KR102440710B1

KR102440710B1 - 이온주입장치 및 이온주입방법

Info

Publication number: KR102440710B1
Application number: KR1020180034892A
Authority: KR
Inventors: 슈타 오치; 시로 니노미야; 유우지 다카하시; 다다노부 가가와
Original assignee: 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-09-07
Also published as: CN108695129B; US20180286637A1; US10249477B2; JP6814081B2; CN108695129A; JP2018170086A; KR20180110610A; TWI744509B; TW201837967A

Abstract

폭넓은 빔조건에 대응 가능한 플라스마 샤워장치를 제공한다.
이온주입장치는, 웨이퍼에 조사되는 이온빔(B)에 전자를 공급하도록 구성되는 플라스마 샤워장치(60)를 구비한다. 플라스마 샤워장치(60)는, 이온빔(B)에 공급되는 전자가 인출되는 인출개구(64)를 갖는 플라스마 생성실(62)과, 인출개구(64)와 연통하는 개구(74)를 갖고, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가되는 제1 전극(71)과, 이온빔(B)을 사이에 두고 제1 전극(71)과 대향하는 위치에 배치되며, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가되는 제2 전극(72)과, 제1 전압 및 제2 전압을 각각 독립적으로 제어하여 플라스마 샤워장치(60)의 동작모드를 전환하는 제어부(86)를 포함한다.

Description

이온주입장치 및 이온주입방법{ION IMPLANTATION APPARATUS AND ION IMPLANTATION METHOD}

본 발명은, 이온주입장치 및 이온주입방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에서는, 반도체 웨이퍼의 도전성을 변화시킬 목적, 반도체 웨이퍼의 결정구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이 공정에서 사용되는 장치는, 일반적으로 이온주입장치로 불리고, 주입처리실 내의 웨이퍼를 향하여 이온빔을 조사하도록 구성된다. 주입처리실에는, 이온주입에 의한 웨이퍼표면의 대전(帶電)을 방지하기 위하여, 플라스마 샤워장치 등의 대전억제장치가 마련된다. 플라스마 샤워장치는, 웨이퍼표면에 전자를 공급함으로써, 웨이퍼표면에 대전하는 전하를 중화시킨다(특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2006-156142호

플라스마 샤워장치에 요구되는 전자공급량은, 웨이퍼에 조사되는 이온빔의 빔조건에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 1~10mA 정도의 고전류빔이면, 보다 많은 전자공급이 필요해지는 데에 대하여, 10~100μA 정도의 저·중전류빔이면, 고전류빔만큼의 전자공급량은 필요하지 않다. 이로 인하여, 고전류용 주입장치와 저·중전류용 주입장치에서는, 각각 사양이 다른 플라스마 샤워장치가 이용되는 것이 일반적이다. 한편, 1대의 주입장치로 저·중전류영역부터 고전류영역까지를 커버할 수 있도록 하는 경우, 빔조건에 따라 적절한 전자공급량을 실현할 수 있는 플라스마 샤워장치로 할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 폭넓은 빔조건에 대응 가능한 플라스마 샤워장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태의 이온주입장치는, 웨이퍼에 조사되는 이온빔에 전자를 공급하도록 구성되는 플라스마 샤워장치를 구비하는 이온주입장치이며, 플라스마 샤워장치는, 이온빔에 공급되는 전자가 인출되는 인출개구를 갖는 플라스마 생성실과, 인출개구와 연통하는 개구를 갖고, 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가되는 제1 전극과, 이온빔을 사이에 두고 제1 전극과 대향하는 위치에 배치되며, 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가되는 제2 전극과, 제1 전압 및 제2 전압을 각각 독립적으로 제어하여 플라스마 샤워장치의 동작모드를 전환하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 양태는, 이온주입방법이다. 이 방법은, 웨이퍼에 조사되는 이온빔에 전자를 공급하도록 구성되는 플라스마 샤워장치를 구비하는 이온주입장치를 이용한다. 플라스마 샤워장치는, 이온빔에 공급되는 전자가 인출되는 인출개구를 갖는 플라스마 생성실과, 인출개구와 연통하는 개구를 갖고, 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가되는 제1 전극과, 이온빔을 사이에 두고 제1 전극과 대향하는 위치에 배치되며, 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가되는 제2 전극을 포함한다. 이 방법은, 이온빔의 빔조건에 따라, 제1 전압 및 제2 전압을 각각 독립적으로 제어하여 플라스마 샤워장치의 동작모드를 전환한다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 폭넓은 빔조건에 대응 가능한 플라스마 샤워장치를 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 상면도이다.
도 2는 도 1의 이온주입장치의 개략구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 실시형태에 관한 플라스마 샤워장치의 구성을 나타내는 x방향에서 본 단면도이다.
도 4는 도 3의 플라스마 샤워장치의 구성을 나타내는 y방향에서 본 단면도이다.
도 5는 제1 모드로 동작하는 플라스마 샤워장치를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6은 제1 모드에 있어서 플라스마 샤워장치(60)로부터 공급되는 이온의 거동을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 7은 제2 모드로 동작하는 플라스마 샤워장치를 모식적으로 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 설명하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 실시형태에 관한 이온주입장치(10)를 개략적으로 나타내는 상면도이며, 도 2는 이온주입장치(10)의 개략구성을 나타내는 측면도이다.

