KR102490143B1 - 보상된 위치에 따른 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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케네스 레간
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텔 에피온 인크
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Abstract

빔으로 워크피스를 처리하기 위한 장치 및 방법이 기술된다. 본 장치는 입자 빔을 형성하여 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 빔-라인(beam-line)을 가진 진공 챔버와, 입자 빔을 통과해 워크피스를 병진이동시키는 스캐너를 포함한다. 본 장치는 스캐너에 결합되며, 스캐너의 스캔 특성을 제어하도록 구성된 스캐너 제어 회로와, 적어도 하나의 빔-라인 컴포넌트에 결합되며, 처리 중에 적어도 2개의 상태 사이를 스위칭하는 듀티 사이클에 따라 입자 빔의 빔 플럭스를 제어하도록 구성된 빔 제어 회로를 더 포함한다.

Description

보상된 위치에 따른 처리 장치 및 방법
<관련 출원과의 교차 참조>
본원은 2017년 1월 9일에 출원한 미국 특허 가출원번호 제62/444,188호에 관한 것으로서 이에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 주장 출원의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
<발명의 분야>
본 발명의 분야는 일반적으로 재료 처리 및 전자 디바이스 제조의 분야에 관한 것이며, 배타적이지는 않지만 보다 구체적으로는 다양한 워크피스 속성의 공간적 처리(spatial processing)에 관한 것이다.
무선 주파수(RF, radio frequency) 필터 적용분야의 탄성 표면파(SAW, surface wave acoustic) 디바이스를 포함한 전자 디바이스의 제조에 있어서, 생산성 및 수율 요건의 충족을 위해 디바이스 워크피처 전반에 걸쳐 피처 속성의 보다 높은 정밀 제어에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 빔 처리(beam processing) 시스템뿐만 아니라 공간적으로 제어된 플라즈마 및 비-플라즈마 처리 시스템과 같은 빔을 이용하지 않는(non-beam) 처리 시스템을 포함하는 현재의 방법론이 더 나은 보정 처리 스킴에 고려되고 있다.
일례로, 하전된 입자 빔을 포함한 입자 빔 처리에 의한 위치에 따른 처리(location specific processing)는 피처 속성의 전반적 워크피스 비균일성을 보정하는 매우 정밀한 방법이다. 워크피스 상의 여러 지점에서 측정된 높이 또는 두께와 같이 공간적으로 분해되는 피처 속성 데이터가 제공되면, 위치에 따른 처리 스킴을 적용하여 피처 속성 데이터의 변화를 허용 가능한 또는 수용 가능한 한계 내로 보정할 수 있다.
본 발명의 실시형태는 일반적으로 재료 처리 및 전자 디바이스 제조의 분야에 관한 것이며, 배타적이지는 않지만 보다 구체적으로는 다양한 워크피스 속성의 공간적 처리에 관한 것이다. 특히, 보상된 위치에 따른 처리를 채택하는 장치 및 방법이 기술된다. 여기서, 다른 것들 중에서도, 스캔 속도 및 빔 듀티 사이클을 조정하여 워크피스의 위치에 따른 처리를 수행한다.
일 실시형태에 따르면, 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 장치 및 방법이 기술된다. 본 장치는 입자 빔을 형성하여 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 빔-라인(beam-line)을 가진 진공 챔버와, 입자 빔을 통과해 워크피스를 병진이동(translating)시키는 스캐너를 포함한다. 본 장치는 스캐너에 결합되며, 스캐너의 스캔 특성을 제어하도록 구성된 스캐너 제어 회로와, 적어도 하나의 빔-라인 컴포넌트에 결합되며, 처리 중에 적어도 2개의 상태 사이를 스위칭하는 듀티 사이클에 따라 입자 빔의 빔 플럭스를 제어하도록 구성된 빔 제어 회로를 더 포함한다.
다른 실시형태에 따르면, 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 방법이 기술된다. 본 방법은, 입자 빔을 형성하여 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위하여 진공 챔버 내의 스캐너 상에 워크피스를 탑재하는 단계와, 진공 챔버 내에 입자 빔을 생성하는 단계와, 입자 빔을 통과해 워크피스를 스캐닝하는 단계와, 워크피스를 처리하기 위한 보정 맵에 따라 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성을 제어 가능하게 조정하는 단계와, 미리 지정된 스캔 특성 한계에 도달할 때에, 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 입자 빔의 빔 플럭스를 토글하기 위한 듀티 사이클을 제어 가능하게 조정하는 단계를 포함한다.
첨부 도면에 있어서,
도 1은 일 실시형태에 따른 빔 처리 시스템의 도면을 제공한다.
도 2a와 도 2b는 다른 실시형태에 따른 워크피스 처리 방법을 도시한다.
도 3a와 도 3b는 다른 실시형태에 따른 워크피스 처리 방법을 도시한다.
도 4는 일 실시형태에 따른 보정 처리 시스템의 도면을 제공한다.
도 5는 다른 실시형태에 따른 워크피스 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 또 다른 실시형태에 따른 듀티 사이클 보상 처리의 적용을 나타낸다.
