KR19990029595A - 이온주입기용 전자 샤우어 및 그 타겟/튜브 조립체를 교체하는방법 - Google Patents

이온주입기용 전자 샤우어 및 그 타겟/튜브 조립체를 교체하는방법 Download PDF

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레슬리 제이 카스퍼, 샤죠벡 프랑크 엠
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Abstract

이온주입 시스템(10)용 플라즈마 개선 전자 샤우어(62)는 대체가능한 흑연 내부 라이너(88)에 의해 최소의 부분을 한정한 쳄버(84)에 제공된 타겟(64)을 포함하여 제공된다. 상기 타겟에 부착된 필라멘트 조립체(67)는 상기 흑연 라이너에 의해 제공된 표면 쪽으로 1차전자의 공급을 발생 및 지향하게 하는데, 이것은 1차전자의 충돌 결과로 방출된 2차전자가 일정하게 낮은 에너지를 확실하게 갖게 하기 위하여 -10V 까지의 낮은 음의 전압(약 -6V)으로 바이어스된다. 상기 필라멘트 조립체(67)는 1차전자를 열적으로 방출하는 필라멘트(68)와, 상기 방출된 1차전자를 집중하는 바이어스된(-300V)필라멘트 전극(70), 및 상기 집중된 1차전자를 상기 흑연표면(118)쪽으로 추출하는 접지된 추출구멍(72)을 포함한다. 상기 타겟(64)에 부착된 가스노즐(77)은 상기 1차전자에 의해 이온화될 가스분자의 공급을 상기 쳄버안으로 유도한다. 상기 노즐의 방향은 상기 가스분자의 이온화 속도를 최대로 하기 위하여 상기 필라멘트 조립체(67)에 관하여 착수된다.

Description

이온주입기용 전자 샤우어 및 그 타겟/튜브 조립체를 교체하는 방법
다음의 미국 특허출원, 즉, 1997년 9월 8일 출원되고, 출원번호가 특허 제 929, 180호이고, 발명의 명칭이 이온주입 전자 샤우어에 대하여 전압이 인가되고 톱니모양으로 된 확장튜브인 출원은 본원의 인용참증으로 포함되었다.
본 발명은 일반적인 이온주입기 분야에 관한 것으로써, 특히, 이온주입기안에 전자 샤우어 또는 전자 범람(electron flood)을 개선한 것이다.
이온주입법은 대규모 집적회로 제조시 반도체에 불순물을 주입하는 산업에 적합한 기술이 되었다. 통상적인 이온주입기는 (ⅰ) 이온빔 방출단자, (ⅱ) 이 단자에 의해 방출된 이온빔의 지향 및 조절(directing and conditioning)을 위한 빔라인, (ⅲ) 이 조절된 이온빔으로 이온주입될 반도체 웨이퍼를 포함하는 엔드 스테이션과 같은 3개의 섹션 또는 서브시스템을 포함한다. 상기 단자는 양으로 대전된 이온빔을 추출하는 소오스이다. 상기 빔라인 성분은 에너지 레벨을 조정하고, 그것의 경로상에 상기 추출된 양의 대전 이온빔을 이온주입될 웨이퍼 쪽으로 집중시킨다.
상기 이온주입기를 사용할 때 발생하는 문제점은 웨이퍼 대전의 문제이다. 상기 양으로 대전된 이온빔이 계속하여 상기 웨이퍼를 때림으로써, 이 웨이퍼의 표면은 바람직하지 않은 양의 전하가 과도하게 누적될 수 있다. 상기 웨이퍼 표면의 전기장 때문에 상기 웨이퍼상의 마이크로 전자회로를 손상시킬 수 있다. 이렇게 누적된 표면전하의 문제는 주입된 회로소자가 소형화 됨으로써 더욱 명백해 졌다. 왜냐하면, 소형의 회로소자는 전기장의 손상에 더욱 민감하기 때문이다.
상기 이온주입기의 이용시, 특히, 낮은 에너지를 적용할 때 발생하는 다른 문제점은 빔 블로우-업(blow-up)으로 언급된 현상인데, 이것은 이온빔내의 양으로 대전된 이온들이 서로 반발하는 추세에 관한 것이다(공간전하 효과로 공지됨). 상기 상호간의 반발은 바람직한 형태의 빔이 주어진 빔경로를 벗어나게 한다. 빔 블로우-업은 고 전류, 저 에너지를 적용할 때 특히 문제가 된다. 왜냐하면, 상기 이온들의 밀도가 큰 빔(고 전류)은 상기 이온들의 상호 반발력을 지나치게 강하게 하고, 상기 이온들의 저속(낮은 에너지)은 이온들이 웨이퍼에 도달하기 전에 반발력이 이온에 작용하는데 많은 시간이 걸리게 한다.