이온주입장치(10)는, 피처리물(W)의 표면에 이온주입처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물(W)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 반도체 웨이퍼이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피처리물(W)를 웨이퍼(W)라고 부르는 경우가 있지만, 이것은 주입처리의 대상을 특정 물체에 한정하는 것을 의도하고 있지 않다.

이온주입장치(10)는, 빔을 일방향으로 왕복주사시켜, 웨이퍼(W)를 그 일방향과 직교하는 방향으로 왕복운동시킴으로써 웨이퍼(W)의 전체에 걸쳐 이온빔(B)을 조사하도록 구성되어 있다. 본서에서는 설명의 편의상, 설계상의 빔궤도로 나아가는 이온빔(B)의 진행방향을 z방향으로 하고, z방향에 수직인 면을 xy면이라고 정의한다. 이온빔(B)을 피처리물(W)에 대하여 주사하는 경우에 있어서, 빔의 주사방향을 x방향으로 하고, z방향 및 x방향에 수직인 방향을 y방향으로 한다. 따라서, 빔의 왕복주사는 x방향으로 행해지고, 웨이퍼(W)의 왕복운동은 y방향으로 행해진다.

이온주입장치(10)는, 이온원(12)과, 빔라인장치(14)와, 주입처리실(16)을 구비한다. 이온원(12)은, 이온빔(B)을 빔라인장치(14)에 부여하도록 구성되어 있다. 빔라인장치(14)는, 이온원(12)으로부터 주입처리실(16)로 이온을 수송하도록 구성되어 있다. 또, 이온주입장치(10)는, 이온원(12), 빔라인장치(14), 주입처리실(16)에 원하는 진공환경을 제공하기 위한 진공배기계(도시하지 않음)를 구비한다.

빔라인장치(14)는, 예를 들면, 상류에서부터 순서대로, 질량분석부(18), 가변애퍼처(20), 빔정형부(22), 제1 빔계측기(24), 빔주사기(26), 평행화렌즈(30) 또는 빔평행화장치, 및 각도에너지필터(AEF; Angular Energy Filter)(34)를 구비한다. 다만, 빔라인장치(14)의 상류란, 이온원(12)에 가까운 측을 가리키고, 하류란 주입처리실(16)(또는 빔스토퍼(38))에 가까운 측을 가리킨다.

질량분석부(18)는, 이온원(12)의 하류에 마련되어 있으며, 이온원(12)으로부터 인출된 이온빔(B)으로부터 필요한 이온종을 질량분석에 의하여 선택하도록 구성되어 있다.

가변애퍼처(20)는, 개구폭이 조정 가능한 애퍼처이며, 개구폭을 변경함으로써 애퍼처를 통과하는 이온빔(B)의 빔전류량을 조정한다. 가변애퍼처(20)는, 예를 들면, 빔라인을 사이에 두고 상하에 배치되는 애퍼처플레이트를 갖고, 애퍼처플레이트의 간격을 변화시킴으로써 빔전류량을 조정해도 된다.

빔정형부(22)는, 사중극 수렴/발산장치(Q렌즈) 등의 수렴/발산렌즈를 구비하고 있으며, 가변애퍼처(20)를 통과한 이온빔(B)을 원하는 단면형상으로 정형하도록 구성되어 있다. 빔정형부(22)는, 전장식(電場式) 삼단 사중극렌즈(트리플렛 Q렌즈라고도 함)이며, 상류측에서부터 순서대로 제1 사중극렌즈(22a), 제2 사중극렌즈(22b), 제3 사중극렌즈(22c)를 갖는다. 빔정형부(22)는, 3개의 렌즈장치(22a, 22b, 22c)를 이용함으로써, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온빔(B)의 x방향 및 y방향의 수렴 또는 발산을 각각의 방향에 대하여 독립적으로 조정할 수 있다. 빔정형부(22)는, 자장식 렌즈장치를 포함해도 되고, 전장과 자장의 쌍방을 이용하여 빔을 정형하는 렌즈장치를 포함해도 된다.

제1 빔계측기(24)는, 빔라인 상에 출입 가능하게 배치되어, 이온빔의 전류를 측정하는 인젝터플래그패러데이컵이다. 제1 빔계측기(24)는, 빔정형부(22)에 의하여 정형된 이온빔(B)의 빔전류를 계측할 수 있도록 구성된다. 제1 빔계측기(24)는, 빔전류를 계측하는 패러데이컵(24b)과, 패러데이컵(24b)을 상하로 이동시키는 구동부(24a)를 갖는다. 도 2의 파선으로 나타내는 바와 같이, 빔라인 상에 패러데이컵(24b)을 배치한 경우, 이온빔(B)은 패러데이컵(24b)에 의하여 차단된다. 한편, 도 2의 실선으로 나타내는 바와 같이, 패러데이컵(24b)을 빔라인 상으로부터 제거한 경우, 이온빔(B)의 차단이 해제된다.

빔주사기(26)는, 빔의 왕복주사를 제공하도록 구성되어 있으며, 정형된 이온빔(B)을 x방향으로 주사하는 편향수단이다. 빔주사기(26)는, x방향으로 대향하여 마련되는 주사전극쌍(28)을 갖는다. 주사전극쌍(28)은 가변전압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 주사전극쌍(28)에 인가되는 전압을 주기적으로 변화시킴으로써, 전극 간에 발생하는 전계를 변화시켜 이온빔(B)을 다양한 각도로 편향시킨다. 이렇게 하여, 이온빔(B)은, x방향의 주사범위에 걸쳐 주사된다. 다만, 도 1에 있어서 화살표 X에 의하여 빔의 주사방향 및 주사범위를 예시하고, 주사범위에서의 이온빔(B)의 복수의 궤적을 일점쇄선으로 나타내고 있다.

