KR102445818B1 - 이온 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
이온 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 장치는 전극 어셈블리를 포함할 수 있으며, 전극 어셈블리는, 이를 통해 이온 빔을 전도시키도록 배열된 복수의 전극 쌍들로 배열된 복수의 전극들을 포함한다. 주어진 전극 쌍은 공칭 중심 광선 궤적을 설명하는 아크의 반경을 따라 놓이며, 여기에서 제 1 전극 쌍의 반경 및 인접한 전극 쌍의 반경이 각도 간격을 정의한다. 복수의 전극 쌍들은 복수의 각도 간격들을 정의할 수 있으며, 여기서, 제 1 구성에서, 복수의 각도 간격들은 모두 동일하지 않다. 장치는 또한 EM과 연통하는 전원 공급부를 포함할 수 있으며, 전원 공급부는 복수의 전극들에 독립적으로 전압을 공급하도록 구성된다.
Description
관련 출원들
본 출원은, Apparatus and Method for controlling ion beam properties using energy filter라는 명칭으로 2017년 12월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 제62/608,879호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 개시는 전반적으로 기판들을 주입하기 위한 기술들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 에너지 필터들을 사용하여 이송되는 이온 빔들을 개선하기 위한 컴포넌트들 및 기술들에 관한 것이다.
이온 주입은 충돌을 통해 도펀트들 또는 불순물들을 기판 내로 도입하는 프로세스이다. 반도체 제조에 있어, 도펀트들은 전기적, 광학적, 또는 기계적 속성들을 변경하기 위하여 도입된다.
이온 주입 시스템들은 이온 소스 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이온 소스는 이온들이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 전원 및 챔버 근처에 배치되는 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들은, 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 광학적 렌즈들과 매우 유사하게, 빔-라인 컴포넌트들은 특정 종, 형상, 에너지 및/또는 다른 수량들을 갖는 이온들 또는 이온 빔을 필터링하고, 포커싱하며, 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔-라인 컴포넌트들을 통과하여, 플래튼(platen) 또는 클램프(clamp) 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다. 기판은, 때때로 로플랫(roplat)으로 지칭되는 장치에 의해 하나 이상의 차원들에서 이동(예를 들어, 병진이동, 회전, 및 틸팅(tilt))될 수 있다.
다수의 이온 주입기들에 있어서, 하류측 정전 모듈은, 이온 빔 에너지, 이온 빔 형상, 및 이온 빔 크기를 제어하기 위한 정전 렌즈로서 기능할 수 있다. 정전 모듈은, 이온 빔의 방향을 변화시키면서, 이온 빔을 최종 에너지까지 가속하거나 또는 감속할 수 있다. 이온 빔의 방향을 변화시킴으로써, 활성 중성입자들이 스크린 아웃(screen out)될 수 있으며, 이는 잘-정의된 에너지를 갖는 최종 빔을 야기한다.
알려진 정전 모듈들은, 예를 들어, 쌍들로 배열된 7개의 상부 및 하부 전극들과 같이 다수의 전극들의 쌍들을 이용할 수 있으며, 여기에서 전극들은 이를 통해 이동하는 이온 빔을 구속하고 가이드한다. 전극들은 이온 빔으로부터 등거리로 이격된 로드(rod)들로서 배열될 수 있다. 로드/전극 전위들은 정전 모듈 내에 전기장들을 생성하여 제약을 유지하면서 이온 빔이 감속되거나, 편향되거나 및 포커싱되게끔 하도록 설정되며, 여기에서 모든 로드/전극 전압들은 하류측 빔라인에 대하여 네거티브하게 남아 있는다. 이러한 전극 모듈의 다른 특징은 전극들의 연속적인 쌍들 사이의 등각 간격이다. 이러한 배열은, 이온 빔 속성들의 목표 세트를 생성하기 위하여 더 간단한 계산 및 전극 전위들의 세팅을 가능하게 한다. 정전 모듈들의 알려진 설계는 빔 전류 및 빔 포커싱과 같은 속성들을 개선하기 위한 능력을 제한할 수 있으며, 특히 저-에너지 또는 고-퍼비언스(high-perveance) 이온 빔들의 경우에 그러하다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 개시가 제공된다.
일 실시예에 있어서, 이온 빔을 제어하기 위한 장치는 전극 어셈블리를 포함할 수 있으며, 여기에서 전극 어셈블리는, 이를 통해 이온 빔을 전도시키도록 배열된 복수의 전극 쌍들로 배열된 복수의 전극들을 포함한다. 주어진 전극 쌍은 공칭 중심 광선 궤적(nominal central ray trajectory)을 설명하는 아크의 반경을 따라 놓이며, 여기에서 제 1 전극 쌍의 반경 및 인접한 전극 쌍의 반경이 각도 간격을 정의한다. 복수의 전극 쌍들은 복수의 각도 간격들을 정의할 수 있으며, 여기서, 제 1 구성에서, 복수의 각도 간격들은 모두 동일하지 않다. 장치는 또한 전극 어셈블리와 연통하는 전원 공급부를 포함할 수 있으며, 전원 공급부는 복수의 전극들에 독립적으로 전압을 공급하도록 구성된다.
