KR102356512B1 - 가로지르는 빔 강도 분포를 측정하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

이온 주입 시스템 및 방법이 제공되고 여기서 이온 소스는 이온을 생성하고 질량 분석기는 이온 빔의 질량을 분석한다. 빔 프로파일링 장치는 미리 결정된 시간에서 프로파일링 평면을 따라 이온 빔을 통해 병진하고, 여기서 빔 프로파일링 장치는 병진과 동시에 이온 빔의 폭을 가로질러 빔 전류를 측정하고, 여기서 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 빔 전류 프로파일이 정의된다. 빔 모니터링 장치는 미리 결정된 시간에 걸쳐 이온 빔의 에지에서 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되고, 여기서 시간 종속 이온 빔 전류가 정의되고, 그리고 제어기는 시간 종속 이온 빔 전류로 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 빔 전류 프로파일을 나눔으로써(여기서 미리 결정된 시간에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들을 소거함으로써) 시간 무관 이온 빔 프로파일을 결정한다.

Description

가로지르는 빔 강도 분포를 측정하기 위한 방법{METHOD FOR MEASURING TRANSVERSE BEAM INTENSITY DISTRIBUTION}
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템들에 관한 것이고, 보다 구체적으로 시간 무관 이온 빔 전류 프로파일을 측정하기 위한 선량 측정(dosimetry) 시스템 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스들의 제조시, 이온 주입은 불순물들로 반도체들을 도핑하기 위하여 사용된다. 이온 주입 시스템들은 종종, n- 또는 p-타입 재료 도핑을 생성하거나, 집적 회로의 제조 동안 패시베이션(passivation) 층들을 형성하기 위하여, 이온 빔으로부터의 이온들로 워크피스(workpiece), 이를테면 반도체 웨이퍼를 도핑하기 위하여 활용된다. 반도체 웨이퍼들을 도핑하기 위하여 사용될 때, 이온 주입 시스템은 원하는 외인성(extrinsic) 재료를 생성하기 위하여 선택된 이온 종들을 워크피스에 주입한다. 예컨대 안티몬, 비소, 또는 인 같은 소스 재료들로부터 생성된 주입 이온들은 "n-타입" 외인성 재료 웨이퍼를 초래하는 반면, "p-타입" 외인성 재료 웨이퍼는 종종 붕소, 갈륨, 또는 인듐 같은 소스 재료들로 생성된 이온들로부터 발생한다.
통상적인 이온 주입 시스템들은 이온 가능 소스 재료들로부터 전기적으로 충전된 이온들을 생성하기 위한 이온 소스를 포함한다. 생성된 이온들은 강한 전기장의 도움으로 고속 빔으로 형성되고 미리 결정된 빔 경로를 따라 주입 종착역(end station)으로 지향된다. 이온 주입기는 이온 소스와 종착역 사이에서 연장되는 빔 형성 및 성형 구조들을 포함할 수 있다. 빔 형성 및 성형 구조들은 이온 빔을 유지하고 이온 빔이 종착역으로 가는 도중에 통과하는 가늘고 긴 내부 공동 또는 통로를 한정한다. 동작 동안, 이 통로는 통상적으로, 이온들이 가스 분자들과 충돌들의 결과로서 미리 결정된 빔 경로로부터 편향되는 확률을 감소시키기 위하여 진공된다.
이온 주입 시스템에 주입되는 워크피스가 이온 빔의 사이즈보다 훨씬 큰 사이즈를 가지는 반도체 웨이퍼인 것이 일반적이다. 대부분의 이온 주입 애플리케이션들에서, 주입의 목적은 워크피스 또는 웨이퍼 표면의 전 면적에 걸쳐 균일하게 정밀하게 제어된 양의 도판트를 전달하는 것이다. 워크피스 영역보다 상당히 작은 사이즈를 가진 이온 빔을 활용하여 도핑 균일성을 달성하기 위하여, 널리 사용되는 기술은 소위 하이브리드(hybrid) 스캔 시스템이고, 여기서 작은 사이즈 이온 빔은 하나의 방향으로 신속하게 왔다갔다 스위핑(sweep)되거나 스캐닝되고, 그리고 워크피스는 스캐닝되는 이온 빔의 직교 방향을 따라 기계적으로 이동된다. 예컨대 하이브리드 스캔의 특정 형태는 소위 DC 리본(ribbon) 빔 스캔 시스템이고, 여기서 스캔 주파수는 이론적으로, 일반적으로 연속적인 DC 빔을 형성하기 위하여 무한이 높게 상승된다.
통상적인 하이브리드 스캔 이온 주입기에서, 2개의 직교 방향들의 스캔 주파수들은 종래의 CRT 텔레비전 스크린상에 래스터 스캔(raster scan)과 유사한 방식으로 매우 상이하다. 예컨대 하이브리드 스캔 이온 주입기의 기계적 이동 방향으로, 스캐닝 이동은 통상적으로 최대 반복률로서 0.5 Hz인 서브-헤르쯔(sub-Hz) 주파수로 반복되는 반면, 이온 빔 스캔 방향으로, 스캐닝 주파수는 1 KHz보다 높다.