평행화렌즈(30)는, 주사된 이온빔(B)의 진행방향을 설계상의 빔궤도와 평행으로 하도록 구성되어 있다. 평행화렌즈(30)는, 중앙부에 이온빔의 통과슬릿이 마련된 원호형상의 복수의 P렌즈전극(32)을 갖는다. P렌즈전극(32)은, 고압전원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 전압인가에 의하여 발생하는 전계를 이온빔(B)에 작용시켜, 이온빔(B)의 진행방향을 평행으로 정렬한다. 다만, 평행화렌즈(30)는 다른 빔평행화장치로 치환되어도 되고, 빔평행화장치는 자계(磁界)를 이용하는 자석장치로서 구성되어도 된다. 평행화렌즈(30)의 하류에는, 이온빔(B)을 가속 또는 감속시키기 위한 AD(Accel/Decel)칼럼(도시하지 않음)이 마련되어도 된다.

각도에너지필터(AEF)(34)는, 이온빔(B)의 에너지를 분석하여 필요한 에너지의 이온을 하방으로 편향하여 주입처리실(16)에 유도하도록 구성되어 있다. 각도에너지필터(34)는, 전계편향용 AEF전극쌍(36)을 갖는다. AEF전극쌍(36)은, 고압전원(도시하지 않음)에 접속된다. 도 2에 있어서, 상측의 AEF전극에 정전압, 하측의 AEF전극에 부전압을 인가시킴으로써, 이온빔(B)을 하방으로 편향시킨다. 다만, 각도에너지필터(34)는, 자계편향용 자석장치로 구성되어도 되고, 전계편향용 AEF전극쌍과 자석장치의 조합으로 구성되어도 된다.

이와 같이 하여, 빔라인장치(14)는, 웨이퍼(W)에 조사되어야 할 이온빔(B)을 주입처리실(16)에 공급한다.

주입처리실(16)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1매 또는 복수 매의 웨이퍼(W)를 지지하는 플래튼구동기구(50)를 구비한다. 플래튼구동기구(50)는, 웨이퍼지지장치(52)와, 왕복운동기구(54)와, 트위스트각조정기구(56)와, 틸트각조정기구(58)를 포함한다. 웨이퍼지지장치(52)는, 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 정전척 등을 포함한다. 왕복운동기구(54)는, 빔주사방향(x방향)과 직교하는 왕복운동방향(y방향)으로 웨이퍼지지장치(52)를 왕복운동시킴으로써, 웨이퍼지지장치(52)에 지지되는 웨이퍼를 y방향으로 왕복운동시킨다. 도 2에 있어서, 화살표 Y에 의하여 웨이퍼(W)의 왕복운동을 예시한다.

트위스트각조정기구(56)는, 웨이퍼(W)의 회전각을 조정하는 기구이며, 웨이퍼처리면의 법선을 축으로 하여 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 웨이퍼의 외주부에 마련되는 얼라인먼트마크와 기준위치의 사이의 트위스트각을 조정한다. 여기에서, 웨이퍼의 얼라인먼트마크란, 웨이퍼의 외주부에 마련되는 노치나 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 말하며, 웨이퍼의 결정축방향이나 웨이퍼의 둘레방향의 각도위치의 기준이 되는 마크를 말한다. 트위스트각조정기구(56)는, 도시되는 바와 같이 웨이퍼지지장치(52)와 왕복운동기구(54)의 사이에 마련되어, 웨이퍼지지장치(52)와 함께 왕복운동된다.

틸트각조정기구(58)는, 웨이퍼(W)의 기울기를 조정하는 기구이며, 웨이퍼처리면을 향하는 이온빔(B)의 진행방향과 웨이퍼처리면의 법선의 사이의 틸트각을 조정한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 경사각 중, x방향의 축을 회전의 중심축으로 하는 각도를 틸트각으로서 조정한다. 틸트각조정기구(58)는, 왕복운동기구(54)와 주입처리실(16)의 벽면의 사이에 마련되어 있으며, 왕복운동기구(54)를 포함하는 플래튼구동기구(50) 전체를 R방향으로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)의 틸트각을 조정하도록 구성된다.

주입처리실(16)은, 빔스토퍼(38)를 구비한다. 빔궤도 상에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 경우에는, 이온빔(B)은 빔스토퍼(38)에 입사한다. 또, 주입처리실(16)에는, 이온빔의 빔전류량이나 빔전류밀도분포를 계측하기 위한 제2 빔계측기(44)가 마련된다. 제2 빔계측기(44)는, 사이드컵(40R, 40L)과, 센터컵(42)을 갖는다.

사이드컵(40R, 40L)은, 웨이퍼(W)에 대하여 x방향으로 어긋나 배치되어 있으며, 이온주입 시에 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔을 차단하지 않는 위치에 배치된다. 이온빔(B)은, 웨이퍼(W)가 위치하는 범위를 넘어 오버스캔되기 때문에, 이온주입 시에 있어서도 주사되는 빔의 일부가 사이드컵(40R, 40L)에 입사한다. 이로써, 이온주입처리 중의 빔전류량을 계측한다. 사이드컵(40R, 40L)의 계측값은, 제2 빔계측기(44)에 보내진다.

