KR102354054B1 - 이온 주입 시스템 및 이온 주입 방법 및 정전기 필터의 전도성 빔 광학계 - Google Patents

이온 주입 시스템 및 이온 주입 방법 및 정전기 필터의 전도성 빔 광학계 Download PDF

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Abstract

이온 주입 시스템 및 이온 주입 방법 및 정전기 필터의 전도성 빔 광학계가 본 출원에 제공된다. 정전기 필터는 이온 주입 시스템의 챔버내에 있고, EF는 외부 표면에 형성된 복수의 홈을 갖는 전도성 빔 광학계를 포함한다. 파워 서플라이는 EF와 통신하고, 파워 서플라이는 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된다. 홈 또는 표면 피처를 제공함으로써 전도성 빔 광학계의 표면적을 증가시키기 위한 접근법들이 본 출원에 제공된다.

Description

이온 주입 시스템 및 이온 주입 방법 및 정전기 필터의 전도성 빔 광학계
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017 년 3 월 21 일자로 출원된 "Electrostatic Element Having Grooved Exterior Surface"이라는 제목의 미국 가특허 출원 번호 62/474,324에 우선권으로 주장하며, 그 전체가 본 출원에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 개시는 전반적으로 정전기 엘리먼트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빔 라인 및/또는 프로세싱 챔버내의 정전기 엘리먼트의 수명을 연장하고 성능을 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.
이온 주입은 충돌을 통해 도펀트 또는 불순물을 기판에 도입하는 프로세스이다. 반도체 제조에서, 도펀트는 전기적, 광학적 또는 기계적 특성을 변경시키기 위해 도입된다. 예를 들어, 도펀트는 진성 반도체 기판 내로 도입되어 기판의 유형 및 전도성 레벨을 변경시킬 수 있다. 집적 회로 (IC)를 제조할 때, 정확한 도핑 프로파일은 개선된 IC 성능을 제공한다. 특정 도핑 프로파일을 달성하기 위해, 하나 이상의 도펀트가 다양한 도우즈(dose) 및 다양한 에너지 레벨로 이온 형태로 주입될 수 있다.
이온 주입 시스템들은 이온 소스 및 일련의 빔 라인 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이온 소스는 이온이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 챔버 근처에 배치된 추출 전극 어셈블리 및 전원을 포함할 수 있다. 빔 라인 컴포넌트는 예를 들어 질량 분석기, 제 1 가속 또는 감속 스테이지, 콜리메이터(collimator) 및 제 2 가속 또는 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하기 위한 일련의 광학 렌즈와 매우 유사하게, 빔 라인 컴포넌트는 특정 종, 형상, 에너지 및/또는 다른 품질을 갖는 이온 또는 이온 빔을 필터링, 집속 및 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔 라인 컴포넌트를 통과하고 플래튼 또는 클램프 상에 장착된 기판을 향해 지향될 수 있다. 기판은 때때로 로플랫(roplat)으로 지칭되는 장치에 의해 하나 이상의 차원(dimension) (예를 들어, 병진이동, 회전 및 틸트)로 이동될 수 있다.
이온 주입기 시스템은 여러 가지 상이한 이온 종 및 추출 전압에 대해 안정적이고 잘 정의된(well-defined) 이온 빔을 생성한다. 소스 가스 (예를 들어, AsH3, PH3, BF3 및 기타 종)를 사용하여 몇 시간 동안 작동한 후에, 빔 컴포넌트는 결국 빔 광학계에 증착물을 생성한다. 웨이퍼의 가시선(line-of-sight) 내의 빔 광학계는 또한 Si 및 포토레지스트 화합물을 포함하여 웨이퍼로부터의 잔류물로 코팅된다. 이러한 잔류물은 빔 라인 컴포넌트에 빌드 업되어 작동 중 (예를 들어, 전기적으로 바이어스된 컴포넌트의 경우) DC 포텐셜에서 스파이크를 유발한다. 결국에, 잔류물은 떨어져, 웨이퍼 상에 미립자 오염의 증가된 가능성을 초래한다.
