KR102591322B1 - 이온 주입 장치, 이온 빔 및 이온 주입기를 제어하는 방법 - Google Patents

이온 주입 장치, 이온 빔 및 이온 주입기를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

이온 주입 장치, 이온 빔 및 이온 주입기를 제어하는 방법이 제공된다. 이온 주입 장치는 메인 챔버, 입구 터널로서, 메인 챔버로 연장되는 입구 축을 갖는, 상기 입구 터널; 출구 축을 정의하고 메인 챔버에 연결된 출구 터널로서, 입구 터널과 출구 터널은 그 사이에 25도 미만의 빔 벤드를 정의하는, 상기 출구 터널, 메인 챔버에 배치되고 입구 터널과 출구 터널 사이에서 빔 경로를 정의하는 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 전극 어셈블리는 빔 경로의 제 1 측에 배치된 상단 전극 및 빔 경로의 제 2 측에 배치된 복수의 하단 전극을 포함할 수 있으며, 복수의 하단 전극은 적어도 3 개의 전극을 포함한다.

Description

이온 주입 장치, 이온 빔 및 이온 주입기를 제어하는 방법
본 개시는 전반적으로 기판에 주입하기 위한 장치 및 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 이온 빔을 위한 개선된 에너지 필터에 관한 것이다.
이온 주입은 충격을 통해 기판에 도펀트 또는 불순물을 도입하는 프로세스이다. 반도체 제조에서, 도펀트는 전기적, 광학적 또는 기계적 속성을 변경하기 위해 도입된다.
이온 주입 시스템은 이온 소스 및 일련의 빔 라인 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이온 소스는 이온이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 챔버 근처에 배치된 전원 및 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔 라인 컴포넌트는 예를 들어, 질량 분석기, 제 1 가속 또는 감속 스테이지, 시준기(collimator) 및 제 2 가속 또는 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하기 위한 일련의 광학 렌즈와 매우 유사하게, 빔 라인 컴포넌트는 특정 종, 형상, 에너지 및/또는 기타 특성을 가진 이온 또는 이온 빔을 필터링, 집속(focus) 및 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔 라인 컴포넌트를 통과하고, 플래튼(platen) 또는 클램프에 장착된 기판을 지향할 수 있다. 기판은 때때로 로플레 (roplat)라고 하는 장치에 의해 하나 이상의 차원 (예를 들어, 병진 이동, 회전 및 틸팅(tilt))로 이동될 수 있다.
많은 이온 주입기에서, 다운 스트림 정전 모듈은 이온 빔 에너지, 이온 빔 형상 및 이온 빔 크기를 제어하는 정전 렌즈 및 정전 필터로서 기능할 수 있다. 정전 모듈은 이온 빔의 전파 방향을 변경하면서 이온 빔을 최종 에너지로 가속하거나 감속할 수 있다. 이온 빔의 방향을 변경함으로써, 에너지 중성점(energetic neutrals)을 차단하여 잘 정의된 에너지를 갖는 최종 빔을 생성할 수 있다.
공지된 정전 모듈은 예를 들어, 쌍으로 배열된 7 개의 상단 및 하단 전극과 같은 다중 쌍의 전극을 사용할 수 있으며, 여기서, 전극은 통과하여 이동하는 이온 빔을 결합하고 가이드한다. 로드/전극 전위는 정전 모듈에 전기장을 생성하여 이온 빔이 이온 빔을 감속, 편향 및 집속 시키도록 설정된다.
정전 모듈의 일부 구성에서, 5 개 또는 7 개의 전극 쌍과 같은 주어진 수의 전극을 사용하여 기판에 부딪히기 전에 최종 빔 에너지로 빠져 나가기 전에 정전 모듈의 메인 챔버의 이온 빔을 편향, 감속 및 집속 시킬 수 있다. 전극을 적절한 동작 순서로 유지하기 위해, 주기적인 유지 관리를 수행하여 메인 챔버 뿐만 아니라 전극을 청소하고, 정전 모듈 사용 동안에 플레이크(flake)와 같은 잔해(debris) 또는 축적된 기타 재료를 제거할 수 있다. 예를 들어, 기판으로부터의 재료는 주입 동안에 재 스퍼터링될 수 있으며, 정전 모듈 내의 전극 표면 또는 다른 표면으로 다시 전달될 수 있다. 이러한 재료는 재료의 다른 침식 또는 플레이킹을 촉진하는 방식으로 전극에 축적될 수 있으며, 이 침식된 재료는 부분적으로 원자 레벨, 마이크로스코픽 또는 매크로스코픽 입자 또는 잔해로 기판 상으로 전달될 수 있다.