추가적인 실시예에 있어서, 이온 빔을 제어하기 위한 방법은, 정전 렌즈의 전극 어셈블리를 통해 이온 빔을 보내는 단계로서, 전극 어셈블리는 복수의 전극들을 포함하는, 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 복수의 전극들에 복수의 전극 전압들을 할당하는 단계로서, 복수의 전극 전압들은 제 1 퍼비언스를 갖는 제 1 이온 빔에 대한 제 1 동작 모드에서의 제 1 감속 길이를 정의하는, 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 제 1 퍼비언스보다 더 큰 제 2 퍼비언스를 갖는 제 2 이온 빔에 대한 제 2 동작 모드에서 전극 어셈블리의 감속 길이를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 이온 빔을 제어하기 위한 방법은, 정전 렌즈의 전극 어셈블리를 통해 이온 빔을 보내는 단계로서, 전극 어셈블리는 복수의 전극들을 포함하는, 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 공칭 중심 광선 궤적을 정의하는 아크를 따라 이온 빔을 전도시키기 위하여 복수의 전극들에 복수의 조정되지 않은 전극 전압들을 할당하는 단계를 더 포함한다. 방법은 추가적으로, 복수의 조정되지 않은 전극 전압들을 조정된 전극 전압들의 세트로 조정하는 단계로서, 실제 빔 경로는 중심 광선 궤적으로부터 벗어나며, 이온 빔의 적어도 하나의 빔 특징이 변경되는, 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 시스템을 증명하는 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2a 내지 도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 EM의 구조 및 동작을 도시한다.
도 3은 감속 길이의 함수로서 기판에서의 빔 전류의 시뮬레이션의 결과들을 보여주는 모델링 결과들을 예시한다.
도 4a 내지 도 4b는, 각기, 기준 전극 어셈블리를 통해 그리고 본 개시의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리를 통해 이송되는 저 에너지 이온 빔의 모델링의 결과들을 나타낸다.
도 5는 2개의 상이한 전극 어셈블리들에 대한 억제 전압의 함수로서 빔 높이의 시뮬레이션들의 결과들을 도시한다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 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.
도 2a 내지 도 2b는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 EM의 구조 및 동작을 도시한다.
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도 5는 2개의 상이한 전극 어셈블리들에 대한 억제 전압의 함수로서 빔 높이의 시뮬레이션들의 결과들을 도시한다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 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.
본 개시에 따른 시스템 및 방법이 이제 이하에서 시스템 및 방법의 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 시스템 및 방법은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다.
편의성 및 명료성을 위하여, "상단", "하단", "상부", "하부", "수직", "수평", "측방" 및 "길이 방향"과 같은 용어들은 본원에서, 도면들에서 나타날 때 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 기하구조 및 배향에 대하여 이러한 컴포넌트들 및 그들의 구성 부분들의 상대적인 배치 및 배향을 설명하기 위하여 사용될 것이다. 이러한 용어는 특별히 언급되는 단어들, 그 파생어들, 및 유사한 의미의 단어들을 포함할 것이다.
본원에서 사용될 때, 단수로 언급되고 및 단어 "일" 또는 "하나"가 선행되는 엘리먼트 또는 동작은 잠재적으로 복수의 엘리먼트들 또는 동작들도 포함하는 것으로 이해되어야만 한다. 또한, "본 발명의 "일 실시예"에 대한 언급들은, 언급된 특징들을 또한 통합하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
예를 들어, 감속 스테이지에서 이온 빔의 개선된 이송 및 제어를 위한 접근 방식들이 본원에 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, EM 유형 컴포넌트가 제공되며, 이는 개선된 구성을 이용하고, 이온 빔의 처리에서의 유연성, 개선된 빔 속성들, 및 개선된 사용가능성을 제공한다. 다양한 실시예들에 있어서, 전극 어셈블리는, 축적된 증착물들로부터 세정될 로드들/전극들의 용이한 제거를 제공한다. 이에 더하여, EM을 통해 이송되는 빔 전류는 알려진 EM 컴포넌트들에 비하여 증가될 수 있으며, 이는 특히 저 에너지, 고 퍼비언스 이온 빔들에 대하여 그러하다.
이제 도 1을 참조하면, 시스템(10)을 증명하는 예시적인 실시예가 도시되며, 여기에서 시스템(10)은 본 개시에 따른 이온 주입 시스템에 대해 사용될 수 있다. 시스템(10)은, 다른 것들 중에서도 특히, 리본 빔 또는 스팟 빔과 같은 이온 빔(18)을 생성하기 위한 이온 소스(14), 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 포함한다. 도 1에서, 이온 빔(18)으로서 도시된 아치형 화살표가 또한 이온 빔(18)의 중심 광선 궤적(central ray trajectory; CRT)의 위치를 나타낼 수 있다. 이온 소스(14)는 가스(24)의 흐름을 받아들이고 이온들을 생성하기 위한 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스(14)는 또한 전원 및 챔버 근처에 배치되는 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들(16)은, 예를 들어, 질량 분석기(34), 제 1 가속 또는 감속 스테이지(36), 콜리메이터(38), 및 제 2 가속 또는 감속 스테이지에 대응하는 정전 모듈(electrostatic module; EM))(40)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 빔-라인 컴포넌트들(16)은 특정 종, 형상, 에너지 및 다른 수량들을 갖도록 이온들 또는 이온 빔(18)을 필터링하고, 포커싱하며, 조작할 수 있다. 이온 빔(18)은 빔-라인 컴포넌트들(16)을 통과하여, 프로세스 챔버(46) 내의 플래튼 또는 클램프 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다. 기판은 하나 이상의 차원들에서 이동(예를 들어, 병진이동, 회전, 및 틸팅)될 수 있다.