웨이퍼 대전(wafer charging) 및 빔 블로우-업 현상으로 공지된 해법은 전자 샤우어 또는 플라즈마 샤우어를 이용한다. 또한, 이러한 샤우어들은 전자 범람 또는 프라즈마 범람으로 언급된다. 상기 전자 및 플라즈마 샤우어는 낮은 에너지를 갖는 전자를 발생하고, 이 전자들을 상기 빔으로 유도한다. 플라즈마 범람은 아크 쳄버안에 플라즈마를 발생시키고, 이온빔 전위는 낮은 에너지 플라즈마 및 전자들을 상기 빔으로 추출한다. 전자 샤우어는 상기 빔을 향상시키는데 이용되는 2차(낮은 에너지)전자를 발생시켜 공간전하(빔 블로우-업)추세 및 웨이퍼 대전 효과를 줄인다.
통상적인 전자 샤우어는 2차전자를 발생하는 타겟 쳄버 및 이 타겟 쳄버의 다운스트림에 접속된 확장튜브를 포함한다. 상기 이온빔이 상기 타겟 쳄버를 통과하는 것 같이, 2차전자는 상기 빔을 침투시키고, 부분적으로 중성화 시킨다. 이렇게 부분적으로 중성화된 빔은 상기 확장튜브를 통과하여 이온주입될 웨이퍼 쪽으로 향한다. 그 결과, 상기 포획된 낮은 에너지를 갖는 전자는 상기 이온빔이 웨이퍼 표면을 때림으로써 웨이퍼상에 누적되는 양전하를 차례로 줄이는 빔의 유효전하(net charge)를 중성화 시킨다. 또한, 이 중성화 빔은 유해한 빔 블로우-업 특성을 경험할경우는 적다. 상기 시스템은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제4,804,837호에 도시되어 있고, 이것은 본원의 인용참증으로 포함된다.
2차전자는 다음과 같은 상기 타겟 쳄버 내에서 발생된다. 상기 타겟 쳄버내의 필라멘트는 고 에너지를 갖는 1차전자가 상기 쳄버안에 열적으로 방출하도록 전기로 가열된다. 이러한 1차전자는 충돌 결과로 2차전자가 방출하는 타겟 쳄버의 내부표면을 때린다. 상기 타겟 쳄버는 높은 2차전자 수율때문에 통상적으로 알루미늄이 포함된다. 또한, 아르곤 또는 크세논과 같은 유입 가스는 유입 가스 분자와 고 에너지의 전자 간의 충돌에 의하여 상기 타겟 쳄버안으로 유입되어 이온화 됨으로써 이온화 플라즈마를 발생한다. 그 이온화 플라즈마의 존재는 상기 타겟 쳄버의 내부표면으로부터 2차전자 추출속도를 증가시킴에 의해 2차전자 발생을 향상시킨다.
상기 필라멘트에 의해 생산된 고 에너지의 1차전자는 에너지가 너무 커서 상기 이온빔내에 포획 될 수 없기 때문에, 상기 1차전자들은 상기 2차전자와 같이 빔 블로우-업 추세를 줄이는데 도움이 되지 않는다. 또한, 상기 웨이퍼의 표면에 도달한 1차전자들은 상기 웨이퍼에 손상을 일으키는 범위의 상기 웨이퍼 표면을 반대로 음으로 대전시킨다. 따라서, 상기 필라멘트에 의해 방출된 1차전자가 유입 가스분자 또는 상기 타겟 쳄버의 내부 표면중의 한 개와 충돌로 확장되는 것이 바람직하다.
또한, 알루미늄으로 만들어진 공지된 전자 샤우어 타겟 쳄버에 있어서, 쳄버의 내부표면에서 산화는 알루미늄 산화 코팅을 생성한다. 상기 알루미늄 산화와 충돌하는 고 에너지의 전자들은 음의 전위를 발생시켜, 상기 산화 코팅의 두께를 증가시킨다. 상기 충돌하는 고 에너지의 결과로 코팅된 표면으로부터 방출되는 2차전자는 상기 산화전위와 일치하는 에너지 레벨로 가정한다. 따라서, 상기 2차전자의 에너지 레벨은 과도한 시간 산화 코팅을 계속하면 코팅이 두꺼워 지는 것 같이 훨씬 크게 이동한다.
특별한 전자 샤우어의 효율은 일정하게 낮고 예측가능한 에너지 레벨을 갖는 2차전자를 충분히 공급하는데 따른다. 따라서, 본 발명의 목적은, 2차전자 에너지 레벨이 작고 일정한 동안, 2차전자 방출전류를 증가시키는 전자 샤우어 확장튜브 또는 플라즈마 샤우어를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 높은 에너지를 갖는 1차전자를 원하는 타겟 쳄버 표면 및 상기 쳄버안으로 유도된 유입 가스열 쪽으로 향하게 함에 의해 낮은 에너지를 갖는 2차전자를 높은 에너지를 갖는 1차전자를 이용하여 생성하는데 효율적으로 이용함으로써, 높은 에너지를 갖는 1차전자의 공급을 최대로 소진하고, 낮은 에너지를 갖는 2차전자의 발생을 향상시키는 전자 샤우어 또는 플라즈마 샤우어를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 쳄버 표면상에 산화를 줄이는 물질로 만들어진 타겟쳄버를 구비하여, 상기 물질로부터 방출된 2차전자의 에너지 레벨을 양호하게 제어하는 전자 샤우어 또는 플라즈마 샤우어를 제공하는 것이다.