하이브리드 스캔 시스템의 매력들 중 하나는, 워크피스 상의 최종 도핑 균일성이 2개의 직교 방향들에서 독립적으로 제어되는 것이다. 빔 스캔 방향으로 빔 전류 밀도가 균일하게 되면, 직교 방향으로 일정한 속도로 워크피스를 단순히 이동시키는 것은 원하는 2-차원, 또는 2-D 균일성을 제공할 것이다. 이온 빔 전류가 워크피스 이동 동안 변동하지만, 빔 스캔 방향의 균일성이 허용 가능한 범위에 있다는 것을 가정하여, 워크피스의 속도는 원하는 균일성을 생성하기 위하여 이에 따라 가변될 수 있다.
빔 스캔 방향의 비균일성은 빔 스캔의 비선형성 및 이온 빔 형성 메커니즘과 연관된 옵틱(optic)들로부터 발생한다. 비유는 벽에 고정된 포인트에 위치될 수 있는 페인트 스프레이이고, 여기서 스프레이는 일정한 각속도로 좌측에서 우측으로 피봇할 수 있다. 일정한 각속도에서, 스프레이로부터 먼 벽 영역들은 스프레이의 바로 전면 영역이 수용할 수 있는 것보다 얇은 페인트 커버리지를 수용할 수 있다. 이런 비유에서, 스프레이로부터 벽 영역으로 변화하는 거리는 페인트 커버리지의 비선형 원인이다.
이온 주입 시스템의 이온 빔 스캔 방향에서 균일한 빔 분포를 얻기 위하여, 균일성 정도가 먼저 측정되어야 하고, 그 다음 적당한 수정이 비-균일성들을 수정하기 위하여 이루어져야 한다. 스프레이 페인트 비유에서, 페인트의 비균일성이 알려지면, 스프레이의 각속도는, 스프레이 중심으로부터 더 멀리 스프레잉 됨에 따라 스프레이가 더 느릴 수 있도록 수정된다.
그러나, 이온 주입의 균일성의 목적이 1 퍼센트 비균일성보다 작기 때문에, 균일성을 이루는데 많은 어려운 양상들이 있다. 하나의 어려움은 시간적으로 빔 전류 변동들의 존재하에서 빔 스캔 방향의 균일성을 신뢰성 있게 측정하는 것이다. 빔 균일성을 측정하는 것이 빔 포지션을 따라 빔 강도의 시간 무관 변동을 설정하도록 의도되기 때문에, 시간적 빔 변동들은 상당한 어려움들을 제기한다.
본 개시는 현재, 시간 무관 이온 빔 프로파일을 적당하게 수립하기 위하여, 측정된 프로파일이 단지 공간에서 강도 분포에만 따르는 것이 아니라, 매우 종종 또한 프로파일의 일련의 측정 동안 발생할 수 있는 시간적으로 총 이온 빔 전류의 변동에 따르는 것을 인식한다.
따라서, 본 개시는 이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 시스템, 장치, 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 제한들을 극복한다. 따라서, 다음은 본 발명의 일부 양상들의 기본 이해를 제공하기 위하여 본 발명의 간략화된 요약을 제시한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이는 본 발명의 핵심 또는 중요한 엘리먼트들을 식별하지도 본 발명의 범위를 기술하도록 의도되지 않는다. 이 요약의 목적은 이후에 제시되는 더 상세한 설명에 대한 서문으로서 간략화된 형태로 본 발명의 일부 개념들을 제시하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 이온 주입 시스템 및 방법에 관련된다. 일 예시적인 양상에 따라, 이온 주입 시스템은 이온 주입 시스템과 연관된 이온 빔 전류를 가진 이온 빔을 생성하도록 구성된 이온 소스를 포함한다. 이온 빔은 예컨대, 스폿(spot) 빔, 펜슬 빔(pencil beam), 스캐닝된 펜슬 빔, 또는 리본 빔을 포함한다. 질량 분석기는 이온 빔의 질량을 분석하도록 추가로 제공 및 구성된다.
일 예에 따라, 빔 프로파일링 장치는 미리 결정된 시간 내에서 이온 빔을 통하여 프로파일링 평면을 따라 병진하도록 구성된다. 빔 프로파일링 장치는 병진과 동시에 이온 빔의 폭을 가로질러 이온 빔 전류를 측정하도록 추가로 구성되고, 여기서 이온 빔의 포지션 종속 빔 전류가 정의된다. 빔 전류 모니터링 장치는 예컨대, 빔라인(예컨대, 빔 프로파일링 장치의 업스트림)을 따라 추가로 포지셔닝되고, 여기서 빔 모니터링 장치는 빔 프로파일링 측정의 지속시간과 동시에 이온 빔의 에지에서 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되고, 여기서 고정된 포인트에서 시간 종속 이온 빔 전류가 정의된다.