워크피스의 보정 처리를 수행하기 위한 방법 및 시스템을 다양한 실시형태로 설명한다. 당업자라면 특정 세부사항 중 하나 이상 없이도, 또는 기타 대체 및/또는 추가 방법, 재료, 또는 컴포넌트로 다양한 실시형태들이 실시될 수 있음을 알 것이다. 다른 경우에 있어서, 잘 알려진 구조, 재료, 또는 동작은 본 발명의 다양한 실시형태의 불명확한 양상을 피하기 위해 상세하게 도시하거나 설명하지 않는다. 마찬가지로, 설명의 편의상, 본 발명의 면밀한 이해를 제공하기 위해 특정 수, 재료, 및 컴포넌트를 설명한다. 그렇지만, 본 발명은 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다. 또한, 도면에 나타내는 다양한 실시형태들은 예시적인 것일뿐, 반드시 축적에 따라 도시되지 않은 것임은 물론이다.
본 명세서 전반에서 언급하는 "하나의 실시형태" 또는 "일 실시형태"는 그 실시형태와 관련하여 설명한 특정 피처, 구조, 재료 또는 특성이 실시형태의 적어도 하나의 실시형태에 포함되는 것을 의미하지만, 그것들이 모든 실시형태에도 존재함을 나타내지는 않는다. 이에, 본 명세서 전반에 걸쳐서 다양한 곳에서의 "하나의 실시형태" 또는 "일 실시형태"라는 어구의 등장은 반드시 본 발명의 동일한 실시형태를 지칭하지는 않는다. 또한, 특정 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수도 있다. 다른 실시형태에서는 다양한 추가 층 및/또는 구조가 추가될 수도 있고/있거나 설명한 피처가 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "워크피스(workpiece)"는 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 대상을 지칭한다. 워크피스는 디바이스, 구체적으로 반도체 또는 기타 전자 디바이스의 임의의 재료의 부분 또는 구조를 포함할 수 있으며, 예컨대 박막 등의 베이스 워크피스 구조 상에 있는 또는 그 위를 덮는 반도체 웨이퍼 또는 층과 같은 베이스 워크피스 구조일 수 있다. 이에, 워크피스는 임의의 특정 베이스 구조에, 하부층 또는 상부층에, 패터닝 또는 비패터닝되는 것에 한정되는 것으로 의도되지 않고, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조, 및 층 및/또는 베이스 구조의 임의의 조합을 포함하는 것으로 간주된다. 이하의 설명은 특정 타입의 유형의 워크피스를 언급하지만, 이것은 예시 목적일 뿐 제한을 위한 것이 아니다.
보정력(corrective capability)을 높이기 위해, 개선된 동적 범위 및 보정력으로 워크피스의 위치에 따른 처리를 수행하기 위한 방법 및 시스템을 다양한 실시형태에 따라 설명한다. 보정 처리 시스템은 빔 처리 시스템이고, 보정 공정은 처리용 입자 빔을 생성하는 단계를 포함하며, 보정 공정을 적용하는 것은 워크피스의 타겟 영역 상에 빔 스캔 패턴을 따라 처리용 입자 빔을 조사하는 것을 포함한다. 보정 공정은, 입자 빔을 통과해 워크피스를 스캐닝하는 단계와, 워크피스를 처리하기 위한 보정 맵에 따라 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성을 제어 가능하게 조정하는 단계와, 미리 지정된 스캔 특성 한계에 도달할 때에, 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 입자 빔의 빔 플럭스를 토글링하는 듀티 사이클을 제어 가능하게 조정하여 단계를 더 포함한다. 이렇게 함에 있어서, 보정 조건, 예컨대 스캔 속도가 장비 한계, 예컨대 최대 스캔 속도 또는 최대 스캔 가속도를 초과할 때에 공정이 수행될 수 있다.
여기에 설명하는 실시형태들은 워크피스의 임의의 사이즈 또는 형상에 적용될 수 있다. 일례로, 워크피스는 디스크형 대상(또는 웨이퍼) 또는 직시각형 대상(또는 패널)을 포함할 수 있다. 워크피스의 횡치수(즉, 폭, 직경 등)는 예컨대 대략 100 mm, 200 mm, 300 mm, 450 mm 이상일 수 있다. 입자 빔을 생성하기 위한 장치는 중성 빔, 가속 중성 빔, 하전 입자 빔, 비하전 입자 빔, 이온 빔, 가스 클러스터 빔(GCB), 또는 가스 클러스터 이온 빔(GCIB), 또는 이들의 임의의 부분, 또는 이들의 임의의 조합을 생성하기 위한 장비를 포함할 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 여러 도면에 걸쳐 같은 도면 부호는 대응하는 부분을 가리킨다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 일 실시형태에 따라 가스 클러스터 이온 빔(GCIB) 처리 시스템(100)을 설명한다. 전술한 바와 같이, 처리 시스템은 대안적 구성의 입자 빔, 예컨대 중성 빔, 이온 빔, 하전 입자 빔, 가스 클러스터 빔 등을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 단일 빔 시스템을 설명할 것이지만, 처리 시스템은 다중 입자 빔을 형성하기 위한 복수의 빔-라인을 포함할 수도 있다. 특히, GCIB 처리 시스템(100)은 노즐 어셈블리(110)를 구비한 GCIB 소스(101)를 포함하며, 이 소스(101)는 가스 클러스터 빔을 생성하기 위해 노즐 어셈블리(110)를 통해 진공 용기(102)로 1차 가스를 도입하도록 구성되어 있다. 스키머(skimmer)(112)가 노즐 어셈블리(110)의 하류에 배치되며, 가스 클러스터 빔의 주변부를 편향시키거나 "스키밍(skim)"하도록 구성된다.