EM(40)은 이온 빔(18)의 편향, 감속, 및 포커싱을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔-라인 컴포넌트이다. 일부 실시예에 있어서, EM(40)은 수직 정전 에너지 필터(vertical electrostatic energy filter; VEEF) 또는 정전 필터(electrostatic filter; EF)이다. 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, EM(40)은 적어도 하나의 전극 구성을 정의하는 전극 어셈블리로서 배열될 수 있다. 전극 구성은 이온 빔(18) 위에 배치되는 상부 전극들의 세트 및 이온 빔(18) 아래에 배치되는 하부 전극들의 세트를 포함할 수 있다. 상부 전극들의 세트와 하부 전극들의 세트 사이의 전위들의 차이가 또한 중심 광선 궤적(CRT)을 따른 다양한 포인트들에서 이온 빔을 편향시키기 위하여 중심 이온 빔 궤적을 따라 변화될 수 있다. 시스템(10)은, 전압 공급부(50)로서 도시된 바와 같은 전극 전압 공급부, 및 전극 드라이브(52)를 더 포함할 수 있으며, 여기에서의 동작이 이하에서 더 상세하게 설명된다.
이제 도 2a 내지 도 2b를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 EM(40)의 구조 및 동작이 더 상세하게 설명될 것이다. 도 2a에서, EM(40), 전압 공급부(50), 및 전극 드라이브(52)를 포함하는 EM 시스템(100)의 측면 단면도가 도시된다. 도시된 바와 같이, EM(40)은 EM 챔버(102)를 포함하며, 이는 EM(40) 위로 연장하고 이를 부분적으로 케이싱하며, 이를 통해 이온 빔(18)을 전도시키기 위한 입구 개구(104) 및 출구 개구(106)를 남겨둔다. EM(40)은 복수의 전극 쌍들로 만들어진 전극 어셈블리(108)를 포함하며, 여기에서 전극 쌍 중 주어진 전극은 이온 빔(18) 위에서 상부 전극들(전극(110-A) 내지 전극(118-A))에 대하여 접미사 "A"에 의해 표시되고 하부 전극들(전극(110-B) 내지 전극(118-B))에 대하여 접미사 "B"를 가지고 표시된다. 다양한 실시예들에 있어서, 전극 어셈블리(108)의 전극들은 도시된 직교 좌표계의 X-축을 따라 세장형(elongated)일 수 있다. 이와 같이, 전극들은 단면을 가지며 X-축을 따라 또한 세장형인 리본 빔을 제어하기 위해 유용할 수 있으며, 여기에서 리본 빔은 X-축을 따라 수십 센티미터의 폭일 수 있으며 약 수 센티미터의 높이를 가질 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.
전압 공급부(50)는 전극 어셈블리(108)의 전극들에 서로 독립적으로 전압을 공급하도록 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전극 쌍의 상부 및 하부 전극은 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 각각의 전극 쌍의 상부 및 하부 전극들은 이를 통과하는 이온 빔(18)을 편향시키기 위하여 상이한 전위들(예를 들어, 별개의 전도성 피스들에서)을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 전압 공급부(50)는, 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 전극 어셈블리(108)에 대한 전압들을 계산하고 보내기 위한 전압 루틴을 포함할 수 있다. 전압 루틴은 소프트웨어, 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있으며, 일부 실시예들에 있어서, 적어도 하나의 컴퓨터 판독가능 매체 내에 저장된 코드를 사용하여 실행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전극 어셈블리(108)를 통과하는 이온 빔(18)은, 주입을 위해 사용될 붕소, 인, 비소, 또는 다른 원소들을 포함할 수 있다. 이온 빔(18)의 정전 포커싱은, 이온 빔-라인을 따라 전위의 그레이딩(grading)을 제어하기 위해 상이한 전극들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 결과적으로, 입력 이온 빔들의 사용은 심지어 매우 낮은 에너지 출력 빔들에 대해서조차도 더 높은 품질의 빔들을 가능하게 하는 에너지 범위에서 사용될 수 있다. 비-제한적인 일 예에 있어서, 이온 빔(18)이 전극 어셈블리(108)의 전극들을 통과함에 따라, 이온 빔(18)은 10 keV 이하, 5 keV 이하, 또는 1 keV 이하의 최종 에너지까지 감속될 수 있다. 이온 빔(18)은 또한, 임의의 각도를 통해, 예를 들어, 20 도를 통해 편향될 수 있다. 따라서, 이온 빔(18)은 EM으로 좌측으로 진입하고 출구 궤적을 가지고 우측으로 빠져나가며, 여기에서 출구 궤적은 상이한 동작 모드들 사이에서 조작될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 주어진 모드에서 출구 궤적은 다른 모드의 공칭 궤적이 되도록 유지될 수 있으며, 반면 EM(40)의 감속 길이와 같은 다른 속성들은 상이한 모드들 사이에서 변화된다.