또다른, 본 발명의 목적은 백 스퍼터링된 오염에 저항하고, 쳄버에 포함된 이온화 플라즈마의 체적 및 밀도를 증가시키는 배치를 갖는 타겟 쳄버를 구비하는 전자 샤우어 또는 플라즈마 샤우어를 제공하는 것이다,
이온주입 시스템용 플라즈마 개선 전자 샤우어는 대체가능한 흑연 라이너(graphite liner)에 의해 한정된 최소의 일부분의 쳄버에 제공된 타겟을 포함하여 제공된다. 상기 타겟에 부착된 필라멘트 조립체는 1차전자를 상기 흑연 라이너에 의해 제공된 표면쪽으로 제공하여 향하게 한다. 상기 흑연 라이너는 -10V(약 -6V)까지의 낮은 음의 전위로 바이어스되어, 1차전자와 충돌 결과로 방출된 2차전자가 확실하게 일정한 낮은 에너지를 갖게 한다.
상기 필라멘트 조립체는 1차전자를 열적으로 방출하는 필라멘트와, 상기 필라멘트의 측면 및 1차전자들이 집중되는 사이에 위치된 제1부분 및 제2부분을 갖는 바이어스(-300V)된 필라멘트 전극, 및 1차전자를 상기 필라멘트 전극부를 통하여 상기 필라멘트로부터 추출하는 접지된 추출구멍을 포함한다. 그 결과, 이 추출된 필라멘트 전자들은 상기 쳄버의 업스트림 또는 다운스트림으로 향해지는 것보다는 흑연표면상에 집중된다. 가스노즐은 상기 1차전자에 의해 이온화될 가스분자의 공급을 상기 쳄버안으로 유도하는 상기 타겟에 부착된다. 상기 노즐의 방향은 가스분자의 이온화 속도를 최대로 하기 위하여 상기 필라멘트 조립체에 관하여 설치된다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 만들어진 전자 샤우어(electron shower)의 일 실시예를 포함하는 이온주입 시스템의 평면도.
도 2는 도 1의 이온주입 시스템의 전자 샤우어에 대한 전기적인 개략도.
도 3은 도 2의 전자 샤우어의 타겟/튜브 조립체(target/tube assembly)의 절단도.
도 4는 라인 4-4에 따라 취해진 타겟/튜브 조립체의 필라멘트 소조립체(subassembly)에 대한 부분 절단도.
도 5는 도 2의 전자 샤우어에 대한 가스주입 노즐의 평면도.
도 6은 라인 6-6에 따라 취해진 도 5의 가스주입 노즐에 대한 부분 절단도.
도 7은 도 6의 노즐 출구 방향 및 도 4의 필라멘트 소조립체 추출구멍을 도시하는 다이어그램도.
도 8은 도 3의 타겟/튜브 조립체에 대한 부분 절단도.
도 9는 도 3의 타겟/튜브 조립체의 확장튜브에 대한 부분 절단도.
지금부터 도면에 대하여 언급하면, 도 1은 이온주입기(10)를 도시하는데, 이 이온주입기는 단자(12), 빔라인 조립체(14), 및 엔드 스테이션(16)을 구비한다. 일반적으로, 단자(12)는 이온빔을 출력하고, 상기 빔라인 조립체(14)는 이온빔의 초점과 에너지 레벨을 조정하여, 이것이 상기 엔드 스테이션(16)에 위치된 웨이퍼 쪽으로 향하게 한다.
상기 단자(12)는 가스 박스(20)안의 도펀트 가스를 주입하는 쳄버를 갖춘 이온 소오스(18)를 포함한다. 에너지는 이온가능한 도펀트 가스를 제공하여 상기 소오스 쳄버내에 양의 이온을 발생한다. 고전압 공급기(24)에 의해 전원이 공급되는 추출전극(22)은 상기 소오스 쳄버로부터 양의 이온빔(26)을 추출하여, 이 추출된 이온을 큰 분석자석(28)쪽으로 가속시킨다. 상기 큰 분석자석(28)은 상기 빔라인 조립체(14)상에 적합한 전하 대 질량비를 갖는 이온만을 통과시키는 기능을 한다. 상기 큰 분석자석(28)에 의해 제공된 빔 경로(29)의 평가는 진공펌프(30)에 의해 제공된다.
상기 빔라인 어셈블리(14)는 정방형 렌즈(32), 프래그 페러데이(34), 전자 샤우어(36)를 포함하고, 선택적으로, 이온빔 가속/감속 전극(도 1에 도시않됨)을 포함한다. 상기 정방형 렌즈(32)는 상기 단자(12)에 의해 방출된 이온빔을 집중시키고, 상기 프래그 페러데이(34)는 시스템을 기동하는 동안 이온빔 특성을 측정한다. 상기 본 발명의 전자 샤우어(36)는 이하에 더욱 상세히 설명할 것이다. 상기 가속/감속 전극은 상기 엔드 스테이션(16)에서 웨이퍼를 이온주입하기 전에 상기 집중된 이온빔을 원하는 에너지 레벨로 가속 또는 감속시키는데 이용된다. 상기 빔라인 조립체(14)에 의해 제공된 빔 경로의 평가는 진공펌프(38)에 의해 제공된다.