미립자 오염의 영향을 방지하는 한 가지 방법은 이온 주입기 시스템의 빔 라인 컴포넌트를 간헐적으로 교체하는 것이다. 대안적으로, 빔 라인 컴포넌트는 수동으로 세정될 수 있다. 그러나 수동 세정은 이온 소스의 전원을 끄고 시스템 내에서 진공을 방출한다. 빔 라인 컴포넌트를 교체하거나 세정한 후, 시스템은 그런 다음 배기되고 전원이 공급되어 작동 상태에 도달한다. 따라서, 이러한 유지 보수 프로세스는 시간이 많이 걸릴 수 있다. 추가하여, 유지 보수 프로세스 중에 빔 라인 컴포넌트가 사용되지 않다. 따라서, 빈번한 유지 보수 프로세스는 IC 생산에 사용 가능한 시간을 단축시켜 전체 제조 경비를 증가 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템은
상기 이온 주입 시스템의 챔버 내의 정전기 필터 (EF : electrostatic filter)로서, 외부 표면에 형성된 복수의 홈들을 갖는 전도성 빔 광학계(conductive beam optic)를 포함하는, 상기 EF; 및
상기 EF와 통신하는 파워 서플라이로서, 상기 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된, 상기 파워 서플라이를 포함한다.
바람직하게는, 상기 파워 서플라이는 프로세싱 모드 동안 상기 전도성 빔 광학계에 상기 전압 및 상기 전류를 공급하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들의 각각은 균일한 깊이로 상기 전도성 빔 광학계로 연장된다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들은 상기 전도성 빔 광학계의 길이를 따라 헬리컬 패턴(helical pattern)으로 배열된다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들의 각각은 V 자 형상이다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들은 서로 균일하게 이격된다.
바람직하게는, 복수의 전도성 빔 광학계를 더 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 이온 주입 방법은
이온 주입 시스템의 챔버 내에 정전기 필터 (EF : electrostatic filter)를 제공하는 단계로서, 상기 EF는 복수의 전도성 빔 광학계를 포함하고, 상기 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나는 외부 표면에 형성된 복수의 홈들을 갖는, 상기 EF를 제공하는 단계; 및
파워 서플라이를 상기 EF에 결합시키는 단계로서, 상기 파워 서플라이는 상기 복수의 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된, 상기 결합시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 프로세싱 모드 동안에 상기 EF에 전압 및 전류를 공급하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈 각각은 균일한 깊이로 상기 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나로 연장된다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들을 상기 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나의 길이를 따라 나선형 패턴(spiral pattern)으로 제공하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들의 각각은 V 자 형상으로 형성된다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈들을 서로 균일하게 이격시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 전도성 빔 광학계를 이온 빔 라인 주위에 배치하는 단계를 더 포함한다
본 개시의 일 실시예에 따른 정전기 필터의 전도성 빔 광학계(conductive beam optic)는
제 2 축 방향 단부에 대향하는 제 1 축 방향 단부;
상기 제 1 축 방향 단부와 상기 제 2 축 방향 단부 사이에서 연장되는 중앙 섹션; 및
상기 중앙 섹션의 외부 표면에 형성된 복수의 홈들을 포함한다.
예로서, 개시된 디바이스의 특정 실시예가 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 이온 주입 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 정전기 필터를 예시하는 등축도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 도 2의 정전기 필터를 예시하는 측 단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 복수의 홈을 갖는 도 2의 정전기 필터의 전도성 빔 광학계(beam optic)의 단부 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 실시예에 따른 도 2의 정전기 필터의 전도성 빔 광학계의 측면 사시도이다.
도 6a-c는 본 개시의 실시예에 따른 도 2의 정전기 필터의 전도성 빔 광학계의 측면 단면도이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 도 2의 정전기 필터의 전도성 빔 광학계의 측면 사시도이다.
도 8a-c는 본 개시의 실시예에 따른 다양한 전도성 빔 광학계의 측면 사시도이다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도면이 반드시 축척에 맞게 도시되는 것은 아니다. 도면은 단지 예시일 뿐이며, 본 개시의 특정 파라미터를 나타내기 위한 것이 아니다. 도면은 본 개시의 예시적인 실시예를 도시하기 위한 것이며, 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 도면에서, 유사한 번호는 유사한 엘리먼트를 나타낸다.
본 개시에 따른 시스템 및 방법은 이제 시스템 및 방법의 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 시스템 및 방법은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 출원에 설명된 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 대신에, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전해질 것이며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자에게 완전히 전달할 수 있도록 제공된다.
편의성과 명확성을 위해, "상부", "바닥", "상단", "하단", "수직", "수평", "측방" 및 "종방향"와 같은 용어는 도면들에 도시된 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 기하학적 구조 및 배향과 관련하여, 이들 컴포넌트 및 그 구성 부품의 상대적인 배치 및 배향을 설명하기 위해 본 출원에서 사용될 것이다. 이 용어는 구체적으로 언급된 단어, 그 파생어 및 유사한 의미의 단어가 포함될 것이다.