이들 및 다른 고려 사항과 관련하여, 본 개시가 제공된다.
일 실시예에서, 장치가 제공된다. 상기 장치는 메인 챔버, 상기 메인 챔버 내로 연장되는 입구 축을 갖는 입구 터널, 및 출구 축을 정의하고 상기 메인 챔버에 연결된 출구 터널을 포함한다. 상기 입구 터널과 상기 출구 터널은 그 사이에서 25도 미만의 빔 벤드(bean bend)를 정의할 수 있다. 상기 장치는 상기 메인 챔버에 배치되고 상기 입구 터널과 상기 출구 터널 사이의 빔 경로를 정의하는 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 전극 어셈블리는 상기 빔 경로의 제 1 측 상에 배치된 상단 전극 및 상기 빔 경로의 제 2 측 상에 배치된 복수의 하단 전극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 하단 전극은 적어도 3 개의 전극을 포함한다.
추가 실시예에서, 이온 빔을 제어하는 방법이 제공된다. 방법은 제 1 빔 궤적을 따라 챔버 내로 이온 빔을 전도하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 이온 빔은 제 1 전위에 있다. 상기 방법은 상기 이온 빔을 제 1 방향으로 편향시키는 한편, 상기 이온 빔을 제 2 전위로 가속시키는 단계, 및 상기 이온 빔을 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 편향시키면서 상기 이온 빔을 제 3 전위로 감속시키는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 이온 빔은 상기 제 1 빔 궤적과는 다른 제 2 빔 궤적을 따라 챔버를 빠져 나갈 수 있다.
다른 실시예에서, 이온 주입기는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스, 및 이온 빔을 제어하기 위해 상기 이온 소스의 다운 스트림에 배치된 정전 필터를 포함할 수 있다. 상기 정전 필터는 입구 터널을 포함할 수 있으며, 상기 입구 터널은 상기 정전 필터의 메인 챔버로 연장되는 입구 축을 갖는다. 상기 정전 필터는 출구 축을 정의하고 메인 챔버에 연결되는 출구 터널을 포함할 수 있으며, 상기 입구 터널과 상기 출구 터널은 그 사이에 25도 미만의 빔 벤드(beam bend)를 정의한다. 상기 이온 주입기는 상기 메인 챔버에 배치되고, 상기 입구 터널과 상기 출구 터널 사이의 빔 경로를 정의하는 전극 어셈블리를 포함할 수 있으며, 상기 전극 어셈블리는 상기 입구 터널의 하단 측면 상에 배치된다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 이온 주입 시스템을 보여주는 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 단면에서 정전 필터의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3a-3b는 본 개시의 예시적인 실시예들에 따른 인 빔을 전달하기 위한 2 개의 상이한 동작 모드에서의 정전 필터를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시예들에 따른 2 개의 상이한 동작 모드 하에서 예시적인 정전 필터에서의 정전 전위 및 에너지 중성 분포의 시뮬레이션을 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 다른 실시예들에 따른 2 개의 동작 모드 하에서 예시적인 정전 필터에서 스퍼터링된 입자 분포의 시뮬레이션을 예시한다.
도 6은 본 개시의 추가 실시예에 따른 하나의 동작 모드 하에서 예시적인 정전 필터에서 음의 입자 분포의 시뮬레이션을 예시한다.
도 7은 본 개시의 일부 실시예에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도면은 반드시 축척에 맞게 도시될 필요는 없다. 도면은 단지 표현일 뿐이며, 본 개시의 특정 파라미터를 묘사하기 위한 것이 아니다. 도면은 본 개시의 예시적인 실시예를 도시하기 위한 것이며, 따라서 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 도면에서, 같은 넘버링은 같은 엘리먼트를 나타낸다.
본 개시에 따른 시스템 및 방법은 이제 시스템 및 방법의 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하에서의 보다 완전하게 설명될 것이다. 시스템 및 방법은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 출원에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 대신에, 이러한 실시예가 제공되어 본 개시는 철저하고 완전해 질 것이며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자에게 완전히 전달될 것이다.
편의성과 명확성을 위해, "상부", "바닥", "상단", "하단", "수직", "수평", "측방(lateral)" 및 "종방향(longitudinal)"와 같은 용어가 도면에 나타낸 반도체 제조 장치의 컴포넌트의 기하학적 구조(geometry) 및 방위와 관련하여 이러한 컴포넌트 및 구성 부품의 상대적 배치 및 방위를 설명한다. 용어는 구체적으로 언급된 단어, 그 파생어 및 유사한 의미의 단어를 포함할 것이다.
