KR102531092B1 - 스캐닝 이온 주입 시스템에서 인-시츄 이온 빔 모니터링 및 제어 - Google Patents

스캐닝 이온 주입 시스템에서 인-시츄 이온 빔 모니터링 및 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온 빔 전류 및 그 균일성을 샘플링 하는 기능으로서 이온 주입 시스템을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 이온 주입 시스템은 이송될 때 이온 빔을 선택적으로 스티어링 및/또는 성형하도록 구성된 광학 소자를 포함하며, 이온 빔은 고주파에서 샘플링 되어 이온 빔 전류 샘플을 제공하며, 이온 빔 전류 샘플들 사이의 변동, 불균일성 또는 예측되지 않은 변화를 검출하도록 분석된다. 이러한 빔 전류 샘플은 소정의 임계 레벨 및/또는 예측된 불균일성 레벨과 비교되어, 다수의 이온 빔 전류 밀도 샘플에서 검출된 불균일성이 소정의 임계 값을 초과할 때 제어 신호를 생성한다. 제어 시스템은 빔 이송을 인터락 하거나 빔 전류의 변동을 제어하기 위해 적어도 하나의 광학 소자에 대한 입력을 변화시키기 위한 제어 신호를 발생시킨다.

Description

스캐닝 이온 주입 시스템에서 인-시츄 이온 빔 모니터링 및 제어
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온 주입 시스템의 제어를 제공하기 위한 실시간, 인-시츄 이온 빔 전류 샘플링 및 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 9월 7일자로 출원된 "스캐닝 이온 주입 시스템에서 인-시츄 이온 빔 전류 모니터링 및 제어"라는 명칭의 미국 특허 출원 제15/258,723호의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체가 본원에 참고로 인용된다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 이온 주입은 일반적으로 실리콘 또는 갈륨 아르제나이드 웨이퍼와 같은 기판의 형태로 제공되는 공작물을 도핑하는데 사용된다. 상기 웨이퍼는 전기적 특성을 변조시키거나 그렇지 않으면 기판을 변형시키기 위해 웨이퍼의 결정 구조 내에 이들 도펀트를 주입하기 위해 불순물 또는 도펀트로 포격을 받는다. 이와 같이, 이온 주입 시스템은 이온 빔으로부터의 이온을 공작물에 주입함으로써 이온을 사용하여 공작물을 도핑하는데 혹은 집적 회로의 제조 중에 패시베이션층을 형성하는데 사용되는 자본 설비로서 반도체 제조 분야에서 잘 알려져 있다. 반도체 웨이퍼를 도핑하는데 사용될 때, 상기 이온 주입 시스템은 선택된 이온 종을 공작물에 주입하여 원하는 외인성 물질을 생성한다.
통상적인 이온 주입 시스템은 이온화 가능한 소스 물질로부터 전기적으로 하전된 이온들을 생성하기 위한 이온 소스를 포함한다. 상기 생성된 이온들은 빔으로 형성되고 강한 전계의 도움으로 가속되어 소정의 빔 경로를 따라 이온 주입 엔드 스테이션으로 향하게 된다. 예를 들어, 안티몬(antimony), 비소(arsenic) 또는 인(phosphorus)과 같은 소스 재료에서 생성된 주입 이온은 "n-형" 외인성 물질 웨이퍼를 생성하는 한편, "p-형" 외인성 물질 웨이퍼는 붕소(boron), 갈륨(gallium) 또는 인듐(indium)과 같은 소스 재료에서 생성된 이온으로부터 생성된다.
상기 이온 주입 시스템은 이온 소스와 엔드 스테이션 사이에 위치된 빔 형성, 스티어링, 편향, 성형, 필터링 및 충전 서브 시스템(가령, 빔 광학 소자들 또는 빔 광학)을 포함할 수 있다. 상기 빔 광학 소자들은 상기 이온 빔이 기다란 내부 공동 또는 통로(가령, 빔 라인)를 따라 이온 빔을 조작 및 유지하여, 상기 이온 빔이 상기 공작물이 위치하는 엔드 스테이션까지의 경로를 통과하게 한다.
대부분의 이온 주입 응용에 있어서, 이온 주입 공정의 목표는 정확하게 조절된 양의 도펀트를 공작물 또는 웨이퍼의 표면 전체에 균일하게 전달하는 것이다. 이러한 공정에서 가장 널리 받아 들여지는 접근법은 이온 빔에 의한 이온 주입을 위해 개별 공작물이 최종 스테이션에 순차적으로 제공되는 소위 시리얼 이온 주입 아키텍처로 구현된다. 공작물 영역보다 작은 크기를 갖는 이온 빔을 이용하여 균일한 도핑을 달성하기 위해, 상기 이온 빔과 상기 웨이퍼는 웨이퍼의 전체 표면 영역에 빔을 충돌 시키도록 서로 상대적으로 이동된다. 이러한 작업을 수행하기 위한 하나의 일반적으로 알려진 시스템 아키텍처는 예를 들어 미국 특허 제6,956,223호에 개시된 바와 같으며, 여기서 웨이퍼는 고정된 "스폿" 이온 빔에 대해 2개의 실질적으로 직각인 차원으로 스캐닝 된다. 2-D 기계 스캐닝을 사용하여 웨이퍼는 고정된 이온 빔 앞에서 소위 "고속 스캔" 방향으로 빠르게 스캐닝 되는 동시에 직각의 "저속 스캔" 방향에서 천천히 스캐닝 되며, 이로써 이온 빔의 전방에서 일반적으로 이동하는 지그재그 패턴으로 웨이퍼를 이송함으로써 웨이퍼를 이온으로 "페인팅" 한다. 또는 이온 주입 시스템에 사용되는 또 다른 잘 알려진 시리얼 시스템 아키텍처는 소위 "하이브리드 스캔 시스템"이고, 여기서 이온 빔은 한 방향으로 래스터(raster)와 같은 방식으로 축을 따라 앞뒤로 휩쓸리거나 스캐닝 되어 리본 모양의 빔을 형성하며, 공작물은 스캐닝 된 이온 빔의 축에 직교하는 방향을 따라 기계적으로 이동된다.
더 높은 장치 밀도와 결합 된 300mm 직경의 웨이퍼와 같은 다양한 반도체 공작물 사이즈를 포함하는 것이 반도체 분야의 지속적인 경향이다. 더 큰 공작물 사이즈는 개별 공작물의 비용을 증가시키고 더 높은 장치 밀도는 가공 비용 및 각 공작물의 관련 값을 증가시킨다. 결과적으로 이온 빔 및 기타 파라미터에 대한 이온 주입 균일성을 제어하는 것이 공작물 폐기와 관련된 비용을 회피하거나 완화하는데 있어 그 어느 때보다도 중요하다.
주입 공정의 균일성을 유지하기 위하여, 총 이온 빔 전류는 종종 이온 주입 중에 측정되고, 전형적으로 패러데이 컵 또는 컵들인 샘플링 컵이 이온 빔의 경로를 따라, 통상적으로 웨이퍼 전방, 웨이퍼 인접부 또는 웨이퍼 후방에 배치된다. 스캐닝 된 빔 아키텍처의 경우와 마찬가지로, 상기 이온 빔은 신뢰성 있는 빔 전류 측정을 생성하기에 적합한 웨이퍼에 인접한 소위 사이드 컵(들) 상에서 완전히 또는 적어도 부분적으로 스캐닝 되도록, 빔 스캔 폭은 일반적으로 패러데이 컵의 위치에 따라 결정된다. 또한 공작물이 존재하지 않거나 이온 빔의 적어도 일부가 웨이퍼 상에 충돌하지 않는 위치에 공작물이 있을 때, 튜닝 컵 또는 컵들은 이온 빔 튜닝을 위해 공작물의 전형적인 위치의 상류 또는 하류에 위치될 수 있다. 또한 패러데이 컵이 스캐닝 된 이온 빔의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 공작물 위치 앞에서 움직이기 때문에, 주행 또는 소위 "프로파일링" 패러데이 컵은 이온 빔을 모니터링 하는데 사용될 수 있다. 프로파일링 패러데이는 멀티 컵 구조 또는 컵 당 단일 멀티 패러데이 구조의 형태로 제공될 수 있다. 통상적으로, 이러한 샘플링 컵의 전부 (또는 일부)는 이온 주입 공급 속도 및 이온 빔에 대한 공작물의 노출 시간을 조정하기 위해 엔드 스테이션에 들어가는 이온 빔의 총 전류를 모니터링 하는데 이용된다. 예를 들어, 미국 특허 제4,922,106호에서, 패러데이 검출기는 패러데이 검출기의 위치의 함수로서 통합된 빔 전류 또는 선량 측정치를 생성하도록 천천히 변환되어 이온 빔 세기를 나타내는 신호를 제공한다. 이러한 신호는 집적된 빔 세기가 균일하도록 진동 스캔 전압을 조정하는데 사용될 수 있다. 상기 특허에서, 감지된 빔 전류의 시간 적분은 빔 스캐닝 요소의 동작을 제어하기 위해 선량 제어기에 인가되는 피드백 신호로서 사용된다.
현재 인식되는 하나의 문제점은, 빔 전류 밀도 또는 각도가 종종 이온 주입 사이클 동안, 때때로 단일 이온 빔 스캔 동안, 그리고 때로는 단일 스캔 통과 중에 여러 번 예기치 않게 변화한다는 점이다. 이러한 변화는 시간이 지남에 따라 빔 라인 구성요소가 장기간 마모되거나 다중 이온 주입 사이클 동안 또는 단일 이온 주입 사이클 중에 전압 전원 공급 장치에서 드리프트 되는 징후가 될 수 있다. 또한 이러한 변화는 빔 모양 및/또는 각도의 불일치, 이온 빔 내의 빔 분포의 이동, 시스템 노이즈 또는 이온 빔 내의 입자 오염 등 여러 요인에 의해 야기되는 전류 분포의 단기 변동 또는 "스파이크"의 징후 일 수 있다. 다른 요인으로는 빔 라인 압력의 변화, 빔에 노출된 요소의 방출 및 빔을 통해 이동되는 웨이퍼와의 빔 상호 작용이 포함될 수 있다. 이온 빔에서 소위 예측된 불균일성(PNU)으로서 빔 전류의 일부 변동이 예상되고 허용될 수 있지만, 빔 전류의 많은 유형의 변화는 이온 주입 균일성에 상당한 영향을 미칠 수 있으며, 허용될 수 없으며, 받아들일 수 없다.