본 출원에 사용되는 단어 "a" 또는 "an"으로 진행되고 단수형으로 지칭된 엘리먼트 또는 동작은 복수의 엘리먼트 또는 동작을 잠재적으로 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 본 개시의 "일 실시예" 에 대한 지칭은 지칭된 피처를 포함하는 추가 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
종래 기술로 식별된 전술한 결함을 고려하여, 홈(groove) 또는 그 표면 피처를 제공함으로써 전도성 빔 광학계의 표면적을 증가시키기 위한 시스템 및 방법이 본 출원에 제공된다. 하나의 접근법에서, 전도성 빔 광학계는 이온 빔 라인을 따라 배치된 복수의 전도성 빔 광학계를 갖는 정전기 필터의 일부일 수 있으며, 적어도 하나의 전도성 빔 광학계는 외부 표면에 형성된 복수의 홈을 포함한다. 일부 접근법에서, 복수의 전도성 빔 광학계와 통신하는 파워 서플라이가 제공될 수 있으며, 파워 서플라이는 복수의 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된다. 복수의 홈은 전도성 빔 광학계의 길이를 따라 나선형 패턴으로 제공될 수 있고 및/또는 전도성 빔 광학계의 길이 방향 축에 평행하게 배향될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 이온 주입 시스템은 이온 주입 시스템의 챔버 내에 정전기 필터 (EF)를 포함할 수 있고, EF는 외부 표면에 형성된 복수의 홈을 갖는 전도성 빔 광학계를 포함한다. 이온 주입 시스템은 EF와 통신하는 파워 서플라이를 더 포함할 수 있으며, 파워 서플라이는 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된다.
본 개시에 따른 정전기 필터는 이온 빔 라인을 따라 배치된 복수의 전도성 빔 광학계를 포함할 수 있고, 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나의 전도성 빔 광학계는 외부 표면에 형성된 복수의 홈을 포함하고, 복수의 전도성 빔 광학계와 통신하는 파워 서플라이를 포함하고, 파워 서플라이는 복수의 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된다.
본 개시에 따른 예시적인 방법은 이온 주입 시스템의 챔버 내에 정전기 필터 (EF)를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 EF는 복수의 전도성 빔 광학계를 포함하고, 여기서 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나는 외부 표면내에 형성된 복수의 홈을 갖는다. 방법은 파워 서플라이를 EF에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있고, 파워 서플라이는 복수의 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 명세서의 접근법은 입자 축적 및 플라즈마 생성에 영향을 미치는 하나 이상의 기하학적 피처, 패턴, 홈 (예를 들어, 단면 형상 또는 표면 피처)를 인식한다. 보다 구체적으로, 비평활(non-smooth)하고 전략적으로 다양한 기하학적 피처를 갖는 표면 영역은 오염이 특정 영역에 응집되어 함유되게 한다.
이제 도 1을 참조하여, 본 개시의 실시예에 따른 이온 주입 시스템이 도시된다. 이온 주입 시스템 (이하에서 "시스템")(10)는 다른 컴포넌트들 중에서도 이온 빔(18)을 생성하기 위한 이온 소스(14), 이온 주입기, 및 일련의 빔 라인 컴포넌트들을 함유하는 프로세스 챔버를 나타낸다. 이온 소스(14)는 이온을 생성하고 가스(24)의 유량을 수용하기 위한 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스(14)는 챔버 근방에 배치된 추출 전극 어셈블리 및 전원을 또한 포함할 수 있다. 빔 라인 컴포넌트(16)는 예를 들어 질량 분석기(34), 제 1 가속 또는 감속 스테이지(36), 콜리메이터(38) 및 제 2 가속 또는 감속 스테이지에 대응하는 에너지 순도 모듈(EPM : energy purity module)(40)을 포함할 수 있다. 설명을 위해 빔 라인 컴포넌트(16)의 EPM(40)과 관련하여 이후에 설명되지만, 본 출원에 설명된 실시예는 시스템(10)의 상이한/추가 컴포넌트에도 적용 가능하다.