2개의 전류 측정들, 예컨대 빔 프로파일링 장치상에서 하나의 측정 및 빔 모니터링 장치로부터 다른 하나의 측정은 동기화되고 동시에 샘플링된다. 따라서, 본 개시에 따라, 빔 전류들은 빔 프로파일링 장치로부터 얻어지고 빔 프로파일링 장치로서 각각의 샘플 시간에 대한 빔 모니터링 장치는 이온 빔의 폭을 가로지른다. 따라서, 시간 무관 이온 빔 프로파일은 빔 모니터링 장치로부터의 대응하는 데이터에 의해 빔 프로파일링 장치로부터 빔 전류 데이터 시리즈를 정규화함으로써 더 근접하게 근사화될 수 있다. 일 예에서, 시간 무관 이온 빔 프로파일은 각각의 샘플 시간 동안 빔 모니터링 장치로부터 얻어진 전류에 의해 빔 프로파일링 장치로부터 얻어진 전류를 나눔으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 미리 결정된 시간에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들은 소거되고, 여기서 시간 무관 이온 빔 프로파일이 제공된다. 본 개시는 함수로 빔 모니터링 장치로부터 일련의 판독들을 피팅(fitting)하고 빔 프로파일링 장치로부터의 데이터를 피팅된 곡선으로 정규화하는 것과 같이 다양한 다른 정규화 방법들을 고려한다.
따라서, 상기 및 관련된 목적들의 완수를 위해, 본 발명은 이후 충분히 설명되고 특히 청구항들에서 지적되는 피처들을 포함한다. 다음 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 예시적 실시예들을 상세히 진술한다. 그러나, 이들 실시예들은, 본 발명의 원리들이 이용될 수 있는 다양한 방식들 중 어느 정도를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 신규 피처들은 도면들과 함께 고려될 때 본 발명의 다음 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 예시적인 양상에 따른 이온 주입 시스템의 블록도를 예시한다.
도 2a는 본 개시의 몇몇 양상들에 따른 예시적인 빔 전류 밀도 변동을 예시한다.
도 2b는 본 개시의 몇몇 양상들에 따른 예시적인 빔 프로파일 측정 변동을 예시한다.
도 2c는 본 개시의 몇몇 양상들에 따른 예시적인 빔 모니터링 측정 변동을 예시한다.
도 2d는 본 개시의 몇몇 양상들에 따른 예시적 시간 무관 빔 프로파일을 예시한다.
도 3은 본 개시에 따른 이온 빔을 프로파일링하기 위한 예시적 방법을 예시하는 블록도이다.
본 발명은 일반적으로 이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 이제 도면들을 참조하여 설명될 것이고, 여기서 동일한 참조 번호들은 전반에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 지칭하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 양상들의 설명이 단지 예시이고 이들이 제한적 의미로 해석되지 않아야 하는 것이 이해되어야 한다. 다음 설명에서, 설명의 목적들을 위하여, 다수의 특정 상세들은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 진술된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 상세들 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
이온 빔의 시간 무관 프로파일을 적당하게 설정하기 위하여, 본 개시는, 측정된 프로파일이 공간에서 강도 분포뿐 아니라, 종종 프로파일의 순차적 측정 동안 발생할 수 있는 시간적 총 이온 빔 전류의 변동에 매우 자주 의존하는 것을 인식한다. 얼마나 정확하게 이온 빔이 제어되는지에 무관하게, 이온 빔 전류는 통상적으로 다양한 팩터들로 인해 일정하지 않다. 이온 빔 스캔의 변동은 넓은 주파수 스펙트럼, 즉 매우 높은 주파수(예컨대, 몇백 KHz)로부터 10 퍼센트까지 아래로 변화하는 크기를 가진 서브-Hz 주파수의 매우 낮은 변동(일반적으로 "드리프트(drift)"로 불림)까지 커버할 수 있다.
빔 스캔 방향의 비균일성을 측정하기 위한 하나의 종래 방법은 D.W. Berrian 등에 의한 미국 특허 번호 4,922,106에 설명된 것 같은 스캐닝된 이온 빔의 전체 폭에 대해 빔 스캔 방향을 따라 이온 빔 밀도 변동(소위 "빔 프로파일")을 측정하기 위하여 좁은 폭 패러데이 컵(또한 이동하는 패러데이 컵이라 불림)을 기계적으로 가로지르는 것이다. 비록 이동하는 패러데이 컵을 이용하는 이 방법이 하이브리드 스캔 시스템들을 가진 이온 주입기들에 널리 또는 거의 독점적으로 사용되지만, 그 방법은, 이온 빔 강도가 시간적으로 변동할 때 시간 무관 비균일성 정보를 추출하는데 어려움을 갖는다.
빔 전류의 항상 존재하는 변동으로 인해, 빔 전류 측정치는 소위 "통합 시간", 통상적으로 몇십 밀리 초 동안 평균된다. 이런 통합 시간으로 인해, 반주기가 통합 시간보다 짧은 임의의 빔 전류 변동은 약화된다. 예컨대, 20 msec의 통합 시간 동안, 25Hz를 초과하는 빔 변동들은 무사히 무시될 수 있다.