센터컵(42)은, 웨이퍼(W)의 표면(웨이퍼처리면)에 있어서의 빔전류량이나 빔전류밀도분포를 계측하기 위한 것이다. 센터컵(42)은, 가동식으로 되어 있어, 이온주입 시에는 웨이퍼위치로부터 대피되고, 웨이퍼(W)가 조사위치에 없을 때에 웨이퍼위치에 삽입된다. 센터컵(42)은, x방향으로 이동하면서 빔전류량을 계측하고, 빔주사방향의 빔전류밀도분포를 계측한다. 센터컵(42)의 계측값은, 제2 빔계측기(44)에 보내진다. 다만, 센터컵(42)은, 빔주사방향의 복수의 위치에 있어서의 이온조사량을 동시에 계측 가능해지도록, 복수의 패러데이컵이 x방향으로 나열된 어레이형상으로 형성되어 있어도 된다.

주입처리실(16)에는, 이온빔(B)에 전자를 공급하는 플라스마 샤워장치(60)가 마련된다. 플라스마 샤워장치(60)는, 플라스마 생성실(62)과, 샤워튜브(70)를 포함한다. 플라스마 샤워장치(60)는, 플라스마 생성실(62) 내에서 플라스마를 생성하고, 플라스마로부터 전자를 인출하여, 웨이퍼(W)를 향하는 이온빔(B)이 통과하는 샤워튜브(70) 내에 전자를 공급하도록 구성된다.

도 3 및 도 4는, 실시형태에 관한 플라스마 샤워장치(60)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 3은 x방향에서 본 단면을 나타내고, 도 4는 y방향에서 본 단면을 나타낸다. 플라스마 샤워장치(60)는, 플라스마 생성실(62)과, 서프레션전극(68)과, 샤워튜브(70)와, 제어부(86)와, 각종 전원을 구비한다.

플라스마 생성실(62)은, 대략 직육면체의 상자형 형상을 갖고, 이온빔(B)의 주사방향(x방향)으로 가늘고 긴 형상을 갖는다. 플라스마 생성실(62)의 내부에는, 고주파(RF) 전압이 인가되는 안테나(66)가 마련된다. 플라스마 생성실(62)의 내부에는 소스가스가 도입되고, 안테나(66)로부터의 고주파전계에 의하여 플라스마(P)가 생성된다. 플라스마 생성실(62)의 벽면에는, 플라스마(P)를 가두는 커스프자장을 생성하기 위한 자석장치(도시하지 않음)가 마련된다. 플라스마 생성실(62)에는 인출개구(64)가 마련되어 있고, 인출개구(64)를 통하여 플라스마(P)로부터 전자가 인출된다.

샤워튜브(70)는, 플라스마 생성실(62)의 인출개구(64)의 옆에 마련된다. 샤워튜브(70)는, 각관(角管)형상을 갖고, 각관의 내측을 이온빔(B)이 통과하도록 배치된다. 샤워튜브(70)는, 인출개구(64)와 연통하는 개구(74)를 갖는 제1 전극(71)과, 이온빔(B)을 사이에 두고 제1 전극(71)과 y방향으로 대향하는 제2 전극(72)과, 이온빔(B)을 사이에 두고 x방향으로 대향하는 제3 전극(73)(73L, 73R)을 갖는다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(71)에 마련되는 개구(74)는, 이온빔(B)의 주사범위에 걸쳐 x방향으로 길게 형성된다. 다만, 플라스마 생성실(62)의 인출개구(64)도 동일하다.

샤워튜브(70)의 상류측에는, 서프레션전극(68)이 마련된다. 서프레션전극(68)은, 샤워튜브(70)와 동일하게, 각관형상을 갖고, 각관의 내측을 이온빔(B)이 통과하도록 배치된다. 서프레션전극(68)은, 서프레션전원(78)과 접속되어 있으며, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 부전압이 인가된다. 서프레션전극(68)은, 플라스마 생성실(62)로부터 인출되는 전자가 플라스마 샤워장치(60)보다 상류측을 향하는 것을 방지한다.

플라스마 생성실(62)은, 인출전원(80)과 접속되어 있으며, 인출전원(80)에 의하여 인출전압이 인가된다. 제1 전극(71)은, 제1 전원(81)과 접속되고, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가된다. 제2 전극(72)은, 제2 전원(82)과 접속되며, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가된다. 제3 전극(73)은, 제3 전원(83)과 접속되며, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 제3 전압이 인가된다.

도 4는, 이온빔(B)의 x방향의 주사범위를 나타낸다. 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)가 위치하는 조사 영역(C1)과, 조사 영역(C1)의 외측의 비조사영역(C2)에 걸쳐 이온빔(B)은 주사된다. 조사 영역(C1)에 위치하는 빔(B1)은 웨이퍼(W)에 입사한다. 한편, 비조사영역(C2)에 위치하는 빔(B2)은, 샤워튜브(70)의 하류측의 사이드컵(40L, 40R)에 입사한다.