GCIB 처리 시스템(100)은 가스 클러스터 빔의 일부를 이온화하여 가스 클러스터 이온 빔을 형성하는 이온화기(131), 가스 클러스터 이온 빔을 가속화하는 가속 전극 어셈블리(133), 및 빔 클러스터 이온 빔의 일부를 필터링하거나 제거하는 빔 필터(137)를 포함한다. GCIB 처리 시스템(100)은 또한 빔 내의 전하를 중성화하는 중성화기(도시 생략)도 포함할 수 있다.
GCIB 처리 시스템(100)은 또한 스캐너(184) 및 스캔 아암(182)을 사용하여 처리 대상 워크피스(152)가 진공 용기(102) 내에 부착 및 스캐닝되게 하는 워크피스 홀더(150)를 더 포함한다. 스캐너 제어 회로(180)가 스캐너(184)에 결합되며, 스캐너(184)의 스캔 특성을 제어하도록 구성되어 있다. 스캔 특성은 스캔 속도, 스캔 경로, 스캔 가속도, 스캔 위치, 또는 이들 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
진공 용기(102)는 3개의 연통 챔버, 즉 소스 챔버(104), 이온화/가속 챔버(106), 및 처리 챔버(108)를 포함하여 감압 외장(reduced-pressure enclosure)을 제공한다. 3개의 챔버는 하나 이상의 진공 펌핑 시스템에 의해 적절한 동작 압력으로 배기된다. 3개의 연통 챔버(104, 106, 108)에 있어서, 가스 클러스터 빔은 제1 챔버(소스 챔버(104)) 내에 형성될 수 있고, GCIB는 제2 챔버(이온화/가속 챔버(106)) 내에 형성될 수 있으며, 여기에서 가스 클러스터 빔이 이온화 및 가속화된다. 그리고, 제3 챔버(처리 챔버(108))에서, 가속화된 GCIB를 사용하여 워크피스(152)를 처리할 수 있다. 진공 용기(102)는 압력 셀 챔버(155)도 포함할 수 있다. 압력 셀 챔버(155)는, 셀 가스 공급 시스템(153)과 셀 가스 컨트롤러(157)을 포함하며 불활성 가스와 같은 백그라운드 가스를 압력 셀 챔버(155)에 공급하여 압력 셀 챔버(155) 내의 압력을 상승시키는 셀 가스 소스(151)에 결합된다.
GCIB 처리 시스템(100)은 선택적으로 2차 가스 소스(125, 135, 145)을 포함할 수 있으며, 2차 가스 소스(125, 135, 145)는 2차 가스를 배출하는 2차 가스 공급 시스템(122, 132, 142)와, 2차 가스 공급 시스템(110)의 하류에서 GCIB 처리 시스템(100)에 주입되는 2차 가스의 흐름을 동작 가능하게 제어하는 2차 가스 컨트롤러(120, 130, 140)를 포함한다. 일 실시형태에서, 2차 가스 소스(125)는 노즐 어셈블리(110)의 출구(111)의 하류의 소스 챔버(104)로 2차 가스를 배출하도록 배치된다. 다른 실시형태에서, 2차 가스 소스(135)는 스키머(112)의 하류의 이온화/가속 챔버(106)로 2차 가스를 배출하도록 배치된다. 또 다른 실시형태에서, 2차 가스 소스(145)는 최종 애퍼처(160)의 하류의 처리 챔버(108)로 2차 가스를 배출하도록 배치된다. 다른 실시형태에서는, 2차 가스 소스(125, 135, 145)의 임의의 조합이 사용될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 2차 가스 소스(145)는 최종 애퍼처(160)의 하류의 처리 챔버(108)로 그리고 워크피스(152)의 노출 표면으로부터 이격 거리(170)만큼 떨어져 있는 위치에서 GCIB와 교차하는 경로를 따라 2차 가스를 배출하도록 배치된다(예컨대, 2차 가스는 기판과 함께 GCIB의 충돌 영역에서 또는 그 부근에서 처리 챔버(108)로 향하게 된다). 이격 거리(170)는 10 mm 미만, 5 mm 미만, 2 mm 미만, 또는 실질적으로 0의 거리일 수 있다(2차 가스는 기판의 노출 표면에서 GCIB와 교차하는 제트 또는 빔일 수 있다).
2차 가스 컨트롤러(120, 130, 140)는 하나 이상의 플로우 제어 밸브, 플로우 센서, 또는 압력 센서에 결합될 수 있다. 그리고, 2차 가스 컨트롤러(120, 130, 140)는 2차 가스가 주입되는 압력(예를 들어, 총압/정체압), 또는 2차 가스의 유량, 또는 이들의 조합을 제어할 수 있다.