다양한 실시예들에 따르면, EM(40)은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 알려진 EM들과 유사한 아크 길이를 제공하기 위해 알려진 EM들과 유사한 크기를 가지고 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, EM(40)을 통과하는 이온 빔의 감속, 편향 및 포커싱은 알려진 EM들과 유사한 아크 길이에 걸쳐 수행될 수 있다. 이제 또한 도 2b를 참조하면, 본 개시의 실시예들에 따른 EM의 전극 기하구조의 개략적인 예시가 도시된다. 다양한 실시예들에 따르면, 전극 어셈블리는 총 편향 각도(θ)에 대응하는 아크 길이에 걸쳐 배열될 수 있으며, 여기에서 아크 길이(L)는 입구 전극(전극들(110-A, 110-B) 참조) 및 출구 전극(전극들(118-A, 118-B) 참조) 사이에 이온 빔(18)의 경로를 정의하는 아크의 길이를 나타낸다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 광선들(120)로서 도시된 다양한 광선들은, 전극(110-A) 및 전극(110-B)과 같은 전극들의 쌍의 위치를 정의하는 각도 위치들을 나타낼 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예들에 있어서, 전극들은, 알려진 EM들의 구성과는 달리, 동일하지 않은 각도 간격들로 아크를 따라 배치된다. 동일하지 않은 각도 간격들이 도 2b에 예시되며, 여기에서 전극 쌍들을 정의하는 광선들(120)의 연속적인 광선들 사이의 각도(θ)가 아크 길이를 따라 변화한다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극(112-A) 및 전극(112-B)로서 도시된 (바로 인접한 그리고 출구 개구(106)에 더 가깝다는 것을 의미하는 입구 전극들의 하류측의) 전극들의 제 2 쌍이 억제 전극들로서 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 억제 전극들의 위치로부터 접지 전극들(전극(118-A) 및 전극(118-B) 참조)까지 아크 길이를 따른 거리를 나타내는 감속 길이는 알려진 EM들에 비하여 더 짧다. 따라서, 입구 전극과 출구 전극(110-118) 사이의 총 아크 길이는 알려진 EM들에서와 동일할 수 있으며, 억제 전극들은 감속 길이를 감소시키도록 위치될 수 있다. 달리 말하면, 감속 길이 대 총 아크 길이의 비율은 알려진 EM들에 비하여 EM(40)에서 더 작을 수 있다. 유익하게는, 감소된 감속 길이는 주어진 이온 에너지에서 주어진 이온 종에 대하여 빔 전류를 증가시킬 수 있으며, 궁극적으로 기판 스루풋을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 전극들 중 적어도 일부의 상대적 위치는, 수동으로 또는 원격적으로, 조정가능할 수 있다. 예를 들어, 억제 전극(112-A) 및 억제 전극(112-B)은 아크를 따라 상대적 위치와 관련하여 조정가능할 수 있다. 동일한 것이 전극(114-A) 및 전극(114-B)에 대하여, 또는 다른 전극들에 대하여 적용된다. 일 실시예에 있어서, 전극 드라이브(52)는 사용자가, 예컨대 제 1 전극 위치로부터 제 2 전극 위치로, 전극들을 전극 어셈블리(108) 내에서 원격으로 움직이는 것을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제 1 구성에서 전극들의 쌍들은 제 1 구성에서 동일하지 않은 각도 간격들로 이격될 수 있으며, 반면 전극들의 쌍들은 제 2 구성에서 동일한 각도 간격들(동일한 각도 스페이싱(spacing)들)로 이격될 수 있다. 제 2 구성은, 20 kV보다 더 큰 이온 에너지를 갖는 이온 빔들과 같은, 상대적으로 낮은 퍼비언스 이온 빔들이 EM(40)을 통해 보내질 때, 동작을 위해 적절할 수 있다.
언급된 바와 같이, EM(40)의 기능은 이온 빔(18)의 감속, 굽힘(편향) 및 포커싱을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 전압 루틴은, 이하에서 상세화되는 바와 같이, 특정 알고리즘들에 기초하여 EM의 전극들에 전압들을 할당하도록 구현될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에 있어서, 전극 어셈블리의 전극들에 인가되는 전압들 및 전기장들은 소위 알파 알고리즘에 기초하여 계산될 수 있다. EM 내의 전극들에 의해 생성되는 전기장은 3개의 필드들의 중첩으로서 간주될 수 있지만, 반면, 모든 전극 전압들이 하류측 컴포넌트들에 대하여 네거티브하게 남아 있어야 하는 제약이 부과된다. CRT 상의 전압의 일반적인 방정식은 다음과 같이 주어질 수 있다:
여기에서 Vss = -D1 -Vs이고, θi-전극 각도 위치이며, θn-0은 접지 전극 각도 위치이고, θs는 억제 전극 각도 위치이며, D1은 감속 전위이고, Vs는 억제 전압이며, θs - θn은 감속 길이이고, θs - θn-1은 편향 길이이다.