샤워튜브(70)는, 조사 영역(C1) 및 비조사영역(C2)의 쌍방을 커버하도록 배치되어 있으며, 웨이퍼(W)를 향하는 빔(B1) 및 사이드컵(40L, 40R)을 향하는 빔(B2)의 쌍방에 전자를 공급할 수 있도록 구성된다. 또, 사이드컵(40L, 40R)의 외부케이스는, 제4 전원(84)과 접속되며, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 제4 전압이 인가된다.

제어부(86)는, 플라스마 샤워장치(60)의 각종 전원의 전압을 독립적으로 제어하여 플라스마 샤워장치(60)의 동작모드를 전환하도록 구성된다. 제어부(86)는, 웨이퍼(W)에 조사하는 이온빔(B)의 빔전류값, 빔에너지, 이온종 등의 빔조건에 따라 동작모드를 전환한다.

플라스마 샤워장치(60)로부터 이온빔(B)에 공급되는 전자량은, 이온빔(B)의 조사에 의한 웨이퍼(W) 상의 정전하량에 따라 조정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이온빔(B)의 전류량이 큰 경우에는, 웨이퍼(W) 상에 축적되는 정전하량이 많아지기 때문에, 플라스마 샤워장치(60)로부터 보다 많은 전자가 공급될 필요가 있다. 한편, 이온빔(B)의 전류량이 작은 경우, 플라스마 샤워장치(60)로부터 다량의 전자를 공급해 버리면 웨이퍼(W)에 음전하가 축적되어 버리기 때문에, 전자공급량을 줄이는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 관한 이온주입장치(10)는, 예를 들면, 10μA 정도의 저전류에서부터 10mA 정도의 고전류까지를 커버할 수 있도록 구성된다. 이로 인하여, 3자릿수 정도 다른 빔전류량의 변화에 맞추어, 플라스마 샤워장치(60)에 의한 전자공급량도 큰 범위에서 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 플라스마 생성실(62)에서 생성되는 플라스마(P)의 밀도를 자유롭게 조정할 수 있으면, 전자공급량도 유연하게 조정할 수 있을지도 모른다. 그러나, 플라스마(P)의 밀도를 크게 변화시키는 것은 일반적으로 용이하지 않다. 플라스마(P)를 안정적으로 생성하기 위해서는 어느 정도의 플라스마(P)의 밀도가 필요하고, 플라스마(P)의 밀도를 극단적으로 줄이면서, 안정적으로 전자를 공급하는 것은 어렵기 때문이다.

또, 플라스마 샤워장치(60)는, 플라스마(P)로부터 전자를 공급할 뿐만이 아니라, 플라스마(P)에 포함되는 이온도 공급한다. 플라스마 샤워장치(60)로부터 인출되는 이온의 일부는, 사이드컵(40L, 40R)에 유입되고, 이들의 계측결과에 영향을 준다. 이온빔(B)의 전류량이 크고, 플라스마 샤워장치(60)에 기인하는 이온의 유입이 무시할 수 있을 정도로 적으면, 특별히 문제는 되지 않는다. 그러나, 이온빔(B)의 전류량이 낮은 경우에는, 플라스마 샤워장치(60)로부터 인출되는 이온의 유입이 계측결과에 영향을 주어, 빔전류량의 계측정밀도를 저하시킬 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 플라스마 샤워장치(60)에 의한 전자공급량을 늘리기 위한 제1 모드와, 플라스마 샤워장치(60)로부터 사이드컵(40L, 40R)으로의 이온유입을 줄이기 위한 제2 모드와의 사이에서 동작모드를 전환할 수 있도록 한다. 특히, 저·중전류용 제2 모드에 있어서, 플라스마 샤워장치(60)로부터의 이온공급을 최소화시키면서 전자를 공급할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼(W)의 대전을 억제하면서, 플라스마 샤워장치(60)로부터의 이온에 기인하는 계측정밀도의 저하를 방지한다.

도 5는, 제1 모드로 동작하는 플라스마 샤워장치(60)를 모식적으로 나타내는 도이다. 제1 모드에서는, 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압 및 제4 전압이 부가 되도록 제어된다. 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압 및 제4 전압의 크기(절댓값)는, 0.1V 이상 50V 이하이며, 예를 들면, 1V 이상 20V 이하이다. 일례에 있어서, 인출전원(80)에 의한 인출전압은 -5V이며, 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압 및 제4 전압은 -3V이다. 서프레션전원(78)에 의한 서프레션전압은, -40V~-50V 정도이며, 예를 들면 -48V이다. 다만, 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압 및 제4 전압의 전압은 공통이 아니어도 되고, 적어도 하나의 전압을 다른 전압과 다르게 해도 된다.

이온빔(B)에 공급되는 전자는, 주로 이온빔(B)의 빔포텐셜에 의하여 플라스마 생성실(62) 내의 플라스마(P)로부터 인출된다. 이온빔(B)은, 정전하를 갖는 이온으로 구성되기 때문에, 이온빔(B)에 의한 정의 공간전하에 의하여 플라스마(P)로부터 전자가 인출된다. 제1 모드에서는, 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 샤워튜브(70)에 부전압이 인가되기 때문에, 샤워튜브(70)의 내면에서 전자가 튕겨져, 인출된 전자가 효율적으로 이온빔(B)에 공급된다. 또, 사이드컵(40)의 외부케이스에도 부전압이 인가되기 때문에, 사이드컵(40)의 외부케이스로의 전자의 유입을 억제하여, x방향의 양단부의 빔에 대해서도 효율적으로 전자를 공급할 수 있다.