가스 클러스터 이온 빔 시스템의 설계에 관한 부가적인 상세는 2009년 4월 23일자로 출원한 발명의 명칭이 "Multiple Nozzle Gas Cluster Ion Beam System"인 미국 특허 출원 공개 제2010/0193701A1호와, 2010년 3월 26일자로 출원한 발명의 명칭이 "Multiple Nozzle Gas Cluster Ion Beam Processing System and Method of Operating"인 미국 특허 출원 공개 제2010/0193472A1호에 제공되며, 이들 참조 문헌의 내용은 그 전체가 여기에 포함된다.
GCIB 처리 시스템(100)은, 이온화기(131) 및/또는 가속 전극 어셈블리(133)와 같은 적어도 하나의 빔-라인 컴포넌트에 결합되며, 처리 중에 적어도 2개의 상이한 상태 사이를 스위칭하는 듀티 사이클에 따라 입자 빔의 빔 플럭스를 제어하도록 구성된 빔 제어 회로(185)를 더 포함한다. 빔 제어 회로(185)는 실질적으로 온 상태와 실질적으로 오프 상태 사이에서 입자 빔을 토글할 수 있으며, 온 상태의 빔 플럭스는 오프 상태보다 상당히 클 수 있다.
전술한 바와 같이, 빔 제어 회로(185)는 이온화기(131)에 결합될 수 있으며, 이온화기(131)는 입자 빔을 하전 상태와 비하전 상태 사이에서 토글하도록 제어될 수 있다. 일 실시형태에서, 빔 제어 회로(185)는 이온화기(131)로부터 방출되는 입자 빔과 교차하는 전자 플럭스를 제어할 수 있다. 일례로, 이온화기(131)의 출구 전극 상에서의 전압 제어는 이러한 목적을 달성할 수 있다. 출구 전극에 인가된 전압 신호는 전압 디더 신호(voltage dither signal)를 포함할 수 있다. 전압 디더 신호는 구형파를 포함한 임의의 파형일 수 있다.
대안적으로, 다른 실시형태에서는, 빔 제어 회로(185)가 가속 전극 어셈블리(133)에 결합될 수 있으며, 가속 전극 어셈블리(133)는 적어도 2개의 상이한 가속 상태 사이에서 입자 빔을 토글하도록 제어된다. 대안적으로, 다른 실시형태에 따르면, 빔 제어 회로(185)가 입자 빔 편향 전극(도시 생략)에 결합될 수 있으며, 빔 편향 전극은 워크피스와의 교차 상태 및 비교차 상태를 포함하는 적어도 2개의 편향 상태 사이에서 입자 빔을 토글하도록 제어된다. 대안적으로, 또 다른 실시형태에 따르면, 빔 제어 회로(185)가 빔 게이트(도시 생략)에 결합될 수 있으며, 빔 게이트는 빔 게이트 차단 상태(obstructed state)와 빔 게이트 무차단 상태(unobstructed state) 사이에서 입자 빔을 토글하도록 제어된다.
빔 제어 회로(185)는 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 빔을 제어할 수 있으며, 적어도 2개의 상이한 상태는 온 상태 및 오프 상태를 포함한다. 적어도 2개의 상이한 상태는 넌제로(non-zero) 빔 플럭스 및 제로 또는 대략 제로(non-zero) 빔 플럭스를 포함하는 2개의 상이한 빔 플럭스일 수 있다.
이제 도 2a와 도 2b를 참조하여, 처리 시스템의 동적 범위를 확장하기 위한 제1 예를 설명한다. 도 2a는 스캔 속도(210)(우측의 y축) 및 듀티 사이클(220)(좌측의 y축) 대 시간의 플롯(200)을 제공한다. 도 2a에 도시하는 바와 같이, 스캐너 제어 회로는 워크피스에 보정 맵을 적용할 때 최대 스캔 속도(215)에 도달할 수 있다. 워크피스의 일부 영역은 더 많은 처리를 필요로 할 수 있는 반면, 워크피스의 다른 영역은 보다 적은 처리를 필요로 한다. 워크피스 상의 영역을 덜 처리하기 위해서는, 적은 처리를 필요로 하는 영역을 빔에 더 적은 시간량으로 노출하도록 워크피스를 더 고속으로 스캐닝한다. 도 2b는 최대 스캔 속도 조건에 직면하는 워크피스 스캔을 도시하고 있다(요망 조건이 최대 스캔 속도를 초과하여, 실제 조건이 제한되어 버림).
최대 스캔 속도에 도달한 것을 보상하기 위해, 빔 제어 회로(185)는 최대 스캔 속도에 도달한 것에 응답하여 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 빔 플럭스를 스위칭하는 듀티 사이클을 감소시킨다. 도 2b는 스캔 속도(260)(우측의 y축) 및 듀티 사이클(270)(좌측의 y축) 대 시간의 플롯(250)을 제공한다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 스캐너 제어 회로는 워크피스에 보정 맵을 적용할 때 최대 스캔 속도(265)에 도달할 수 있다. 그 결과, 듀티 사이클은 100%(일정한 온 상태에서의 빔 플럭스)에서 100% 미만으로 감소한다(빔 플럭스가 순 100% 온 상태 미만의 온 상태 및 오프 상태 사이에서 스위칭됨). 예를 들어, 듀티 사이클은 80%로 감소될 수 있으며, 여기서 빔 플럭스는 처리 시간 듀레이션의 80% 동안 넌제로이고, 처리 시간 듀레이션의 20% 동안 실질적으로 제로이다.
