기판 스테이지(112)를 포함한다. 이온 주입기(100)는 콜리메이터(110)의 하류측에 배치되는 감속 스테이지(116)를 더 포함한다. 단순화를 위하여, 이온 빔(104)은 단지 이온 빔의 중심 광선 궤적으로서 도시된다. 다양한 실시예들에 있어, 이온 소스(102)는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 이온 소스, RF 이온 소스, 마이크로파 이온 소스 또는 다른 이온 소스일 수 있다. 분석기 자석(106)은 통상적인 분석기 자석들에서와 같이 이온 소스(102)로부터 추출되는 이온들의 궤적을 변경할 수 있다. 진공 챔버(108)는, 희망되지 않는 질량의 이온들을 걸러내기 위한 통상적인 질량 분해 슬릿과 같이 기능할 수 있는 질량 분해 슬릿을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 이온 빔(104)은 정적 리본 빔, 스팟 빔, 또는 스캔형 스팟 빔으로서 제공될 수 있으며, 여기에서 스캔형 스팟 빔은 정전 스캐너 또는 자기 스캐너에 의해 생성되고, 다수의 컴포넌트들 또는 스테이지들을 포함할 수 있다. 콜리메이터(110)는 적어도 기판(114)으로 안내되는 콜리메이팅된 이온 빔을 생성하기 위하여 기능하는 자기 콜리메이터 또는 정전 콜리메이터일 수 있다. 이온 주입기(100)는, 개구들, 디더링(dithering) 컴포넌트들, 추가적인 가속/감속 컴포넌트들을 포함하는 다른 빔 라인 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 여기에서 이러한 다른 컴포넌트들의 동작이 잘 알려져 있다. 명확성을 위하여, 본원에서 이러한 컴포넌트들의 추가적인 논의가 생략된다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 이온 주입기(100)는 수소 소스(118)를 포함할 수 있으며, 여기에서 수소 소스(118)는 감속 스테이지(116)에 수소 가스를 제공하도록 배열된다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 감속 스테이지(116)와 관련하여, 수소 소스(118)는 기판(114) 내로 주입되는 종에 대한 에너지 오염을 감소시키는 것을 보조할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 수소 소스(118)는 감속 스테이지(116) 내로 직접적으로 수소 가스를 제공할 수 있으며, 여기에서 수소 가스는 에너지 오염을 감소시키거나 또는 제거하면서 이온 빔(104)의 빔 전송을 보조한다.
이제 도 2를 참조하면, 감속 스테이지(116)의 일 실시예의 상세도가 도시된다. 감속 스테이지(116)는, 이온 빔(104)의 에너지를 변경하기 위하여, 특히 이온 빔(104)의 에너지를 더 높은 에너지의 이온 빔(104A)(예를 들어, 10 keV)으로부터 더 낮은 에너지의 이온 빔(104B)(예를 들어, 2 keV)으로 감소시키기 위하여 사용되는, 감속 전극들(202) 및 감속 전원 공급장치(232)를 포함하는 감속 어셈블리(201)를 포함할 수 있다. 감속 스테이지(116)는, 이온 빔(104)이 감속 스테이지(116)를 빠져 나가서 기판(114)과 충돌할 때 이온 빔(104)의 전파 방향이 변화하도록 이온 빔(104)의 경로를 편향시키기 위한 편향 전극들(204) 및 편향 전원 공급장치(234)를 포함하는 편향 어셈블리(203)를 더 포함할 수 있다. 별개의 컴포넌트들로서 도시되었지만, 다양한 실시예들에 있어서, 편향 어셈블리(203) 및 감속 어셈블리(201)는 이온 빔(104)의 에너지 및 방향을 변화시키도록 작용하는 공통 전극들을 공유할 수 있다.
도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 감속 스테이지(116)는 잠재적인 오염들이 기판(114)에 충돌하는 것을 스크린하도록 역할할 수 있다. 도시된 바와 같이, 감속 스테이지(116)는 만곡된 형상을 가지며, 여기에서 감속 스테이지는 감속 스테이지(116)의 입구(220)로부터 출구(222)까지 이온 빔(104)에 대한 가시선 경로를 제공하지 않는다. 이온 빔(104)이 대전된 입자들로 이루어지기 때문에, 이온 빔(104)은 편향 어셈블리(203)에 의해 생성되는 전기장들을 통해 편향될 수 있다.