본 발명은 고주파 샘플링을 통해 이온 빔 전류를 모니터링 하여 이온 빔이 스캐닝 됨에 따라 실시간 인-시츄 빔 전류를 나타내는 파형을 생성함으로써 이러한 문제를 해결한다. 상기 생성된 파형은 빔 균일성을 위한 그래픽 형태로 이온 빔 전류 정보의 시각적 표현을 제공하기 위해 실시간으로 저장 및/또는 디스플레이 될 수 있다. 또한 상기 빔 전류 샘플링은 분석되어 이온 주입 시스템을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 제어 신호는 빔 전류 드리프트, 변동 및/또는 변경이 선행 전류 샘플에 대하여 소정의 임계 레벨을 초과하는 경우 혹은 빔 전류가 빔 전류에 대한 예측 불균일성(PNU)의 범위를 벗어날 때 주어진 주입 사이클을 중단시킬 수 있다. 또한 수집된 샘플 데이터는 공작물에 전달되는 보다 균일한 빔 전류 밀도를 제공하기 위해 업스트림 빔 광학 소자 또는 이와 관련된 전원 공급 장치 중 적어도 하나를 변화시키기 위한 피드백 신호를 제공하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이온 주입 시스템에서 이온 빔 균일성을 모니터링하고 제어하는 방법을 포함하며, 상기 방법은, 이온 빔을 생성하는 단계; 상기 이온 빔을 공작물을 향해 이송하는 단계; 시간 가변 전위를 가지는 스캔 파형의 함수로서 스캐닝 된 스폿 빔을 생성하기 위해 스캔 경로를 따라 이온 빔을 스캐닝 하고, 상기 시간 가변 전위의 값은 상기 스캔 경로 상의 상기 이온 빔의 위치에 대응하는 단계; 상기 이온 빔이 상기 공작물을 향해 이송될 때 상기 이온 빔을 선택적으로 스티어링 및/또는 성형하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자를 제공하고, 상기 적어도 하나의 빔 광학 소자는 상기 이온 빔의 유효 단면 형상을 변화시키는 단계; 상기 이온 빔을 상기 스캔 파형과 동기화로 샘플링 하여 상기 공작물 상의 위치 및 스캔 방향의 함수로서 다수의 이온 빔 전류 밀도 샘플을 제공하는 단계; 상기 다수의 이온 빔 전류 밀도 샘플을 분석하여 그 불균일성을 검출하는 단계; 및 상기 다수의 이온 빔 전류 밀도 샘플 중 임의의 검출된 불균일성을 소정의 임계 불균일성과 비교하는 단계를 포함한다. 또한 상기 빔 전류 샘플링은 분석되고, 빔 전류 드리프트, 변경 및/또는 변동이 선행 전류 샘플에 대하여 소정의 임계 레벨을 초과하는 경우 혹은 상기 빔 전류가 빔 전류에 대한 소위 예측된 불균일성(PNU) 범위를 벗어났을 때, 주어진 이온 주입 사이클을 중단시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 이온 주입 시스템에서 이온 빔 균일성을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 이온 빔을 생성하는 단계; 상기 이온 빔을 공작물을 향해 이송하는 단계; 스캐닝 된 이온 빔을 생성하기 위해 제1축을 따라 상기 이온 빔을 스캐닝 하는 단계; 및 상기 이온 빔이 상기 공작물을 향해 이송될 때 상기 이온 빔을 선택적으로 스티어링 및/또는 성형하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 다수의 이온 빔 전류 샘플을 제공하고 이온 빔 전류 샘플을 스캐닝 전류와 상관시켜 스캐닝 된 이온 빔에 대응하는 위치 및 방향 정보를 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플은 분석되어 그 내부의 불균일성을 검출하고 제어 신호를 발생시킨다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 이온 주입 시스템 및 대응하는 제어 시스템이 개시되며, 상기 이온 주입 시스템은, 이온 빔을 생성시키는 이온 소스; 공작물을 유지하도록 구성된 엔드 스테이션을 향해 상기 이온 빔을 빔 경로를 따라 이송하도록 구성된 빔 라인; 상기 이온 빔이 상기 공작물을 향해 이송될 때 상기 이온 빔을 선택적으로 스티어링, 편향 및/또는 성형하도록 구성되고 상기 빔 라인을 따라 위치되는 다수의 빔 광학 소자; 및 다수의 이온 빔 전류 샘플을 제공하기 위해 상기 이온 빔을 샘플링 하도록 구성된 빔 샘플링 시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템은 불균일성을 검출하기 위해 빔 전류 밀도 샘플을 분석하고 검출된 불균일성에 응답하여 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 공작물에 이온을 균일하게 주입하는 방법을 포함하며, 상기 방법은, 이온 빔을 생성하는 단계; 상기 이온 빔을 빔 경로를 따라 이송하는 단계; 상기 이온 빔이 빔 경로를 따라 이송될 때 상기 이온 빔에 작용하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자 또는 그와 관련된 전원 공급 장치를 제공하는 단계; 상기 이온 빔을 스캐닝 하여 스캐닝 된 이온 빔을 제공하는 단계; 상기 이온 빔이 상기 공작물의 표면을 가로질러 스캐닝 될 때 다수의 상이한 이온 빔 전류 밀도 샘플을 획득함으로써 상기 빔 이온 밀도의 변동을 검출하도록 상기 스캐닝 된 이온 빔을 샘플링 하는 단계; 및 상기 다수의 상이한 이온 빔 전류 밀도 샘플을 상기 공작물에 대한 상기 이온 빔의 위치와 상관시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 이온 빔 전류 밀도 샘플 및 상기 이온 빔의 상관 된 위치를 분석하여 각각의 상관된 위치에서 이온 빔 전류 밀도 및/또는 각도를 결정하는 단계; 현재 이온 빔 전류 밀도 샘플을 선행 이온 빔 전류 밀도 샘플과 비교하는 단계; 및 상기 비교 단계에 응답하여 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 이온 주입 시스템이 개시되며, 상기 이온 주입 시스템은, 공작물을 유지하도록 구성된 엔드 스테이션을 향해 이온 빔을 빔 경로를 따라 배향시키도록 구성된 빔 라인; 고속 스캔 방향으로 상기 공작물의 표면을 가로질러 상기 이온 빔을 스캐닝 하도록 구성된 스캐닝 시스템; 및 상기 이온 빔이 스캐닝 된 엔드 스테이션을 향할 때 이온 빔을 밴딩, 편향, 포커싱 하거나 또는 다른 방식으로 변조하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자를 포함한다. 상기 이온 주입 시스템은 상기 고속 스캔 방향으로 스캐닝 될 때 이온 빔의 빔 전류 밀도를 샘플링하도록 구성된 빔 샘플링 시스템을 더 포함하며, 상기 빔 샘플링 시스템은 상기 공작물의 주변 둘레에 위치된 다수의 사이드 패러데이 컵 및 상기 빔 경로를 따라 상기 공작물의 하류에 위치된 튜닝 패러데이 컵을 포함하며, 상기 빔 샘플링 시스템은 상기 다수의 사이드 패러데이 컵 및/또는 튜닝 패러데이 컵에 의해 생성된 출력 신호를 분석하도록 구성되고, 상기 출력 신호를 상기 스캐닝 시스템과 상관시켜서 공작물에 대한 이온 빔의 위치에 대한 빔 전류 밀도 값을 제공한다. 상기 이온 빔 및/또는 전체 선량의 예측된 선량 균일성을 계산하도록 구성된 제어기가 상기 빔 샘플링 시스템에 결합되고, 상기 제어기는 샘플링 된 이온 빔 값이 상기 예측된 선량 균일성에 불일치하는 경우 제어 신호를 제공하도록 더 구성된다.
따라서, 본 발명은 이온 빔의 특성 변화를 확인하기 위해 이용되는 풍부한 데이터를 제공하기 위해 다수의 공작물에 걸쳐 이온 주입 시스템에서 빔 전류 밀도의 연속적이고 실시간으로 인-시츄로 측정 값을 제공하고, 이온 주입 시스템의 제어를 더 제공할 수 있다. 따라서, 전술한 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 충분히 설명되고 청구 범위에 구체적으로 기술된 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시 예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 일부만을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 관련하여 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 양태에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 블록도이다.
도 2a는 도 1의 이온 주입 시스템에 사용될 수 있는 유형의 스캐너의 일 실시 예이다.
도 2b는 도 1의 스캐너 코일에 입력하기 위한 삼각 스캐닝 전류 파형의 일 실시 예이다.
도 2c는 도 2b의 스캐닝 전류 파형에 의해 생성된 바와 같이, 도 2a의 스캐너에서 결과적인 자계 파형의 일 실시 예이다.
도 2d는 도 2a의 시스템에서 시간의 여러 이산 점들에서 공작물에 부딪치는 스캐닝 된 이온 빔을 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 공작물의 표면에 부딪치는 이온 빔의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양상에 따른 사이드 패러데이 컵 및 튜닝 패러데이와 관련하여 측정된 빔 전류 파형을 도시한다.
도 5는 공작물에 전달된 빔 전류의 균일성에 영향을 줄 수 있는 가변 단면 형상을 갖는 이온 빔을 도시하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 시간의 이산 주기에서의 스폿 빔의 예시적인 단일 샘플들을 각각 도시하며, 상기 빔은 그 둘레에 불균일한 전류 밀도를 갖는다.
도 6a 및 도 7a는 도 6 및 도 7의 단면 이온 빔 형상과 관련된 이온 빔 프로파일을 각각 도시한다.
도 8은 그래픽 사용자 인터페이스 장치로부터의 예시적인 스크린 캡쳐이며, 튜닝 컵에 의해 생성된 파형뿐만 아니라 스캐너에 입력된 스캔 전류 파형을 도시 한 것뿐만 아니라, 좌측 및 우측 사이드 패러데이 컵에 의해 생성된 파형을 도시한다.
도 9는 그래픽 사용자 인터페이스 장치로부터의 예시적인 스크린 캡쳐이고, 웨이퍼 상의 빔 전류 샘플의 위치의 함수로서 튜닝 컵에 의해 생성된 파형과 함께 좌측 및 우측 사이드 패러데이 컵에 의해 생성된 파형을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 양태에 따라, 이온 주입 시스템의 제어를 위한 빔 전류 샘플을 분석하고 모니터링하기 위한 방법을 도시한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 양태에 따라, 빔 전류 샘플을 분석 및 모니터링 하고 이온을 스캐닝 된 이온 빔 주입기에 균일하게 주입하는 또 다른 방법을 도시한다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에서 이온들을 공작물 내로 균일하게 주입하거나 이온 빔의 균일성을 모니터링 하는 것에 기초하여 그러한 이온 주입 시스템에 제어를 제공하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 이온 주입 시스템을 참조하여 설명될 것이며, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 이들 양태의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적인 의미로 해석되어서는 안됨을 이해해야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 특정 세부 사항들 중 일부가 생략되도 실시 될 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 이온 빔 및/또는 시스템이 본 명세서에 설명된 바와 같이 제어될 수 있는 예시적인 이온 주입 시스템(110)을 도시한다. 시스템(110)은 설명의 목적을 위해 제공될 뿐, 본 발명의 양상들은 설명된 상기 이온 주입 시스템에 제한되지 않으며 다른 적합한 이온 주입 시스템들이 또한 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 시스템은 소위 "하이브리드" 또는 "스캔된 스폿 빔" 이온 주입 시스템 구조를 나타내지만, 본 발명은 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,701,230호에 개시된 바와 같은 잘 알려진 "2차원 기계적 스캔" 이온 주입 시스템 구조에도 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 실제로, 본 발명은 단일 차원 기계적 스캔, 리본 빔 시스템에도 적용될 수 있다.
넓게 보면, 시스템(110)은 단자(112), 빔 라인 조립체(114) 및 엔드 스테이션(116)으로 구성된다. 단자(112)는 이온 빔(124)을 생성하여 빔 라인 조립체(114)에 전달하는 고 전압 전원 공급원(122)에 의해 전력 공급되는 이온 소스(120)를 포함한다. 이온 소스(120)는 빔 라인 조립체(114) 내의 빔 경로를 따라 엔드 스테이션 (116)으로 향하는 이온 빔(124)으로 추출되어 형성되는 대전된 이온들을 생성한다. 단자(112)는 경우에 따라 빔 라인의 일부를 포함하는 것으로 기술될 수 있고, 여기서 빔 라인의 부분은 단자 전위이다.
이온들을 생성하기 위해, 이온화 되는 도펀트 물질(도시되지 않음)이 이온 소스 (120)의 생성 챔버(121) 내에 제공된다. 가령, 상기 도펀트 가스는 가스 소스(도시되지 않음)로부터 생성 챔버(121) 내로 공급 될 수 있다. 전원 공급원(122)에 더하여, 예를 들어, RF 또는 마이크로파 여기(excitation) 소스, 전자 빔 주사 소스, 전자기 소스 및/또는 챔버 내에서 아크 방전을 생성하는 음극과 같은, 임의의 개체수의 적합한 기구(도시되지 않음)를 사용하여 이온 생성 챔버(121) 내에서 자유 전자를 여기 시킬 수 있을 것이다. 여기된 전자들은 도펀트 가스 분자들과 충돌하고 그에 따라 이온들이 생성된다. 일반적으로, 양이온들이 생성되나, 음이온이 생성되는 시스템에도 동일하게 적용 가능하다.
챔버(121)에서 생성된 이온들은 이온 추출 조립체(123)에 의해 개구 또는 소위 "아크 슬릿"(118)을 통해 제어 가능하게 추출된다. 이온 추출 조립체(123)는 복수의 추출(extraction) 및/또는 억제(suppression) 전극을 일반적으로 포함하는데, 이는 아크 슬릿(118)의 대향 측면 상에 위치된 대칭인 전극 쌍들(125a 및 125b)로 구성되어 이온들 또는 이온 빔(124)의 고밀도 광선 형태로 이온들을 추출한다. 이온 추출 조립체(123)는 예를 들어 추출 및/또는 억제 전극(125a, 125b)을 바이어스 시켜 생성 챔버(121)로부터 이온 빔(124)의 형태로 이온들을 추출하고 이온 빔(124)을 빔 라인 조립체(114)의 방향으로 하류로 가속시키기 위한 독립된 추출 전원(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
이온 빔(124)은 동일한 대전 입자를 포함하기 때문에, 상기 빔은 빔 내의 동일한 대전 입자가 서로 반발함에 따라, 반사상 외측으로 팽장하거나 "폭발"하는 경향을 가질 수 있음을 알아야 한다. 대전된 입자들 사이에는 많은 반발력이 존재하지만 입자들이 빔 경로의 방향으로 움직이도록 하는 작은 입자 운동량이 있듯이, 대전된 입자들이 동일한 방향으로 상대적으로 천천히 이동하는 저 에너지, 고 전류(고 주파수) 빔에서 빔 확장이 악화 될 수 있음을 알 수 있다. 따라서 이온 추출 조립체(123)는 일반적으로 빔이 고 에너지에서 추출되어 상기 빔이 폭발하지 않도록(즉, 입자가 빔 폭발로 이어질 수 있는 반발력을 극복하기 위한 충분한 운동량을 갖도록) 구성된다. 저에너지 드리프트 응용이 공지되어 있고 본 발명을 이용할 수 있는 반면에, 이온 빔(124)을 시스템 전체에 걸쳐 상대적으로 높은 에너지로 수송하는 것이 일반적으로 유리하며, 이온 빔의 에너지는 빔 이송 동안 빔 봉쇄를 촉진시키기 위해 공작물(130)에 충돌하기 직전에 감소된다. 또한 분자 또는 클러스터 에너지는 분자의 도펀트 원자들 사이에서 분할되기 때문에, 비교적 높은 에너지로 운반 될 수 있지만 더 낮은 등가 에너지로 주입되는 분자 또는 클러스터 이온을 발생시키고 수송하는 것이 유리할 수 있다.