본 출원에서 사용되는, 단수로 인용되고 "a" 또는 "an"이라는 단어로 진행되는 엘리먼트 또는 동작은 잠재적으로 복수의 엘리먼트 또는 동작도 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 언급은 인용된 특징을 포함하는 추가 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
예를 들어, 정전 필터로서 역할을 하는 정전 모듈의 개선된 동작 및 신뢰성을 위한 접근법이 본 출원에 제공된다. 예시적인 실시예에서, 정전 모듈의 메인 챔버에서 전극 어셈블리의 신규 배열을 포함하는 신규 아키텍처를 갖는 정전 필터가 개시된다.
이제 도 1을 참조하여, 시스템 (10)을 나타내는 예시적인 실시예가 도시되어 있으며, 시스템 (10)은 본 개시에 따른 이온 주입 시스템을 위해 사용될 수 있다. 시스템 (10)은 다른 컴포넌트들 중에서, 리본 이온 빔(ribbon ion beam) 또는 스폿 빔(spot beam)과 같은 이온 빔 (18)을 생성하기 위한 이온 소스 (14) 및 일련의 빔 라인 컴포넌트를 포함한다. 이온 소스 (14)는 가스 (24)의 흐름을 수용하고 이온을 생성하기 위한 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스 (14)는 또한 챔버 근처에 배치된 전원 및 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 이온 소스 (14)로부터 정전 필터 (40)로 연장되는 빔 라인은 업스트림 빔 라인 (12)으로 간주될 수 있다. 일부 비 제한적인 실시예에서, 업스트림 빔 라인의 빔 라인 컴포넌트 (16)는 예를 들어, 질량 분석기, 제 1 가속 또는 감속 스테이지 (36), 및 정전 필터 (40)의 업스트림에 배치된 시준기(collimator) (38)를 포함할 수 있고, 이 필터는 감속 및/또는 가속 또는 이온 빔 (18)을 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 빔 라인 컴포넌트 (16)는 특정 종, 형상, 에너지 및/또는 다른 특성을 갖는 이온 또는 이온 빔 (18)을 필터링, 집속 및 조작할 수 있다. 빔 라인 컴포넌트 (16)를 통과하는 이온 빔 (18)은 프로세스 챔버 (46) 내의 플래튼 또는 클램프에 장착된 기판 (15)을 향해 지향될 수 있다. 기판은 하나 이상의 차원 (예를 들어, 병진 이동, 회전 및 틸팅) 이동될 수 있다.
정전 필터 (40)는 이온 빔 (18)의 편향, 감속 및 집속을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔 라인 컴포넌트이다. 일부 실시예에서, 정전 필터 (40)는 수직 정전 에너지 필터 (VEEF : vertical electrostatic energy filter) 또는 정전 필터 EF이다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 정전 필터 (40)는 적어도 하나의 전극 구성을 정의하는 전극 어셈블리로서 배열될 수 있다. 전극 구성은 정전 필터 (40)를 통해 이온 빔 (18)을 프로세싱하기 위해 빔 라인을 따라 직렬로 배열된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정전 필터는 이온 빔 (18) 위에 배치된 적어도 하나의 상단 전극 및 이온 빔 (18) 아래에 배치된 하단 전극 세트를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 상단 전극과 하단 전극 세트 사이의 전위차는 중앙 광선 궤적(CRT : central ray trajectory) (18)을 따라 다양한 지점에서 이온 빔을 편향시키기 위해 중앙 이온 빔 궤적을 따라 변할 수도 있다. 시스템 (10)은 정전 필터 (40)에 결합된 입구 터널 (52) 뿐만 아니라 전극 전압 어셈블리 (50)로 도시된 전극 전압 서플라이를 더 포함할 수 있으며, 전극 전압 어셈블리의 동작은 이하에서 설명된다.
추가로 도 1에 도시된 같이, 시스템 (10)은 정전 필터 (40)의 바로 업스트림에 배열되거나, 정전 필터 (40)의 업스트림 부분을 형성하는 입구 터널 (52)을 포함하여 이온 빔 (18)을 정전 필터 (40)로 가이드할 수 있다. 시스템 (10)은 정전 필터 (40)의 메인 챔버의 바로 다운 스트림에 배치되거나 정전 필터 (40)의 일부를 형성하는 출구 터널 (124)를 더 포함할 수 있다. 다음의 실시예에서 개시되는 바와 같이, 입구 터널 (52), 출구 터널 (124) 및 정전 필터(40)의 전극은 시스템 (10)의 동작을 개선하기 위해 새로운 구성으로 배열될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 정전 필터 (40)는 비교적 낮은 빔 전류에서 높은 빔 전류까지, 비교적 낮은 빔 에너지에서 높은 빔 에너지까지 광범위한 조건에 걸쳐 빔 라인 동작을 위해 배열될 수 있다. 아래에서 논의되는 다양한 실시예에 따르면, 정전 필터 (40)가 배열될 수 있으며, 입구 터널과 출구 터널은 그 사이에 25도 이하의 빔 벤드(beam bend)를 정의하도록 정렬된다. 이 저 빔 벤드 배열은 많은 알려진 빔 라인 디자인과의 적응을 가능하게 한다.