특히, 감속 스테이지(116)에 진입하는 에너지틱 중성입자(206)와 같은 임의의 중성입자들은 잠재적으로 기판(114)에서의 에너지 오염의 소스를 제공할 수 있다. 이러한 오염에 대한 가능성은, 순 전하를 운반하지 않는 에너지틱 중성입자가 감속 어셈블리(201)에 의해 감속되지 않으며, 그에 따라서 더 낮은 에너지의 이온 빔(104B)에 부여되는 것보다 더 높은 에너지로 감속 스테이지(116)를 통해 이동할 수 있기 때문이다. 따라서, 감속 스테이지(116)를 빠져 나오는 임의의 에너지틱 중성입자들은 주입을 위한 목표 에너지보다 더 높은 에너지를 가질 수 있으며, 여기에서 목표 에너지는 감속 스테이지(116)에 의해 감속되는 이온들에 부여되며 더 낮은 에너지의 이온 빔(104B)의 에너지에 대응한다. 예를 들어, 더 낮은 에너지의 이온 빔(104B)에 의해 운반되는 이온 주입을 위한 목표 에너지는 2 keV일 수 있으며, 반면 에너지틱 중성입자들(206)은 감속 스테이지(116)에 진입하는 10 keV의 에너지를 운반할 수 있다. 만곡된 형상을 제공함으로써, 편향 어셈블리(203)는 에너지틱 중성입자들을 캡처할 수 있으며, 이는 에너지틱 중성입자들(206)의 궤적이 편향 어셈블리(203)에 의해 생성되는 필드들에 의해 변경되지 않아서 에너지틱 중성입자들(206)이 편향 어셈블리(203)의 벽들을 향한 직선 궤적으로 이동하는 것을 가능하게 하기 때문이다.
이온 빔(104)의 적절한 빔 제어를 제공하기 위하여, 배경 가스가 감속 스테이지(116)로 제공되는 것을 포함하여 이온 주입기에 제공될 수 있다. 배경 가스는 수소 소스(118)에 의해 제공될 수 있으며, 감속 스테이지(116) 내에 수소 가스(210)의 적절한 분압을 수립하기 위하여 감속 스테이지(116)의 하우징(117) 내로 흐르게 될 수 있다. 감속 스테이지(116) 내로 수소 가스(210)를 흐르게 한 이후에, 수소 가스(210)는 이온 빔(104) 내의 이온들과의 전자 상호작용들에 의해 이온화될 수 있다. (포지티브 이온들을 생성하기 위한) 수소 가스(210)의 이온화는 따라서 이온 빔(104) 내에 트래핑된 전자들을 릴리즈(release)할 수 있으며, 이는, 포지티브 이온들 사이에서 상호 반발을 감소시킴으로써 공간 전하 전위를 감소시키고 콤팩트한 이온 빔을 유지하는 것과 같이 이온 빔 속성들을 개선한다. 공간 전하 전위에서의 이러한 감소는 특히, 예를 들어, 50 keV 이하의 에너지들을 갖는 저 에너지 이온들에 대하여 유익하다. 이온화된 이후에, 배경 가스 이온들은 예컨대 몇 eV 또는 그보다 더 작은 낮은 에너지를 가지며, 빔 전위에 의해 반사되고, 하우징(117)과 같은 빔라인의 컴포넌트들의 벽으로 끌어 당겨질 수 있다. 이러한 방식으로, 배경 가스는, 주입 프로세스를 방해하지 않으면서 저 에너지 이온 빔에 대한 빔 광학부를 개선할 수 있다.
유익하게는, 적절한 분압에서의 감속 스테이지(116)에 대한 수소 가스(210)의 제공은 공간 전하를 감소시킴으로써 적절한 빔 제어를 제공할 수 있으며 또한 동시에 공지된 이온 주입기들에 비하여 에너지 오염을 감소시킬 수 있다. 질소 가스 또는 아르곤 또는 크세논과 같은 비활성 가스를 사용하는 공지된 이온 주입기들에 있어서, 에너지 오염은 붕소와 같은 도펀트를 가지고 주입된 기판들에서 관찰되었다. 특히, 도펀트의 깊이 분포의 고 에너지 테일(tail)들이 주입된 기판 내에서 관찰될 수 있으며, 이는, 적절하게 감속되지 않고 감속 스테이지를 이동하도록 관리되지 않은 에너지틱 중성입자들의 효과를 나타낸다. 이러한 오염은, 감속 스테이지에 진입하는 직선 궤적들로 이동하는 중성입자들이 감속 스테이지의 벽들에 의해 인터셉트될 수 있는 심지어 만곡된 감속 스테이지들을 갖는 이온 주입기들의 경우에 대해서도 마찬가지이다.