단자(112)로부터 하류로 이동하면서, 빔 라인 조립체(114)는 일반적으로 빔 가이드(132)의 출구에서 분해 조리개(134)를 한정하는 질량 분석기(126) 및 빔 가이드 (132)를 포함한다. 빔 라인 조립체는 전형적으로 다양한 빔 포커싱 및/또는 스티어링 요소(138), 스캐닝 시스템(135), 평행화 장치(139), 및 각도 에너지 필터(157) (개별적으로, 빔 광학 소자들 또는 집합적으로, 빔 광학들)를 더 포함한다. 또한 상기 빔 광학들은, 이온 빔 전류와 공작물의 전자 전류를 일치시키고, 전체 전하 중립성을 갖는 이온 빔을 발생시킴으로써, 빔 폭발 및 다른 충전 문제를 상쇄시키기 위해 주입될 빔 라인 및/또는 공작물에 전자들과 같은 전하를 제공하는 전하 중화 서브 시스템(160)을 포함한다. 이들 다양한 빔 라인 요소는 본 명세서에서 빔 광학들 또는 빔 광학 소자들로 집합적으로 지칭된다.
도시된 실시 예에서, 질량 분석기(126)는 쌍극자 자기장을 확립하는 역할을 제공하는 하나 이상의 자석을 포함한다. 상기 빔(124)이 질량 분석기(126)에 진입함에 따라, 부적절한 전하-대-질량비의 이온들이 상기 이온 빔으로부터 제거되도록 상기 자기장에 대응하여 굴절된다. 보다 상세하게는, 전하-대-질량비가 너무 크거나 너무 작은 이온들이 질량 분석기(126)의 측벽(127) 내로 편향되는 반면, 원하는 전하-대-질량비를 갖는 빔 (124) 내의 이온들은 통과하고 분해 조리개(134)를 통해서 빠져 나가게 된다.
상기 실시 예의 스캐닝 시스템(135)은 정전기 또는 자기 스캐닝 요소(136) 및 선택적인 포커싱 및/또는 스티어링 요소(138)를 포함 할 수 있다. 각 전원(149 및 150)이 스캐닝 요소(136) 및 포커싱/스티어링 요소(138)에 작동적으로 커플링 되고, 그리고 보다 상세하게는 내부에 위치된 각 전극(136a, 136b, 138a, 138b)에 작동적으로 커플링 된다. 편향 성분(138)은 상대적으로 좁은 프로파일을 가지는(예를 들어, 도시된 시스템(100)에서 소위 "펜슬" 또는 "스폿" 빔) 질량 분석된 이온 빔(124)을 수용하고, 전원 공급원(150)에 의해 플레이트(138a, 138b)에 인가되는 전압은 바람직하게는 스캐닝 요소(136)의 스캔 정점(151)과 같은 원하는 스캔 지점까지 빔을 포커싱 하고 스티어링 하도록 동작시킨다. 전원 공급원(149)에 의해 스캐너 플레이트(136a, 136b)에 제공되는 연속 가변 전류 파형은 이온 빔(124)이 편향되고 전후로 주사되도록 하여, 바람직하게는 적어도 이온 빔에 의해 주입되는 공작물(130)과 동일한 폭 또는 그보다 넓은 폭을 갖는 가늘고 긴 "리본 형" 이온 빔(예를 들어, 스캐닝 스폿 빔)을 생성한다.
포커싱 및/또는 스티어링 요소(138)는 하나 또는 복수의 요소들 및/또는 서브 시스템들로 이루어질 수 있고 일반적으로 입자 이온 포커싱에 일반적으로 사용되는 4극 자석의 형태로 제공된다. 예를 들어, 아인젤 렌즈 또는 다른 유니 포텐셜 또는 멀티 포텐셜 렌즈 구조와 같은 다양한 선택적 요소가 통합되어 비행 중 이온들을 포커싱하거나 편향시키기 위한 이온 빔 광학을 제공할 수 있고, 이는 다양한 빔 광학 소자의 전극에 인가된 전압을 변화시킴으로써 이온의 경로에서 전기장 또는 자기장을 조작함으로써 달성된다.
일단 빔이 스캐닝 시스템(136)을 통과하면, 스캐닝 빔(124)은 다음에 평행화 장치(139)를 통과하며, 상기 실시 예에서 평행화 장치는 2개의 다이폴 자석(139a, 139b)을 포함한다. 상기 실시 예에서, 상기 쌍극자는 동일한 각도 및 대향하는 굽힘 방향을 가지므로, 다이폴은 실질적으로 사다리꼴이고 실질적으로 S자 형상으로 경로를 따라 빔(124)이 벤딩되도록 서로 대향하도록 배향된다. 상기 쌍극자의 주된 목적은 스캐너(136)로부터 발생하는 발산 빔렛이 평행 해 지도록 함으로써 실질적으로 평행 한 빔렛을 갖는 리본 형상의 빔을 형성하는 것이다. 2개의 대칭 쌍극자를 사용하면 빔렛 경로 길이 및 1차 이상의 고차원 집광 특성과 관련하여 리본 빔 전반에 대칭적인 특성을 갖게 된다. 평행화 장치(139)는 스캐닝 빔(124)이 특정 빔렛이 스캐너를 빠져 나가는 스캔 각도에 관계없이 빔(124)이 빔 축에 평행하게 진행하도록 경로를 변경하게 하여, 빔렛이 공작물(130)을 때리는 주입 각도는 그 표면을 가로질러 비교적 균일하다.
빔의 감속은 요구되지 않지만, 하나 이상의 감속 스테이지(157)가 본 실시 예에서 평행화 장치(139)의 하류에 위치한다. 전술한 바와 같이, 지금까지 시스템(110)에서 빔(124)은 일반적으로 상대적으로 높은 에너지 레벨로 이송되어 빔 폭발에 대한 경향을 완화시키며, 이는 예를 들어 빔 밀도가 분해 조리개(134)에서와 같이 상승하는 경우 특히 높을 수 있다. 감속 스테이지(157)는 빔(124)을 감속하도록 작동 가능한 하나 이상의 전극(157a, 157b)을 포함한다. 전극(157)은 통상적으로 빔이 이동하는 개구이며, 도 1에서는 직선으로 그려 질 수 있다. 한 쌍의 전극이 감속 스테이지(157)를 구성하는 구성요소로서 도시되고 설명되었지만, 시스템(110)의 빔 광학계를 구성하는 임의의 구성요소는 이온 빔(124)을 포커싱, 벤딩, 편향, 수렴, 발산, 스캐닝, 평행화 및/또는 정제하는 것뿐만 아니라 이온을 가속 및/또는 감속하도록 배열되고 바이어스된 임의의 적절한 수의 전극을 포함할 수 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 빔 광학을 구성하는 구성요소들 중 임의의 구성요소는 이온 빔의 궤도를 조작하거나 영향을 미칠 수 있는 아인젤 렌즈, 4극 및/또는 다른 요소들뿐만 아니라 정전 편향 플레이트들(예를 들어, 그 하나 이상의 쌍들)을 포함한다.
상기 이온 빔 라인은 상기 이온 빔 내의 전하 빌드-업을 상쇄시키기 위해 이온 빔이 통과하는 영역에서 중화 전자를 생성하는 플라즈마 전자 플루드 장치(160)와 같은 전하 중화 서브 시스템을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 이온 빔 내의 전하들은 이온 빔 및 주입될 공작물과 반대되는 극성을 갖는 전하를 제공함으로써 보상 될 수 있다. 예를 들어, 양으로 대전된 이온 빔의 경우, 공작물에 제공된 단위 시간당 이온 양과 동일한 양의 전자를 제공하여, 상기 이온 빔 전류를 상기 공작물에서의 동일한 전자 전류와 정합시키는 것이 일반적이다. 이것은 전형적으로 열 전자 방출, 2차 방출, 방전 또는 RF 필드와 같은 전자 생성 프로세스를 통해 전자 생성 장치에 의해 발생되며, 여기서 전자는 이온 빔 또는 직접적으로 공작물로 향하게 된다. 이러한 장치들은 일반적으로 전자총, 2 차 전자 플루드, 플라즈마 전자 플루드 등으로 지정된다. 또한, 마이크로파 및 RF 방전(예를 들어, RF 플라즈마 전자 플루드)은 대량으로 스케일링 될 수 있지만, 유지하기 위해 더 복잡하고 고비용이며, 정합 회로 및 고비용 고주파 전력 생성을 필요로 한다.
엔드 스테이션(116)에 더 하류 측으로 이동하여, 상기 엔드 스테이션은 이온 빔(124)을 수용하고 빔을 공작물(130)를 향해 안내하는 프로세싱 챔버를 제공한다. 상이한 유형의 엔드 스테이션(116)이 이온 주입기(110)에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 상기 실시 예에서 엔드 스테이션(116)은 이온 주입을 위해 상기 빔 경로를 따라 단일 공작물(130)을 지지하는 "직렬"타입의 엔드 스테이션이다. "시리얼" 타입 엔드 스테이션은 주입을 위해 상기 빔 경로를 따라 단일 공작물 (130)을 지지하며, 각 공작물(130)이 다음 공작물(130)의 이온 주입이 시작되기 전에 완전히 주입된 상태에서 다수의 공작물 (130)이 직렬 방식으로 한 번에 하나씩 주입된다. 스캐닝 된 빔 직렬 타입 시스템의 경우, 공작물(130)은 제1방향(Y 또는 저속 스캐닝) 으로 기계적으로 병진되는 반면 상기 빔은 제2방향(X 또는 소속 스캐닝)으로 이리저리 스캐닝되어 공작물(130) 전체에 빔(124)을 부여한다.
공작물(130)의 이온 주입 전 및 도중에, 빔 전류, 빔 전류 밀도, 빔 전류 분포 및 프로세스 제어 및 다른 이유로 공작물에 주입될 것으로 예상되는 이온의 일반적인 주입량을 포함하여 이온 빔을 모니터링하여 그 다양한 특성 및 파라미터를 결정하는 것이 바람직하다. 또한 빔 각도 및 발산뿐만 아니라 크기(빔 폭 및 높이)와 같은 파라미터를 모니터링 할 수 있다. 따라서, 빔 샘플링 시스템(155) 및 다른 관련 하드웨어 구성요소들은 엔드 스테이션(116)에 통합되어, 250KHz정도일 수 있는 소정의 주파수에서 이온 빔을 모니터링하고 샘플링함으로써, 분석을 위해 복수의 이산 빔 전류 샘플 측정치를 제공한다. 일 실시 예의 시스템에서, 스캐닝 된 이온 빔(124)의 고속 스캐닝 축을 따라 웨이퍼(130)에 대체로 인접하여 하나 이상의 사이드 패러데이 컵(158A, 158B) (샘플링 컵으로도 한다)이 제공되고, 상기 이온 빔의 하나 이상의 특성(가령, 빔 전류)이 이온 빔이 상기 하나 이상의 사이드 패러데이 컵을 통과 할 때 샘플링 되고, 측정된다. 예를 들어, 빔 샘플링 시스템(155)은 하나 이상의 사이드 패러데이 컵(158A, 158B)으로부터 복수의 순차적 빔 샘플을 포함하는 신호(164)를 수신하고, 일반적으로 이온 빔(124)의 하나 이상의 특성의 측정된 샘플을 제어 시스템(154)에 출력한다. 이들 샘플 수집은 스캐너(136)에 제공된 스캐닝 전류 파형뿐만 아니라 스캐닝 된 공작물(130)의 위치와 동기화되어 시간 및 위치에 따른 빔 전류 정보를 상기 제어 시스템에 제공한다.