예시적인 실시예에서, 빔 라인 컴포넌트(16)는 특정 종, 형상, 에너지 및/또는 다른 품질들을 갖도록 이온 또는 이온 빔(18)을 필터링, 집속 및 조작할 수 있다. 빔 라인 컴포넌트(16)를 통과하는 이온 빔(18)은 프로세스 챔버(46) 내의 플래튼 또는 클램프 상에 장착된 기판을 향해 지향될 수 있다. 기판은 하나 이상의 차원으로 (예를 들어, 병진이동, 회전 및 틸트) 이동될 수 있다.
도시된 바와 같이, 이온 소스(14)의 챔버와 작동 가능한 하나 이상의 피드(feed) 소스(28)가 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 피드 소스로부터 제공되는 재료(28)는 소스 재료 및/또는 추가의 재료를 포함할 수 있다. 소스 재료는 이온 형태로 기판에 도입되는 도펀트 종을 함유할 수 있다. 한편, 추가 재료는 이온 소스(14)의 챔버에서 소스 재료의 농도를 희석시키기 위해 소스 재료와 함께 이온 소스(14)의 이온 소스 챔버로 도입된 희석제를 포함할 수 있다. 추가 재료는 또한 이온 소스(14)의 챔버 내로 도입되고 빔 라인 컴포넌트(16) 중 하나 이상을 세정하기 위해 시스템(10) 내로 전송되는 세정제(예를 들어, 에천트 가스)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 상이한 종들이 소스 및/또는 추가의 재료로서 사용될 수 있다. 소스 및/또는 추가 재료의 예는 붕소(B), 탄소(C), 산소(O), 게르마늄(Ge), 인(P), 비소(As), 실리콘(Si), 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 질소(N), 수소(H), 불소(F) 및 염소(Cl)를 함유하는 원자 또는 분자 종을 포함할 수 있다. 당업자는 상기 열거된 종은 비 제한적이며 다른 원자 또는 분자 종도 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 애플리케이션(들)에 따라, 종들은 도펀트 또는 추가 재료로서 사용될 수 있다. 특별히, 하나의 애플리케이션에서 도펀트로서 사용되는 하나의 종은 다른 애플리케이션에서 추가 재료로서 사용될 수 있거나, 그 역으로도 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 소스 및/또는 추가의 재료는 가스 상태 또는 증기 형태로 이온 소스(14)의 이온 소스 챔버 내에 제공된다. 소스 및/또는 추가 재료가 비 가스 또는 비 증기 형태인 경우, 피드 소스(28) 근처에 기화기(미도시)가 제공되어 재료를 가스 또는 증기 형태로 전환할 수 있다. 소스 및/또는 추가 재료가 시스템(10)에 제공되는 양 및 속도를 제어하기 위해, 유량 제어기(30)가 제공될 수 있다.
EPM(40)는 이온 빔(18)의 편향 감속 및 집속을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔 라인 컴포넌트이다. 일 실시예에서, EPM(40)은 수직 정전기 에너지 필터(VEEF : vertical electrostatic energy filter) 또는 정전기 필터(EF : electrostatic filter)이다. 다른 실시예에서, EPM(40)은 이중 자석 리본 빔 고전류 이온 주입기의 정전기 렌즈이다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, EPM(40)는 이온 빔(18) 위에 배치된 상단 전극 세트 및 이온 빔(18) 아래에 배치 하단 전극 세트를 포함하는 전극 구성을 포함할 수 있다. 상단 전극의 세트 및 하단 전극의 세트는 정지 상태일 수 있고 고정된 위치를 가질 수 있다. 상단 전극 세트 및 하단 전극 세트 사이의 포텐셜 차이는 또한 이온 빔의 편향 감속 및/또는 집속을 독립적으로 제어하기 위해 이온 빔 궤적을 따라 다양한 지점에서 이온 빔의 에너지를 반사하도록 이온 빔 궤적을 따라 변화될 수 있다.
정상 작동 중에는, EPM(40)을 통해 횡단하는 일부 이온은 전하가 백그라운드 중성 입자와 교환된다. 이들은 툴 내의 잔여 가스의 중성 입자, 예를 들어 이온 주입 동안 웨이퍼로부터 발생하는 질소 및 물, 또는 중성 입자 산물일 수 있다. 이들 산물은 조성물이 변화될 수 있어서 복잡한 화학 상호 작용을 허용한다. 전하 교환 프로세스 동안, 이전의 중성 원자가 대전되고 전극에 표면 오염을 일으키는 "느린(slow)" 이온으로서 EPM(40)에서 음으로 바이어스된 전극을 향해 가속된다. 전극 변경 또는 세정 때까지 EPM(40)의 전극상의 표면 오염을 제어 및/또는 함유하는 것은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 장점이다.