이상의 방정식에서, 접지 전극은 전극 어셈블리의 최종(가장 하류측) 전극일 수 있다. 전극 어셈블리의 전극들이 동일하지 않은 각도 간격들로 배열되는 다양한 실시예들에 따르면, 로드들/전극들의 n개의 쌍들을 가정하는 억제 및 접지 로드들/전극들 사이의 전극 어셈블리 내의 전압 그레이딩을 계산하기 위한 소위 알파 알고리즘에 대하여 수정들이 적용될 수 있다. 추가로, 이온 빔의 중심과 같은 이온 빔의 실제 경로는, 전극 어셈블리 중심 라인에 의해 정의되는 바와 같은 공칭 중심 광선 궤적으로부터 벗어나도록 허용될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 이온 빔은 아치형 경로를 따라 이동할 수 있으며, 반면 수직 빔 각도 교정을 위해 요구되는 편향 길이는 유사한 아크 길이를 갖는 알려진 EM들에 비하여 더 짧다. 일부 실시예들에 있어서, EM들 내의 편향 및 포커싱 필드들은 전극 어셈블리의 아치형 경로를 따라 상이한 길이들에 걸쳐 역할할 수 있으며, 이는, 언급된 바와 같이, 이온 빔이 실제 궤적 또는 CRT로부터 벗어난 실제 경로로 이동하는 것을 가능하게 한다.
다음의 방정식은 그레이딩된 렌즈 내의 아치형 경로를 따라 이온 빔 에너지를 정의하며, 빔 포커싱 및 잔류 에너지 오염을 제어하기 위하여 렌즈 감속 그레이딩을 위해 사용된다:
알파 알고리즘: 
(2)
여기에서 Ui는 crt를 따른 이온 에너지 함수이며, Uf는 최종 이온 에너지이고, Us는 억제 전극에서의 이온 에너지이다.
감속 및 편향 전압 분포의 중첩은 다음의 방정식에 의해 주어진다:
여기에서 gi는 전극 간극(gap)이고, 
은 편향 인자이며, q는 이온 전하이다.
렌즈의 길이를 따른 선형 편향을 가정하면, 로드/전극 전압 그레이딩에 대한 이상의 방정식은 다음과 같이 변환된다:
여기에서 C 및 D는 이온 빔 각도 제어를 위한 가상 튜닝 노브(knob)들을 나타내며, 반면 R은 전극 어셈블리의 아치형 중심 라인의 반경이다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 유효 감속 및 편향 길이들 및 포커싱의 제어는 θs 및 θn((θs - θn)- 감속 길이 (θs - θn-1)- 편향 길이)를 주의 깊게 선택함으로써 달성된다.
EM의 포커싱 파워의 증가는 공간-전하 디포커싱(space-charge defocus)에 의해 지배되는 고 퍼비언스 빔들의 이송을 위해 유용하다. 수치 분석은, 
에 의해 리본 빔과 같은 이온 빔의 퍼비언스(P)를 갖는 EM 스케일들의 포커싱 파워를 보여주었으며; 여기에서 
, 리본 빔의 퍼비언스이고, 여기에서 d는 빔의 높이/필 팩터(fill factor)이며, L은 감속 길이이다. 이러한 스케일링 규칙으로부터, d에서의 ~20%만큼의 증가 및 L에서의 ~ 30%만큼의 감소가 1.20/0.72=2.44의 인자만큼 이송되는 이온 빔 전류의 증가를 야기한다.
도 3은 감속 길이의 함수로서 기판에서의 빔 전류(ROI)의 시뮬레이션의 결과들을 보여주는 모델링 결과들을 예시한다. 도 3의 결과들은 빔 전류가 250 mm의 L 값들보다 아래에서 상당히 그리고 특히 200 mm 아래에서 빠르게 증가한다는 것을 보여준다. 본 실시예들의 이점은, 빔 에너지들의 넓은 범위에 걸쳐 EM을 한 빔 이송을 증가시키거나 또는 최대화하기 위하여 감속 길이 및 편향 길이를 조정할 수 있는 능력이다. 예를 들어, < 1keV의 에너지들에서, 더 짧은 감속 길이를 사용하면, 도 3에 도시된 바와 같이 이온 빔 전류에서의 상당한 증가를 획득할 수 있다. < 5keV의 에너지들에 대하여, 더 짧은 감속 길이 및 편향 길이 둘 모두가 향상된 빔 이송을 위해 최적이다. 20keV 이상의 에너지들에서, 각도 교정을 위해 연장된 편향 길이가 요구되며 반면 연장된 감속 길이는 수차들을 감소시키는 것을 돕는다.
이상의 결과들을 고려하면, 그리고 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 감속 길이가 알려진 정전 모듈 구성들의 감속 길이보다 상당히 더 짧아지도록 배열되도록 정전 모듈이 배열될 수 있다. 따라서, 동일한 폼 팩터에 대하여, 여기에서 전극들의 제 1 세트와 접지 전극들의 세트 사이의 경로 길이가 동일한 경우, 동일한 각도들로 이격된 전극 쌍들을 갖는 알려진 EM들의 감속 길이는 10 퍼센트 이상만큼 본 실시예들에 따라 배열된 EM의 감속 길이를 초과할 수 있다.