본 실시 예에서, 하나 이상의 사이드 패러데이 컵(158A, 158B)은 공작물(130)을 가로질러 그리고 일반적으로 공작물의 평면과 동일한 평면에서 스캐닝 됨에 따라, 일반적으로 스캐닝 된 이온 빔(124)의 경로를 따라 공작물 (130)에 인접하여 그 부근에 위치된다. 따라서, 스캐닝 된 빔은 바람직하게 공작물의 치수를 초과하여 연장되는 폭(스캐닝 폭)을 갖는 것이 바람직하고, 스캐닝 된 이온 빔(124)의 전체를 공작물의 원주 외측에 위치 된 하나 이상의 사이드 패러데이 컵(158A, 158B) 위로 통과 시키도록 형성된다.
또한, 튜닝 패러데이 컵(170)은 공작물(130)의 하류 및 후방에 제공되며, 빔 샘플링 시스템(155)은 튜닝 패러데이 컵(170)으로부터 고 주파수 샘플을 더 수신하고 일반적으로 이온 빔(124)의 하나 이상의 특성의 측정치를 제어 시스템(154)에 출력한다. 예를 들어, 튜닝 패러데이 컵(170)은 공작물(130)이 존재하지 않거나(이온 주입 싸이클 전), 전체적으로 스캐닝 경로의 외부(저속 스캐닝 시퀀스 양 단부에)에 있거나, 또는 이온 빔 또는 그 일부가 공작물(130)의 하류에 위치된 튜닝 컵에 도달할 수 있는 위치로 공작물을 주사하는 경우와 같이, 적어도 부분적으로 스캐닝 경로의 외부에 위치될 때, 통상적으로 사용된다. 다시 한번, 이러한 샘플링 된 빔 측정은 스캐닝 된 공작물(130)의 위치뿐만 아니라 스캐너(136)에 제공된 스캐닝 전류 파형에 일반적으로 동기화되어 이온 빔의 시간 및 위치 의존성 빔 전류 프로파일을 제공한다. 빔 샘플링 시스템(155)은 스캐닝 된 이온 빔의 시간 및 위치 의존성 빔 전류 파형뿐만 아니라 스캐닝 전류 파형 및 시스템 운영자와 관련된 다른 정보를 디스플레이 하기 위한 프리젠테이션 스크린 또는 그래픽 사용자 인터페이스를 포함 할 수 있다.
사이드 패러데이 컵(158A, 158B) 및 튜닝 패러데이 컵(170)에 추가하여, 빔 샘플링 시스템은 하나 이상의 주행 프로파일러(156)로부터의 입력을 포함할 수 있다. 상기 예에서 주행 프로파일러(156)는, 예를 들어, 스캐닝 된 빔의 전류 밀도를 측정하는 패러데이 컵과 같은 전류 밀도 센서를 포함 할 수 있다. 상기 주행 프로파일러(156)의 전류 밀도 센서는 스캐닝 된 빔에 대해 대체로 직교하는 방식으로 이동하며, 따라서 전형적으로 리본 형상의 스캐닝 된 이온 빔의 폭을 가로지른다. 이러한 프로파일러 신호들은 일반적으로 이온 주입 사이클 동안 및/또는 이온 주입 시스템에 데이터 및 피드백을 제공하기 위해 스캐닝 된 이온 빔 전방에 프로파일러(156)가 이송되는 주입 사이클 이전 또는 이후에 생성된다. 사이드 패러데이 컵(158A, 158B) 및 튜닝 패러데이 컵(170)과 유사하게, 주행 프로파일러(들)에 의해 제공된 모니터링 되고 샘플링 된 빔 전류 측정은 일반적으로 스캐너(136)에 제공된 상기 스캐닝 전류 파형뿐만 아니라 상기 이온 빔의 시간 및 위치 의존성 빔 전류 프로파일을 제공하는 주행 프로파일러의 위치와 상관될 수 있다.
제어 시스템(154)은 이온 주입 시스템(110)의 다양한 구성요소 및 서브 시스템과 통신, 제어 및/또는 조정을 제공하기 위해 빔 샘플링 시스템(155)에 연결된다. 상기 시스템은, 상기 이온 소스(120) 및 이와 관련된 전극들(125); 상기 질량 분석기(127); 상기 빔 스티어링 및 포커싱 시스템(138); 상기 스캐닝 요소(136); 상기 평행화 장치(139); 상기 에너지 필터(157); 및 상기 전하 중화 시스템(160) (즉, 집합적으로, 하나 이상의 빔 광학 소자들)을 포함한다. 상기 제어 시스템(154)은 컴퓨터, 마이크로 프로세서 등을 포함할 수 있고, 빔 특성들(가령, 빔 전류 및 밀도)의 측정 값을 저장하고, 빔 광학 소자들 중 임의의 하나에 인가된 파라미터들(가령, 바이어스 전압들, 가스 압력들)을 조정하도록 동작 가능할 수 있다. 따라서, 이들 빔 광학 소자들 중 하나는 원하는 이온 빔 특성들을 용이하게 하기 위해 제어 시스템(154)에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 질량 분석기(126)에서 생성된 강도 및 필드는 원하는 이온 빔의 경로의 곡률을 변경하기 위해 그 내부의 계자 권선을 통해 흐르는 전류의 양을 조절함으로써 달성될 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 주입 각도는 예를 들어 스티어링 요소(138)에 인가된 전압을 조정함으로써 추가로 제어될 수 있고, 여기서 웨이퍼(130)에 전달되는 전류 밀도는 주입 각도의 함수(예를 들어, 상기 빔과 상기 공작물의 기계적 표면 사이의 상대적 배향 및/또는 상기 빔과 상기 공작물의 결정질 격자 구조 사이의 상대적 배향)일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또 다른 선택에서, 빔 광학 소자들 중 하나에 인가된 순시 전압은 빔 샘플링 시스템(155)에 의해 검출된 빔 전류 변동에 응답하여 즉석에서 변화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 빔 샘플링 시스템(155)과 제어 시스템(154)은 협력하여 빔 전류 및/또는 빔 전류 밀도가 모니터링 되고 이온 주입 시스템의 제어를 더 제공하는 인-시츄 빔 전류 샘플링을 제공한다. 바람직한 일 실시 예에서, 빔 샘플링 시스템(155)과 제어 시스템(154)은 협력하여 현저한 빔 전류 비 균일성 이벤트가 발생하는 경우 이온 빔 이송을 인터락, 중단 또는 정지시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 또 다른 바람직한 일 실시 예에서, 빔 샘플링 시스템(155) 및 제어 시스템(154)은 반복 또는 점진적인 수단을 통해 이온 주입 시스템의 다양한 빔 라인 구성요소 및 빔 광학 소자에 인가되는 전압 및 전류를 선택적으로 변화시키기 위해 전원 출력을 조정하기 위한 제어 신호를 생성하도록 협력할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 주입기(110)는 상이한 유형의 스캐닝 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 정전 스캐닝 또는 자기 스캐닝 시스템이 본 발명에 사용될 수 있다. 도 2a에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 상기 스캐너는 비교적 좁은 프로파일(예를 들어, 소위 "스폿" 또는 "펜슬" 빔)을 갖는 질량 분석된 이온 빔(124)을 수용한다. 도 2a에 도시된 예시적인 스캐닝 시스템은 빔(124)의 양 측면에 위치된 제1자극(136a) 및 제2자극(136b)을 갖는 스캐너 영역을 포함하는 자기 스캐닝 시스템이다. 상기 극들은 진공을 포함하는 갭에 의해 분리되며, 상기 갭을 통해 빔 경로 (124)가 통과한다. 일 실시 예에서, 자극들(136a 및 136b)은 전자기 코일을 포함할 수 있다. 전류 파형은 코일(136a, 136b)을 통해 전류를 변화시켜 빔(124)이 X 방향(상기 스캐닝 배향)으로 앞뒤로 스캐닝하게 하여, 유효 X 방향 폭을 갖는 가늘고 긴 "리본 형상" 빔(가령, 스캐닝 된 스폿 빔)을 생성하도록 동작하고, X 방향 폭은 적어도 이온 주입되는 공작물만큼 넓고, 전형적으로 공작물보다 넓은 것이 바람직하다. 스캐닝 된 빔(124)은 엔드 스테이션(16)으로 향하여 상기 빔(124a)이 이온 주입을 위해 웨이퍼에 부딪힌다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 상기 스캐닝 된 빔은 빔 샘플링 시스템(155)에 결합된 측정 센서(들) (패러데이 컵)에 부딪친다. 본 설명의 목적 상, 모든 상이한 유형의 스캐닝 시스템이 동등하고 도 2a의 자기 스캐닝 시스템은 단지 예시를 위해 사용된다. 실제로, 본 발명은 잘 알려진 2D 기계적 주사 스폿 빔 시스템뿐만 아니라 1D 기계적 스캐닝 리본 빔 시스템을 포함하는 상이한 구조의 이온 주입 시스템에 적용될 수 있다.
이해되는 바와 같이, 자극들(136a 및 136b)은 도 2b의 파형도(202)에 도시된 바와 같이 자극들(136a 및 136b)에 교류 전류를 제공하도록 구성된 전류 소스(149)에 연결된다. 상기 자극들 사이의 시간 가변 전류는 도 2c의 파형도에 도시된 바와 같이, 빔 경로를 가로질러 코일로부터 외측으로 연장되는 시간 가변 자기장(204)을 형성하며, 상기 빔(124)은 스캐닝 배향(가령, 도 2a의 X 방향)을 따라 구부러지거나 편향(가령, 스캐닝)된다. 상기 스캐너 자기장이 자극(136a)에서 자극(136b)(예컨대, 도 2c의 시간 "g"- "e")으로 배향될 때, 빔(124)의 이온들은 양의 X 방향으로 측 방향 힘을 받는다. 자극들(136a 및 136b)에 제로 전류가 흐를 때(가령, 도 2c의 시간 "d"에서와 같이) 스캐너(136)에 제로 자기장이 있고, 빔(124)은 수정되지 않은 채로 스캐너(136)를 통과한다. 상기 필드가 자극(136b)에서 자극(136a)으로 배향될 때(가령, 도 2c의 시간 "a"- "c"), 빔(124)의 이온들은 음의 X 방향으로 측 방향 힘을 받는다.
도 2d는 도 2b-2c에 표시된 대응 시간에 공작물(130)에 충돌하는 스캐닝 되고 평행한 빔(124)을 도시한다. 상기 자극들을 통과하는 전류가 최대 및 최소(가령, 음의 최대 값) 인 경우, 대응하는 자기장 세기는 빔 경로의 극단(가령, 공작물(130)의 원주를 넘어서는 우측 및 좌측 가장자리에서)에서 상기 빔이 발견 될 수 있도록 최대 및 최소(가령, 음의 최대 값) 일 것이다. 스캐닝 된 빔(124a-124g)의 이산 점들은 공작물(130)를 가로질러 X 방향으로 단일의 일반적으로 수평한 스캐닝에 대한 대응하는 도 2b의 시간 "a"-"g"에서의 스캐닝 전류들을 도 2d에서 도시한다. 따라서, 스캐너 자계가 자극(136b)에서 자극(136a)으로 배향될 때, 빔 (124)의 이온들은 음의 X 방향으로 측 방향 힘을 받아, 상기 스캐닝 된 빔은 도 2d에 도시된 스캐닝 된 빔(124g-124a)의 이산 점들의 배향을 반전시켜 음의 X 방향으로 공작물(130)을 가로지르는 단일의 대체로 수평한 스캔을 생성한다.
본 발명을 더 이해하기 위해, 도 3 및 도 5는 빔이 스캐닝 될 때 발생할 수 있는 빔 전류 밀도의 변화를 도시하고, 이는 예를 들어, 이온 빔이 공작물의 표면 위로 스캐닝 될 때 코일을 통한 가변 스캐닝 전류에 의해 유도된, 이온 빔의 단면 형상의 변화에 의해 유도될 수 있다. 상기 이온 빔의 단면 형상의 변화는 이온 빔의 빔 전류 밀도가 변할 수 있는 한 가지 방법 일 뿐이며, 빔 전류 밀도가 어떻게 변할 수 있는지에 대한 제한적인 예가 아님을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 상기 이온 빔의 단면 형상의 변화는 이온 빔의 단면 형상에 대한 임의의 변화를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 이온 빔의 단면 형상의 변화는 이온 빔을 대칭 또는 비대칭 방식뿐만 아니라 더 크게, 더 작게, 더 넓게 또는 더 좁게하는 것을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 이온 빔 경로(302)는 상기 경로(302)를 따른 특정 위치에서 이온 빔의 단면 형상의 변화를 보여주면서(이온 빔(124)의 궤적으로부터 본 바와 같이) 공작물(130) 상에 스캐닝 된다. 특히, 상기 이온 빔은 3개의 상이한 시간 주기에서 공작물(130)에 대한 이온 빔의 위치를 각각 나타내는 3개의 상이한 예시적인 위치(306, 308, 310)에 도시되어 있다. 상기 3개의 예시적인 위치들 각각에서의 이온 빔은 가상으로 도시되어 있는데, 이온 빔 단면 형상이 스캐닝 동안 카리에스(caries)로서 이온 빔의 3개의 예시적인 단면 형상을 나타내고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이온 빔의 단면 형상의 변화는 임의의 방향 또는 어떤 방향들로 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 빔 및 그 프로파일은 높이 및/또는 폭이 다를 수 있다. 상술한 바와 같이, 이온 빔(124)의 단면 형상의 변화는 웨이퍼(130) 상의 빔 전류 밀도의 변화를 초래한다.