이제 도 2를 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 EPM(40)이 보다 상세하게 설명될 것이다. 설명된 바와 같이, EPM(40)은 복수의 전도성 빔 광학계(70A-N)를 하우징하는 내부 영역(87)을 정의하는 대향 측벽(79A-B)들의 세트를 갖는 프레임(51)을 포함할 수 있다. EPM(40)은 대향 측벽(79A-B) 각각의 개구(opening)(83)를 통해 연장되는 다수의 피드 스루(feed through) 컴포넌트(81)를 더 포함한다. 피드 스루 컴포넌트(81) 각각은 대향 측벽(79A-B)에 의해 형성된 내부 영역(87) 외부에 배치된 제 1 섹션(85A) 및 내부 영역(87) 내에 배치된 제 2 섹션(85B)을 포함한다. 피드 스루 컴포넌트(81)는 피드 스루 파스너(89)의 세트를 통해 측벽(79A-B)에 결합될 수 있다. 비 제한적인 실시예에서, 피드 스루 컴포넌트(81)는 전기적 연결을 가능하게 하는 리셉터클(91)을 각각 포함하는 암형(female) 피드 스루 커넥터일 수 있다.
일부 실시예에서, EPM(40)은 EPM(40)의 압력을 조정하기 위해 하나 이상의 진공 펌프(66) (도 1)와 함께 작동할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 진공 펌프(66)는 프로세스 챔버(46)에 결합되고, 압력은 하나 이상의 유동 경로를 통해 EPM(40) 내에서 조정된다.
도 3에 도시된 바와 같이, EPM(40)은 도시된 이온 빔 라인/궤적(72)를 따라 배치된 복수의 흑연 전극 로드(rod)와 같은 하나 이상의 전도성 빔 광학계(70A-N)를 포함 할 수 있다. 이 실시예에서, 전도성 빔 광학계(70A-N)는 대칭 구성으로 배열되며, 전도성 빔 광학계(70A-B)는 입구 전극 세트를 나타내고, 전도성 빔 광학계(70C-D)는 출구 전극 세트를 나타내고 나머지는 빔 광학계(70E-N)는 여러 세트의 억제/집속(focusing) 전극을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 각각의 전극 쌍 세트는 이온 빔 (예를 들어, 리본 빔)이 이온 빔 라인/궤적(72)을 따라 통과할 수 있도록 공간/개구를 제공한다. 예시적인 실시예에서, 전도성 빔 광학계(70A-N)는 하우징(74)에 제공된다. 전술한 바와 같이, 진공 펌프(66)는 환경(71) 그 내부의 압력을 조정하기 위해 하우징(74)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전도성 빔 광학계(70A-N)는 서로 전기적으로 결합된 전도성 피스들의 쌍을 포함한다. 대안적으로, 전도성 빔 광학계(70A-N)는 이온 빔이 통과하는 개구를 각각 포함하는 일련의 일원화된(unitary) 구조일 수 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 전극 쌍의 상단 및 하단 부분들은 통과하는 이온 빔을 편향시키기 위해 상이한 포텐셜(예를 들어, 개별 전도성 피스로)을 가질 수 있다. 전도성 빔 광학계(70A-N)가 일곱 (7)개의 쌍 (예를 들어, 다섯 (5)개의 세트의 억제/집속 전극을 갖는)으로 도시되어 있지만, 상이한 개수의 엘리먼트(또는 전극)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 빔 광학계(70A-N)의 구성은 세(3)개 내지 열(10) 개의 전극 세트의 범위를 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 이온 빔 라인(72)을 따라 전극을 통과하는 이온 빔은 붕소 또는 다른 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이온 빔의 정전 집속은 이온 빔 라인(72)을 따른 포텐셜의 그레이딩(grading)을 제어하기 위해 몇 개의 얇은 전극(예를 들어, 전도성 빔 광학계(70E-N)의 억제/집속 전극)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 도시된 전도성 빔 광학계(70A-N)의 구성에서, 높은 감속비가 또한 제공될 수 있다. 결과적으로, 입력 이온 빔의 사용은 매우 낮은 에너지 출력 빔에 대해서도 더 높은 품질의 빔을 가능하게 하는 에너지 범위에서 사용될 수 있다. 비 제한적인 일 예에서, 이온 빔이 전도성 빔 광학 기기(70A-N)의 전극을 통과할 때, 이온 빔은 6 keV에서 0.2 keV로 감속되고 15 °에서 편향될 수 있다. 이 비 제한적인 예에서, 에너지 비율은 30/1 일 수 있다.