그러나, 이동하는 패러데이 컵으로 인해, 이온 빔 균일성의 변동들은, 이동하는 패러데이 컵이 스캐닝된 이온 빔의 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부로 이동할 때 시계열 판독들의 변동으로서 나타난다. 현재 인식되는 하나의 문제는, 빔 전류 강도가 또한 이 기간 동안 변화하면, 결코 빔의 포지션에 의해 의도된 "시간 무관" 변동으로부터 시간적 빔 전류의 변동을 구별하지 못하는 것이다. 예로서, 이동하는 패러데이 컵이 10cm/sec 이동하는 것을 가정하여, 이온 빔 강도가 10Hz로 변동하면, 10Hz 변동은 심지어 "시간 무관" 이온 빔 분포가 완벽하게 균일하더라도 1cm 기간의 이온 빔 강도의 증가 및 감소로서 나타날 것이다.
이전에는, 2개의 타입들의 변동들을 구별하기 위한 방법은, 상기 타입들이 이동하는 패러데이 컵의 이동과 동기화되지 않을 것을 가정하여, 시간 가변 컴포넌트들을 소거하기 위하여 측정들을 몇 번 반복하는 것이었다. 그러나, 생산성 압력들하에서, 그런 측정을 몇 번 반복하는 것은 통상적으로 바람직한 옵션이 아니다.
따라서, 본 개시는 프로파일 측정들을 반복할 필요 없이 시간 가변 이온 빔 전류 조건들하에서 진정한 "시간 무관" 이온 빔 프로파일을 제공하는 것에 관한 것이다.
이제 도면들을 참조하여, 도 1은 단자(102), 빔라인 어셈블리(104), 및 종착역(106)을 가진 예시적 이온 주입 시스템(100)을 예시한다. 단자(102)는 예컨대, 고전압 전원(110)에 의해 전력을 인가받는 이온 소스(108)를 포함하고, 여기서 이온 소스는 이온 빔(112)을 생성하여 빔라인 어셈블리(104)를 통하여, 그리고 궁극적으로 종착역(106)으로 지향시킨다. 이온 빔(112)은 예컨대, 스폿 빔, 펜슬 빔, 리본 빔, 또는 임의의 다른 형상화된 빔의 형태를 취할 수 있다. 빔라인 어셈블리(104)는 추가로 빔가이드(114) 및 질량 분석기(116)를 가지며, 쌍극자 자기장은 빔가이드(114)의 출구 단부에 있는 애퍼처(aperture)(118)를 통하여 종착역(106)에 포지셔닝된 워크피스(120)(예컨대, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 등)으로 적당한 전하-대-질량 비율의 이온들만을 통과시키도록 설정된다.
일 예에 따라, 이온 빔 스캐닝 메커니즘(122), 이를테면 정전기 또는 전자기 스캐너(일반적으로 "스캐너"로서 지칭됨)는 워크피스(120)에 관하여 적어도 제 1 방향(123)(예컨대, 또한 제 1 스캔 경로 또는 "빠른 스캔" 축, 경로, 또는 방향으로 불리는 +/- y 방향)으로 이온 빔(112)을 스캔하도록 구성되고, 여기서 리본-형상 이온 빔 또는 스캐닝된 이온 빔(124)이 정의된다. 추가로, 본 예에서, 워크피스 스캐닝 메커니즘(126)이 제공되고, 여기서 워크피스 스캐닝 메커니즘은 이온 빔(112)을 통하여 적어도 제 2 방향(125)(예컨대, 또한 제 2 스캔 경로 또는 "느린 스캔" 축, 경로, 또는 방향으로 불리는 +/- x-방향)으로 워크피스(30)를 선택적으로 스캔하도록 구성된다. 이온 빔 스캐닝 시스템(122) 및 워크피스 스캐닝 시스템(126)은 예컨대, 이온 빔(112)에 관하여 워크피스의 원하는 스캐닝을 제공하기 위하여 별도로 또는 서로 결합하여 도입될 수 있다. 다른 예에서, 이온 빔(112)은 제 1 방향(123)으로 정전기적으로 스캐닝되고, 여기서 스캐닝된 이온 빔(124)이 생성되고, 그리고 워크피스(120)는 스캐닝된 이온 빔(124)을 통하여 제 2 방향(125)으로 기계적으로 스캐닝된다. 이온 빔(112) 및 워크피스(120)의 정전기 및 기계적 스캐닝의 그런 결합은 "하이브리드 스캔"이라 불리는 것을 생성한다. 본 발명은 이온 빔(112)에 관하여 워크피스(120)의 스캐닝, 또는 반대의 모든 결합들에 적용 가능하다.