도 6은, 제1 모드에 있어서 플라스마 샤워장치(60)로부터 공급되는 이온의 거동을 모식적으로 나타내는 도이다. 제1 모드에서는, 샤워튜브(70)에 부전압이 인가되기 때문에, 제1 전극(71)이 플라스마 생성실(62) 내의 플라스마(P)로부터 이온을 인출하는 인출전극으로서 작용한다. 그 결과, 플라스마 생성실(62)로부터는 전자뿐만 아니라 이온도 인출된다. 플라스마 생성실(62)로부터 전자와 함께 이온이 인출되는 경우, 인출개구(64) 부근의 공간전하가 이온으로 중화되기 때문에, 전자의 효율적인 인출로 이어진다. 이와 같이 하여, 제1 모드에서는, 이온빔(B)에 공급되는 전자를 최대화할 수 있다. 그 한편으로, 인출된 이온의 일부가 사이드컵(40)에 유입되는 경우가 있기 때문에, 사이드컵(40)에서 검출되는 이온빔(B)이 상대적으로 적은 상황하에서는, 사이드컵(40)의 계측정밀도에 영향을 주어, 사이드컵(40)의 계측정밀도의 저하를 초래한다.

도 7은, 제2 모드로 동작하는 플라스마 샤워장치(60)를 모식적으로 나타내는 도이다. 제2 모드에서는, 제1 전극(71)의 제1 전압, 제3 전극(73)의 제3 전압 및 사이드컵(40)의 외부케이스의 제4 전압이 정이 되도록 제어되는 한편, 제2 전극(72)의 제2 전압이 부가 되도록 제어된다. 일례에 있어서, 인출전원(80)에 의한 인출전압은 -7V이고, 제1 전압, 제3 전압 및 제4 전압은 +10V이며, 제2 전압은 -10V이다. 서프레션전원(78)에 의한 서프레션전압은, -40V~-50V 정도이며, 예를 들면 -48V이다. 다만, 제1 전압, 제3 전압 및 제4 전압의 전압은 공통이 아니어도 되고, 적어도 하나의 전압을 다른 전압과 다르게 해도 된다.

제2 모드에서는, 제1 전극(71)이 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여 정이 되기 때문에, 플라스마 생성실(62)로부터의 이온의 인출이 억제된다. 인출개구(64)를 통하여 이온이 인출되는 경우이더라도, 제2 전극(72)이 부전압이기 때문에, 인출된 이온은 주로 제2 전극(72)에 유입된다. 또, 사이드컵(40)의 외부케이스가 정전압이기 때문에, 인출된 이온은 사이드컵(40)을 향하기 어렵다. 그 결과, 플라스마 샤워장치(60)로부터 사이드컵(40)을 향하는 이온의 양을 작게 하여, 이온빔(B)의 계측정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

제2 모드에서는, 이온빔(B)의 전류량이 상대적으로 작기 때문에, 빔포텐셜에 의하여 플라스마(P)로부터 인출되는 전자량도 작아진다. 또, 플라스마(P)로부터 이온이 인출되기 어렵기 때문에, 인출개구(64)의 근방에 전자가 축적되기 쉽고, 공간전하효과에 의하여 전자의 인출량도 감소한다. 따라서, 제2 모드에서는, 플라스마(P)를 안정적으로 생성하는 상태이더라도, 제1 모드보다 전자공급량을 줄일 수 있어, 저·중전류의 빔에 맞는 양의 전자를 공급할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 제1 전극(71)에 인가해야 할 제1 전압은, 플라스마 생성실(62)로부터의 이온공급, 플라스마 생성실(62)로부터의 전자공급, 및 샤워튜브(70)로의 전자유입방지의 관점에서 결정할 수 있다. 이온공급량 및 전자유입방지효과는, 제1 전극(71)을 부전압으로 하면 많아지고, 제1 전극(71)을 정전압으로 하면 적어지는 경향이 있다. 전자공급량은, 제1 전극(71)을 절댓값이 작은 부전압으로 하면 많아지고, 절댓값이 큰 부전압, 또는 정전압으로 하면 적어지는 경향이 있다. 제1 전극(71)의 제1 전압은, 이들을 가미하여 결정되는 것이 바람직하다.

제2 전극(72)에 인가해야 할 제2 전압은, 샤워튜브(70)로의 전자유입방지 및 샤워튜브(70)로의 이온흡수의 관점에서 결정할 수 있다. 전자유입방지 및 이온흡수능력은, 제2 전극(72)을 부전압으로 하면 높아지고, 제2 전극(72)을 정전압으로 하면 낮아진다. 따라서, 제2 전극(72)에는 부전압이 인가되는 것이 바람직하고, 전자유입방지 및 이온흡수능력의 필요량에 따라 부전압의 크기가 결정되는 것이 바람직하다.

제3 전극(73)에 인가해야 할 제3 전압은, 플라스마 생성실(62)로부터의 이온공급, 플라스마 생성실(62)로부터의 전자공급, 샤워튜브(70)로의 전자유입방지, 및 샤워튜브(70)로의 이온흡수의 관점에서 결정할 수 있다. 제3 전압과 이들 효과의 관계성은, 상술한 제1 전극 및 제2 전극과 동일하다. 따라서, 제3 전극(73)의 제3 전압은, 이들을 가미하여 결정되는 것이 바람직하다.