이제 도 3a와 도 3b를 참조하여, 처리 시스템의 동적 범위를 확장하기 위한 제2 예를 설명한다. 도 3a는 스캔 속도(310)(우측의 y축) 및 듀티 사이클(320)(좌측의 y축) 대 시간의 플롯(300)을 제공한다. 도 3a에 도시하는 바와 같이, 스캐너 제어 회로는 워크피스에 보정 맵을 적용할 때 최대 스캔 가속도(325)에 도달할 수 있다. 워크피스의 일부 영역은 더 많은 처리를 필요로 할 수 있는 반면, 워크피스의 다른 영역은 보다 적은 처리를 필요로 하고, 보정 구배(워크피처 상의 피처 속성의 공간적 변화율과 상관 관계가 있는, 시간에 따른 스캔 속도의 변화율)은 높은 비율의 가속 및 감속을 필요로 할 수 있다. 큰 보정 구배가 존재하는 워크피스 상의 영역을 덜 처리하기 위해서는, 보다 적은 처리를 필요로 하는 영역을 빔에 더 적은 시간량으로 노출하도록 워크피스를 더 높은 스캔 가속도 및 스캔 속도로 스캐닝한다. 도 3a는 최대 가속도 조건에 직면하는 워크피스 스캔을 도시하고 있다(요망 조건이 최대 스캔 가속도를 초과하여, 실제 조건이 제한되어 버림).
최대 스캔 가속도에 도달한 것을 보상하기 위해, 빔 제어 회로(185)는 최대 스캔 기속도에 도달한 것에 응답하여 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 빔 플럭스를 스위칭하는 듀티 사이클을 감소시킨다. 도 3b는 스캔 속도(360)(우측의 y축) 및 듀티 사이클(370)(좌측의 y축) 대 시간의 플롯(350)을 제공한다. 도 3b에 도시하는 바와 같이, 스캐너 제어 회로는 워크피스에 보정 맵을 적용할 때 최대 스캔 속도(365) 또는 최대 스캔 가속도(325)에 도달할 수 있다. 그 결과, 듀티 사이클은 100%(일정한 온 상태에서의 빔 플럭스)에서 100% 미만으로 감소한다(빔 플럭스가 순 100% 온 상태 미만의 온 상태 및 오프 상태 사이에서 스위칭됨). 예를 들어, 듀티 사이클은 80%로 감소될 수 있으며, 여기서 빔 플럭스는 처리 시간 듀레이션의 80% 동안 넌제로이고, 처리 시간 듀레이션의 20% 동안 실질적으로 제로이다.
또한, GCIB 처리 시스템(100)은, 스캐너 제어 회로(180) 및 빔 제어 회로(185)에 지시하고, 워크피스의 공간적으로 구별되는 표면 특성(즉, 워크피스 속성)을 변화시키는 제어 데이터를 정의하는 보정 맵에 따라 빔 처리의 동적 범위를 확장하도록 프로그래밍 가능하게 구성된 컨트롤러(190)를 포함한다.
도 5는 일 실시형태에 따라 입자 빔으로 워크피스를 처리하는 방법을 도시하는 흐름도(500)를 제공하고, 도 4는 일 실시형태에 따른 보정 처리 시스템의 예를 제공한다.
흐름도(500)에 나타내는 방법은, 입자 빔을 형성하여 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위하여 진공 챔버 내의 스캐너 상에 워크피스를 탑재하는 510에서 시작한다. 511에서, 진공 챔버 내에 입자 빔이 생성되고, 512에서, 입자 빔을 통과해 워크피스가 스캐닝된다. 513에서, 워크피스를 처리하기 위한 보정 맵에 따라 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성이 제어 가능하게 조정된다. 그리고, 514에서, 미리 지정된 스캔 특성 한계에 도달하면, 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 입자 빔의 빔 플럭스를 토글링하는 듀티 사이클이 제어 가능하게 조정된다.
스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성 및 입자 빔에 대한 듀티 사이클을 제어 가능하게 조정하기 위해, 워크피스의 측정된 속성을 공간적으로 변경하기 위한 보정 맵이 계산된다. 이것은 진단적으로 워크피스의 적어도 일부에 관련되는 데이터 소스로부터 파라메트릭 데이터 세트를 수신하는 것에서 시작된다. 워크피스는, 예컨대 전자 디바이스 기판, RF 필터 기판, 반도체 기판, 또는 평판 디스플레이 또는 디바이스를 포함할 수 있다.