상기 엔드 스테이션(16)은 복수의 웨이퍼가 장착되는 디스크(40), 상기 디스크에 회전운동을 제공하는 회전 드라이브 메커니즘(rotary drive mechanism)(42), 및 상기 디스크에 선형운동을 제공하는 선형 드라이브 메커니즘(linear drive mechanism)을 포함한다. 로봇 팔(46)은 웨이퍼를 로드 락 쳄버(48)를 거쳐 디스크상에 놓는다. 상기 시스템의 동작은 상기 엔드 스테이션(16)의 끝에 위치된 오퍼레이터 제어 스테이션(50)에 의해 제어된다.
상기 전자 샤우어(36)는 도 2 내지 도 9에 더욱 상세히 도시된다. 도 2는 자석 전자 반사기(60) 및 타겟/튜브 조립체(62)를 갖춘 전자 샤우어(36)를 개략적으로 도시한다. 상기 타겟/튜브 조립체(62)는 양호한 실시예에서 원통형의 타켓(64) 및 확장튜브(66)를 포함한다. 상기 타겟(64)은 1차전자를 열적으로 방출하는 필라멘트(68), 이 방출된 1차전자의 여정을 지시하는 필라멘트 전극(70), 및 추출구멍(72)을 포함하는 필라멘트 소조립체(67)를 포함한다. 가스운반 시스템(74)은 아르곤 또는 크세논과 같은 불활성 가스의 공급을 밸브(76)와 가스주입 노즐(77)수단에 의해 상기 타겟 소조립체(64) 내부로 주입한다. 상기 가스주입 노즐(77) 및 필라멘트 소조립체(67)는 차단장치(78)의 위치에서 타겟(64)에 부착된다(도 3).
상기 자석 전자 반사기(60)는 전원공급기(PS1)에 의해 약 -2500볼트(V)의 전위로 설정된다. 이렇게 전원이 인가된 반사기(60)는 높은 전류의 이온빔이 전자들을 공격하는 것을 막고, 그 결과, 빔 블로우-업을 예방할 수 있다. 상기 타겟/튜브 조립체(64)로부터 떨어져 있는 각각의(업스트림)바이어스된 반사기의 위치는 이것의 전기장이 상기 확장튜브(66)안의 1차전자가 웨이퍼 쪽으로 돌진하는 1차전자 여정에 역 영향을 끼치지 않는 것이 확실하다. 낮은 빔 에너지에서, 바이어스는 전자들이 상기 빔으로부터 벗어나는 것을 막기위해서 제거될 수 있다(턴 오프).
약 -12V(필라멘트 전극 70에 관하여)의 전원공급기(PS2)는 상기 필라멘트(68)를 제공하고, 약 -300V의 전원공급기(PS3)는 상기 필라멘트 전극(70)을 제공한다. 따라서, 상기 필라멘트는 접지전위에 관하여 약 -312V에 있다. 상기 추출구멍(72)은 전기적으로 접지되고, -6V바이어스 전압은 바이어스(제너) 다이오우드(79)에 의해 타겟(64)에 제공된다. 전위차의 크기가 거의 없이 만들어지는 도 3에 관해서는 아래에 더욱 설명될 것이다.
도 3은 도 2의 타겟/튜브 조립체(62)에 대한 절단도를 도시한다. 상기 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟(64)은 흑연과 같은 비산화(절연 산화막을 형성할 수 없는)재료로 형성되고, 플라즈마/2차전자 타겟 쳄버(84)를 한정하는 외부의 알루미늄 하우징(80) 및 내부의 라이너(liner)(82)를 포함한다. 또한, 상기 타겟/튜브 조립체의 확장튜브(66)는 외부의 알루미늄 하우징(86) 및 나사(89)와 같은 조임쇠의 수단에 의해 외부 하우징(86)에 부착된 내부의 흑연 라이너(88)를 포함한다. 상기 이온빔은 그 경로상에 이온주입될 웨이퍼(W)쪽으로 타겟(64)(입구구멍(90)을 통하여 도달하고, 출구구멍(92)을 통하여 나가는) 및 확장튜브(66)(입구구멍(90)을 통하여 도달하고, 출구구멍(92)을 통하여 나가는)를 통과한다. 상기 타겟(64) 및 확장튜브(66)는 볼트(98) 및 칼라(99)와 같은 조임쇠에 의해 고정된다. 다이오우드(79)(도 2를 보아라)는 -6V의 바이어스 전압을 접속 와이어(100)에 의하여 상기 타겟 및 확장튜브의 내부 흑연 라이너(82 및 88)에 제공한다.
상기 타겟/튜브 조립체(62)는 볼트(106)로 장착판(mounting plate)(104)에 접속된 냉각수 공급기(102)에 부착된다. 물 유입구(107)는 상기 냉각수 공급기(102)로 냉각수가 유입되게 한다(물 출구는 도시않됨). 격리자(insulator)(108)는 상기 장착판(전기적으로 접지)으로부터 상기 타겟 튜브 조립체를 전기적으로 격리시킨다(-6V). 상기 장착판(104)은 상기 타겟/튜브 조립체를 도 1의 상기 이온주입 시스템안에 설치하는 수단을 제공한다.