사이드컵(40)의 외부케이스에 인가해야 할 제4 전압은, 사이드컵(40)의 외부케이스로의 전자유입방지 및 사이드컵(40)으로의 이온유입방지의 관점에서 결정할 수 있다. 전자유입방지효과는 제4 전압을 부전압으로 하면 높아지고, 제4 전압을 정전압으로 하면 낮아진다. 한편, 이온유입방지효과는, 제4 전압을 정전압으로 하면 높아지고, 제4 전압을 부전압으로 하면 낮아진다. 따라서, 사이드컵(40)의 외부케이스에 인가해야 할 제4 전압은, 이들을 가미하여 결정되는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명을 상술한 각 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 각 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 교체하는 것이나 각종 설계변경 등의 변형을 실시형태에 대하여 가하는 것도 가능하고, 그와 같은 변형이 가해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

상술한 실시형태에서는, 제1 전극(71), 제2 전극(72), 제3 전극(73) 및 사이드컵(40)의 외부케이스에 각각 별도의 전원을 접속하는 경우에 대하여 나타냈다. 변형예에서는, 인가전압이 공통되는 전극에 대하여, 공통의 전원을 이용해도 된다. 예를 들면, 제1 전극(71), 제3 전극(73) 및 사이드컵(40)의 외부케이스에 제1 전원(81)을 접속하고, 제2 전극(72)에 제2 전원(82)을 접속하도록 해도 된다.

상술한 실시형태에서는, 인출전원(80)이 접속되는 플라스마 생성실(62)의 전위를 기준으로 하여, 플라스마 생성실(62)과 샤워튜브(70)의 사이 및 플라스마 생성실(62)과 사이드컵(40)의 외부케이스의 사이에 각 전원을 접속하는 경우를 나타냈다. 변형예에서는, 샤워튜브(70)에 접속되는 제1 전원(81), 제2 전원(82) 및 제3 전원(83)의 일단과, 사이드컵(40)의 외부케이스에 접속되는 제4 전원(84)의 일단을 그라운드에 접속하고, 그라운드전위에 대하여 샤워튜브(70)의 각 전극 및 사이드컵(40)의 외부케이스의 전압을 제어하도록 해도 된다. 이 경우이더라도, 플라스마 생성실(62)의 전위에 대하여 정 또는 부의 전압이 샤워튜브(70)의 각 전극 및 사이드컵(40)의 외부케이스에 인가되도록 제어되는 것이 바람직하다.

상술한 실시형태에서는, 제1 모드에 있어서 제3 전극(73)에 부전압을 인가하고, 제2 모드에 있어서 제3 전극(73)에 정전압을 인가하여, 제1 전극(71)과 제3 전극(73)의 전압의 정부가 동일해지도록 하는 경우를 나타냈다. 변형예에서는, 제2 전극(72)과 제3 전극(73)의 전압의 정부가 동일해지도록 해도 되고, 제1 모드에 있어서 제3 전극(73)에 부전압을 인가하며, 제2 모드에 있어서도 제3 전극(73)에 부전압을 인가하도록 해도 된다.

상술한 실시형태에 있어서, 제1 전극(71) 및 제3 전극(73)은, 전기적으로 접속되도록 구성되어 되고, 예를 들면, 제1 전극(71) 및 제3 전극(73)이 일체적으로 구성되어도 된다. 한편, 제2 전극(72)과 제3 전극(73)의 사이는 전기적으로 절연 되고, 제2 전극(72)과 제3 전극(73)의 사이에 절연부재가 마련된다. 다만, 변형예에서는, 제2 전극(72) 및 제3 전극(73)이 전기적으로 접속되도록 구성되고, 제1 전극(71)과 제3 전극(73)의 사이에 절연부재가 마련되어도 된다. 또, 제1 전극(71)과 제3 전극(73)의 사이 및 제2 전극(72)과 제3 전극(73)의 사이의 쌍방에 절연부재가 마련되어도 된다.

샤워튜브(70)는, 제1 전극(71) 및 제2 전극(72)을 구비하는 한편, 제3 전극(73)을 구비하지 않는 구성이어도 된다.

사이드컵(40)은, 샤워튜브(70)로부터 떨어져 마련되어도 된다. 사이드컵(40)의 외부케이스는, 동작모드에 따라 다른 전압이 인가되지 않아도 되고, 예를 들면, 그라운드전위가 되도록 구성되어도 된다.

상술한 실시형태에서는, 샤워튜브(70)의 각 전극의 전압을 플라스마 생성실(62)에 대하여 정전압 또는 부전압으로 하는 경우를 나타냈다. 변형예에 있어서는, 어느 하나의 전극의 전압을 어느 하나의 동작모드에 있어서 플라스마 생성실(62)과 동일한 전위로 해도 된다.

제어부(86)는, 샤워튜브(70)의 근방에 배치되는 다른 구조물의 전위를 제어하도록 구성되어도 된다. 예를 들면, 샤워튜브(70)의 근방에 배치되는 구조물에 대하여, 제1 모드에서는 플라스마 생성실(62)의 전위에 대하여 부전압으로 하고, 제2 모드에서는 플라스마 생성실(62)의 전위에 대하여 정전압으로 해도 된다.