이제 도 2를 참조하여, 정전 필터 (40)의 한 변형예의 구조가 도시된다. 도 2에서, 정전 필터 (40), 입구 터널 (52) 및 출구 터널 (124)의 측 단면도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 정전 필터 (40)는 정전 필터 (40) 위로 연장되고 정전 필터를 부분적으로 둘러싸는 메인 챔버 (102)를 포함한다. 정전 필터 (40)는 전극 (110), 전극 (112), 전극 (114) 및 전극 (116)을 포함하는 전극 어셈블리 (108)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 전극은 비대칭 구성으로 배열된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 특정 실시예에서, 전극 어셈블리 (108)는 전극 (110)으로 도시된 단지 하나의 상단 전극을 포함한다. 일부 실시예에서, 상단 전극은 도 2에 도시된 바와 같이 세장형(elongated) 단면을 포함할 수 있다.
세장형 단면의 제공은 상단 전극이 수직 방향을 따라 상대적으로 얇게 되도록 하여 기판으로부터의 시선(line of sight)을 벗어나게 한다. 동시에, 전체적으로 수평 방향을 따라서의 신장(elongation)은 상단 전극이 과도한 고전압을 요구하지 않고 들어오는 빔을 구부릴 수 있게 한다. 또한, 세장형 단면은 정전 응력(electrostatic stress)을 최소화하기 위해 도시된 대로 둥근 모서리를 가질 수 있다.
추가로 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 어셈블리 (108)는 출구 터널 (124)의 바로 아래에 배치된다. 전극 어셈블리 (108)는 또한 전극 (110)을 의미하는 "상단 전극"이 출구 터널 (124) 아래에 배치되도록 그렇게 배열될 수 있다. 실시예에서, 전극 어셈블리의 상단 전극은 출구 터널 (124) 아래의 제 1 거리에 배치되며, 복수의 하단 전극 (전극 (116) 참조)의 마지막 전극은 출구 터널 아래에 제 1 거리보다 작은 제 2 거리에 배치된다. 이 구성은 아래에서 논의되는 바와 같이, 가장 가까운 하단 전극보다 출구 터널 (124) 더 아래에 상단 전극을 배치하여 오염을 추가로 감소시킨다.
다양한 실시예에서, 입구 터널 (52)은 비대칭 구조를 갖도록 구성될 수 있으며, 입구 터널 (52)의 하부는 도 2에 예시된 바와 같이 상부보다 더 넓은 범위로 메인 챔버 (102) 내로 연장된다. 이 구성은 전극 (110)을 메인 챔버 (102)의 입구 측면에 더 가깝게 배치할 수 있게 하는데, 이는 아래에서 논의되는 바와 같이 정전 필터 (40)를 통해 이온 빔을 형상화하고 전달하는데 유리할 수 있다.
도 3a-3b는 정전 필터 (140)로 도시된 정전 필터 (40)의 일 변형예의 동작을 도시한다. 동작은 2 개의 상이한 동작 모드에 대해 도시되고, 도 3a에서, 정전 필터 (140)는 상대적으로 저 빔 에너지에 대해 동작되는 반면, 도 3b에서, 정전 필터 (140)는 상대적으로 더 고 빔 에너지에 대해 동작된다. 정전 필터 (140)는 메인 챔버 (102)에 인접하게 배치되고 출구 터널 (124)을 함유하는 플라즈마 플러드 건(plasma flood gun) (122)을 더 포함한다. 플라즈마 플러드 건 (122)은 공지된 플라즈마 플러드 건의 원리에 따라 동작하도록 배열될 수 있다.
도 3a는 저 에너지 인(phosphorus) 이온 빔의 전달의 시뮬레이션이 도시되어 있으며, 이온 빔 (142)은 3kV의 최종 빔 에너지를 갖는다. 이 시뮬레이션 및 후속 도면에 이어지는 다른 시뮬레이션에서, 입구 터널 (52)은 하부 측면이 상부 측보다 메인 챔버 (102) 내로 더 연장되는 비대칭 구조로 배열된다. 시뮬레이션을 위해, 하부 측면은 둥근 돌기 (실선)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실제 실시예에서 하부 측면은 점선으로 도시된 바와 같이 둥근 원위 단부 (53)를 나타낼 수 있다.