특정 이론에 한정되지 않고, 공지된 이온 주입기들에서 관찰되는 에너지 오염은 적어도 부분적으로 이온 주입기 내에 존재하는 배경 가스로부터의 에너지틱 중성입자들의 러더퍼드 산란(Rutherford scattering)으로부터 발생할 수 있다. 특히, 투사 이온(또는 에너지틱 중성입자)과 잔류 가스 원자 사이의 상호작용이 러더퍼드 산란의 모델을 사용하여 분석될 수 있다. 배경 가스 원자와의 상호작용들로부터의 이온 빔 내의 이온들의 산란의 기하구조는 표 1에서 요약된다. 표 1에 도시된 바와 같이, 질소와 같은 통상적인 배경 가스가 이온 주입기에서 사용될 때, 도펀트 이온들은 상대적으로 큰 산란 각도를 통해 산란될 수 있다. B+ 이온들의 경우에 있어서, 붕소 이온들은 질소 배경 가스에 의해 최대 180도에 이르는 각도로 산란될 수 있으며, 이는, 심지어 감속 스테이지가 도 2와 같은 방식으로 만곡되어 구성되는 경우에도 에너지틱 중성입자들이 감속 스테이지로부터 나오는 이유에 대한 설명을 제공한다. 달리 말하면, 감속 스테이지(116)에 진입하는 에너지틱 중성입자들은, 감속 스테이지(116) 밖으로 그리고 기판(114)을 향해 에너지틱 중성입자들을 리다이렉트(redirect)하는 방식으로 배경 가스 종에 의해 반사될 수 있다. 이러한 상황은 특히 질소 가스 또는 더 높은 질량의 가스가 사용될 때 적용될 수 있으며, 여기에서 이온들에 대한 편향 각도가 상당히 클 수 있고, 특히 P+ 또는 B+ 이온들에 대하여 그러할 수 있다. 공지된 이온 주입기들에서 배경 가스로서 질소(m=14 amu)를 사용할 때, 붕소 이온(또는 에너지틱 중성입자)은 최대 180°에 이르는 임의의 각도로 산란될 수 있다. 이러한 산란 이벤트는 붕소 이온(또는 에너지틱 중성입자)으로부터 질소 원자로의 일부 운동 에너지의 전달을 야기할 것이지만, 심지어 30°의 산란 각도 θ에서도 산란되는 붕소 원자가 여전히 산란 이전의 초기 에너지의 80%를 가질 것이다. 30-도-산란된 에너지틱 중성입자가 감속 스테이지로부터 에너지틱 중성입자가 나오는 것을 가능하게 한다고 가정하고, 산란되는 에너지틱 중성입자의 80% 에너지가 이온들을 주입하는 의도된 에너지와 매칭되지 않는다고 가정하면, 이러한 산란 이벤트는, 산란된 중성입자가 웨이퍼에 도달하는 경우 에너지 오염에 기여할 것이다.
특히, 수소 소스(118)가 감속 스테이지(116)로 수소를 보내기 위하여 사용되는 본 실시예들에 있어서, 수소를 만나는 B+ 종에 대한 최대 산란 각도는 단지 5 도이며, 이는 본질적으로 B+와 동일한 질량을 갖는 에너지틱 B 중성입자가 유사한 방식으로 편향될 것임을 의미한다. 따라서, 에너지틱 B 중성입자는, 수소 가스 종과 충돌할 때 실질적으로 변화된 궤적을 갖지 않을 것이고, 이는 반사된 에너지틱 B 중성입자가 만곡된 감속 스테이지로부터 나올 확률을 감소시키며, 여기에서 곡률은 30 도 이상일 수 있다.