프로세싱 모드 동안, 파워 서플라이(76) (예를 들어, DC 파워 서플라이)는 EPM(40)에 제 1 전압 및 제 1 전류를 공급한다. 전압/전류는 전도성 빔 광학계(70A-N)에 공급되어 EPM(40) 내에 정전기 필드를 생성한다 (도 2). 다양한 실시예들에서, 파워 서플라이(76)에 의해 제공되는 전압 및 전류는 일정하거나 변할 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 빔 광학계(70A-N)는 접지 (0.0 kV) - 65 kV의 일련의 DC 포텐셜에서 유지된다.
작동 동안, 표면 오염 층의 형성은 빔 광학계 사이에서 불균일하고 및/또는 각각의 개별 빔 광학계(70A-N)의 외부 표면을 따라 상이한 영역에서 불균일할 수 있다. 예를 들어, 오염은 전도성 빔 광학계(70A 및 70B)의 전체 둘레에 걸쳐 연장될 수 있는 반면, 전도성 빔 광학계(70C-E)를 따른 표면 오염 층은 빔 라인(72)의 유동에 비해 다운스트림 측에 보다 현저하게 형성될 수 있다. 따라서, 전도성 빔 광학계(70A-N)를 따라 오염의 국부화를 증가시키기 위해, 하나 이상의 전도성 빔 광학계 (예를 들어, 전도성 빔 광학계(70C-E))는 표면적을 증가시킴으로써 재료 빌드 업을 가능하게 하기 위해 다양한 기하학적 구조 및/또는 표면 피처, 예컨대 복수의 외부 홈들을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 예시적인 전도성 빔 광학계(70)는 다수의 곡률 반경을 함유하는 표면을 갖는 하나 이상의 광학 형상 및/또는 오목한 표면과 볼록한 표면의 조합을 갖는 광학 형상을 갖는 빔 라인 정전기 엘리먼트일 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 라인 정전기 엘리먼트는 복수의 리지(ridge)(77) 및 만입부(indentation)(78)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 하나 이상의 기하학적 피처를 갖는 전극 로드(electrode rod)일 수 있다. 리지 및 만입부(78)는 하나 이상의 측벽(84)을 정의한다. EPM(40) 내의 표면 오염 패턴을 인식함으로써, 전도성 빔 광학계(70)의 형상이 전략적으로 선택될 수 있고, 그에 따라 오염의 농도 및 보유를 최적화할 수 있다.
도면들 5a-b는 전도성 빔 광학계(70)의 외부 표면(88)에 제공된 만입부 또는 홈(86) 형태의 예시적인 표면 피처들을 도시한다. 흑연 로드 겉면(face)에 상이한 치수의 나선형 홈, 측방/축 홈 및/또는 임의의 패턴을 생성하기 위해 기계적 또는 다른 수단이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 전도성 빔 광학계(70)는 제 2 축 방향 단부(92)에 대향하는 제 1 축 방향 단부(90), 및 제 1 및 제 2 축 방향 단부(90, 92) 사이에서 연장되는 중앙 섹션(93)을 포함한다. 중앙 섹션(93)이 EPM(40) 내에서 오염을 수용하기 쉬우므로, 복수의 홈(86)은 중앙 섹션(93)의 외부 표면(88)에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 5a 내지 6b에 도시된 바와 같이, 복수의 홈(86A)은 전도성 빔 광학계(70)의 길이 'L'를 따라 나선형 패턴으로 배열된다. 도시된 바와 같이, 나선형 패턴 홈(86A)은 예를 들어 연속적인 헬리컬(helical) 루프 또는 스월(swirl) 패턴으로 외부 표면(88) 둘레에 원주 방향으로 연장될 수 있다. 홈(86A)의 나선형 패턴은 중앙 섹션(93)을 따라 인치당 대략 5 내지 50 개의 별개의 리지 및 만입부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 홈(86B)은 전도성 빔 광학계(70)의 길이 방향 축 'LA'에 평행하게 또는 거의 평행하게 배향될 수 있다. 홈들(86B)은 전도성 빔 광학계(70)의 외부 표면(88) 둘레에서 원주 방향으로 이어진다. 홈들(86B)의 측방 패턴(lateral pattern)은 중앙 섹션(93)을 따라 인치당 대략 5 내지 50 개의 별개의 리지 및 만입부를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 홈(86A-B)은 서로 균일하게 이격되어 균일한 깊이로 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 6b의 비 제한적인 실시예에서, 각각의 홈(86A)은 대략 0.025 인치의 피치 'P', 대략 0.015 인치의 거리 'D'로 이격될 수 있고, 대략 0.010 인치의 균일한 깊이 'DP'로 연장될 수 있다. 