본 실시예들의 EM의 보다 더 콤팩트한 배열이 또한 다른 이점들을 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, EM의 전극 어셈블리 내의 전극들은 포커싱 파워를 개선하도록 배열될 수 있다. 도 4a 내지 도 4b는, 각기, 기준 전극 어셈블리를 통해 그리고 본 개시의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리를 통해 이송되는 저 에너지 이온 빔의 모델링의 결과들을 나타낸다. 도 4a의 기준 전극 어셈블리(410) 및 도 4b의 전극 어셈블리(420)는, 동일한 치수들을 가지며 입구 전극들(가장 좌측)과 접지 전극들(가장 우측) 사이에 동일한 거리를 갖는 EM을 이용한다. 기준 전극 어셈블리(410)는 7개의 전극 쌍들을 이용하며, 반면 전극 어셈블리(420)는 5개의 전극들의 쌍들을 이용한다. 다른 차이점은, 전극 어셈블리(420)의 제 2 전극 쌍인 억제 전극들은 기준 전극 어셈블리(410) 내의 대응하는 억제 전극들에 비하여 하류측에 위치되는 경우이다(기준 전극 어셈블리(410) 내의 전극들의 제 2 쌍이 또한 억제 전극들이다). 달리 말하면, 제 1 전극 쌍과 제 2 전극 쌍 사이의 각도 확산은 전극 어셈블리(420)에서 더 크다. 결과적으로, 억제 전극들과 접지 전극들 사이의 아크 길이인 감속 길이가 전극 어셈블리(420)에서 더 작다.
도 4a 및 도 4b의 시뮬레이션들에 있어서, 3 keV 인(P+) 이온 빔의 이송이 33 대 3 keV 감속 비율로 도시된다. 이러한 시뮬레이션들에 있어서, 기준 전극 어셈블리(410)는 L= 250 mm의 유효 감속 길이를 가지며, 반면 전극 어셈블리(420)는 L=225 mm의 감속 길이를 갖는다. 결과들은 전극 어셈블리(420)가 더 큰 포커싱을 생성함을 보여주며, 여기에서 기준 전극 어셈블리(410)는, 수직 크로스 오버(cross over)가 기판 평면을 지나서 발생할 때, 전극 어셈블리(420)에 비하여 기판에서 더 큰 이온 빔을 생성한다. 전극 어셈블리의 포커싱 파워는 기준 전극 어셈블리에 비하여 45%만큼 증가되는 것으로 여겨질 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 기준 전극 어셈블리(410) 및 전극 어셈블리(420)에 대하여 33 대 3 keV 감속 비율을 갖는 3 keV P+ 이온 빔에 대한 억제 전압에 대한 함수로서 빔 높이의 시뮬레이션들의 결과들이 도시된다. 도시된 바와 같이, 저 에너지 빔들에 대하여, 도시된 억제 전압 범위에 걸쳐, 본 개시의 실시예들에 따른 더 짧은 감속 길이를 가지고 배열된 전극 어셈블리(420)에 대하여 빔 높이가 상당히 더 작다.
본 개시의 다양한 실시예들에 있어서, 편향 필드를 갖거나 또는 갖지 않는, 임의의 수의 전극들을 갖는 그레이딩된 렌즈(전극 어셈블리)는 컴퓨터 프로그램 코드를 통해 제어되는 맞춤화된(tailored) 감속 및 편향 전압 분포들을 가질 수 있다. 특정 로드/전극 배선(wiring)과 결합된 이러한 컴퓨터 프로그램 코드는, 빔 퍼비언스와 매칭되기 위해 희망되는 포커싱, 감속 및 편향을 갖는 상이한 렌즈 구조체를 형성하기 위하여 전위 분포들을 용이하게 재배열할 수 있다. 이러한 시스템은 분리된 렌즈 모듈들을 이용할 수 있으며, 이러한 모듈들은 가변 감속, 편향 및 포커싱 영역들을 가능하게 하기 위하여 용이하게 재배선될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세스 흐름(600)을 도시한다. 블록(602)에서, 이온 빔은 정전 렌즈의 전극 어셈블리를 통해 보내진다. 이온 빔은 일부 실시예들에 있어서 리본 빔일 수 있으며, 전극 어셈블리는 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 블록(604)에서, 복수의 전극 전압들이 복수의 전극들에 할당되며, 여기에서 복수의 전극 전압들은 제 1 퍼비언스를 갖는 제 1 이온 빔에 대한 제 1 동작 모드에서의 제 1 감속 길이를 정의한다. 일부 경우들에 있어서, 빔 단자 전압은, 전극 어셈블리의 입구에 배치되는 전극들의 제 1 쌍에 할당될 수 있다.
블록(606)에서, 전극 어셈블리의 감속 길이는, 제 1 퍼비언스보다 더 큰 제 2 퍼비언스를 갖는 제 2 이온 빔에 대한 제 2 동작 모드에서 제 2 감속 길이로 감소된다. 감속 길이는, 일부 실시예들에 있어서, 동작 모드들 사이에서 5%, 10%, 또는 20%만큼 감소될 수 있다.