상기 타겟(64)에 부착되는 것은 가스주입 노즐(77) 및 필라멘트 소조립체(67)이다. 상기 필라멘트 소조립체(67)는 높은 에너지를 갖는 1차전자를 발생하는데, 이 1차전자는 상기 타겟(64)의 내부의 흑연 라이너(82)와 충돌하여, 낮은 에너지의 2차전자를 방출시킨다. 또한, 상기 고 에너지의 전자들은 가스주입 노즐(77)에 의해 상기 쳄버(84)안으로 주입되는 이온화 가스에 의해 상기 2차전자 방출을 간접적으로 향상시킨다. 상기 가스분자의 이온화는 상기 내부 흑연 라이너(82)의 2차전자 방출을 향상시키는 플라즈마를 생성한다.
상기 필라멘트 조립체(67)는 도 4에 보다 상세히 도시된다. 상기 필라멘트(68)는 단과 단(end-to-end)이 접속되고, 전기적인 격리블록(108)을 조임쇠(110)로 고정한 탄탈(tantalum)다리(106)로 지지되는 복수의 텅스텐 조각으로 구성된다. 상기 필라멘트 전극(70)은 상기 격리블록(108)에 조임쇠(112)로 부착되고, 상기 추출구멍(72)은 상기 격리블록에 조임쇠(114)로 부착된다. 전원은 PS2(도 2)로부터 접속기(112 및 114)를 통하여 상기 필라멘트(68)에 제공된다. 상기 PS2의 음의 단자(접속기 114)는 컨덕터(116) 및 조임쇠(112)에 의하여 필라멘트 전극(70)에 접속된다. 흑연으로 만들어진 추출구멍(72)은 전기적인 접지전위에 남아 있다.
상기 필라멘트(68)는 열적방출에 의하여 1차전자를 방출하는데, 이 전자는 접지된 구멍(72)에 의하여 상기 쳄버(84)(도 3)로 유도된다. 이러한 고 에너지를 갖는 전자는 상기 타겟(64)의 내부 흑연 라이너(82)의 내부 표면(118)에 충돌한다. 충돌시, 상기 흑연 라이너의 표면(118)은 충돌하는 1차전자보다 훨씬 작은 에너지를 갖는 2차전자를 방출한다. 예컨데, 상기 1차전자는 상기 필라멘트 전극(-312V)에 의해 제공된 전기장을 통과할 때 312전자볼트(eV)까지의 에너지인 반면, 대부분의 방출된 2차전자는 단지 20eV 이하의 에너지를 소유한다. 약 6eV 이상(상기 타겟(64)의 내부 라이너(82)에 제공된 -6V 전위로 구성)은 상기 라이너(82)에 의해 2차전자 레벨로 부가되지 않는다. 약 10∼12V의 이온빔 전위로써, 상기 2차전자는 상기 빔안으로 포획될 충분히 낮은 에너지 레벨을 가지고, 주입될 웨이퍼 쪽으로 운반된다.
도 4의 상기 필라멘트 조립체(67)는 상기 필라멘트(68)에 의해 열적으로 방출된 1차전자를 안내하는 집광 메커니즘(focusing mechanism)을 제공한다. 상기 필라멘트의 단 대 단의 길이(2∼3인치)는 1차전자를 적절히 공급하기 위하여 충분한 표면영역을 제공한다. 상기 음으로 바이어스된 필라멘트 전극(70)은 상기 필라멘트(68)를 감싸는 부분(70A 및 70B)을 포함하고, 상기 필라멘트만이 상기 추출구멍(72)의 방향으로 전기장을 경험하는 것이 확실하다. 따라서, 상기 필라멘트 전극(70)은 상기 전극의 중심쪽으로 1차전자를 집중함으로써, 그 결과, 상기 접지된 추출구멍(72)의 중심을 통하여 상기 쳄버(84)안으로 유도된다. 따라서, 상기 1차전자들은 상기 쳄버(84)의 흑연 라이너(82)의 내부 표면에 직접 집중되고, 상기 웨이퍼(쳄버 출구구멍(92))쪽으로 다운스트림 또는 상기 단자(12)(쳄버 유입구멍(90))쪽으로 다운스트림하지 않는다. 따라서, 더 많은 1차전자들은 흑연 내부 표면(118)으로 향해서, 2차전자 발생 효율을 개선하고, 상기 쳄버(84)의 업 스트림 또는 다운 스트림을 부유하는 1차전자의 역효과를 줄인다.