[표 1]
Figure 112019101468082-pct00003
또한, 감속 스테이지(116) 내에서의 수소 가스(210)의 사용은, 예를 들어, 질소 가스와는 대조적으로, 산란 유형의 충돌들이 일어날 확률을 크게 감소시킨다. 특히, 이온 빔에 대한 최적 빔 전송을 제공하기 위하여, 특히 50 keV 미만의 빔 에너지에서 이온 빔에 대한 최적 빔 전송을 제공하기 위하여, 대략 5 x 10-6 토르, 1 x 10-5 토르 또는 3 x 10-5 토르의 가스 압력이, 빔라인 내에 과도한 전체 압력을 도입하지 않으면서 이온 빔 내의 공간 전하를 감소시키기 위한 충분한 이온화 이벤트를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 압력 범위에서, 가스 상 충돌의 확률이 이온 빔 내의 주어진 종에 대하여 추정될 수 있다. 도 3은, 산란 각도의 함수로서, 1 x 10-5 토르의 배경 가스 압력에서의 몇몇 상이한 가스들에 대한 20 keV 붕소 종을 산란시킬 확률을 예시한다. 예시된 바와 같이, 대략 4 도의 산란 각도에서, 수소 가스에 대한 산란의 확률은 질소 가스에 대한 것보다 거의 2 자릿수 더 낮으며, 절대 값은 10-5이고, 이는, 주어진 붕소 원자가, 심지어 매우 낮은 각도에서도, 수소 가스 종에 의해 산란될 10-5의 확률을 갖는다는 것을 의미한다. 이러한 확률들은 잘 알려진 몬테 카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션 프로그램인 TRIM을 사용하여 추정되었다.
다시 도 2를 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 수소 소스(118)는 감속 스테이지(116) 내로 직접적으로 가스를 이송하기 위하여 수소 포트(119)에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 수소는, 빔 전송이 적절한 배경 가스 압력을 제공함으로써 최적화되고, 동시에 에너지 오염이 감속 스테이지의 출구를 통해 에너지틱 중성입자를 반사시킬 확률을 크게 감소시킴으로써 최소화되는 것이 요구되는 환경 내로 직접적으로 제공될 수 있다.
다양한 추가적인 실시예들에 있어서, 감속 스테이지로 수소를 제공하는 수소 소스는 로컬 수소 소스일 수 있다. 특히, 공지된 이온 주입기들에서, 수소는 배경 가스를 공급할 목적으로 사용되지 않는다. 이온 주입기들에서 수소를 사용하지 않는 이유들 중에는 가연성과 같은 안전 고려사항들이 존재한다. 일반적으로, 주입 종의 소스를 제공하기 위하여 공지된 이온 주입기들에서 위험한 가스들을 사용할 때, 종 가스 박스(special gas box)들이 위험한 가스들을 포함하기 위하여 사용될 수 있으며, 여기에서 이러한 종 가스 박스들은 이온 소스의 전압과 매칭되기 위하여 높은 전압에서 인클로저(enclosure)들 내에 위치된다.