특히, 도 3a의 시뮬레이션에서, 이온 빔 (142)은 28kV의 초기 이온 전위로 정전 필터 (140)의 메인 챔버 (102)로 전도되고, 정전 필터 (140)에서 프로세싱된 후 3 kV의 최종 이온 에너지로 기판 (126)으로 전도된다. 이온 빔 (142)은 이 시뮬레이션에서 수평 (X-Y 평면)에 대해 약 20 도의 각도를 형성하는 제 1 빔 궤적을 따라 입구 터널 (52)을 통해 메인 챔버 (102)로 전도된다. 이온 빔 (142)은도 3a에 도시된 바와 같이 예컨대, 수평을 따라서의 제 1 빔 궤적과는 다른 제 2 빔 궤적을 따라 메인 챔버 (102)를 빠져 나간다. 따라서, 제 1 궤적과 제 2 궤적 사이에 저 빔 벤드가 정의되며, 이 경우 빔 비드는 20 도이다. 이 구성은 정전 필터 (140)가 빔 라인에 삽입될 수 있게 하는데, 여기서 시준기 (38) 및 기판 (15)과 같은 빔 라인 컴포넌트의 상대적인 배치는 정전 필터를 통해 프로세싱될 때 빔 궤적에서 상대적으로 작은 편차를 요구한다.
추가로 도 3a에 도시된 바와 같이, 이온 빔 (142)은 메인 챔버 (102)에 들어간 후 제 1 방향 (왼쪽 또는 위쪽으로)으로 편향되고, 이어서 메인 챔버를 빠져 나가기 전에 제 2 방향 (오른쪽 또는 아래로)으로 편향된다.
도 3b의 시뮬레이션에서, 이온 빔 (142)은 60kV의 초기 전위로 정전 필터 (140)의 메인 챔버 (102)로 전도된 비소 (As+) 이온 빔이고, 정전 필터 (140)에서 프로세싱된 후 60kV의 최종 전위에서 기판 (126)으로 전도된다. 이온 빔 (142)은 도 3a의 경우와 유사한 제 1 빔 궤적 및 제 2 빔 궤적을 따라 입구 터널 (52)을 통해 메인 챔버 (102)로 전도된다. 이 두 시뮬레이션에서, 32mA 전류가 정전 필터 (140)를 통해 기판 (126)으로 전달된다.
도 4a 및 4b는 개별적으로 도 3a 및 도 3b의 동작 조건에 대응하는 정전 전위 및 에너지 중성 궤도의 시뮬레이션을 도시한다. 도 4a에서, 챔버 벽 (120) 및 출구 터널 (124) 뿐만 아니라 전극 (116)은 접지 전위로 설정되고, 한편 전극 (110), 전극 (112) 및 전극 (114)은 음 전위로 설정된다. 도 4b에서, 챔버 벽 (120) 및 출구 터널 (124)은 접지 전위로 설정되고, 한편 전극 (110), 전극 (112), 전극 (114) 및 전극 (116)은 음 전위로 설정된다.
중성 플럭스 (146) 및 중성 플럭스 (148)는 개별적으로 이온 빔 (142) 또는 이온 빔 (144)의 초기 빔 에너지에 필적하는 에너지를 갖는 메인 챔버 (102)로 들어가는 에너지 중성자(energetic neutrals)의 경로를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 에너지 중성자는 변화하는 정전 전위에 의해 생성된 전기장의 영향을 받지 않기 때문에, 에너지 중성자는 직선 궤도를 따라 이동하고 출구 터널 (124)의 상부 뿐만 아니라 전극의 일부에 의해 차단(intercept)된다.
이제 도 5a 및 도 5b로 넘어 가서, 개별적으로 도 3a 및 도 3b의 조건 하에서 기판 (126)으로부터 배출된 스퍼터링된 재료 (130) 및 스퍼터링된 재료 (132)의 2 차원 공간 분포를 시뮬레이션하기 위한 한 쌍의 시뮬레이션이 도시된다. 스퍼터링된 재료는 기판 (126)에 초기에 배치된 재료를 나타내며, 여기서 기판 (126)에 이온을 주입하는 데 사용되는 입사 이온 빔은 기판 (126)의 표면 상에 또는 그 근처에 위치된 특정 양의 재료를 재 스퍼터링할 수 있다. 도 5a에서 입사 이온 빔은 3 keV의 에너지를 갖는 인 이온 빔인 반면, 도 5b에서 입사 이온 빔은 60 keV의 에너지를 갖는 비소 이온 빔이다.