또한, 2차전자 발생의 효율을 개선하기 위해서, 본 발명은 상기 발생된 2차전자의 에너지 레벨을 더욱 균일하게 제공한다. 상기 쳄버(84)의 대체가능한 내부 라이너로써 흑연을 이용하는 것은 상기 내부표면(118)의 산화를 막고, 만약에 상기 내부 표면이 알루미늄으로 만들어 진다면 다르게 발생할 수도 있다. 이와 같이, 상기 충돌하는 고 에너지의 1차전자의 결과로 상기 흑연표면에 의해 방출된 2차전자의 에너지 레벨은 상기 표면상의 산화 코팅을 제어하지 않기 때문에 위쪽으로 이동한다. 대신에, 상기 표면(118)으로부터 방출되는 2차전자는 이 2차전자의 에너지 레벨을 양호하게 제어하는데 기인하여 2차전자 정상분포내에 흑연 내부 라이너에 인가된 바이어스가 일정한 에너지 레벨인 것으로 가정한다. 이러한 낮은 에너지 전자는 쳄버(84)내에 생성된 플라즈마로 열화되어, 상기 빔전위에 의해 쉽게 포획된다. 상기 낮은 에너지 전자는 진동폭이 작고, 상기 이온빔 코어 내에서 대부분의 시간을 소비한다.
플라즈마는 상기 쳄버내에서 생성되어 상기 표면(118)으로부터 2차전자를 추출하는 것에 의해 2차전자 방출속도를 향상시킨다. 상기 플라즈마는 도 5 및 도 6의 노즐(77)을 거쳐 상기 쳄버(84)안으로 주입되고(도 2 및 도 3을 보아라), 필라멘트(68)로부터 방출된 고 에너지와 충돌함으로써 이온화되는 아르곤 또는 크세온과 같은 불활성 가스에 의해 생성된다. 상기 플라즈마는 상기 플라즈마와 상기 쳄버(84)의 내부표면(118)사이의 덮게를 만들어 이온빔을 감싸고 있다(도 8을 보아라).
상기 노즐(77)은 알루미늄으로 구성하고, 홀(119)을 통하여 설치된 조임쇠로 차단장치(78)(도 3)의 위치에서 타겟(64)에 부착된다. 곡면(120)은 원통형 타겟(64)과 쌍이 된다. 상기 노즐은 동작동안 냉각 매체를 제공되게 하기 위하여 물이 제공되고 배수되는 유체 유입구(121) 및 유체 출구(122)를 포함한다. 상기 가스는 통로(123)를 통하여 제공되고, 유입구(124)를 통하여 상기 쳄버(84)안으로 주입된다.
상기 유입구(124)는 5:1(소정의 실시예에서 약 10:1)이상의 종횡비(길이 대 직경)를 갖고, 상기 필라멘트(68)로부터 방출되는 1차전자의 열쪽으로 향해진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유입구(124)는 상기 접지된 추출구멍(72)을 거쳐 약 10도 및 30도(양호하게 15 내지 25도)에서 약간 앞쪽으로 위치된다. 따라서, 1차전자와 가스분자의 열은 약 60 내지 80도(양호하게 65도 내지 75도)의 각 α을 충족하는 방향으로 방출된다. 상기 1차전자 추출구멍(72)에 관한 가스 유입구(124)의 방향은, 상기 유입구(124)를 나감으로써 벗어나기(약 10도) 시작하는 가스분자열이 상기 1차전자열과 최대로 교차함으로써, 또한, 상기 가스분자열이 구멍(72)을 나감으로써 벗어나는 것이 확실하다.
또한, 상기 2차전자 방출속도는 상기 표면(118)이 방사상(도 3)인 대신에 구멍(90 및 92)의 방사상 위치에 제공될 수 있는 것 보다 훨씬 큰 내부 표면(118)의 원통형 표면영역에서 향상된다. 상기 구멍(90 및 92)의 반지름이 상기 원통형 쳄버(84)의 반지름보다 실제적으로 작기 때문에, 상기 원통형 쳄버(84)의 단은 플라즈마 압력(밀도)을 유지할 뿐만 아니라 플라즈마가 업스트림에 전도되는 것을 막기위해서 부분적으로 밀폐된다. 출구구멍(92)은 상기 웨이퍼(W) 및 디스크(40)로부터 스퍼터링된 재료가 상기 쳄버의 내부을 오염시키는 것을 막는다.
상기 쳄버(84)내에 플라즈마의 체적과 밀도를 크게 하는 것은 상기 쳄버의 플라즈마와 내부표면(118)사이의 거리(d)를 크게 하는데 기인한다, 왜냐하면, 밀도를 크게한 플라즈마는 제공된 전위를 보호하기 위해서 작은 덮게가 필요하다. 상기 2차전자 방출속도는 Child-Langmuir마다 거리(d)를 증가함으로써 증가한다. 또한, 상기 2차전자 방출속도는 플라즈마 밀도 및 체적을 증가함으로써 증가하는데, 그 이유는 1차전자가 가스분자와 충돌을 많이하기 위하여 이온화를 증가시키기 때문이다.
도 9는 흑연과 같은 비산화 재료로 형성된 원통형 알루미늄 하우징(86) 및 원통형 내부 라이너(88)로 구성되는 확장튜브를 상세히 도시한다. 이 확장튜브(66)는 상기 타겟(64)내에 발생된 고 에너지의 1차전자를 비켜나가게 하여, 이 전자가 상기 웨이퍼의 표면에 도달하는 것을 막는다. 이러한 방법으로, 상기 확장튜브(66)는 바람직 하지 않은 음의 전하가 상기 웨이퍼 표면에 누적되는 것을 방지한다.