더욱이, 홈(86A)의 각각은 외부 표면(88)에서 대략 0.010 인치의 폭(W)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 홈(86A-B)은 서로 불균일하게 이격될 수 있고 및/또는 상이한 깊이로 연장될 수 있다. 추가로 도시된 바와 같이, 홈들(86A)의 각각의 측벽들(84)은 전도성 빔 광학계(70)의 길이 방향 축 'LA' 에 대해 경사지거나 각 지어(angled)질 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 전도성 빔 광학계(70)의 홈(86A)은 날카로운 노치(notch)를 정의할 수 있다. 일부 실시예에서, 홈(86A)은 전체적으로 V 자 형상일 수 있다. 다른 방식으로, 복수의 홈(86A)은 일련의 교번하는 피크(95) 및 골(valley)(96)에 의해 정의될 수 있다. 다른 실시예에서, 홈(86A)은 평평한 바닥 표면, 즉 길이 방향 축 LA에 대략 평행한 표면 및 평평한 바닥 표면에 수직인 평행한 측벽들의 세트를 갖는 트렌치(trench)를 정의할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 홈(86A)은 내부에 재료(97)를 보유하도록 작동 가능한 공동 또는 리세스된(recessed) 영역을 정의할 수 있다. 세정 사이클이 개시될 때까지 더 많은 재료(97)가 빌드 업되어 부착 상태를 유지할 수 있기 때문에, 홈(86A)의 기하학적 구조 및 추가의 표면적은 더 긴 로드 수명을 제공한다.
이제 도 8a 내지 도 8c로 가서, 본 개시의 실시예에 따른 복수의 대안의 전도성 빔 광학계가 보다 상세히 설명된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 전극 로드(99)는 외부 표면에 형성된 복수의 나선형 홈(101)을 갖는 중앙 섹션(100)을 포함할 수 있다. 복수의 나선형 홈(101)은 전극 로드(99)의 축 방향 길이를 따라 나선형으로 연장될 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 전극 로드(103)는 외부 표면에 형성된 복수의 축 방향 또는 길이 방향 홈(105)을 갖는 중앙 섹션(104)을 포함할 수 있다. 복수의 길이 방향 홈(105)는 전극 로드(103)의 축 방향 길이를 따라 서로 평행하게 연장될 수 있다. 길이 방향 홈들(105)은 평평한 바닥 표면, 즉 중앙 섹션(104)의 길이 방향 축에 대략 평행한 표면, 및 평평한 바닥 표면에 수직인 평행한 측벽들 세트를 갖는 트렌치를 정의할 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 전극 로드(107)는 외부 표면에 형성된 복수의 축 방향 또는 길이 방향 홈(109)을 갖는 중앙 섹션(108)을 포함할 수 있다. 복수의 길이 방향 홈(109)는 전극 로드(107)의 축 방향 길이를 따라 서로 평행하게 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 길이 방향 홈(109)는 교번하는 골(111) 및 피크(113)에 의해 정의될 수 있다. 피크(113)는 중앙 섹션(108)으로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되어 점(point) 또는 크레스트(crest)를 형성할 수 있다.
이제 도 9를 참조하여, 본 개시에 따른 예시적인 방법(200)을 예시하는 흐름도가 도시된다. 방법(200)은 도면들 1 내지 8c에 도시된 표현들과 함께 설명될 것이다.
방법(200)은 이온 주입 시스템의 챔버 내에 정전기 필터 (EF : electrostatic filter)를 제공하는 단계를 포함하며, EF는 블록(201)에 도시된 바와 같이 복수의 전도성 빔 광학계를 포함한다. 일부 실시예에서, 전도성 빔 광학계가 빔 라인 위와 아래에 배치된다. 일부 실시예에서, EF는 정전기 렌즈이다.
방법(200)은 블록 (203)에 도시된 바와 같이 외부 표면에 복수의 홈을 갖는 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 홈 각각은 균일한 깊이로 전도성 빔 광학계로 연장된다. 일부 실시예에서, 복수의 홈은 전도성 빔 광학계의 길이를 따라 나선형 패턴으로 제공된다. 일부 실시예에서, 복수의 홈은 전도성 빔 광학계의 길이 방향 축에 평행하게 배향된다. 일부 실시예에서, 복수의 홈은 서로로부터 동일하게 이격된다.