파라메트릭 데이터 세트를 포함하는 데이터 소스가 해당 워크피스 또는 다른 생산 워크피스에 대해 측정된 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들어, 파라메트릭 데이터 세트는 RF 필터로부터의 데이터를 포함한다. 측정된 속성을 포함하는, 파라메트릭 데이터 세트는 인시추(in-situ) 또는 엑스시추(ex-situ)로 보정 처리 시스템에 결합된 계측 시스템을 이용하여 취득될 수 있다. 계측 시스템은 기하학적, 기계적, 광학적, 및/또는 전기적 테스트/계측 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 워크피스 진단 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 계측 시스템은 광학 디지털 프로필로메트리(ODP), 스캐터로메트리, 엘립소메트리, 리플렉토메트리, 인터페로메트리, X선 형광 분광기, 주사 전자 현미경(SEM), 터널링 전자 현미경(TEM), 원자력 현미경(AFM), 또는 4점 프로브 센싱, 또는 이들 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 계측 시스템은 광스캐터로메트리 시스템을 구성할 수 있다. 스캐터로메트리 시스템은 Therma-Wave, Inc.(미국 캘리포니아주 1250 프레몬트 릴라이언스 웨이 소재) 또는 Nanometrics, Inc.(미국 캘리포니아주 1550 밀피타스 벅아이 1550 소재)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 빔 프로파일 엘립소메트리(엘립소미터) 및 빔 프로파일 리플렉토메트리(리플렉토미터)를 통합한 스캐터로미터를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 인시추 계측 시스템은 워크피스에 대해 계측 데이터를 측정하도록 구성된 통합 광디지털 프로필로메트리(iODP) 스캐터로메트리 모듈을 포함할 수 있다.
파라메트릭 데이터 세트는 워크피스 상의 2개 이상의 위치에서 측정될 수 있다. 또한, 이 데이터는 하나 이상의 워크피스에서 취득 및 수집될 수 있다. 하나 이상의 워크피스는 예컨대 워크피스의 카세트를 포함할 수 있다. 파라메트릭 데이터 세트는 하나 이상의 워크피스 중 적어도 하나의 워크피스 상의 2개 이상의 위치에서 측정되고, 예컨대 하나 이상의 워크피크 각각의 복수의 위치에서 취득될 수 있다. 그 후, 복수의 워크피스 각각의 복수의 위치는 데이터 피팅 알고리즘을 사용하여 측정된 개소로부터 미측정 개소까지 확장될 수 있다. 예를 들어, 데이터 피팅 알고리즘은 내삽(선형 또는 비선형) 또는 외삽(선형 또는 비선형), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 파라메트릭 데이터 세트를 포함하는 데이터 소스는 시뮬레이션된 데이터 또는 경험에 의해 결정된 데이터도 포함할 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션된 데이터는 컴퓨터 모델에 의해 생성된 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 경험적으로 결정된 데이터는 과거의 경험, 실험, 관찰, 측정 또는 시뮬레이션을 통해 생성되거나 어셈블된 데이터를 포함할 수 있다.
파라메트릭 데이터 세트는 워크피스, 워크피스 상에 형성된 임의의 층 또는 서브층, 및/또는 워크피스 상의 디바이스의 임의의 부분과 연관된, 기하학적, 기계적, 전기적, 그리고/또는 광학적 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정된 속성은 막 두께, 표면 및/또는 계면 거칠기, 표면 오염, 피처 깊이, 트렌치 깊이, 비아 깊이, 피처 폭, 트렌치 폭, 비아 폭, 임계 치수(CD), 표면 거칠기, 또는 전기 저항, 또는 이들 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 처리 시스템을 사용하여, 워크피스 속성의 타겟 프로파일을 달성하기 위해, 보정 공정의 적용 특성, 즉 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성 및 입자 빔의 듀티 사이클이, 파라메트릭 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여, 워크피스 상에서의 위치의 함수에 따라 공간적으로 변경될 수 있다. 워크피스의 워크피스 속성의 타겟 프로파일을 달성하기 위해 보정 공정은 에칭 공정, 퇴적 공정, 성장 공정, 평활화 공정, 도핑 공정, 개질 공정(modification process), 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 파라메트릭 데이터 세트(400)가 리트리빙(retrieving)되면, 파라메트릭 데이터 세트는 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성에 대한 제1 제어 데이터(401)와 입자 빔의 듀티 사이클에 대한 제2 제어 데이터(402)를 포함해, 보정 데이터를 계산하고 보정 공정을 생성하기 위한 컴퓨팅 엘리먼트(410, 420)에 제공된다. 컨트롤러(430)는 데이터 및 제어 신호를 통해 스캐너 제어 회로(440) 및 빔 제어 회로(450)와 통신하고 이들 회로에 제어 데이터(401, 402)를 실행할 것을 지시한다. 데이터 및 제어 신호는 물리적 접속(예컨대, 케이블), 또는 무선 접속, 또는 이들의 조합을 통해 계측 시스템과 컴퓨팅 엘리먼트(410, 420) 사이에서 통신될 수 있다. 또한, 파라메트릭 데이터는 인트라넷 또는 인터넷 접속을 통해 통신될 수도 있다. 대안으로, 컴퓨터 판독 가능한 매체를 통해 계측 시스템과 컨트롤러 사이에서 파라메트릭 데이터의 수퍼세트가 통신될 수 있다.