또한, 일 실시 예에서 고속 스캔 축(314)을 따르는 고속 스캔의 스캔 속도는 제1스캔 주파수에 있지만, 상기 빔 광학 소자들 중 임의의 하나는 상기 제1주파수보다 실질적으로 큰 제2주파수에서 상기 이온 빔의 단면 형상을 변화시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 이온 빔의 단면 형상은 고속 스캔 방향과 다른 방향을 갖는 축을 따라 변할 수 있으며, 이로써 이는 수정된 유효 높이, 예를 들어, 저속 스캔 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 이온 빔의 형태를 연장시키는 빔 변화를 갖는 이온 빔을 생성한다. 이러한 특징은 도 5와 관련하여 가장 잘 이해되며, 제1빔 형상(308A)은 제1치수(316)를 가지며, 제2빔 형상 (308B)은 제2큰 치수(318)를 가지며, 저속 스캔 방향(312)을 따라 확대된 치수를 갖는 빔을 생성한다. 상기 큰 유효 빔은 저속 스캔 방향(312)에서 형성된다.
도 3을 참조하면, 이온 빔(124)의 평면도가 도시되어 있으며, 상기 이온 빔(124)은 공작물(130) 상에 스캐닝 된다. 상술한 예에서, 상기 공작물은 고속 스캔 축(154)을 따라 스캐닝 될 때 스폿 이온 빔(124)에 노광 되도록 저속 스캔 축(151)을 따라 스캐닝 되도록 구성된다. 제어 시스템(154)은 고속 스캔 축(154)을 따라 스캐닝 될 때 스캐닝 된 이온 빔의 속도를 제어하고, 저속 스캔 축(151)을 따라 스캐닝 될 때 공작물(130)의 속도, 및 공작물(130)의 전체 표면이 소정 방식으로 이온 빔에 노출 되도록 상기 스캐닝 된 이온 빔의 스캔 폭(가령, 소정 스캔 패턴(150))을 제어하도록 구성된다. 도 3에 도시된 소정의 스캔 패턴(150)은 일반적으로 일정한 스캔 폭(152)을 갖는 예이고, 다양한 다른 스캔 패턴이 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다는 점을 고려하여야 한다. 예를 들어, 스캐닝 된 이온 빔(124)의 스캔 폭(152)은 공작물(130)이 저속 스캔 축(151)을 따라 가로지를 때 변화 될 수 있어, 스캐닝 된 이온 빔이 공작물의 원주(156)로부터 소정 거리만큼 역전된다(가령, 스캐닝 된 이온 빔은 공작물의 기하학적 형상을 따른다). 또한, 스캐닝 된 이온 빔(144)의 스캔 폭(152)은 본 명세서에서 논의된 바와 같이 사이드 컵(158A 및 158B)을 통한 이온 빔의 다양한 특성의 측정을 달성하는 것과 같이 다른 목적을 위해 변경 될 수 있다.
도 3은 공작물(130)을 가로지르는 빔(124)의 직접적인 스캐닝을 도시하는데, 기계적 작동은 스캐너(36)에 의한 X축 (고속 스캔) 방향 스캐닝 동안 공작물(130)을 Y축 (저속 스캔) 방향으로 이동시키고, 빔(24)은 공작물(30)의 노출된 전체 표면 상에 부여된다. 스캐너(36)에 들어가기 전에, 이온 빔(124)은 전형적으로 영(zero)이 아닌 X 및 Y 치수의 폭 및 높이 프로파일을 각각 가지고, 여기서 빔의 상기 X 및 Y 치수 중 하나 또는 둘 모두는 전형적으로 공간 전하 및 다른 효과로 인해 이송 중에 변한다. 예를 들어, 상기 빔(124)이 상기 빔 경로를 따라 상기 공작물(130)을 향해 이송될 때, 상기 빔(124)은 상기 빔 폭 및/또는 높이 또는 그 비율을 변경할 수 있는 다양한 전기장 및/또는 자기장 그리고 장치들을 만난다. 또한, 양 전하 빔 이온들의 상호 반발을 포함하는 공간 전하 효과는 대책 없이, 빔을 발산하는 경향이 있다(가령, 증가된 X 및 Y 치수).
또한, 스캐너(136)의 기하학 및 동작 전압은 실제로 공작물(130)에 제공되는 빔(124)에 대해 소정의 포커싱 특성을 제공한다. 따라서 스캐너(136)에 들어가는 완전히 대칭인 빔(124)을 가정하더라도, 스캐너(136)에 의한 빔(124)의 벤딩은 빔 포커싱을 변경시키고, 입사하는 빔은 전형적으로 X축 방향에서 측 방향 에지들(가령, 도 2D의 124a, 124g)에 더 집중되고, 상기 측 방향 에지들 사이의 포인트들(가령, 도 2D의 124c, 124d, 및 214e)에 대해서는 X축 방향으로 덜 집중(가령, 더 넓거나 더 발산) 될 것이다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 도 4는 단일 빔 스캐닝 경로의 과정에 걸쳐 측정된 이상적 시간(또는 위치) 의존성 빔 전류 파형을 도시한다. 도 4는 이온 빔이 공작물(130)을 가로지르면서 궤적(166)으로 표시된 빔 전류가 비교적 일정하고 균일하게 유지되는 것을 볼 수 있는 이상적인 상황을 도시한다. 상기 빔 전류는 상기 빔이 각 사이드 패러데이 컵(158A, 158B) 너머로 이동함에 따라 각 스캔의 끝에서 상향 또는 하향으로 경사진다. 이러한 빔 전류 파형은 이온 빔을 사이드 패러데이 컵(158A, 158B)에 노출시킴으로써 예측된 빔 전류 파형의 형태로 표현될 수 있기 때문에, 주어진 스캔 경로를 통해 공작물 전체에 걸쳐 예상되어야 하는 빔 전류의 측정치를 제공한다. 또는, 빔 전류 파형은 이온 빔을 도 1에 도시된 주행 프로파일러(156) 또는 사이드 튜닝 패러데이 컵(170) 중 하나에 노출시킴으로써 제공될 수 있다.
본 발명은 도 4에 도시된 이상적인 빔 전류가 전형적으로 이온 주입 시스템의 통상적인 동작 중에 공작물에 제공되는 실제 빔 전류를 나타내지 않는 것을 고려한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 빔(124)이 공작물(130)을 향한 빔 경로를 따라 이송될 때, 빔(124)은 빔 형상을 변경하거나 다양한 방식으로 빔 균일성에 영향을 줄 수 있는 다양한 전기장 및/또는 자기장 그리고 장치들을 만난다. 또한 양전하를 띤 빔 이온의 상호 반발을 포함하여 공간 전하 효과는 대책 없이 빔을 발산하는 경향이 있다. 상기 엔드 스테이션의 특정 위치에서 웨이퍼의 존재 또는 부존재는 이온 빔의 교란 및 이와 관련된 전류 밀도를 생성할 수 있음이 밝혀졌다. 입자 오염으로 인해 빔 프로파일 및/또는 빔 전류의 단기 변동이 발생할 수도 있다. 따라서, 상기 이온 빔 전류, 전류 밀도 및/또는 전류 분포는 균일하지 않고, 주입 사이클 전체에 걸쳐 특정 스캔 경로 또는 다수의 스캔 경로를 통해 변동될 수 있고, 또한 서로 다른 공작물의 서로 다른 이온 주입 사이클에 걸쳐 변동될 수 있다. 이온 빔 제어 장치 및 방법에 관한 본 발명의 실시 예는 상기 다수의 빔 전류 측정치에 기초하여 상기 이온 빔 전류의 변화 또는 변동을 식별하기 위하여, 이온 빔의 복수 빔 전류 측정치의 검출 및 상기 복수 샘플 분석에 기초하여 이온 주입기에서 이온 빔을 제어하기 위한 빔 샘플링 시스템 및 제어 시스템의 통합을 고려한다. 이전의 빔 전류 측정과 비교하여 말하자면, 절대적 또는 상대적 임계 값을 초과하는 식별된 변동은 이온 주입 시스템을 정지시키거나 혹은 적어도 이온 빔의 전송을 중단시키기 위한 제어 신호를 산출할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 이온 주입 절차 동안 이온 빔의 변화를 인-시츄에서 임계 레벨 이하로 감소시키기 위한 노력으로, 변화를 감소시키기 위해 빔 전류의 확인 된 변화에 응답하여 이온 빔을 조정하는 조정 구성 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 제어 시스템(154)은 이온 빔 변화가 임계 값 이상일 때 이온 주입기에서 파라미터의 중단 또는 조정을 수행하기 위한 소정의 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
또한, 타겟 표면 상의 이온 빔 전류 분포에 영향을 미칠 수 있는 많은 요인이 존재하는 것으로 이해된다. 예를 들면, 종래의 디자인의 이온 주입기는 저-에너지 레벨에서 열악한 투과율을 나타낸다. 이러한 열악한 투과율은 도펀트에 따라 달라질 수 있다. 더욱이, 이온 빔 광학의 다른 원리를 통합하면 상기한 저-에너지 전달 문제를 해결할 수 있지만, 차례로 빔 균일성에 관련된 다른 문제가 발생할 수 있다. 다른 예에서, 전술한 바와 같이, 고-에너지 수송과 엔드-오브-라인 감속의 조합은 공간 전하 효과를 완화시키고 보다 높은 빔 전류 레벨을 달성하기 위해 보다 고-에너지에서 이온 빔을 추출하고 운송할 수 있게 하지만, 이는 웨이퍼 표면에 대한 입사각의 넓은 분포로 이온들이 기판에 충돌하게 하는 공간적 불균일성과 관련된 다른 문제를 야기 할 수 있다. 또 다른 예에서, 주입되는 종(단량체 이온과 비교하여)으로서 분자 이온을 이용한 이온 주입은 고유한 주입 불균일성 세트를 도입한다. 빔 전류 불균일성을 야기하는 다른 예는 빔 듀티 팩터 제어(beam duty factor control), 전극 아크의 담금질(quenching of electrode arcs), 전원 공급 변조(power supply modulation) 등을 포함한다.
전류 불균일성이 이온 주입 시스템에 내재한다는 사실은 특정 빔 전류 또는 이온 주입 사양에 대해 예측 가능한 불균일성(PNU) 사양을 산출한다. 따라서 PNU 또는 다중 PNU는 실험, 경험적 데이터 등을 통해 특정 이온 주입 시스템 및 특정 주입 조건에서 필수 특성으로 결정될 수 있다. 따라서, 특정 이온 주입 시스템 및 특정 주입 조건 하에서 수용 가능한 것으로 식별될 수 있는 빔 전류와 관련된 예측 가능한 불균일성(PNU) 특성이 있을 수 있다.