방법(200)은 블록(205)에 도시된 바와 같이, 복수의 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 파워 서플라이는 복수의 전도성 빔 광학계의 각각에 전압 및 전류를 제공하기 위해 EF에 결합된다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 프로세싱 모드 동안에 EF에 전압 및 전류를 공급하는 단계를 포함한다.
전술한 점을 고려하여, 적어도 이하의 장점이 본 출원에 개시된 실시예에 의해 달성된다. 첫째로, 웨이퍼에 도달하는 오염은 최소화되고, 따라서 증가된 생산 품질로 이어진다. 둘째로, 추가의 표면적과 불규칙성으로 인해 더 많은 재료가 빌드 업되고 더 오랜 시간 동안 표면에 부착될 수 있기 때문에 더 긴 로드 수명을 제공한다.
본 개시의 특정 실시예들이 여기에 설명되었지만, 본 개시는 기술이 허용하는 범위만큼 광범위하고 명세서가 마찬가지로 판독될 수 있기 때문에, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 상기 설명은 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 당업자는 본 출원에 첨부된 청구항의 범위 및 취지 내에서 다른 변형예를 예상할 것이다.

Claims (15)

  1. 이온 주입 시스템에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템의 챔버 내의 정전기 필터 (EF : electrostatic filter)로서, 외부 표면에 형성된 복수의 홈들을 갖는 전도성 빔 광학계(conductive beam optic)를 포함하는, 상기 EF; 및
    상기 EF와 통신하는 파워 서플라이로서, 상기 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된, 상기 파워 서플라이를 포함하되,
    상기 복수의 홈들은 상기 전도성 빔 광학계의 길이를 따라 헬리컬 패턴(helical pattern) 또는 나선형 패턴(spiral pattern)으로 제공되는, 이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파워 서플라이는 프로세싱 모드 동안 상기 전도성 빔 광학계에 상기 전압 및 상기 전류를 공급하도록 구성된, 이온 주입 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 홈들의 각각은 균일한 깊이로 상기 전도성 빔 광학계로 연장되는, 이온 주입 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 홈들의 각각은 V 자 형상인, 이온 주입 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 홈들은 서로 균일하게 이격된, 이온 주입 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 복수의 전도성 빔 광학계를 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
  8. 이온 주입 방법에 있어서,
    이온 주입 시스템의 챔버 내에 정전기 필터 (EF : electrostatic filter)를 제공하는 단계로서, 상기 EF는 복수의 전도성 빔 광학계를 포함하고, 상기 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나는 외부 표면에 형성된 복수의 홈들을 갖는, 상기 EF를 제공하는 단계; 및
    파워 서플라이를 상기 EF에 결합시키는 단계로서, 상기 파워 서플라이는 상기 복수의 전도성 빔 광학계에 전압 및 전류를 공급하도록 구성된, 상기 결합시키는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 홈들을 상기 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나의 길이를 따라 헬리컬 패턴(helical pattern) 또는 나선형 패턴(spiral pattern)으로 제공되는, 이온 주입 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 프로세싱 모드 동안에 상기 EF에 전압 및 전류를 공급하는 단계를 더 포함하는, 이온 주입 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 홈 각각은 균일한 깊이로 상기 복수의 전도성 빔 광학계 중 적어도 하나로 연장되는, 이온 주입 방법.
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 홈들의 각각은 V 자 형상으로 형성된, 이온 주입 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 홈들을 서로 균일하게 이격시키는 단계를 더 포함하는, 이온 주입 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 전도성 빔 광학계를 이온 빔 라인 주위에 배치하는 단계를 더 포함하는, 이온 주입 방법.
  15. 정전기 필터의 전도성 빔 광학계(conductive beam optic)로서, 상기 전도성 빔 광학계는,
    제 2 축 방향 단부에 대향하는 제 1 축 방향 단부;
    상기 제 1 축 방향 단부와 상기 제 2 축 방향 단부 사이에서 연장되는 중앙 섹션; 및
    상기 중앙 섹션의 외부 표면에 형성된 복수의 홈들을 포함하되,
    상기 복수의 홈들은 상기 전도성 빔 광학계의 길이를 따라 헬리컬 패턴(helical pattern) 또는 나선형 패턴(spiral pattern)으로 제공되는, 전도성 빔 광학계.
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