일 실시예에 있어서, 안전 이슈들을 최소화하기 위하여, 가스 실린더 또는 가스 탱크 대신에, 로컬 수소 소스는, 국부적으로 그리고 필요에 따라 수소를 생성하는 소스일 수 있다. 수소를 공급하는 로컬 소스는 이온 소스의 고 전위에 위치되어야만 하는 것은 아니며, 주입 프로세스 동안 작동되어야만 하는 것은 아니다. 따라서, 수소 가스는, 수소가 이온 주입기 내에서 사용되지 않을 때, 이온 주입기의 빔라인 내에 존재하지 않는다. 특정 실시예에 있어서, 전해질 수소 생성기는, 이온 빔이 생성되고 감속 스테이지를 통해 보내질 때, 이온 주입 동안 감속 스테이지에 대하여 수소 가스를 생성기 위해 동작되도록, 감속 스테이지 근처에 위치될 수 있다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예들에 따른 프로세스 흐름(400)을 도시한다. 단계(402)에서, 이온 소스에서 이온 빔이 생성된다. 다양한 실시예들에 있어, 이온 소스(102)는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 이온 소스, RF 이온 소스, 마이크로파 이온 소스 또는 다른 이온 소스일 수 있다. 단계(404)에서, 이온 빔은 감속 스테이지에서 감속된다. 예를 들어, 이온 빔은, 일 예에 있어서, 10 keV 내지 2 keV의 에너지로 감소될 수 있다. 단계(406)에서, 이온 빔은 감속 스테이지에서 이온 빔의 궤적을 변경하기 위하여 편향된다. 예를 들어, 이온 빔은, 이온 빔이 기판을 향해 빠져 나갈 때, 감속 스테이지에 진입하는 초기 궤적으로부터 15 도, 30 도, 45 도 또는 더 높은 각도를 통해 편향될 수 있다. 단계(408)에서, 이온 빔의 감속 및 편향 동안 수소 가스가 감속 스테이지 내로 보내진다. 일부 실시예들에 있어서, 수소 가스는 적어도 5 x10-6 토르의 압력을 수립할 수 있다. 따라서, 수소 가스는, 감속 스테이지에 진입하는 에너지틱 중성입자들을 산란시키지 않고 기판을 향한 에너지틱 중성입자들의 편향을 회피하면서, 이온 빔 내의 공간 전하 효과들의 최적의 억제를 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의해 제공되는 다수의 이점들이 존재한다. 제 1 이점은, 가속기 컬럼들의 재설계 없이 중간 에너지 및 저 에너지 이온 주입기들에서 에너지 오염을 감소시키기 위한 능력을 수반한다. 본 실시예들은 에너지틱 중성입자들로부터의 에너지 오염을 감소시키기 위한 편리하고 안전한 방식의 추가적인 이점을 제공한다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 그 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (15)

  1. 이온 주입 시스템으로서,
    이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스;
    상기 이온 소스의 하류측에 배치되는 기판 스테이지
    상기 이온 빔을 편향시키기 위한 컴포넌트를 포함하는 감속 스테이지로서, 상기 감속 스테이지는 상기 이온 소스와 상기 기판 스테이지 사이에 배치되는, 상기 감속 스테이지; 및
    상기 감속 스테이지에 수소 가스를 제공하기 위한 수소 소스를 포함하며,
    상기 이온 빔으로부터 생성되는 에너지틱 중성입자(energetic neutral)들은 상기 기판 스테이지로 산란되지 않는, 이온 주입 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감속 스테이지는 만곡된 형상을 가지며, 상기 감속 스테이지는 상기 감속 스테이지의 입구로부터 출구까지 상기 이온 빔에 대한 가시선 경로를 제공하지 않는, 이온 주입 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은, 상기 수소 가스를 상기 감속 스테이지 내로 직접적으로 이송하기 위한 수소 포트를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 감속 스테이지는 적어도 5 x 10-6 토르의 수소의 분압을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소 소스는 상기 이온 빔에 수소를 제공하기 위한 복수의 수소 포트들을 포함하며, 적어도 하나의 수소 포트는 상기 감속 스테이지 내에 배치되는, 이온 주입 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소 소스는 전해질 수소 생성기를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 빔은 50 keV 이하의 이온 에너지를 갖는 붕소 이온들을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  8. 이온 주입 방법으로서,
    이온 빔을 생성하는 단계;
    감속 스테이지 내에서 상기 이온 빔을 감속하는 단계;
    상기 감속하는 단계 동안 상기 이온 빔의 궤적을 변경하는 단계; 및
    상기 감속하는 단계 동안 상기 감속 스테이지 내로 수소 가스를 보내는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 수소 가스는 상기 감속 스테이지 내의 포트를 통해 보내지는, 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 감속 스테이지 내의 가스 압력은 적어도 5 x 10-6 토르인, 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 방법은, 로컬 수소 생성기를 사용하여 상기 수소 가스를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 이온 빔을 처리하기 위한 감속 스테이지로서,
    상기 이온 빔을 포함하기 위한 하우징;
    상기 이온 빔을 감속하기 위한 감속 어셈블리로서, 상기 감속 어셈블리는 기판 스테이지의 상류측에 배치되고, 상기 하우징 내에 배치되는 제 1 복수의 전극들을 포함하는, 상기 감속 어셈블리;
    상기 이온 빔을 편향시키기 위한 편향 어셈블리로서, 상기 편향 어셈블리는 상기 하우징 내에 배치되는 제 2 복수의 전극들을 포함하고, 상기 이온 빔의 궤적이 변경되는, 상기 편향 어셈블리; 및
    상기 하우징 내부에 수소 가스를 제공하기 위한 수소 소스를 포함하며,
    상기 하우징 내부의 수소의 분압은 10-6 토르보다 더 큰, 감속 스테이지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 하우징 내부의 수소의 분압은 5 x 10-5 토르보다 더 작은, 감속 스테이지.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 이온 빔으로부터 생성되는 에너지틱 중성입자들은 상기 기판 스테이지로 편향되지 않는, 감속 스테이지.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 이온 빔은 상기 감속 스테이지에 진입하는 초기 궤적으로부터 15 도보다 더 큰 각도를 통해 편향되는, 감속 스테이지.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10147584B2 (en) * 2017-03-20 2018-12-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and techniques for decelerated ion beam with no energy contamination