본 발명은 이러한 PNU 제약들에 따라 및/또는 빔 전류 변화들 또는 변동들이 소정의 임계 레벨들의 범위를 넘어서 식별될 때 이온 주입 시스템의 제어를 제공하도록 동작할 수 있다. 도 5는 이온 빔이 빔 라인을 통해 이송될 때, 본 명세서에 기술된 바와 같이 빔 라인의 다수의 광학 소자를 통과하고, 공작물의 표면에 주입됨에 따라 빔 전류의 예시적인 변화로 인한 빔 전류 또는 밀도에 발생할 수 있는 변화 및 변동 (다른 변수들 중에서 이온 빔의 단면 형상의 변화에 의해 야기 될 수 있음)의 단순한 설명을 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이온 빔의 단면 형상의 변화는 임의의 방향 또는 어떤 방향들로 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이온 빔(121)의 단면 형상의 변화(가령, 초점 변화를 통한)는 빔 전류, 전류 밀도 및/또는 전류 분포의 변동을 야기한다. 이러한 변동은 빔 전류에서 불일치, 불균일 또는 스파이크로 보여짐으로써, 도 4에 도시된 시간 또는 위치에 대한 이상적인 빔 전류 파형은 빔 전류의 점진적인 불균일성 또는 날카로운 상향 또는 하향 스파이크를 나타내고, 총 빔 전류(I)의 변동에 적어도 부분적으로 기인하여 프로파일링 된 빔 전류가 변조되는 것을 볼 수 있는 빔 전류에 영향을 주는 빠른 임펄스 이벤트를 나타내는 상향 또는 하향 기울기를 포함할 수 있는 불균일성을 포함하게 된다. 불균일성 또는 빔 전류의 변동으로 나타날 수 있는 이러한 변화들은 주입 사이클 동안 이온 빔을 운송하는 동안 발생할 수 있는 다양한 불일치, 변동 또는 불규칙성으로 인해 발생할 수 있고, 온도, 진공 레벨, 입자 소풍, 예기치 않은 전원 공급 출력, 하드웨어 중단 또는 빔 라인을 따라 위치된 하나 또는 복수의 광학 소자에 영향을 미치는 결함에 의해 야기될 수 있는 프로세스 환경의 제어되지 않는 변화에 이르기까지 다양하며, 이들 중 임의 것 및 모든 것이 주어진 시간에 빔 전류에 영향을 줄 수 있다. 이러한 빔 전류의 변화는 다음과 같이 이온 빔의 다양한 특성에 의해 영향을 받을 수 있는데, 이에 국한되지는 않는다: 빔 각도; 빔 형상; 빔 발산; 및 빔 평행도가 있으며, 이는 모두 웨이퍼에서 불일치하고 불균일한 빔 전류 밀도를 초래할 수 있다.
논의 및 설명을 위해, 빔 전류 변동 및 불균일성이 제시되었으며, 빔 형태의 변화와 관련하여 논의될 것이다. 그러나, 이온 빔의 단면 형상의 변화는 이온 빔의 전류, 전류 밀도 및/또는 분포가 변할 수 있는 한 가지 방법 일 뿐이므로, 빔 형상은 빔 전류 또는 빔 전류 밀도 또는 분포가 어떻게 변하거나 변동할 수 있는지에 대한 제한적인 예가 되도록 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 이온 빔의 단면 형상의 변화는 이온 빔의 단면 형상에 대한 임의의 변화를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 빔의 단면 형상을 변경하는 것은 이온 빔을 대칭 방식 또는 비대칭 방식으로 더 크게, 더 작게, 더 넓게 또는 더 좁게 하는 변화를 포함할 수 있고, 체계적 또는 비 체계적 방식으로 변화시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 이온 빔의 단면 형상은 이온 빔의 고속 스캔 방향을 실질적으로 가로지르는 방향을 갖는 축을 따라 대칭적으로 변화 할 수 있고, 그에 의해 수정 된 유효 높이를 갖는 시간-평균화 된 이온 빔을 생성한다. 예를 들어, 빔 포커싱 요소가 저속 스캔 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 이온 빔의 형상을 우연히 확장시키는 경우, 더 큰 높이를 갖는 시간-평균화 된 이온 빔이 생성될 것이다. 상기한 예는 도 5와 관련하여 가장 잘 이해되고, 여기서 제1빔 형상(308a)이 제1치수(316)를 가지며 제2빔 형상(308b)이 제2 큰 치수(318)를 가지며, 저속 스캔 방향(312)을 따라 확대된 치수를 갖는 시간-평균화 된 빔이 된다. 반대로, 이온 빔이 저속 스캔 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 우연히 절단되는 경우, 빔 형상(308c)으로 도시된 바와 같이, 더 작은 높이를 갖는 시간-평균화 된 이온 빔이 결과로서, 저속 스캔 방향(312)을 따라 작은 치수를 갖는 시간-평균화 된 빔이 생성된다. 도 3에 도시된 바와 같이 (이온 빔(121)에서 보았을 때) 공작물(130) 위로 스캐닝 된 예시적인 이온 빔 경로(302)로 되돌아 가서, 이들 가변 빔 형상은 경로(302)를 따른 특정 위치에서 이온 빔의 단면 형상의 변화를 초래할 수 있다. 특히, 이온 빔은 3개의 상이한 시간 주기에서 공작물(130)에 대한 이온 빔의 위치를 각각 나타내는 3개의 상이한 예시적인 위치(306, 308, 310)에 도시되어 있다. 3개의 예시적인 위치들 각각에서 이온 빔은 가상으로 도시되어 있으며, 하나 이상의 빔 포커싱/형상 요소들이 스캐닝 동안 이온 빔 단면 형상을 변화 시킴에 따라 이온 빔의 3개의 예시적인 단면 형상을 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 빔 형상 및 빔 전류 밀도 분포에서보다 현실적이며 비 대칭이며 비 체계적인 변동이 설명된다. 전술한 바와 같이, 상기 이온 빔의 단면 형상의 변화는 시간에 따른 이온 빔에 대해 상이한 빔 프로파일을 갖는 복수의 상이한 순간 전류 값을 제공할 것이다. 예를 들어, 제1단면 빔 형상은 빔 프로파일을 따른 제1위치에서 전류 "스파이크"를 갖는 제 1 빔 프로파일을 가질 수 있는 반면, 제2단면 빔 형상은 빔 프로파일을 따라 제1위치와 상이한 제2위치에 전류 스파이크를 갖는 제2빔 프로파일을 가질 수 있다. 또한, 제3단면 빔 형상은 빔 프로파일을 따라 다수의 위치에서 다수의 스파이크를 갖는 제3빔 프로파일을 가질 수 있다. 도 6 및 도 6a는 위치(P1)에서 진폭(A1)을 갖는 전류 피크/스파이크를 포함하는 제1이온 빔 형상과 관련된 빔 전류 프로파일(408)을 도시한다. 도 7 및 도 7a는 공작물 상에 입사하는 제2이온 빔 형상을 도시하며, 제2이온 빔 형상과 관련된 빔 전류 프로파일(410)은 위치(P2)에서 진폭(A2)을 갖는 전류 피크/스파이크를 포함한다. 상기 이온 주입 시스템과 관련된 다양한 요인에 의해 야기될 수 있는 이온 빔의 단면 형상이 급격히 변경되면, 웨이퍼 전반의 고속 스캔 과정에서 빔 프로파일들 간의 빔 전류 밀도가 달라질 수 있다. 따라서, 이온 빔의 급격한 변화 단면 형상은 상이하고 다양한 빔 전류 프로파일을 갖는 다수의 상이한 가변적인 빔 전류 밀도로 공작물을 노출시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 프로세스 제어 그리고 빔 전류 밀도, 빔 전류 분포 및 공작물에 주입될 것으로 예상되는 이온의 일반적인 주입량을 포함하는 다른 이유로 이온 빔의 다양한 특성 및 파라미터를 결정하기 위해 이온 주입 이전 및 동안 이온 빔을 모니터링 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명은 빔이 공작물을 가로질러 스캐닝 될 때 복수의 이산 빔 전류 샘플 측정치를 제공하기 위해 250KHz 정도의 소정의 주파수로 이온 빔을 샘플링 하기 위한 하드웨어 및 관련 전자 장치 및 제어 시스템을 포함한다. 이러한 비교적 높은 주파수 샘플링 속도는 필요하지 않으며, 이온 주입 동안 빔 스캐닝과 비교하여 많은 샘플들이 측정 될 수 있는 한, 5Khz 또는 심지어 500hz와 같이 낮은 샘플링 속도가 일부 애플리케이션에서 유용할 수 있다는 점에 주의할 것이다. 본 명세서에 개시된 예시적인 시스템에서, 사이드 샘플링 컵 및 튜닝 컵이 제공되며, 여기서 빔 전류는 스폿 이온 빔이 그 위를 통과함에 따라 샘플링 되고 측정된다. 이들 컵으로부터의 출력 측정치는 일반적으로 실시간으로 빔 전류 파형의 그래픽 표현을 제공하기 위한 디스플레이 요소(155a)를 포함하는 빔 샘플링 시스템에 전달된다. 상기 모니터링 된 샘플들은 실시간으로 볼 수 있는 시간 및 위치 종속성 이온 빔의 빔 전류 프로파일을 제공하기 위해 스캐너에 입력된 스캔 전류 파형(스캐닝 된 공작물의 위치는 물론)과 동기화된다. 또한 모니터링 된 샘플링을 스캔 전류 파형과 동기화시키는 것은 스캔 방향에 관한 정보를 제공하며, 이는 소정의 제어 출력을 결정하는데 사용될 수 있다.
디스플레이 요소(155a)로부터의 예시적인 스크린 캡쳐가 도 8에 제공되고, 도 8은 튜닝 컵(804, 814)에 의해 생성된 파형과 조합된 좌측 및 우측 사이드 패러데이 컵에 의해 생성된 파형을 도시한다(웨이퍼의 왼쪽에서 오른쪽 스캔에서는 802, 806, 그리고 웨이퍼의 오른쪽에서 왼쪽 스캔에서는 816, 812). 또한 도 8은 스캐너에 입력되는 스캔 전류 파형(820)을 도시한다. 이러한 파형은 상기 빔이 시간 0에서 12500 uSec까지(스캔 파형이 양의 기울기를 가질 때) 제1방향으로 스캐닝 되고, 빔이 시간 12500 uSec에서 25000 uSec까지(스캔 파형이 음의 기울기를 가질 때) 제1방향과 반대인 제2방향으로 스캐닝 됨에 따라 파형 형태의 빔 전류 샘플을 나타낸다. 본 발명은 모든 범위에서 스캔 시간 및 주파수에 동일하게 적용된다는 것을 이해할 것이다. 모니터링 된 빔 샘플을 스캔 전류 파형과 동기화시킴으로써, 이온 빔의 시간 및 위치 의존성 빔 전류 파형이 디스플레이 될 수 있다. 모니터링 된 샘플링을 스캔 전류 파형과 동기화시키는 것은 또한 본 발명에 따라 소정의 제어 출력을 결정하는데 사용될 수 있는 스캔 방향에 관한 정보를 제공한다.
도 8에 도시된 바와 같이 이온 빔의 빔 전류 파형은 좌측 사이드 컵(802, 812)에 의해 캡쳐되고 좌측 사이드 컵(806, 816)에 의해 캡쳐되는 비교적 불균일한 빔 전류 파형 사이에 샌드위치 된 튜닝 컵(804, 814)에 의해 캡쳐된 비교적 안정하고 균일한 빔 전류 파형을 나타낸다. 도 8에 도시된 이온 빔의 빔 전류 파형은 상기 빔이 제1방향을 따라 그리고 역방향인 제2방향을 따라 스캐닝 됨에 따라 캡쳐된 상대적으로 대칭인 빔 전류 파형을 나타내는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 우측 사이드 컵에 의해 캡쳐된 파형(806, 816)은 상기 빔이 사이드 컵의 좌측 에지로부터 우측 에지로 진행함에 따라 빔 전류의 약간의 증가를 나타내고, 상기 빔이 사이드 컵의 우측 에지로부터 좌측 에지로의 이동 방향을 반전시키므로 빔 전류에서 실질적으로 동등한 약간의 감소가 있게 된다. 이러한 경우, 즉 우측 사이드 컵에 의해 캡쳐된 파형(806, 816)에서, 빔 전류의 변화가 분석될 수 있고, 그 변화가 예측된 균일성 측정치 또는 전술한 바와 같은 PNU 내에 있다고 결정될 수 있어, 보정 동작이 제어 시스템을 통해 요구되지 않는다. 그러나, 전류 변화의 대칭 특성을 고려하면, 상기 사이드 컵의 극단 우측에서 전류 밀도 측정 값이 높아지며, 상기 제어 시스템은 정의된 스캔 전류 범위(스캔 범위의 맨 오른쪽으로 이온 빔을 스캐닝 하는 것과 관련된 전류 범위) 내에서 동작하는 스캐너와 관련된 체계적인 문제점을 식별 할 수 있다. 이러한 경우, 상기 제어 시스템은 하나 이상의 빔 광학 소자에 대한 보정 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 또는 상기 제어 시스템은 상기 웨이퍼의 추가 이온 주입을 방지하기 위해 잠금 신호를 생성할 수 있다.