보정 데이터는 워크피스의 보정 처리를 위해 계산된다. 보다 구체적으로, 보정 데이터는 측정된 속성에 대한 초기 프로파일 및 타겟 프로파일을 사용하여 계산될 수 있다. 주어진 워크피스에 대한 보정 데이터는, 주어진 워크피스에 대한 타겟 프로파일과 입력된 초기 프로파일과 연관된 파라메트릭 데이터 간의 변화를 달성하기 위해, 워크피스 상의 위치의 함수인, 스캔 속도, 입자 빔의 듀티 사이클, 빔 도즈, 또는 기타/추가 공정 파라미터(예컨대, 온도)와 같은 처리 시스템 특성의 변조를 위한 공정 조건을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주어진 워크피스에 대한 보정 데이터는, 주어진 워크피스에 대한 파라메트릭 데이터의 불균일성을 보정하기 위해 보정 처리 시스템을 사용하기 위한 공정 조건을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 예를 들어, 주어진 워크피스에 대한 보정 데이터는, 주어진 워크피스에 대한 파라메트릭 데이터의 특별히 의도된 불균일성을 생성하기 위해 보정 처리 시스템을 사용하기 위한 공정 조건을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시형태에 따른 듀티 사이클 보상 처리의 적용을 나타낸다. 입자 빔을 통과해 워크피스(600)가 스캐닝되고, 도시하는 바와 같이, 워크피스(600)의 적어도 일부(601)를 통해, 온 상태(예컨대, '1') 및 오프 상태(예컨대, '0')와 같은 적어도 2개의 상이한 빔 스위치 상태 사이에서 입자 빔이 토글 또는 펄싱된다. 빔 스위치 상태는 4개의 상이한 듀티 사이클, 즉 상대적으로 로우 듀티 사이클(610), 상대적으로 하이 듀티 사이클(620), 100% 듀티 사이클(630) 및 가변 듀티 사이클(640)에 대해 도시되어 있다. 빔 스위치 주파수(또는 펄스 주파수)는 100 Hz를 초과할 수 있고, 100 Hz 내지 10 kHz, 또는 바람직하게는 500 Hz 내지 5 kHz의 범위일 수 있다.
도 2b 및 도 3b, 그리고 도 6의 일부에서, 빔 듀티 사이클은 100%로 설정되도록 도시되어 있다. 그러나, 빔 듀티 사이클을 100%로 설정할 필요는 없으며, 일반적으로 듀티 사이클을 감소시킴으로써 적절하게 조정할 수 있다(도 2b 및 도 3b). 빔 듀티 사이클은 100% 미만의 값으로 설정될 수 있으므로 워크피스 상에서 가변 공정 조건을 수용할 수 있도록 듀티 사이클을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 빔 듀티 사이클의 변화는 순환적, 비순환적, 주기적, 비주기적, 연속적, 또는 불연속적일 수 있다. 빔 듀티 사이클은 워크피스 상에서 불연속적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 워크피스의 일 부분은 100% 빔 듀티 사이클로 명목상 설정된 빔으로 처리될 수 있으며, 워크피스의 다른 부분은 0% 빔 듀티 사이클로 명목상 설정된 빔으로 처리될 수 있다.
이상 본 발명의 소정의 실시형태에 대해서만 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 신규한 지침 및 효과로부터 실질적으로 벗어나는 않고서 이들 실시형태에서 많은 변형이 가능함을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 모두의 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 장치에 있어서,
    입자 빔을 형성하여 상기 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 빔-라인(beam-line)을 가진 진공 챔버와,
    상기 입자 빔을 통과해 상기 워크피스를 병진이동(translating)시키는 스캐너와,
    상기 스캐너에 결합되며, 상기 스캐너의 스캔 특성을 제어하도록 구성된 스캐너 제어 회로와,
    적어도 하나의 빔-라인 컴포넌트에 결합되며, 처리 중에 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 스위칭하는 듀티 사이클에 따라 상기 입자 빔의 빔 플럭스를 제어하도록 구성된 빔 제어 회로와,
    상기 스캐너 제어 회로 및 상기 빔 제어 회로와 결합되는 컨트롤러를 포함하는 제어 시스템
    을 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 워크피스의 적어도 일부의 속성과 연관되는 파라메트릭 데이터를 처리하고 상기 워크피스에 대한 보정 맵을 형성하도록 구성되며, 상기 컨트롤러는 상기 보정 맵을 적용할 경우 상기 스캐너의 스캔 특성을 제어함에 있어서 상기 스캐너의 스캔 특성의 적어도 하나의 한계를 결정하고, 상기 스캐너의 결정된 상기 스캔 특성의 한계에 응답하여, 상기 빔 제어 회로를 통해 상기 입자 빔의 듀티 사이클을 제어 가능하게 변경하여, 상기 스캔 특성의 한계를 보상하도록 구성되는, 워크피스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입자 빔은 하전 입자 빔 또는 비하전 입자 빔을 포함하는, 워크피스 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 입자 빔은 중성 빔, 가스 클러스터 빔, 가스 클러스터 이온 빔, 이온 빔, 전자 빔, 또는 이들의 조합을 포함하는, 워크피스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 진공 챔버는 다중 입자 빔을 형성하기 위한 복수의 빔-라인을 포함하는, 워크피스 