도 5a의 시뮬레이션은 플라즈마 플러드 건 (122)과 기판 (126) 사이에 위치한 다운 스트림 영역 (128)에서 재 스퍼터링된 재료가 어디에나 있을 수 있음을 예시한다. 또한, 플라즈마 플러드 건 (122)에 의해 정의된 출구 터널 (124)은 기판 (126)으로부터 정전 필터 (140)의 메인 챔버 (102)를 향해 다시 이동한 입자를 나타내는 재 스퍼터링된 입자로 가득 차있다.
추가로 도 5a에 도시된 바와 같이, 재 스퍼터링된 입자의 시뮬레이션은 출구 터널 (124)과 정렬된 메인 챔버 (102) 내에 조밀한 플럼(plume)을 형성하고, 재 스퍼터링된 입자의 대부분은 출구 터널 위의 메인 챔버 (102)의 상부에 남아있다. 스퍼터링된 입자의 플럼은 그런 다음 메인 챔버 (102)의 챔버 벽 (120)의 다양한 위치에 내려 앉을 수 있다. 이 시뮬레이션에서, 어떤 경우에도 재 스퍼터링된 입자는 전극 어셈블리 (108)의 전극에 내려 앉지 않는다. 따라서, 도 5a의 구성은 적어도 기판 (126)으로부터의 직접적인 재 스퍼터링에 의해 전극 어셈블리 (108)의 전극 상에 임의의 재 스퍼터링된 재료를 축적할 가능성이 낮다.
도 5b의 시뮬레이션은 또한 플라즈마 플러드 건 (122)과 기판 (126) 사이에 위치되는 다운 스트림 영역 (128)에 재 스퍼터링된 재료가 어디에나 있을 수 있음을 도시한다. 또한, 플라즈마 플러드 건 (122)에 의해 정의된 출구 터널 (124)은 재 스퍼터링된 입자로 가득 차 있으며, 이는 입자가 기판 (126)으로부터 정전 필터 (140)의 메인 챔버 (102)를 향해 다시 이동함을 나타낸다.
추가로 도 5b에 도시된 바와 같이, 재 스퍼터링된 입자의 시뮬레이션은 출구 터널 (124)과 정렬된 메인 챔버 (102) 내에 조밀한 플럼을 형성하고, 재 스퍼터링된 입자의 대부분은 출구 터널 위의 메인 챔버 (102)의 상부 부분에 남아 있다. 스퍼터링된 입자의 플럼은 그 후 메인 챔버 (102)의 챔버 벽 (120)의 다양한 위치에 내려 앉을 수 있다. 이 시뮬레이션에서, 어떤 경우에도 재 스퍼터링된 입자는 전극 어셈블리 (108)의 전극 상에는 내려 앉지 않는다. 따라서, 도 5b의 구성은 적어도 기판 (126)으로부터의 직접적인 재 스퍼터링에 의해 전극 어셈블리 (108)의 전극 상에 임의의 재 스퍼터링된 재료를 축적할 가능성이 낮다.
이제 도 6으로 넘어 가서, 도 3a의 정전 필터 (40)의 변형예에 대한 추가 시뮬레이션이 도시된다. 구체적으로, 도 6은 전극 어셈블리 (108)의 전극으로부터 떠나는 음으로 하전된 입자의 궤적을 도시한다. 음으로 하전된 입자의 궤적은 상이한 전극에 인가되는 개별 전압에 따라 복잡한 패턴을 형성하는 주어진 전극으로부터 멀어지는 경향이 있다. 특히, 전극 어셈블리 (108)의 전극의 위치에 대한 출구 터널 (124)의 기하학적 구조에 의해 제공되는 차폐로 인해 음의 하전된 입자 궤적이 기판 (126)으로 이어지지 않는다.
더욱이, 정전 필터 (140)가 감속 모드에서 동작될 때, 양이온 빔을 초기 에너지에서 더 낮은 최종 에너지로 감속 시키면, 전극 어셈블리 (108)에 의해 양 입자 궤적이 생성된다.
다양한 실시예에 따르면, 전극 어셈블리 (108)의 전극은 도시된 직교 좌표계의 X 축을 따라 연장된 로드(rod) 또는 다른 구조일 수 있다. 이와 같이, 전극은 X 축을 따라 연장된 단면을 갖는 리본 빔을 제어하는 데 유용할 수 있고, 여기서 리본 빔은 X 축을 따라 수십 센티미터 너비가 될 수 있으며 몇 센티미터 정도의 높이를 가질 수 있다. 실시예는 이러한 맥락에서 한정되지 않는다.