다른 예에서, 상기 파형(802, 812)은 좌측 사이드 컵에 의해 캡쳐된 전류 신호를 나타낸다. 이러한 파형 세그먼트는 상기 빔이 좌측 사이드 컵의 좌측 에지에서 우측 에지로 이동함에 따라 빔 전류에 큰 급격한 상승을 나타내고(파형 802), 상기 빔이 좌측-투-우측(left-to-right)에서 우측-투-좌측(right-to-left)으로 이동 방향을 반전시킨 후에 빔 전류에서 실질적으로 동등한 스파이크가 발생한다(파형 812). 이러한 경우, 즉 좌측 사이드 컵에 의해 캡쳐된 파형(802, 812)에서, 빔 전류의 변화가 분석될 수 있고, 전류 스파이크가 임계 값 빔 균일성 측정의 범위 밖에 있다고 결정될 수 있어, 제어 시스템을 통해 보정 동작이 요구될 수 있다. 또한 상기 빔 전류 샘플링은 분석되어, 빔 전류 드리프트, 변화 및/또는 변동은 빔 전류의 절대 값으로서 소정의 임계 레벨을 초과하거나 이전의 전류 샘플 또는 샘플들과 비교하여 상대 값으로서 초과하는 경우, 주어진 이온 주입 사이클을 중단시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 제어 시스템은 상기 웨이퍼의 추가 이온 주입을 방지하기 위해 또는 빔 전류 변동을 수용 가능한 범위 내로 감소시키기 위한 하나 이상의 광학 소자에 동적 피드백 신호를 제공하기 위해 잠금 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
디스플레이 요소로부터의 다른 예시적인 스크린 캡쳐가 도 9에 제공되고, 도 9는 상기 빔이 제1방향 및 제2방향으로 여러 번 스캐닝 될 때 튜닝 컵에 의해 생성된 다수의 파형(904)과 조합하여, 좌측 및 우측 사이드 패러데이 컵에 의해 생성된 다수의 파형(902, 906)을 도시한다. 도 9의 경우, 캡쳐된 파형은 도 8에 도시된 바와 같은 파형의 직렬 레이아웃과는 반대로, 상기 빔이 제1방향으로 이동하고 반대 방향인 제2방향으로 이동함에 따라 서로 중첩되고 접혀진 상태로 도시된다. 다수의 빔 전류 측정치는 스캔 전류 파형과 동기화되어 이온 빔 전류의 시간 및 위치 의존성 빔 전류 파형이 표시된다. 또한, 모니터링 된 빔 샘플을 스캔 전류 파형과 동기화시키면서 이들 파형을 서로 오버레이 시킴으로써, 스캔 방향 의존성 빔 전류 파형이 생성될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시 예에서, 디스플레이 소자(155a)는 컬러 디스플레이 스크린의 형태로 제공되는 것이 바람직하고, 상기 빔의 우측-투-좌측(right-to-left) 스캔 모션과 관련된 파형은 제1컬러로 디스플레이 될 수 있고, 상기 빔의 좌측-투-우측(left-to-right) 스캔 모션과 연관된 파형은 제2컬러로 디스플레이 될 수 있다.
도 9의 대표적인 스크린 캡쳐에서, 예를 들어, 튜닝 컵에 의해 캡쳐된 파형(904)의 중앙 부분(904a) 근처에서 현저한 빔 전류 변동이 발생한다는 것을 알 수 있다. 이것은 문서화 된 바와 같이 자기 스캐너 시스템과 관련된 잘 알려진 문제인 소위 제로 필드 이상(anomaly)과 관련 될 수 있다. 또는, 부분(904a)에 나타난 변동은 빔 라인 내의 다양한 빔 광학 소자 중 임의의 것과 관련된 다른 요소와 관련될 수 있다. 또한, 도 9의 대표적인 스크린 캡쳐는, 예를 들어 빔이 튜닝 컵의 우측을 가로지르면서 빔 전류와 연관된 파형 세그먼트(904c)가 빔이 튜닝 컵의 우측을 가로질러 갈 때 빔 전류와 또한 관련되는 파형 세그먼트(904b)와는 반대로 크게 변화한다는 것을 증명한다. 이러한 상이한 파형 섹션은, 상기 빔이 제1방향으로의 빔 이동과 비교하여 제2방향으로 이동하는 시간 주기에서의 대조를 나타낼 수 있다. 파형 세그먼트(904b)와 파형 세그먼트(904c) 사이의 변화는, 예를 들어, 스캐닝 된 빔이 가스 배출을 야기하는 엔드 스테이션의 우측 영역에 충돌하는 문제를 나타낼 수 있다(즉, 상기 빔은 엔드 스테이션의 우측에 존재하는 포토 레지스트 오염물을 때린다). 이와 같이, 빔 전류는 방향이 바뀌지만 다음 빔 스캔으로 연장되기까지는 길지 않은 시간 동안 연장되는 짧은 가스 배출 편위(excursion) 중에 부정적으로 영향을 받을 수 있다. 이러한 가스 배출 편위는 엔드 스테이션 내에서 압력 서지(surges) 또는 드롭(drops)을 유발할 수 있으며, 이는 한 스캔 통과에서 다음 스캔 통과까지 상대적으로 고정된 시간 동안 빔 일관성이 불일치로 나타날 수 있다. 이러한 비균일성 및/또는 빔 전류의 변동은 빔 라인 내의 다양한 빔 광학 소자와 관련된 다른 요소, 특히 제2방향으로의 빔 이동과 관련된 섹션의 스캐너로부터 하류의 빔 광학 구성 요소와 관련된 다른 요소와 관련될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 하나 이상의 빔 광학 소자에 대한 입력으로서 보정 피드백 신호의 생성을 포함하도록 이온 주입 시스템의 제어와 결합된 빔 전류의 샘플링 및 고차원 분석을 가능하게 한다. 또는, 제어 시스템은 추가 보정 동작이 취해질 수 있도록 웨이퍼의 추가 주입을 방지하기 위해 잠금 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 모니터링 및 샘플링 시스템에 의해 캡쳐된 빔 전류 변동 및/또는 빔 전류 변화가 이온 주입 시스템을 작동시키도록 구성된 제어 시스템에 대한 입력으로서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 제어 시스템이 없는 경우, 이온 빔은 높거나 낮은 빔 전류 또는 이온 선량 스파이크로 구성된 빔 전류의 주기적 변화를 경험할 수 있다. 이러한 스파이크는 산발적이거나 이온 주입기 내의 다른 소스에서 생성될 수 있는 빔 전류의 구성 또는 주기적 변화 일 수 있다. 예를 들어, 입자 오염 또는 빔 모양의 변동은 빔 전류에서 예기치 않은 빠르고 급격한 변동(변조)을 유발할 수 있다. 또는, 렌즈와 같은 빔 처리 구성 요소 내의 진동과 같은 기계적 소스는 빔 전류에서 체계적이고 반복 가능한 변동(변조)을 유발할 수 있다. 특히, 정전기 성분, 자기 성분 또는 기계적 성분과 같은 빔 라인 성분 내의 변동은 기판에서의 이온 빔 세기의 변화를 야기할 수 있다. 경우에 따라, 이온 빔이 빔 라인을 통해 전파됨에 따라 빔 위치, 빔 크기 및/또는 빔 발산 그리고 방향이 변동하여 빔 전류의 변동(변조)을 야기할 수 있다.
상기 제어 시스템은 빔 변화를 검출하고, 그리고 이온 주입 시스템이 인터락 및/또는 셧다운 되어 기판 프로세스를 중단하게 하는 제어 신호를 트리거 함으로써, 이러한 변동을 처리할 수 있다. 또는, 상기 제어 시스템은 빔 변화를 검출하고, 그리고 기판에 불균일한 이온 선량을 전달하는 것을 피하기 위해 빔 광학 구성 요소와 관련된 하나 이상의 전원 공급 장치에 대한 조정을 유도하는 진단 라우팅을 가능하게 하는 제어 신호를 트리거 함으로써, 이러한 변동을 처리할 수 있다. 특히, 다양한 실시 예에서, 상기 시스템은 이온 주입기의 파라미터를 동적으로 조정하여 빔 전류 변조를 감소시키거나 제거하여 보다 균일한 이온 선량을 기판에 전달하도록 구성된다. 따라서, 동적으로 조정된 이온 빔이 기판에 전달될 수 있으며, 바람직하게는 단위 면적당 이온 선량이 기판 전체에 걸쳐 균일한 이온 주입량이 얻어진다.
예를 들어, 도 1의 제어 시스템(154)은 각각의 상관 된 위치에서 기판에 전달된 이온 빔 전류 밀도를 결정하기 위해 이온 빔의 빔 전류 밀도 프로파일 및 상관 된 위치를 분석하고 예측된 선량 균일성을 더 계산하도록 구성되며, 상기 제어기는 상기 예측된 선량 균일성이 이온 주입 균일성 기준과 불일치하는 경우 보정 조치를 수행하도록 더 구성된다는 것이 이해될 것이다. 하나의 예시적인 실시 예에서, 제어기(154)는 빔 광학 소자 중 임의의 하나를 조정하여, 이온 주입 사이클의 진행 중에 실시간 또는 인-로 이온 빔 전류 또는 전류 밀도를 동적으로 변조하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제어기는 상기 빔 광학의 조정이 이온 주입 균일성 기준에서 식별된 불일치 또는 비균일성을 보정하지 못하면 상기 이온 주입을 정지 시키도록 더 구성될 수 있다.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은 이온을 공작물에 균일하게 주입하는 방법을 더 제공한다. 예시적인 방법은 본 명세서에서 일련의 단계 또는 사건으로서 도시되고 설명되지만, 본 발명은 몇몇 단계들이 본 발명에 따라 본 명세서에 도시되고 설명 된 것 이외에 다른 순서로 및/또는 다른 단계와 동시에 발생할 수 있으므로 그러한 단계 또는 사건의 도시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 점에 주의하여야 한다. 또한, 도시된 모든 단계가 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것이 요구될 수 있는 것은 아니다. 또한, 본 방법은 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 뿐만 아니라 본 명세서에 도시되고 기술된 시스템과 관련하여 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 당업자는 방법이 상태도에서와 같이 일련의 상호 관련된 상태 또는 사건으로서 선택적으로 표현될 수 있다는 것을 이해하고 인식할 것이다.
도 10은 이온 주입 시스템 제어 및 본 발명에 따른 빔 전류 균일성의 제어를 위한 제1예시적인 순서도(1000)를 도시한다. 상기 순서는 이온 빔이 생성되는 단계(1002)에서 시작한다. 단계(1004)에서, 상기 이온 빔은 스캐너(정전기 또는 자기)를 포함하는 다수의 빔 광학 소자를 통해 이송되고, 이온 소스 추출 및 억제 전극, 질량 분석기, 분해 조리개, 빔 포커싱 요소, 스캐너 전극 또는 다른 편향 시스템, 평행화 시스템, 각도 에너지 필터 및/또는 전하 중화 시스템을 더 포함할 수 있다. 단계(1006)에서, 다수의 이산 빔 전류 측정치를 제공하기 위해 복수의 빔 전류 측정치가 샘플링 된다. 일 실시 예에서, 빔 전류 측정은 대략 250KHz 이상의 속도로 수행될 수 있다. 이들 복수의 이산 빔 전류 측정치는 단계(1008)에서 스캔 전류와 상관되어 각 이산 빔 전류 측정치에 대한 위치 정보를 제공한다. 이러한 빔 전류 샘플은 빔 전류 및 위치를 제공하기 위해 스캔 전류의 함수로서 수집된다. 예를 들어, 단계(1006)는 이온 빔의 스캐닝과 동시에 발생하여, 사이드 패러데이 컵 및 튜닝 패러데이 컵이 이온 빔의 위치 및 공작물의 물리적 치수에 기초하여 이온 빔에 노출된다. 이와 같이, 빔 전류 밀도 프로파일은 단계(1008)에서 공작물, 복수의 사이드 패러데이 컵 및 튜닝 패러데이 컵에 대한 이온 빔의 위치와 상관된다.
그 다음, 순서는 이온 빔 샘플 측정의 분석이 수행되는 단계(1010)로 진행한다. 단계(1012)에서, 현재 전류 샘플이 선행 전류 샘플에 대한 임계 값을 초과하는지 여부에 관한 결정이 이루어진다. 상기 결정이 "아니오"이고 그 임계 값이 초과되지 않으면, 순서가 진행되고, 후속 빔 전류 측정이 샘플링 되고 분석된다. 상기 결정이 "예"이고, 그 임계 값이 초과된 경우, 순서는 단계(1014)로 진행하여, 이온 주입 프로세스가 인터락 되거나 정지된다.