다른 예에 따라, 빔 프로파일링 장치(128)는 제 1 방향(123)을 따라 이온 빔의 하나 또는 그 초과의 특성들(예컨대, 이온 빔 전류)의 분포를 측정하기 위하여 이온 빔(112)의 경로를 따라 제공된다. 빔 프로파일링 장치(128)는 워크피스(120)의 업스트림 또는 다운스트림에 제공될 수 있고, 여기서 빔 프로파일링 장치는, 이온 빔이 워크피스를 가로지르지 않을 때 이온 빔(112)의 하나 또는 그 초과의 특성들(예컨대, 이온 빔 전류)을 감지하도록 구성된다. 빔 프로파일링 장치(128)는 예컨대, 미리 결정된 시간(t)에서 프로파일링 평면(130)을 따라 이온 빔을 통해 (예컨대, 제 1 방향(123)으로) 병진하도록 구성되고, 여기서 빔 프로파일링 장치는 병진과 동시에 이온 빔(112)의 폭(132)을 가로질러 빔 전류 분포를 측정하도록 구성되고, 여기서 이온 빔의 프로파일링된 빔 전류(IP)(예컨대, 시간 및 포지션 종속 빔 전류 프로파일)이 정의된다.
빔 프로파일링 장치(128)는 예컨대, 패러데이 컵(136)(또한 "프로파일 컵"이라 불림)을 포함하고, 여기서 일 예에서 패러데이 컵은 업스트림 지향 좁은 슬릿(slit)(138)(예컨대, 이온 빔(112)을 향함)을 포함하고 이온 빔의 프로파일링된 빔 전류(IP)를 얻기 위하여 이온 빔의 전체 폭을 가로질러 제 1 방향(123)을 따라 가로지르도록 구성된다. 이에 따라, 패러데이 컵(136)은 따라서 시간 및 포지션 종속 프로파일링된 빔 전류(IP)를 제어기(140)에 제공하도록 구성된다. 제어기(140)는 신호들을 제어하고 및/또는 예컨대, 이온 소스(108), 고전압 전원(110), 빔가이드(114), 질량 분석기(116), 이온 빔 스캐닝 메커니즘(122), 워크피스 스캐닝 메커니즘(126), 및 빔 프로파일링 장치(128) 중 적어도 하나 또는 그 초과에 신호들을 전송 및 수신하도록 구성된다.
본 개시의 다른 양상에 따라, 빔 모니터링 장치(142)(예컨대, 하나 또는 그 초과의 패러데이 컵들)는 추가로 빔 프로파일 장치(128)의 업스트림 또는 다운스트림에 포지셔닝되고, 빔 모니터링 장치는 미리 결정된 시간(t)(예컨대, 패러데이 컵(136)의 병진과 연속하여, 동기하여, 및/또는 동시에)에 걸쳐 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되고, 여기서 모니터링된 빔 전류((IM)(예컨대, 시간 종속 이온 빔 전류 프로파일)이 정의된다. 예컨대, 빔 모니터링 장치(142)는 이온 빔(112)(예컨대, 스캐닝된 이온 빔(124)의 에지(144)에서 이온 빔 전류를 측정하도록 구성된다. 빔 모니터링 장치(142)는 일반적으로, 이온 빔의 에지(144)에서 이온 빔의 상대적 전류를 제공하도록 여전히 동작하면서, 워크피스(120)를 가로지르는 이온 빔(120) 경로의 외측에 포지셔닝된다. 빔 모니터링 장치(142)는 예컨대, 이온 빔(112)의 반대 편 에지들(144)에 포지셔닝된 하나 또는 두 개의 좁은 패러데이 컵들(또한 "모니터 컵들"이라 불림)을 포함하고, 그리고 이온 빔의 개별 에지들에서 모니터링된 빔 전류(IM)를 측정하도록 구성된다. 대안적으로, 빔 모니터링 장치(142)는 이온 빔 스캐닝 시스템(122)의 업스트림에 포지셔닝된 DC 클램프 미터(clamp meter)를 포함하도록 고려되어, 따라서 이온 빔(112)의 흐름을 방해하지 않는다.
빔 모니터링 장치(142)에서 측정된 모니터링된 빔 전류(IM)의 주파수 대역폭은 예컨대, 빔 프로파일링 장치(128)에서 측정된 프로파일링된 빔 전류(IP)에 대한 주파수 대역폭과 유사하게 또는 동일한 방식으로 배열된다. 예컨대, 빔 프로파일링 장치(128)를 통하여 프로파일링된 빔 전류(IP) 및 빔 전류 모니터링 장치(142)를 통해 모니터링된 빔 전류(IM)의 측정치는 동기화되고 동시에 샘플링된다. 예컨대, 빔 프로파일링 장치(128)로부터 프로파일링된 빔 전류(IP)는 "IPn"으로서 나타낼 수 있고 빔 모니터링 장치로부터 모니터링된 빔 전류(IM)는 각각의 샘플 시간(n) 동안 "IMn"으로서 나타낼 수 있다. 따라서, 본 개시에 따라, 데이터는 빔 프로파일링 장치(128)가 이온 빔(112)의 폭(132)을 가로지를 때 각각의 샘플 시간 n(예컨대, {(IP1/IM1), (IP2/IM2), ...(IPn/IMn)} 동안 빔 프로파일링 장치(128) 및 빔 모니터링 장치(142)로부터 얻어질 수 있다.