상기 내부 흑연 라이너는 톱니모양(126)으로 제공된다. 이 톱니모양(126)은 각각 제1 및 제2 방향으로 직면하는 웨이퍼에 직면한 표면(128) 및 타겟에 직면하는 표면(130)이 인접하게 교호하면서 형성된다. 상기 이온주입 시스템의 동작동안 웨이퍼(W) 및 디스크(40)로부터 백 스퍼터될 수 있는 포토레지스트 또는 다른 재료(실리콘 또는 실리콘 이산화물)는 웨이퍼에 직면한 표면(128)상에 모인다. 과도한 시간에 걸쳐 상기 웨이퍼에 직면한 표면은 전기적으로 비전도성이 된다. 상기 타겟에 직면한 표면은 세정되어 전도성이 된다. 상기 전도성의 타겟에 직면한 표면은 상기 전자 샤우어에서 발생된 높은 에너지를 갖는 전자를 접지하기 위하여 분로(저 저항)경로를 제공한다. 본원에 이용된 바와 같이, 톱니로된 및 톱니모양의 용어는 웨이퍼에 직면한 표면 및 타겟에 직면한 표면, 예컨데, V형이고, 기복있고, 단계된 표면을 갖는 표면을 폭넓게 설명하는데 이용된다.
상기 톱니모양(126)에 부가하여, 상기 튜브가 상기 타겟(64)에 접속되기 때문에, 또한, 상기 제너 다이오우드(79)에 의해 -6V로 바이어스된다. 낮은 음 전위에서 확장튜브(66)를 바이어스하는 것은 상기 전자 샤우어에 의해 발생된 낮은 에너지를 갖는 2차전자가 상기 웨이퍼로부터 떨어져 분로되는 것을 예방하고, 상기 전자 샤우어가 처음 이용될 때 조차도 웨이퍼 전하 중성화에 계속 이용할 수 있다. 따라서, 이 바이어스된 튜브는 상기 튜브가 바이어스않된 경우 필요한 것과 같이, 동작 안정화 전의 시간은 필요없다.
또한, 본 발명은 이용가능한 수명동안 쉽게 바꿀 수 있는 플라즈마 개선 전자 샤우어를 제공하는 것이다. 상기 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟(64) 및 확장튜브(66)는 유지관리 동작동안 쉽게 대체가능한 내부 흑연 라이너(82 및 88)에 제공된다. 도 3을 참조로 해서, 확장튜브(66)는 볼트(98) 및 칼라(99)를 제거함으로써 타겟(64)으로부터 분리될 수 있다. 필라멘트 조립체(67)는 타겟(64)의 차단장치내의 위치로부터 제거될 수 있다. 상기 확장튜브 및 필라멘트 조립체가 제거됨으로써, 상기 내부 라이너(82)는 출구구멍(92)의 방향으로 상기 알루미늄 하우징(80)이 슬라이드될 수 있다. 새로운 라이너는 상기 알루미늄 하우징(80)안에 설치된다.
또한, 나사(89)를 제거함에 의해, 상기 타겟(64)으로부터 분리된 확장튜브(66)로써, 상기 내부 라이너(89)는 상기 입구구멍(94)의 방향으로 상기 알루미늄 하우징(86)이 슬라이드될 수 있다. 다음, 새로운 내부의 라이너(89)는 상기 알루미늄 하우징(86)안에 설치되고, 나사(89)로 고정될 수 있다. 다음, 상기 다시 정렬된 확장튜브(66)는 볼트(98) 및 칼러(99)에 의해 상기 다시 정렬된 타겟(64)에 다시 붙여져서 타겟/튜브 조립체 교환 공정(refurbishment process)을 완료한다.
따라서, 2차전자 발생을 향상시킨 이온주입기 전자 샤우어의 양호한 실시예는 기술된다. 그러나, 앞서 설명한 것으로써, 이러한 설명은 예로써 만들어 지고, 본 발명이 본원에 기술된 특별한 실시예로 한정되지 않고, 다양한 재배치, 수정, 및 대체는 다음의 청구범위에 정의된 것과 같이, 본 발명의 범위에 벗어남이 없이 앞서 설명한 것으로 실행될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이온주입 시스템에 전자 샤우어 또는 플라즈마 샤우어를 제공하여 높은 에너지를 갖는 1차전자가 웨이퍼에 도달하는 것을 방지함으로써 백 스퍼터링으로 인한 오염으로 발생하는 역 효과를 줄이고, 전하를 중성화 시킬 수 있는 2차전자의 갯수를 증가시키는 것이다.