도 11은 본 발명에 따른 이온 주입 시스템 제어 및 빔 전류 균일성의 제어를 위한 다른 예시적인 순서도(1100)를 나타낸다. 도 10에 도시된 순서도와 유사하게, 순서는 이온 빔이 생성되는 단계 (1102)에서 시작한다. 단계(1104)에서, 이온 빔은 도 10과 관련하여 기술된 것과 동일한 방식으로 복수의 빔 광학 소자를 통해 이송된다. 단계(1106)에서, 빔 전류 샘플의 위치가 결정될 수 있도록 복수의 빔 전류 측정치가 스캐닝 시스템(단계 1108)의 스캔 전류와 동기화로 샘플링 된다. 그 다음, 순서는 단계(1110)로 진행하여 이온 빔 샘플 측정의 분석이 수행될 수 있다. 단계(1112)에서, 단계(1110)에서 수행된 분석에 기초하여, 현재 전류 샘플이 선행 전류 샘플에 대한 임계 값을 초과하는지의 여부에 관한 결정이 이루어진다. 상기 결정이 "예"이고, 그 임계 값이 초과된 경우, 순서는 단계(1114)로 진행하며, 제어 신호는 빔 라인 상의 광학 소자들 중 적어도 하나에 인가된 바이어스 전압을 변화시키도록 생성된다. 이와 같이, 이러한 프로세스 순서에 따라, 이온 선량 균일도가 소정의 이온 주입 균일성 기준과 일치하지 않으면 이온 빔이 동적으로 변조될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 비균일성 임계 값 결정이 단계(1112)로 되돌아 가며 어떤 경우에는 단계(1106)로 되돌아가 신호를 재측정하고 재분석함으로써 이온이 계속된다는 것을 이해할 것이다. 제어 신호가 생성되어 빔 광학의 조정이 이온 주입 균일성 기준의 위반을 보정하지 못하면, 이온 주입은 도 10과 관련하여 설명된 방식으로 정지된다. 따라서, 이온 주입기의 파라미터를 적절히 조정하기 위한 적절한 제어 신호를 생성하기 위한 다수의 시도가 이루어질 수 있고, 상기 시도 횟수가 소정 횟수를 초과하면, 상기 이온 주입 공정이 인터락 또는 정지되는 단계로 진행할 수 있다.
본 발명은 복수의 공작물에 대한 빔 전류 밀도 프로파일 및 이온 빔의 상관된 위치를 분석하여 각각의 상관된 위치에서의 이온 빔의 빔 전류 균일성을 결정할 수 있고, 상기 제어기는 상기 선량 균일성이 이온 주입 균일성 기준을 위반하는 경우 보정 조치를 수행하도록 더 구성된다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 다양한 빔 광학 소자를 조정하기 위해 더 이용될 수 있어서, 선량 균일성이 이온 주입 균일성 기준을 위반한다면 이온 빔을 동적으로 변조한다. 마찬가지로, 본 발명은 광학 소자들의 조정이 이온 주입 균일성 기준을 보정하지 못하면 이온 주입 프로세스를 정지시키는데 더 이용될 수 있다.
본 발명은 소정의 바람직한 실시 예 또는 실시 예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해할 때 당업자에게 균등한 변경 및 변조가 이루어질 것이다. 특히, 상술한 구성 요소(조립체들, 장치들, 회로들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성 요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"에 대한 참조 포함)는 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 기술된 본 발명의 예시적인 실시 예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지는 않지만 설명 된 구성 요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소(즉, 기능적으로 균등함)에 적용될 수 있다. 게다가, 본 발명의 특이한 특징이 몇몇 실시 예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의의 주어진 분야나 특정 분야에 바람직하고 유리한 한, 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다.

Claims (23)

  1. 이온 빔을 생성하는 단계;
    상기 이온 빔을 공작물을 향해 이송하는 단계;
    스캔 전류 파형에 응답하여 스캐닝 된 이온 빔을 생성하기 위해 제1방향 및 제2방향으로 상기 이온 빔을 스캐닝 하는 단계 - 상기 제2방향은 상기 제1방향과 반대임 -;
    상기 이온 빔이 상기 공작물을 향해 이송될 때 상기 이온 빔을 선택적으로 스티어링 및/또는 성형하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자를 제공하는 단계;
    상기 스캔 전류 파형과 동기화하여 상기 스캐닝 된 이온 빔을 샘플링함으로써, 상기 이온 빔이 스캐닝 됨에 따라, 다수의 이온 빔 전류 샘플을 상기 공작물 상의 위치 및 스캔 방향의 함수로서 제공하고, 이로써 상기 스캐닝 된 이온 빔에 대응하는 위치 및 스캔 방향 정보를 제공하여 시간, 위치 및 스캔 방향 의존성 빔 전류 파형을 생성하는 단계;
    상기 다수의 이온 빔 전류 샘플을 분석하여 그 내부의 불균일성을 검출하는 단계; 및
    상기 분석 단계에 응답하여 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 분석 단계는 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플 중 적어도 하나를 이전의 이온 빔 전류 샘플과 비교하는 단계를 포함하고;
    상기 생성 단계는 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플에서 검출된 불균일성이 소정의 임계 값을 초과하는 경우 개시되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템에서 이온 빔 균일성 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 이온 주입 시스템에서 상기 이온 빔 이송을 인터락하는 신호를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이온 빔 균일성 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 이온 빔의 유효 단면 형상의 변화를 제어하기 위하여 상기 적어도 하나의 빔 광학 소자에 대한 입력을 변화시키기 위한 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 균일성 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석 단계는 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플 중 적어도 하나를 예측되는 불균일성 사양과 비교하는 단계를 포함하고; 및
    상기 생성 단계는 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플에서 검출된 불균일성이 예측되는 불균일성 사양을 초과할 때 개시되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 균일성 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 이온 빔 전류 샘플 및 다수의 공작물에 걸쳐 다수의 스캔에 대한 상기 이온 빔의 위치를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 균일성 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 빔 광학 소자는 상기 이온 빔의 유효 단면 형상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 이온 빔 균일성 제어 방법.
  7. 이온 빔을 생성시키는 이온 소스;
    공작물이 유지되도록 구성된 엔드 스테이션을 향해 상기 이온 빔을 빔 경로를 따라 이송하도록 구성되는 빔 라인;
    상기 이온 빔이 상기 공작물을 향해 이송될 때 상기 이온 빔을 선택적으로 스티어링, 편향 및/또는 성형하도록 구성되고, 상기 빔 라인을 따라 위치되는 다수의 빔 광학 소자;
    스캔 전류 파형을 수신하여, 상기 스캔 전류 파형에 응답하여 스캐닝 된 이온 빔을 생성하기 위해 제1방향 및 제2방향으로 상기 이온 빔을 스캐닝 하도록 구성되는 스캐너 단계 - 상기 제2방향은 상기 제1방향과 반대임 -;
    상기 이온 빔이 스캐닝 됨에 따라 다수의 이온 빔 전류 샘플을 제공하도록 상기 스캐닝 된 이온 빔을 샘플링 하도록 구성되는 빔 샘플링 시스템; 및
    상기 공작물 상의 위치 및 스캔 방향의 함수로서 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플을 제공하기 위해 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플을 상기 스캔 전류 파형과 동기화시켜 상기 스캐닝 된 이온 빔에 대응하는 위치 및 스캔 방향 정보를 제공하여, 시간, 위치 및 스캔 방향 의존적인 빔 전류 파형을 생성하도록 구성되는 제어기; 를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플을 분석하여 그 불균일성을 검출하고, 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플 중 적어도 하나를 이전의 이온 빔 전류 샘플과 비교하는 단계를 포함하고, 소정의 임계 값을 초과하는 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플에서 검출된 불균일성에 응답하여 제어 신호를 생성하도록 더 구성됨을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 빔 샘플링 시스템은 상기 이온 빔과 교차하도록 구성된 다수의 패러데이 컵을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 패러데이 컵은 상기 공작물의 주변에 인접하게 배치되는 적어도 하나의 사이드 패러데이 컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 패러데이 컵은 상기 빔 경로를 따라 상기 공작물의 하류에 위치된 적어도 하나의 튜닝 패러데이 컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 이온 빔의 상기 공작물에 대한 위치를 상관시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 상기 공작물에 대한 위치에 상관된 빔 전류 밀도 프로파일을 저장하도록 구성된 저장 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 이온 주입 시스템에서 이온 빔 이송을 중단시키기 위한 인터락 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 이온 빔의 유효 단면 형상의 변화를 제어하기 위해 상기 복수의 빔 광학 소자 중 적어도 하나에 대한 입력을 변화시키기 위한 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 다수의 빔 광학 소자는 상기 이온 빔의 유효 단면 형상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
  16. 이온 빔을 생성하는 단계;
    상기 이온 빔을 빔 경로를 따라 이송하는 단계;
    상기 이온 빔이 상기 빔 경로를 따라 이송될 때 상기 이온 빔에 작용하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자를 제공하는 단계;
    제1방향 및 제2방향으로 상기 이온 빔을 스캐닝 하여 스캔 전류 파형에 응답하여 스캐닝 된 이온 빔을 생성하는 단계 - 상기 제2방향은 상기 제1방향과 반대임 -;
    상기 이온 빔이 공작물의 표면을 가로질러 스캐닝 될 때 다수의 상이한 이온 빔 전류 밀도 샘플을 획득함으로써 상기 빔 전류 밀도의 변동을 검출하도록 상기 스캐닝 된 이온 빔을 샘플링 하는 단계;
    상기 공작물 상의 위치 및 스캔 방향의 함수로서 상기 다수의 이온 빔 전류 샘플을 제공하기 위해 상기 다수의 상이한 이온 빔 전류 밀도 샘플을 상기 스캔 전류 파형과 동기화시켜, 시간, 위치 및 스캔 방향 의존성 빔 전류 파형을 생성하고, 상기 공작물에 대한 상기 이온 빔의 위치 및 스캔 방향 정보를 제공하는 단계;
    상기 이온 빔의 상기 위치 및 스캔 방향을 가지는 상기 다수의 상이한 이온 빔 전류 밀도 샘플을 분석하여 각각의 상관된 위치 및 스캔 방향에서 상기 이온 빔 전류 밀도를 결정하는 단계;
    대응하는 위치 및 스캔 방향의 현재 이온 빔 전류 밀도 샘플을 대응하는 위치 및 스캔 방향의 선행 이온 빔 전류 밀도 샘플과 비교하는 단계; 및
    상기 비교하는 단계가 임계 값을 초과하는 현재 이온 빔 전류 밀도 샘플 값을 산출하는 경우, 상기 비교하는 단계에 응답하여 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이온을 공작물에 균일하게 주입하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 이온 빔이 상기 빔 경로를 따라 이송 될 때 상기 이온 빔에 작용하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자에 인가된 바이어스 전압을 조정하기 위한 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온을 공작물에 균일하게 주입하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 비교 단계가 예측된 이온빔 전류 밀도 파형과 일치하지 않는 이온 빔 전류 밀도 샘플 값을 산출하는 경우, 상기 제어 신호는 상기 이온 주입을 정지시키기 위한 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온을 공작물에 균일하게 주입하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 비교 단계가 예측된 이온 빔 전류 밀도 파형과 일치하지 않는 이온 빔 전류 밀도 샘플 값을 산출하는 경우, 상기 이온 빔이 상기 이온 빔을 따라 이송될 때 상기 이온 빔에 작용하도록 구성된 적어도 하나의 빔 광학 소자에 인가된 바이어스 전압을 조정하기 위한 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온을 공작물에 균일하게 주입하는 방법.
  20. 이온 빔을 빔 경로를 따라 공작물이 유지되도록 구성된 엔드 스테이션을 향해 이온 빔이 빔 경로를 따라 배향되도록 구성되는 빔 라인;
    스캔 전류 파형 입력에 응답하여, 스캐닝 된 이온 빔을 생성하기 위해 제1 및 제2방향으로 상기 공작물의 표면을 가로질러 상기 이온 빔을 스캐닝 하도록 구성되는 스캐닝 시스템 단계 - 상기 제2방향은 상기 제1방향과 반대임 -;
    상기 이온 빔이 엔드 스테이션을 향할 때 상기 이온 빔을 밴딩, 편향, 포커싱 하거나 또는 다른 방식으로 변조하도록 구성되는 적어도 하나의 빔 광학 소자; 및
    상기 이온 빔이 상기 제1 및 제2방향으로 스캐닝 될 때 상기 스캔 전류 파형에 동기화하여, 상기 이온 빔의 빔 전류 밀도를 샘플링 하도록 구성되는 빔 샘플링 시스템을 포함하며,
    상기 빔 샘플링 시스템은,
    상기 공작물의 주변에 위치된 다수의 사이드 패러데이 컵;
    상기 빔 경로를 따라 상기 공작물의 하류에 위치된 튜닝 패러데이 컵; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 빔 샘플링 시스템의 출력을 분석하고, 상기 출력을 상기 스캐닝 시스템과 동기화시켜, 상기 공작물에 대한 상기 이온 빔의 위치 및 스캔 방향에 대한 빔 전류 밀도 값을 제공하고; 및
    상기 이온 빔의 예측된 선량 균일성을 계산하며;
    샘플링 된 이온 빔 값이 상기 예측된 선량 균일성에 불일치하는 경우 제어 신호를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
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