따라서, 본 개시에 따라, 시간 무관 이온 빔 프로파일(ID)은 빔 모니터링 장치(142)로부터의 대응하는 모니터링된 빔 전류(IM)에 의해, 빔 프로파일링 장치(128)로부터 프로파일링된 빔 전류(IP)의 시리즈를 정규화함으로써 근접하게 근사화된다. 단순화된 예에서, 시간 무관 이온 빔 프로파일(ID)은 {(IP1/IM1), (IP2/IM2), ...(IPn/IMn)} 같은 시리즈를 생성하기 위하여 IM에 의해 IP를 나눔으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 미리 결정된 시간(t)에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들은 소거되고, 여기서 시간 무관 이온 빔 프로파일(ID)이 제공된다. 본 개시는 빔 모니터링 장치로부터의 판독들의 시리즈를 함수로 피팅하고 그리고 빔 프로파일링 장치로부터의 데이터를 피팅된 곡선으로 정규화함으로써 같은 다양한 다른 정규화 방법들을 고려한다.
일 예는 이제 도 2a-도 2d를 참조하여 설명될 것이다. 도 2a에서, 예컨대, 이온 빔 전류(I)의 총량은 시간적으로 변동하는 반면(예컨대, 트레이스(trace)들(150A, 150B) 및 변동(152)에 의해 나타냄), 전체 빔 프로파일 형상(평균된 트레이스(150C)에 의해 나타냄)은 일반적으로 변화되지 않고 있는다. 그런 변동(152)은 종종 "드리프트"로서 지칭된다. 본 개시에 따라, 도 1의 빔 프로파일링 장치(128)는 예컨대, 도 2b에 예시된 바와 같이, 스캐닝된 이온 빔(124)의 폭(132)을 가로지르고 동일한 시간 스텝들(n)에서 프로파일링된 빔 전류(IPn)를 측정한다. 총 빔 전류 변동(예컨대, 이온 소스(108)와 연관된 변동들, 등)의 부재시, 얻어진 데이터 시리즈(IPn)는 또한, 빔 프로파일링 장치(128)의 이동 속도가 알려지면, 이온 빔(112)의 폭(132)을 따라 빔 전류의 분포를 나타내기 위하여 변환된다. 그러나, 적어도 부분적으로, 총 이온 빔 전류(I)의 변동들로 인해, 프로파일된 빔 전류(IPn)는 도 2b에 예시된 것 같이 수정된다.
프로파일링된 빔 전류(IPn)의 측정과 동시에, 빔 모니터링 장치(142)에 의해 측정된 빔 전류((IMn)는 도 2c에 예시된 바와 같이 변동하고, 이는 도 1의 이온 빔(112)의 총 변동을 나타낸다. 도 2c에 예시된 빔 모니터링 장치(142)로부터 모니터링된 빔 전류(IMn) 없이, 도 2b의 빔 프로파일링 장치(128)로부터 프로파일링된 빔 전류(IPn)는 단독으로, 도 2b의 "시간-무관" 빔 프로파일 변동으로부터 총 빔 전류 변동의 효과를 식별할 수 없다.
따라서, 도 1의 제어기(140)는 따라서 추가로, 빔 프로파일링 장치(128)로부터 프로파일링된 빔 전류(IPn) 및 빔 모니터링 장치(142)로부터 모니터링된 빔 전류(IMn)와 연관된 데이터를 동기하여 수집하고, 그리고 도 2d에 예시된 시간 무관 이온 빔 프로파일(ID)을 결정하도록 구성된다. 도 2d의 시간 무관 이온 빔 프로파일(ID)은 예컨대, 시간 종속 이온 빔 전류 프로파일(도 2c의 모니터링된 빔 전류(IMn))에 의해 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 빔 전류 프로파일(도 2b의 프로파일링된 빔 전류(IPn))를 나눔으로써 결정되거나 정규화되고, 여기서 미리 결정된 시간(t)에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들이 소거된다. 본 개시는 추가로 함수로 빔 모니터링 장치(142)로부터 일련의 판독들을 피팅하고 빔 프로파일링 장치(128)로부터의 데이터를 피팅된 곡선으로 정규화하는 것과 같은 다양한 다른 정규화 방법들을 고려한다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 도 3은 이온 빔의 시간 무관 프로파일(ID)을 결정하기 위한 예시적 방법(200)을 예시한다. 예시적 방법들이 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 본원에 예시 및 설명되지만, 몇몇 단계들이 본 발명에 따라 본원에 도시되고 설명된 것과 상이한 순서들 및/또는 다른 단계들과 동시에 발생할 수 있기 때문에, 본 발명이 그런 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는 것이 인식될 것이 주의되어야 한다. 게다가, 모든 예시된 단계들은 본 발명에 따른 방법론을 구현하기 위하여 요구되지 않을 수 있다. 게다가, 방법들이 본원에 예시되고 설명된 시스템들과 연관하여 그리고 예시되지 않은 다른 시스템들과 연관하여 구현될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
도 3에 예시된 바와 같이, 방법(200)은 동작(202)에서 시작하고, 여기서 프로파일링된 빔 전류(IPn)는 미리 결정된 시간(t)에서 이온 빔을 통해 빔 프로파일 장치를 병진함으로써 이온 빔의 폭을 가로질러 측정되고, 여기서 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 프로파일이 정의된다. 동작(204)에서, 모니터링된 빔 전류(IMn)는 빔 모니터링 장치를 통하여 미리 결정된 시간(t)에 걸쳐 이온 빔의 에지에서 측정되고, 여기서 시간 종속 이온 빔 전류가 정의된다. 일 예에서, 모니터링된 빔 전류(IMn)는 빔 모니터링 장치를 통하여 미리 결정된 시간(t)에 걸쳐 이온 빔의 제 1 에지 및 제 2 에지에서 측정된다. 바람직한 실시예에서, 동작들(202 및 204)은 동기하여 및/또는 동시에 수행된다.