Claims (21)

  1. 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어에 있어서,
    (ⅰ) 이온빔이 이온주입될 웨이퍼 쪽으로 상기 타겟의 업스트림으로부터 상기 타겟의 다운스트림까지 통과할 수 있는 유입구멍(90) 및 출구구멍(92)을 갖고, 비산화 표면(118)에 의해 최소의 부분이 한정되는 쳄버(84)를 제공하는 타겟(64),
    (ⅱ) 1차전자의 공급을 발생하여 이 1차전자가 상기 비산화 표면(118)쪽으로 향하게 하는 필라멘트 조립체(67), 및
    (ⅲ) 전기적인 바이어스를 제공하기 위하여 상기 비산화 표면에 인가된 전압을 발생하는 전압원(79)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쳄버(84)는 일반적으로 원통형이고, 상기 유입구멍 및 출구구멍(90, 92)은 상기 원통형 쳄버의 각 밀폐단(closed ends) 안에 일부구멍(openings)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비 산화표면(118)은 흑연표면인 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흑연표면은 대체가능한 흑연 내부 라이너(graphite inner liner)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타겟(64)의 업스트림에 위치된 전자 반사기(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자 반사기(60)는 제1전원공급기(PS1)에 의해 음의 전압으로 바이어스되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)의 전자 샤우어용 확장튜브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타겟의 타겟(64) 다운스트림에 접속되고, 소정의 전압으로 전기적으로 바이어스되는 비산화 물질로 조성된 내부표면을 포함하는 확장튜브(66)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 내부표면은 대체가능한 흑연 내부 라이너로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비산화 표면(118)에 인가된 전압은 상기 1차전자에 의한 충돌 결과로 방출된 2차전자가 상기 충돌한 1차전자의 에너지보다 상당히 적은 에너지를 갖게 하기 위하여 상당히 낮게 하는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비산화 표면(118)에 인가된 상기 전압은 바이어싱 다이오우드(biasing diode)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  11. 이온주입 시스템(10)의 전자 샤우어(62)용 필라멘트 조립체(67)에 있어서,
    (ⅰ) 쳄버의 내부 표면쪽으로 1차전자를 열적으로 방출하는 필라멘트(68),
    (ⅱ) 상기 필라멘트(68)의 양측상에 제1(70A) 및 제2(70B)부분을 포함하고, 상기 필라멘트 전극부(70A, 70B)사이에 상기 필라멘트(68)에 의해 방출된 1차전자를 집중시키기 위하여 상기 필라멘트(68)의 크기보다 상당히 큰 전위로 바이어스되는 필라멘트 전극(70), 및
    (ⅲ) 상기 필라멘트 전극부(70A, 70B)를 통하여 상기 필라멘트(68)로부터 1차전자를 추출하기 위하여 상기 필라멘트(68)와 내부표면(118)사이에 배치된 추출구멍(72)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)의 전자 샤우어(62)용 필라멘트 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 추출구멍(72)은 전기적으로 접지되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)의 전자 샤우어(62)용 필라멘트 조립체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 필라멘트(68)는 한쌍의 탄탈 다리(106)에 부착된 적어도 한 개의 텅스텐 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)의 전자 샤우어(62)용 필라멘트 조립체.
  14. 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어(62)에 있어서,
    (ⅰ) 쳄버(84)를 제공하는 타겟(64),
    (ⅱ) 실제적으로 제1방향으로 향해진 1차전자의 제공을 발생하는 상기 쳄버에 부착된 필라멘트 조립체(67), 및
    (ⅲ) 가스분자의 공급을 상기 1차전자에 의해 이온주입될 쳄버로 유도하는 쳄버에 부착되고, 실제적으로 제2방향으로 상기 가스분자의 공급을 제공하는 유입구(124)에 제공된 노즐(77)을 포함하는데,
    상기 제1 및 제2방향은 상기 제1 및 제2방향 사이의 각이 60도와 80도 사이에 있도록 서로에 관하여 향해지는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 노즐 유입구(124)는 5:1보다 큰 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 노즐(77)은 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 노즐(77)은 냉각수 통로(water-cooling passages)(121, 122)에 제공되는 것을 특징으로 하는 이온주입 시스템(10)용 전자 샤우어.
  18. 필라멘트 조립체(67) 및 확장튜브(66)를 포함하고, 대체가능한 선형 라이너(82)에 의해 최소한 부분적으로 한정된 쳄버(84)를 갖는 이온주입기 전자 샤우어의 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟을 교환(refurbishing)하는 방법에 있어서,
    (ⅰ) 상기 내부 라이너(82)를 노출시키기 위해서 상기 타겟(64)을 상기 확장튜브(66)로부터 떼어내는 단계,
    (ⅱ) 상기 내부 라이너를 상기 타겟으로부터 제거하는 단계,
    (ⅲ) 상기 타겟안에 대체 내부 라이너를 설치하는 단계, 및
    (ⅳ) 상기 확장튜브(66)에 설치된 대체 내부 라이너를 갖는 상기 타겟(64)을 재부착(re-attaching)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입기 전자 샤우어의 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟을 교환(refurbishing)하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 타겟으로부터 상기 내부 라이너(82)를 제거하기 전에 상기 필라멘트 조립체(67)를 상기 타겟(64)에서 떼어내는 단계, 및 상기 타겟안에 대체 내부 라이너를 설치한 후에 상기 필라멘트 어셈블리를 상기 타겟에 재부착하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입기 전자 샤우어의 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟을 교환(refurbishing)하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 내부 라이너 및 대체 내부 라이너는 비산화 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입기 전자 샤우어의 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟을 교환(refurbishing)하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 내부 라이너 및 대체 내부 라이너는 흑연으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입기 전자 샤우어의 타겟/튜브 조립체(62)의 타겟을 교환(refurbishing)하는 방법.
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