정리하면, 본 실시예들은. 아크를 따라 동일하지 않은 각도 간격들로 배치되는 로드들/전극들을 사용하는 그레이딩된 감속 렌즈(정전 렌즈)로서 구현되는 EM을 제공한다. 다양한 실시예들은 EM 내의 유효 편향 및 감속 길이들을 제어하는 방법을 제공한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 빔을 제어하기 위한 방법은 감속/편향 렌즈 내의 전극 전압들을 할당하기 위한 컴퓨터 코드를 포함할 수 있으며, 여기에서 감속/편향 길이들은 스케일링 법칙에 따라 빔 퍼비언스에 매칭되도록 조정된다. 전압들이 빔 퍼비언스에 매칭되도록 감속 길이 및/또는 편향 길이를 조정하는 방식으로, 빔 단자 전압, 편향 전압을 포함하여 EM의 전극들에 복수의 전압들을 할당하기 위한 방법이 방정식 1-4에서 예증될 수 있다. 일 예로서, 주어진 수의 전극 쌍들을 갖는 실시예들에 있어서, 전극 쌍을 이동시키는 것에 더하여 또는 이에 대하여 대안적으로, 감속 길이는, 제 1 전극 쌍과는 대조적으로, 제 2 전극 쌍이 억제 전극들의 쌍이 되도록 상이한 전극 쌍들 사이의 전압들의 할당을 스위칭함으로써 조정될 수 있다.
상이한 전극 쌍들에 대한 전압들의 할당들의 스위칭의 하나의 결과는, 웨이퍼 평면에서 에너지 오염에 대한 제어를 달성하기 위하여 전극 어셈블리의 중심 라인에 의해 정의되는 공칭 중심 광선 궤적으로부터 상이한 실제 경로를 따라 이온 빔을 보낼 수 있는 능력이다. 특정 실시예들에 있어서, 0과는 상이한 평균 빔 각도를 달성하기 위하여 편향 길이를 제어하기 위한 "노브"가 제공된다. 이러한 제어는, 패턴화와 같이 실시간 각도 제어가 요구되는 경우에 재료 프로세싱을 위해 중요할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 조정되지 않은 전극 전압들의 세트는 이온 빔이 제 1 입사각으로 기판 상에 충돌하게끔 할 수 있으며, 반면 조정된 전극 전압들의 세트는 이온 빔이 제 1 입사각과는 상이한 제 2 입사각으로 기판 상에 충돌하게끔 할 수 있다.
이상을 고려하면, 적어도 다음의 장점들이 본원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 그레이딩된 렌즈(전극 어셈블리) 내의 조정가능 감속/편향 길이는 본 개시의 EM들에 의해 실현된다. 하나의 장점은, 고 퍼비언스 빔들에 대하여 가능하게 된 EM 내의 개선된 빔 이송이다. 다른 장점은, 정전 포커싱과 공간 전하 디포커싱 사이에 양호한 밸런스를 가능하게 하기 위하여 감속 영역 내에서 평행 빔을 획득하기 위해 달성가능한, 더 낮은 빔 수차들이다. 증가된 스루풋, 즉, EM을 통해 이송되는 빔 전류가 본 개시의 실시예들에 의해 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 그레이딩된 렌즈의 개선된 사용가능성이 제공된다.
본 개시의 특정 실시예들이 본원에서 설명되었지만, 본 개시가 당업계에서 허용할 그리고 명세서가 유사하게 판독될 수 있는 바와 같이 광범위한 범위이기 때문에 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 따라서, 이상의 설명이 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 당업자들은 본원에 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내의 다른 수정예들을 구상할 것이다.
Claims (15)
- 이온 빔을 제어하기 위한 장치로서,
전극 어셈블리로서, 상기 전극 어셈블리는 이를 통해 이온 빔을 전도시키도록 배열된 복수의 전극 쌍들로 배열되는 복수의 전극들을 포함하며, 주어진 전극 쌍은 공칭(nominal) 중심 광선 궤적을 설명하는 아크(arc)의 반경을 따라 놓이고, 제 1 전극 쌍의 반경 및 인접한 전극 쌍의 반경은 각도 간격을 정의하며, 상기 복수의 전극 쌍들은 복수의 각도 간격들을 정의하고, 제 1 구성에서, 상기 복수의 각도 간격들은 모두 동일하지 않은, 상기 전극 어셈블리; 및
상기 전극 어셈블리와 연통하는 전원 공급부로서, 상기 전원 공급부는 상기 복수의 전극들에 독립적으로 전압을 공급하도록 구성되는, 상기 전원 공급부를 포함하는, 이온 빔을 제어하기 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극 어셈블리의 적어도 하나의 전극은 제 1 전극 위치로부터 제 2 전극 위치로 이동가능한, 이온 빔을 제어하기 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 아크는 전극들의 제 1 세트와 접지 전극들의 세트 사이에 경로 길이를 정의하며,
상기 제 1 구성에서, 상기 전극 어셈블리의 감속 길이는 제 1 길이이며, 상기 감속 길이는 억제 전극들의 세트의 위치로부터 상기 접지 전극들의 세트의 위치까지 상기 아크를 따른 거리와 동일하고,
상기 전극 어셈블리가 전극들의 모두 동일한 각도 간격을 정의하는 제 2 구성에서, 상기 감속 길이는 제 2 거리이고, 상기 제 2 거리는 10 퍼센트 이상만큼 상기 제 1 길이를 초과하는, 이온 빔을 제어하기 위한 장치.
- 청구항 3에 있어서,
상기 억제 전극들의 세트는, 상기 전극들의 제 1 세트에 바로 인접하며 하류측에 있는 상기 전극 어셈블리의 전극들의 제 2 세트를 포함하는, 이온 빔을 제어하기 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전극 어셈블리는 전극들의 5개의 쌍들을 포함하는, 이온 빔을 제어하기 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 빔을 제어하기 위한 장치는 상기 전극 어셈블리를 통해 이온 빔을 보내기 위한 이온 소스를 더 포함하며, 상기 이온 빔은 상기 전극 어셈블리의 상부 전극들과 하부 전극들 사이에 배치되는, 이온 빔을 제어하기 위한 장치.