동작(206)에서, 시간 무관 이온 빔 프로파일(ID)은 시간 종속 모니터링된 빔 전류(IMn)에 의해 프로파일링된 빔 전류(IPn)의 시간 및 포지션 종속 프로파일을 나눔으로써, 여기서 미리 결정된 시간(t)에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들을 소거함으로써와 같이 모니터링된 빔 전류(IMn)로 프로파일된 빔 전류(IPn)를 정규화함으로써 결정된다.
비록 본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들에 관하여 도시되고 설명되었지만, 등가 대안들 및 수정들이 명세서 및 첨부된 도면들의 판독 및 이해시 당업자들에게 떠오를 것이라는 것이 명백하다. 특히 상기 설명된 컴포넌트들(어셈블리들, 디바이스들, 회로들, 등)에 의해 수행된 다양한 기능들에 관하여, 그런 컴포넌트들을 설명하기 위하여 사용된 용어들("수단"의 언급을 포함함)은, 본 발명의 본원에 예시된 예시적 실시예들의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가가 아니더라도, 다르게 나타내지지 않으면, 설명된 컴포넌트의 특정 기능을 수행하는 임의의 컴포넌트(즉, 기능적 등가임)에 대응하도록 의도된다. 게다가, 본 발명의 특정 피처가 몇몇 실시예들 중 단지 하나에 관하여 개시되었을 수 있지만, 그런 피처는 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 원해지고 유리할 수 있는 바와 같은 다른 실시예들의 하나 또는 그 초과의 다른 피처들과 결합될 수 있다.

Claims (18)

  1. 이온 주입 시스템으로서,
    이온 빔과 연관된 이온 빔 전류를 갖는 상기 이온 빔을 생성하도록 구성된 이온 소스;
    상기 이온 빔을 질량 분석하도록 구성된 질량 분석기;
    미리 결정된 시간 내에서 프로파일링 평면(profiling plane)을 따라 상기 이온 빔을 통하여 병진하도록 구성된 빔 프로파일링 장치 ― 상기 빔 프로파일링 장치는 추가로 상기 병진과 동시에 상기 이온 빔의 폭을 가로질러 상기 빔 전류를 측정하도록 구성되고, 여기서 상기 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 빔 전류가 정의됨 ―;
    빔 전류 모니터링 장치 ― 상기 빔 전류 모니터링 장치는 상기 미리 결정된 시간에 걸쳐 상기 이온 빔의 상기 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되고, 여기서 시간 종속 이온 빔 전류가 정의됨 ―; 및
    동기화된 시간에서 상기 빔 프로파일링 장치 및 빔 전류 모니터링 장치로부터 빔 전류 데이터를 수집하고, 그리고 상기 시간 종속 이온 빔 전류로 상기 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 빔 전류 프로파일을 나눔으로써, 여기서 상기 미리 결정된 시간에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동(fluctuation)들을 소거함으로써 시간 무관 이온 빔 프로파일을 결정하도록 구성된 제어기
    를 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일링 장치는 패러데이 컵(Faraday cup)을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    패러데이 컵은, 상기 이온 빔의 일부가 진입하도록 허용되는 좁은 슬릿(slit)을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는 좁은 슬릿을 갖는 패러데이 컵을 포함하고, 여기서 상기 패러데이 컵은 상기 이온 빔의 에지에 포지셔닝되고 그리고 상기 이온 빔의 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는 상기 이온 빔의 반대편 에지들에 각각 포지셔닝되고 그리고 상기 이온 빔의 개별 에지들에서 상기 이온 빔 전류를 측정하도록 구성된 한 쌍의 패러데이 컵들을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은, 상기 질량 분석기의 다운스트림에 포지셔닝되고 그리고 상기 이온 빔을 스캔하도록 구성된 스캐너를 더 포함하고, 여기서 리본(ribbon)-형상 스캐닝된 이온 빔이 형성되는,
    이온 주입 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는 리본-형상 스캐닝된 이온 빔의 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는 리본-형상 이온 빔의 제 1 측면 에지에 위치된 제 1 패러데이 컵 및 리본-형상 이온 빔의 제 2 측면 에지에 위치된 제 2 패러데이 컵을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 패러데이 컵으로부터의 제 1 이온 빔 전류 측정치, 상기 제 2 패러데이 컵으로부터의 제 2 이온 빔 전류 측정치를 수신하고, 그리고 상기 제 1 이온 빔 전류 측정치 및 상기 제 2 이온 빔 전류 측정치로부터 평균 이온 빔 전류를 계산하도록 구성되고, 여기서 상기 시간 무관 이온 빔 프로파일의 결정은 상기 평균 이온 빔 전류로 상기 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 빔 전류 프로파일을 나눔으로써 달성되는,
    이온 주입 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는 상기 빔 프로파일링 장치의 업스트림에 포지셔닝되는,
    이온 주입 시스템.