하나의 전극이 빔 경로의 일 측에 배열되고 3 개의 전극이 빔 경로의 타 측에 배열되는 도 2-6의 전극의 구체적인 구성은 낮거나 또는 중간 정도의 최종 이온 빔 에너지에 특히 적절할 수 있다. 예를 들어, 이러한 구성은 50keV 미만의 동작에 적절할 수 있으며, 상대적으로 낮은 전압과 정전 응력이 전극에 존재할 수 있으며, 이온 빔을 감속하고 조정하는 데 사용되는 단 3 개의 전극과 같은 더 적은 전극을 허용한다. 이 적은 수의 전극은 더 컴팩트한 메인 챔버 디자인을 가능하게 하며, 재 스퍼터링된 기판 재료로부터 전극을 "숨기기"에 여전히 효과적이며 반대로 기판에 부딪힐 수 있는 원치 않는 음으로 하전된 입자를 생성하는 것을 방지한다.
또한, 상기 실시예는 빔 경로의 일 측 상에 3 개의 전극을 갖는 구성을 예시하지만, 다른 구성에서는, 4 개의 전극, 5 개 이상의 전극이 빔 경로의 일 측 상에 배열될 수 있다. 추가로, 상기 실시예는 빔 경로의 타 측 상에 단지 하나의 전극을 도시하지만, 다른 실시예에서, 하나 이상의 전극이 빔 경로의 타 측 상에 배열될 수 있다.
또한, 전극이 60도, 70도, 80도, 또는 90 도와 같은 더 가파른 빔 벤드(beam bend) 또는 30 도와 같은 하단 빔 벤드를 정의하도록 배열되는 구성이 가능하다. 이러한 다른 구성에서, 메인 챔버의 형상, 전극의 위치 및 출구 터널의 위치의 배열은 기판으로부터의 재 스퍼터링된 입자가 전극에 부딪히는 것을 방지하거나 실질적으로 감소시키고, 음으로 하전된 입자가 전극을 빠져 나와 기판에 부딪히는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다.
도 7은 예시적인 프로세스 흐름 (700)을 도시한다. 블록 (702)에서, 이온 빔은 제 1 에너지에서 정전 필터의 메인 챔버로 지향된다. 이온 빔은 입구 터널을 통해 지향될 수 있다. 블록 (704)에서, 이온 빔은 제 2 에너지로 가속되는 동안 제 1 방향으로 편향될 수 있다. 블록 (706)에서, 이온 빔은 제 3 에너지로 감속되는 동안 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향을 따라 편향될 수 있다. 이온 빔의 편향은 전극이 배치된 정전 어셈블리를 사용하여 일어날 수 있으며, 여기서 전극은 정전 필터의 다운 스트림에 배치된 기판으로부터의 가시선에 배열되지 않는다.
전술한 관점에서, 적어도 다음과 같은 이점이 본 출원에 개시된 실시예에 의해 달성된다. 본 실시예는 기판에 부딪히는 것으로부터 필터 전극에 생성된 음으로 하전된 입자에 대한 능력을 제거함으로써 정전 필터로부터의 기판의 직접 오염이 감소된다는 첫 번째 장점을 제공한다. 또한, 본 실시예에 의해 제공되는 또 다른 이온은 정전 필터의 전극 상에 기판으로부터 재 스퍼터링된 재료의 축적으로 인해 전극으로부터의 후속 스퍼터링 또는 플레이킹(flaking)에 대한 추가 오염원을 초래하는 간접 기판 오염의 제거이다. 추가적인 장점은 정전기 필터의 저 빔 벤드 구성으로, 기판 근처의 저 빔 벤드 아키텍처를 위해 디자인된 이온 주입기 빔라인에 쉽게 통합할 수 있다는 것이다.
본 개시는 본 출원에 설명된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되지 않는다. 실제로, 본 출원에 설명된 것들에 더하여, 본 개시에 대한 다른 다양한 실시예들 및 수정예들이 전술한 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 그러한 다른 실시예 및 수정예는 본 개시의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 본 개시는 특정 목적을 위해 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 본 출원에서 설명되었지만, 당업자는 유용성이 이에 제한되지 않고 본 개시가 다양한 목적을 위한 여러 환경에서 유익하게 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 아래에 설명된 청구 범위는 본 출원에 설명된 본 개시의 전체 범위 및 취지를 고려하여 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 이온 주입 장치에 있어서,
    메인 챔버;
    상기 메인 챔버 내로 연장되는 입구 축을 갖는 입구 터널;
    출구 축을 정의하고 상기 메인 챔버에 연결된 출구 터널로서, 상기 입구 터널과 상기 출구 터널은 그 사이에서 25 도 미만의 빔 벤드(beam bend)를 정의하는, 상기 출구 터널; 및
    상기 메인 챔버에 배치되고, 상기 입구 터널과 상기 출구 터널 사이의 빔 경로를 정의하는 전극 어셈블리를 포함하되,
    상기 전극 어셈블리는 상기 빔 경로의 제 1 측 상에 배치된 상단 전극, 및 상기 빔 경로의 제 2 측 상에 배치된 복수의 하단 전극을 포함하며, 상기 복수의 하단 전극은 적어도 3 개의 전극을 포함하고,
    상기 출구 터널의 하단 표면은 상기 빔 경로에 평행한 제1 평면을 따라 연장되고, 상기 전극 어셈블리는 전체가 상기 제1 평면 아래에 배치되고, 상기 메인 챔버 내의 어떠한 전극도 상기 제1 평면 위에 배치되지 않는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 어셈블리는 단지 하나의 상단 전극을 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 전극은 세장형(elongated) 단면을 포함하는, 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 전극은 상기 출구 터널 아래 제 1 거리에 배치되고, 상기 복수의 하단 전극 중 마지막 전극은 상기 출구 터널 아래 상기 제 1 거리보다 작은 제 2 거리에 배치되는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 입구 터널은 상부 및 하부를 포함하고, 상기 하부는 상기 상부보다 더 넓은 범위로 상기 메인 챔버 내로 연장되는, 장치.