B…이온빔
W…웨이퍼
10…이온주입장치
40…사이드컵
60…플라스마 샤워장치
62…플라스마 생성실
64…인출개구
71…제1 전극
72…제2 전극
73…제3 전극
74…개구
86…제어부

Claims

웨이퍼에 조사되는 이온빔에 전자를 공급하도록 구성되는 플라스마 샤워장치를 구비하는 이온주입장치로서, 상기 플라스마 샤워장치는,
상기 이온빔에 공급되는 전자가 인출되는 인출개구를 갖는 플라스마 생성실과,
상기 인출개구와 연통하는 개구를 갖고, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가되는 제1 전극과,
상기 이온빔을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하는 위치에 배치되며, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가되는 제2 전극과,
상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 각각 독립적으로 제어하여 상기 플라스마 샤워장치의 동작모드를 전환하는 제어부를 포함하고,
상기 동작모드는, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 일방이 부인 제1 모드와, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 일방이 정인 제2 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이온빔의 빔조건에 따라, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 일방을 변경하여 상기 동작모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이온빔의 빔전류값에 따라, 상기 동작모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이온빔의 빔에너지에 따라, 상기 동작모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 이온빔의 이온종에 따라, 상기 동작모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 모드는, 상기 제1 전압이 부이며,
상기 제2 모드는, 상기 제1 전압이 정인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 모드는, 상기 제2 전압이 부인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 모드는, 상기 제2 전압이 부인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 모드는, 상기 이온빔의 빔전류값이 소정값 이상인 경우에 선택되는 고전류모드이며,
상기 제2 모드는, 상기 이온빔의 빔전류값이 상기 소정값 미만인 경우에 선택되는 저전류모드인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압의 절댓값이 각각 0.1V 이상 50V 이하가 되도록 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제1항에 있어서,
상기 이온주입장치는, 상기 플라스마 샤워장치보다 상류측에 마련되는 빔스캐너를 더 구비하고,
상기 빔스캐너는, 빔진행방향과 직교하는 소정의 빔스캔방향으로 상기 이온빔을 왕복스캔하도록 구성되며,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 상기 빔진행방향 및 상기 빔스캔방향의 쌍방과 직교하는 방향으로 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제11항에 있어서,
상기 플라스마 샤워장치는, 상기 이온빔을 사이에 두고 상기 빔스캔방향으로 대향하도록 배치되고, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제3 전압이 인가되는 한 쌍의 제3 전극을 더 포함하며,
상기 제어부는 또한, 상기 제3 전압을 제어하여 상기 동작모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
웨이퍼에 조사되는 이온빔에 전자를 공급하도록 구성되는 플라스마 샤워 장치와, 상기 플라스마 샤워 장치보다 상류측에 마련되고 빔진행방향과 직교하는 소정의 빔스캔방향으로 상기 이온빔을 왕복스캔하도록 구성되는 빔스캐너를 구비하는 이온주입장치로서, 상기 플라즈마 샤워장치는,
상기 이온빔에 공급되는 전자가 인출되는 인출개구를 갖는 플라스마 생성실과,
상기 인출개구와 연통하는 개구를 갖고, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가되는 제1 전극과,
상기 이온빔을 사이에 두고 상기 제1 전극과 상기 빔진행방향 및 상기 빔스캔방향의 쌍방과 직교하는 방향으로 대향하는 위치에 배치되며, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가되는 제2 전극과,
상기 이온빔을 사이에 두고 상기 빔스캔방향으로 대향하도록 배치되고, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제3 전압이 인가되는 한 쌍의 제3 전극과,
상기 제1 전압, 상기 제2 전압, 및 상기 제3 전압을 제어하여 상기 플라스마 샤워장치의 동작모드를 전환하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전압과 정부가 동일해지도록 상기 제3 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전압과 동일한 전압이 되도록 상기 제3 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔스캐너는, 웨이퍼가 위치하는 주입영역과, 상기 주입영역 외의 비주입영역을 포함하는 범위에 걸쳐 상기 이온빔을 왕복스캔하도록 구성되고,
상기 이온주입장치는, 상기 플라스마 샤워장치보다 하류측에 배치되어, 상기 비주입영역에서 웨이퍼주입 중의 상기 이온빔의 빔전류량을 모니터하도록 구성되는 사이드컵을 더 구비하며,
상기 제어부는 또한, 상기 사이드컵의 케이스에 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 인가되는 제4 전압을 제어하여 상기 동작모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
제16항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전압과 정부가 동일해지도록 상기 제4 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
웨이퍼에 조사되는 이온빔에 전자를 공급하도록 구성되는 플라스마 샤워장치를 구비하는 이온주입장치를 이용한 이온주입방법이며,
상기 플라스마 샤워장치는,
상기 이온빔에 공급되는 전자가 인출되는 인출개구를 갖는 플라스마 생성실과,
상기 인출개구와 연통하는 개구를 갖고, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제1 전압이 인가되는 제1 전극과,
상기 이온빔을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하는 위치에 배치되며, 상기 플라스마 생성실의 전위를 기준으로 하여 제2 전압이 인가되는 제2 전극을 포함하고,
상기 이온주입방법은, 상기 이온빔의 빔조건에 따라, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 각각 독립적으로 제어하여 상기 플라스마 샤워장치의 동작모드를 전환하는 것을 포함하고,
상기 동작모드는, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 일방이 부인 제1 모드와, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 일방이 정인 제2 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.