- 이온 빔을 제어하기 위한 방법으로서,
정전 렌즈의 전극 어셈블리를 통해 이온 빔을 보내는 단계로서, 상기 전극 어셈블리는 복수의 전극들을 포함하는, 단계;
상기 복수의 전극들에 복수의 전극 전압들을 할당하는 단계로서, 상기 복수의 전극 전압들은 제 1 퍼비언스(perveance)를 갖는 제 1 이온 빔에 대한 제 1 동작 모드에서 제 1 감속 길이를 정의하는, 단계; 및
상기 제 1 퍼비언스보다 더 큰 제 2 퍼비언스를 갖는 제 2 이온 빔에 대한 제 2 동작 모드에서 상기 전극 어셈블리의 상기 제 1 감속 길이를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 감속 길이를 감소시키는 단계는,
상기 복수의 전극들 상의 상기 전극 전압들을 조정된 전극 전압들의 세트로 수정하는 단계로서, 상기 조정된 전극 전압들의 세트는 상기 제 1 감속 길이보다 더 짧은 제 2 감속 길이를 정의하는, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 전극 전압들을 수정하는 단계는,
빔 단자 전압에서 상기 전극 어셈블리의 입구에 배치된 전극들의 제 1 쌍 상에 상기 전극 전압들을 할당하는 단계로서, 공간 전하 중화(neutralization)가 유지되는, 단계;
상기 전극들의 제 1 쌍의 하류측의 전극들의 제 2 쌍에 억제 전압을 공급하는 단계; 및
상기 복수의 전극 전압들에 의해 생성되는 상기 이온 빔의 출구 궤적을 생성하기 위하여 상기 전극 어셈블리 내의 편향 전압들을 조정하는 단계로서, 상기 출구 궤적은 상기 제 1 동작 모드에서 공칭 궤적과 동일한, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 감속 길이를 감소시키는 단계는,
억제 전극들의 쌍을 상기 제 1 동작 모드의 제 1 위치로부터 상기 제 1 위치의 하류측의 상기 제 2 동작 모드의 제 2 위치로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 7에 있어서,
전극들의 제 1 세트는 입구 전극들을 포함하며, 상기 제 1 동작 모드에서, 상기 전극들의 제 1 세트에 바로 인접하며 하류측에 있는 전극들의 제 2 세트에 억제 전압이 공급되고, 상기 제 1 감속 길이를 감소시키는 단계는 상기 전극들의 제 2 세트의 하류측의 전극들의 제 3 세트에 상기 억제 전압을 할당하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 제 1 감속 길이를 감소시키는 단계는 상기 전극들의 제 3 세트를 상기 제 1 동작 모드의 제 1 위치로부터 상기 제 2 동작 모드의 제 2 위치로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 이온 빔을 제어하기 위한 방법으로서,
정전 렌즈의 전극 어셈블리를 통해 이온 빔을 보내는 단계로서, 상기 전극 어셈블리는 이를 통해 이온 빔을 전도시키도록 배열된 복수의 전극 쌍들로 배열되는 복수의 전극들을 포함하며, 주어진 전극 쌍은 공칭(nominal) 중심 광선 궤적을 설명하는 아크(arc)의 반경을 따라 놓이고, 제 1 전극 쌍의 반경 및 인접한 전극 쌍의 반경은 각도 간격을 정의하며, 상기 복수의 전극 쌍들은 복수의 각도 간격들을 정의하고, 제 1 구성에서, 상기 복수의 각도 간격들은 모두 동일하지 않은, 단계;
공칭 중심 광선 궤적을 정의하는 아크를 따라 상기 이온 빔을 전도시키기 위하여 상기 복수의 전극들에 복수의 조정되지 않은 전극 전압들을 할당하는 단계; 및
상기 복수의 조정되지 않은 전극 전압들을 조정된 전극 전압들의 세트로 조정하는 단계로서, 실제 빔 경로는 상기 공칭 중심 광선 궤적으로부터 벗어나며, 상기 이온 빔의 적어도 하나의 빔 특징이 변경되는, 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 13에 있어서,
상기 방법은,
상기 전극 어셈블리의 제 1 위치에서 상기 이온 빔을 감속하기 위해 상기 복수의 조정되지 않은 전극 전압들을 사용하는 단계,
상기 전극 어셈블리의 제 2 위치에서 상기 이온 빔을 감속하기 위해 상기 조정된 전극 전압들의 세트를 사용하는 단계를 더 포함하며,
상기 제 2 위치는 상기 제 1 위치에 대하여 상류측이며,
상기 이온 빔의 에너지 오염은 감소되는, 방법.
- 청구항 13에 있어서,
상기 방법은, 상기 이온 빔이 제 1 입사각으로 기판 상에 충돌하게 하기 위해 상기 복수의 조정되지 않은 전극 전압들을 사용하는 단계를 더 포함하며,
상기 조정된 전극 전압들의 세트는 상기 이온 빔이, 상기 제 1 입사각과는 상이한 제 2 입사각으로 상기 기판 상에 충돌하게끔 하는, 방법.
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