  7. 이온 빔을 제어하는 방법에 있어서,
    입구 터널을 통해 제 1 빔 궤적을 따라 상기 이온 빔을 챔버로 전도시키는 단계로서, 상기 이온 빔은 제 1 전위에 있는, 상기 전도시키는 단계;
    상기 이온 빔을 제 2 전위로 가속시키면서 상기 이온 빔을 제 1 방향으로 편향시키는 단계; 및
    상기 이온 빔을 제 3 전위로 감속시키면서 상기 이온 빔을 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 편향시키는 단계로서, 상기 이온 빔은 상기 제 1 빔 궤적과는 상이한 제 2 빔 궤적을 따라 출구 터널을 통해 상기 챔버를 빠져 나가는, 상기 제 2 방향으로 편향시키는 단계를 포함하되,
    상기 출구 터널의 하단 표면은 상기 제 2 빔 궤적에 평행한 제1 평면을 따라 연장되고, 전극 어셈블리는 상단 전극 및 복수의 하단 전극을 포함하고, 상기 전극 어셈블리는 전체가 상기 제1 평면 아래에 배치되고, 상기 챔버 내의 어떠한 전극도 상기 제1 평면 위에 배치되지 않는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 빔 궤적 및 상기 제 2 빔 궤적은 25도 이하의 빔 벤드(beam bend)를 정의하는, 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 3 전위는 상기 제 1 전위보다 작은, 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 방향으로 상기 이온 빔을 편향시키는 단계 및 상기 제 2 방향으로 상기 이온 빔을 편향시키는 단계는 상기 전극 어셈블리를 사용하여 상기 이온 빔을 편향시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 이온 빔은 리본 이온 빔을 포함하고, 상기 전극 어셈블리는 전극 축을 따라 연장되는 복수의 로드(rod)를 포함하고, 상기 전극 축은 상기 이온 빔의 전파 방향에 수직으로 배향되는, 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 출구 터널을 따라 상기 챔버로부터 상기 이온 빔을 기판으로 전도시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 챔버 내에서, 상기 기판으로부터 스퍼터링된 입자를 차단하는 단계를 더 포함하고, 상기 스퍼터링된 입자는 상기 전극 어셈블리에 부딪치지 않는, 방법.
  14. 이온 주입기에 있어서,
    이온 빔을 생성하는 이온 소스; 및
    상기 이온 빔을 제어하기 위해 상기 이온 소스의 다운 스트림에 배치된 정전 필터를 포함하되, 상기 정전 필터는,
    입구 터널로서, 상기 정전 필터의 메인 챔버로 연장되는 입구 축을 갖는, 상기 입구 터널;
    출구 축을 정의하고 상기 메인 챔버에 연결된 출구 터널로서, 상기 입구 터널과 상기 출구 터널은 그 사이에 25도 미만의 빔 벤드를 정의하는, 상기 출구 터널; 및
    상기 메인 챔버에 배치되며, 상기 입구 터널과 상기 출구 터널 사이의 빔 경로를 정의하는 전극 어셈블리를 포함하되,
    상기 출구 터널의 하단 표면은 상기 빔 경로에 평행한 제1 평면을 따라 연장되고, 상기 전극 어셈블리는 전체가 상기 제1 평면 아래에 배치되고, 상기 메인 챔버 내의 어떠한 전극도 상기 제1 평면 위에 배치되지 않는, 이온 주입기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리는 상기 빔 경로의 제 1 측에 배치된 상단 전극 및 상기 빔 경로의 제 2 측에 배치된 복수의 하단 전극을 포함하는, 이온 주입기.
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