US10468224B2 (en) * 2017-12-21 2019-11-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method for controlling ion beam properties using energy filter
US11670483B2 (en) * 2019-05-01 2023-06-06 Axcelis Technologies, Inc. High power wafer cooling
US11818830B2 (en) * 2021-01-29 2023-11-14 Applied Materials, Inc. RF quadrupole particle accelerator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080078949A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improved ion beam transport
US20100084582A1 (en) * 2008-10-03 2010-04-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and apparatus for controlling beam current uniformity in an ion implanter

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1596427A4 (en) * 2003-02-19 2009-06-10 Panasonic Corp PROCESS FOR INTRODUCING CONTAMINATION
KR20140018392A (ko) * 2006-06-13 2014-02-12 세미이큅, 인코포레이티드 이온 빔 장치와 자기 스캐닝을 채용한 방법
US7635850B2 (en) 2006-10-11 2009-12-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion implanter
JP4305489B2 (ja) * 2006-10-11 2009-07-29 日新イオン機器株式会社 イオン注入装置
US7579602B2 (en) * 2006-12-22 2009-08-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion implantation with a collimator magnet and a neutral filter magnet
US7544958B2 (en) 2007-03-23 2009-06-09 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Contamination reduction during ion implantation
US7692139B2 (en) * 2007-10-15 2010-04-06 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for commensurate cusp-field for effective ion beam neutralization
US8252115B2 (en) * 2008-04-02 2012-08-28 Raytheon Company System and method for growing nanotubes with a specified isotope composition via ion implantation using a catalytic transmembrane
US8124946B2 (en) * 2008-06-25 2012-02-28 Axcelis Technologies Inc. Post-decel magnetic energy filter for ion implantation systems
FR2934924B1 (fr) * 2008-08-06 2011-04-22 Soitec Silicon On Insulator Procede de multi implantation dans un substrat.
US8202792B2 (en) * 2009-04-24 2012-06-19 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method of processing a substrate having a non-planar surface
US20110143527A1 (en) 2009-12-14 2011-06-16 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for generating uniform ion beam
US8133804B1 (en) * 2010-10-01 2012-03-13 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and system for modifying patterned photoresist using multi-step ion implantation
US8101488B1 (en) * 2010-12-25 2012-01-24 Twin Creeks Technologies, Inc. Hydrogen implantation with reduced radiation
TW201517133A (zh) * 2013-10-07 2015-05-01 Applied Materials Inc 使用熱佈植與奈秒退火致使銦鋁鎵氮化物材料系統中摻雜劑的高活化
US9515166B2 (en) * 2014-04-10 2016-12-06 Applied Materials, Inc. Selective atomic layer deposition process utilizing patterned self assembled monolayers for 3D structure semiconductor applications
US20150380526A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 Applied Materials, Inc. Methods for forming fin structures with desired dimensions for 3d structure semiconductor applications
JP6629312B2 (ja) * 2014-07-03 2020-01-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 選択的堆積のための方法及び装置
US9754791B2 (en) * 2015-02-07 2017-09-05 Applied Materials, Inc. Selective deposition utilizing masks and directional plasma treatment
US10147584B2 (en) * 2017-03-20 2018-12-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and techniques for decelerated ion beam with no energy contamination

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080078949A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improved ion beam transport
US20100084582A1 (en) * 2008-10-03 2010-04-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and apparatus for controlling beam current uniformity in an ion implanter

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