  11. 이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 방법으로서,
    미리 결정된 시간에서 상기 이온 빔을 통하여 빔 프로파일링 장치를 병진시킴으로써 상기 이온 빔의 폭을 가로질러 이온 빔 전류를 측정하는 단계 ― 여기서 상기 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 프로파일이 정의됨 ―;
    빔 전류 모니터링 장치를 통하여 상기 미리 결정된 시간에 걸쳐 상기 이온 빔의 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계 ― 여기서 시간 종속 이온 빔 전류가 정의됨 ―; 및
    상기 시간 종속 이온 빔 전류로 상기 이온 빔 전류의 상기 시간 및 포지션 종속 프로파일을 나눔으로써, 여기서 상기 미리 결정된 시간에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들을 소거함으로써 시간 무관 이온 빔 프로파일을 계산하는 단계
    를 포함하는,
    이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는 상기 빔 프로파일링 장치의 업스트림에 포지셔닝되는,
    이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 빔 전류 모니터링 장치를 통하여 상기 미리 결정된 시간에 걸쳐 상기 이온 빔의 제 1 에지 및 제 2 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계를 포함하고, 그리고 상기 시간 종속 이온 빔 전류는 상기 이온 빔의 제 1 에지 및 제 2 에지에서 측정된 상기 이온 빔 전류를 평균함으로써 정의되는,
    이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 빔 전류 모니터링 장치는, 그 내부에 정의된 좁은 슬릿을 갖는 하나 이상의 패러데이 컵들을 포함하고, 상기 하나 이상의 패러데이 컵들은 상기 이온 빔의 하나 이상의 에지들에서 상기 이온 빔 전류를 측정하도록 구성되는,
    이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 이온 빔을 정전기적으로 스캐닝하는 단계를 더 포함하고, 여기서 리본 빔이 정의되는,
    이온 빔의 시간 무관 프로파일을 결정하기 위한 방법.
  16. 이온 주입 시스템에서 선량 측정(dosimetry) 제어를 수행하는 방법으로서,
    이온 빔을 생성하는 단계;
    상기 이온 빔을 질량 분석하는 단계;
    리본-형상 이온 빔을 형성하기 위해 상기 질량 분석된 이온 빔을 스캐닝하는 단계;
    미리 결정된 시간에서 상기 이온 빔을 통하여 빔 프로파일링 장치를 병진시킴으로써 상기 리본-형상 이온 빔의 폭을 가로질러 이온 빔 전류를 측정하는 단계 ― 여기서 상기 이온 빔의 시간 및 포지션 종속 프로파일이 정의됨 ―;
    상기 미리 결정된 시간을 통하여 상기 리본-형상 이온 빔의 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계 ― 여기서 시간 종속 이온 빔 전류가 정의됨 ―; 및
    상기 시간 종속 이온 빔 전류로 상기 이온 빔 전류의 상기 시간 및 포지션 종속 프로파일을 나눔으로써, 여기서 상기 미리 결정된 시간에 걸쳐 이온 빔 전류의 변동들을 소거함으로써 시간 무관 이온 빔 프로파일을 계산하는 단계
    를 포함하는,
    이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 리본-형상 이온 빔의 폭을 가로질러 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 리본-형상 이온 빔의 제 1 측면 에지로부터 상기 리본-형상 이온 빔의 제 2 측면 에지로 패러데이 컵을 병진시키는 단계 및 상기 패러데이 컵을 통하여 상기 빔 전류를 측정하는 단계를 포함하는,
    이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 리본-형상 이온 빔의 에지에서 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 리본-형상 이온 빔의 제 1 측면 에지에 제 1 패러데이 컵을 그리고 상기 제 1 측면 에지의 반대편의 상기 리본-형상 이온 빔의 제 2 측면 에지에 제 2 패러데이 컵을 포지셔닝하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 측면 에지에서 개별 제 1 및 제 2 빔 전류를 측정하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 시간 종속 이온 빔 전류는 추가로 제 1 및 제 2 빔 전류들의 평균으로서 정의되는,
    이온 주입 시스템에서 선량 측정 제어를 수행하는 방법.
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