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스캔 특성은 스캔 속도, 스캔 경로, 스캔 가속도, 스캔 위치, 또는 이들 중 둘 이상의 임의의 조합을 포함하는, 워크피스 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 빔 제어 회로는 온 상태와 오프 상태 사이에서 상기 입자 빔을 토글하며, 상기 온 상태의 빔 플럭스는 상기 오프 상태보다 큰, 워크피스 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 빔 제어 회로는 이온화기에 결합되며, 상기 이온화기는 하전 상태와 비하전 상태 사이에서 상기 입자 빔을 토글하도록 제어되는, 워크피스 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 빔 제어 회로는 상기 이온화기로부터 방출되어 상기 입자 빔과 교차하는 전자 플럭스를 제어하는, 워크피스 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 빔 제어 회로는 가속 전극에 결합되며, 상기 가속 전극은 적어도 2개의 상이한 가속 상태 사이에서 상기 입자 빔을 토글하도록 제어되는, 워크피스 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 빔 제어 회로는 입자 빔 편향 전극에 결합되며, 상기 입자 빔 편향 전극은 상기 워크피스와의 교차 상태 및 비교차 상태를 포함하는 적어도 2개의 편향 상태 사이에서 상기 입자 빔을 토글하도록 제어되는, 워크피스 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 빔 제어 회로는 빔 게이트에 결합되며, 상기 빔 게이트는 빔 게이트 차단 상태(obstructed state)와 빔 게이트 무차단 상태(unobstructed state) 사이에서 상기 입자 빔을 토글하도록 제어되는, 워크피스 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 상이한 상태는 온 상태와 오프 상태를 포함하는, 워크피스 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 스캐너 제어 회로가 상기 스캐너의 최대 스캔 속도에 도달하는 것을 결정하도록 구성되고, 상기 빔 제어 회로는 상기 스캐너의 상기 최대 스캔 속도에 도달한 것에 응답하여 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 상기 빔 플럭스를 스위칭하는 듀티 사이클을 감소시킴으로써 상기 듀티 사이클을 변경하는, 워크피스 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 스캐너 제어 회로가 상기 스캐너의 최대 스캔 가속도에 도달하는 것을 결정하도록 구성되고, 상기 빔 제어 회로는 상기 스캐너의 상기 최대 스캔 가속도에 도달한 것에 응답하여 적어도 2개의 상이한 상태 사이에서 상기 빔 플럭스를 스위칭하는 듀티 사이클을 감소시킴으로써 상기 듀티 사이클을 변경하는, 워크피스 처리 장치.
  15. 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위한 방법에 있어서,
    입자 빔을 형성하여 상기 입자 빔으로 워크피스를 처리하기 위하여 진공 챔버 내의 스캐너 상에 워크피스를 탑재하는 단계와,
    상기 진공 챔버 내에 입자 빔을 생성하는 단계와,
    상기 입자 빔을 통과해 상기 워크피스를 스캐닝하고 상기 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성을 제어하는 단계와,
    처리 과정에서 적어도 2개의 상이한 상태 사이를 스위칭하기 위한 듀티 사이클에 따라 상기 입자 빔의 빔 플럭스를 제어하는 단계와,
    상기 워크피스의 적어도 일부의 속성과 연관된 파라메트릭 데이터를 처리하고 상기 워크피스에 대한 보정 맵을 형성하는 단계와,
    상기 워크피스를 처리하기 위한 보정 맵을 적용함에 있어서 상기 스캐너의 적어도 하나의 스캔 특성을 제어 가능하게 조정하는 단계와,
    상기 보정 맵을 적용할 경우 상기 스캐너의 스캔 특성을 제어함에 있어서 상기 스캐너의 스캔 특성의 적어도 하나의 한계를 결정하고, 상기 스캐너의 결정된 상기 스캔 특성의 한계에 응답하여, 상기 빔 플럭스를 제어하는 단계를 통해 상기 입자 빔의 듀티 사이클을 제어 가능하게 변경하여, 상기 스캔 특성의 한계를 보상하는 단계
    를 포함하는, 워크피스 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 입자 빔은 하전 입자 빔 또는 비하전 입자 빔을 포함하는, 워크피스 처리 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 입자 빔은 중성 빔, 가스 클러스터 빔, 가스 클러스터 이온 빔, 이온 빔, 전자 빔, 또는 이들의 조합을 포함하는, 워크피스 처리 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 스캐너의 스캔 특성을 제어함에 있어서 적어도 하나의 한계를 결정하는 단계는 상기 스캐너의 최대 스캔 속도에 도달할 때를 결정하는 단계를 포함하는, 워크피스 처리 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 스캐너의 스캔 특성을 제어함에 있어서 적어도 하나의 한계를 결정하는 단계는 상기 스캐너의 최대 스캔 가속도에 도달할 때를 결정하는 단계를 포함하는, 워크피스 처리 방법.
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