KR20000077196A - 이온주입기의 오염된 표면을 세척하는 시스템과 방법 - Google Patents

이온주입기의 오염된 표면을 세척하는 시스템과 방법 Download PDF

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KR20000077196A
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브라이언 알. 바흐맨
액셀리스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

진공챔버의 오염표면을 세척하기 위해, (ⅰ) 반응성 종(예컨대, 불소) 성분을 가지는 이온빔(44)을 발생시키는 수단과, (ⅱ) 오염된 표면(100)을 향해 이온빔을 보내는 수단과, (ⅲ) 이온빔(44)이 중화가스의 분자들과 충돌하여, 이온빔과 중화가스 분자들 간의 전하 교환반응의 결과로, 반응성 종의 에너지 반응 중성 원자들의 빔을 생성되도록, 오염된 표면 근처의 챔버 내로 중화가스(70)를 도입함으로써 이온빔(44)을 중화시키는 수단과, (ⅳ) 반응성 종들의 에너지 반응 중성 원자들의 빔이 오염물과 반응하도록 하여 반응 생성물이 생성되도록, 표면(100)을 세척하는 수단과, (ⅴ) 세척프로세스로부터 발생된 소정의 휘발성 반응 생성물들을 챔버로부터 제거하는 수단을 포함하는, 방법과 시스템이 제공된다. 택일적으로, 상기 방법과 시스템은, (ⅰ) 에너지 비-반응(예컨대, 크세논) 이온빔(44)을 생성하는 수단과, (ⅱ) 상기 비-반응 이온빔을 오염된 표면(100)을 향해 보내는 수단과, (ⅲ) 오염된 표면 근처에, 적어도 부분적으로 반응성 종(예컨대, 불소) 성분으로 구성된 세척가스(70)를 도입하는 수단과, (ⅳ) 반응성 종들의 에너지 반응 중성 원자들의 공급이 이루어지도록 이온빔(44)을 사용하여 세척가스를 해리하는 수단과, (ⅴ) 반응성 종들의 에너지 반응 중성 원자들이 오염물과 반응하도록 하여, 반응 생성물이 생성되게, 표면(100)을 세척하는 수단과, (ⅵ) 상기 결과로 발생한 소정의 휘발성 반응 생성물을 챔버로부터 제거하는 수단을 포함한다.

Description

이온주입기의 오염된 표면을 세척하는 시스템과 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CLEANING CONTAMINATED SURFACES IN AN ION IMPLANTER}
본 발명은 이온주입기의 분야에 관한 것으로서, 특히 이온주입기의 오염된 표면들을 세척하는, 개선된 시스템과 방법에 관한 것이다.
이온주입은, 집적회로의 대량 제조시에 반도체들을 불순물들로 도핑함에 있어서 산업계 선호하는 기술이 되었다. 이온 선량과 이온 에너지는 주입단계를 규정하는데 사용되는 가장 중요한 두 가지 변수들이다. 이온 선량은 소정의 반도체재료에 대한 주입 이온들의 농도에 관련된다. 전형적으로, 높은 선량 주입에 (일반적으로 1 밀리암페어(mA) 이온빔 전류 보다 큰) 고전류 주입기가 사용되는 반면, 낮은 선량의 응용에는 (약 1mA 빔전류까지 일 수 있는)중간전류 주입기가 사용된다.
이온에너지는 반도체장치에서 접합깊이를 제거하는데 사용되는 주요 변수이다. 이온빔을 구성하는 이온들의 에너지레벨은 이온들의 주입 깊이정도를 결정한다. 반도체장치에서 역행 웰(retrograde well)을 형성하는데 사용되는 고에너지 프로세스는 수백만 전자볼트(MeV) 까지의 주입을 필요로 하는 한편, 얕은 접합(shallow junction)은 1천 전자볼트(1 KeV) 보다 낮은, 극도로 낮은 에너지(ULE)만을 필요로 할 수 있다.
전형적인 이온주입기는 세 개의 섹션 또는 서브시스템들, 즉 (i) 이온빔을 출력하는 이온소오스와, (ii) 이온빔을 질량분석하는 질량분석 자석을 포함하는 빔라인과, (iii) 이온빔이 주입될 반도체 웨이퍼 또는 다른 기재들을 수용하는 타겟 챔버를 포함한다. 이온주입기들의 이온소오스는 전형적으로, 그 성분이 원하는 도펀트 원소인, 소오스챔버 내 소오스가스 또는 증기를 이온화시켜, 이온빔의 형태로 이온화된 소오스가스를 추출함으로써 이온빔을 생성한다.
빔라인을 따라 위치된 이온주입기들의 내부부품들과 타겟 챔버 내에 위치한 이온주입기들의 내부부품들은 연속된 작동 동안에, 이온주입하고 있는 종(species)들로 오염될 수 있다. 오염될 경향이 있는 부품들은, 프로세싱 동안에 이온빔들이 충돌하는 것들이다. 빔라인을 따라서는, 오염될 수 있는 부품들은, 질량분석 자석 내측의 충돌 플레이트(strike plate)와, 가속전극과, 분해개구 및 플라즈마 플러드 (flood) 부품들이 있다. 적어도 고전류 이온주입기의 타겟 챔버 내에서, 타겟 웨이퍼들은 알루미늄 디스크의 주변에 위치한다. 상기 디스크는, 이온빔이 웨이퍼의 모든 표면에 이온들을 주입하도록, 정지 이온빔을 통과하여 회전하고 또는 이동한다. 따라서, 웨이퍼로 커버되지 않는 부분들은 도펀트 종들로 오염되게 된다.
이온주입기들은 다양한 프로세스 방법을 사용하여 작동하기 때문에, 원하는 종의 도펀트 이온들을 포함하는 이온빔들을 얻는데에 있어서, 상이한 형태의 소오스가스들을 소오스에 흐르게 한다. 그러나, 만일 타겟 디스크(또는 다른 빔라인 부품)가 이전 프로세스 방법(예컨대, 인(포스포러스)를 수반하는 방법) 동안에 종들의 주입 또는 스퍼터링으로 오염되게 된다면, 후속 프로세스 방법(예컨대, 비소(아세닉)를 수반하는 방법)은 상기 교차-오염(cross-contamination)에 의해 역영향을 받을 수 있다. 예컨대, 알루미늄 타겟 디스크의 표면 또는 빔라인 부품 상에 스퍼터링되거나 또는 주입된 포스포러스는 후속 비소 이온빔에 의해 제거될 수 있어서, 프로세스 오염이 발생한다.
이온주입기의 내부를 세척하기 위해 연속 주입 프로세스 간에, 불소와 같은 반응성 종으로 구성된 이온빔을 발생시키는 것이 공지되어 있다(예컨대, 블래이크(Blake)의 미합중국특허 제5,554,854호). 그러나, 블레이크의 특허는, 이온빔이 (양으로) 이온화되어 주입기를 통해 수송되기 때문에, 세척과 같은 것을 수행하는데 이온화된 불소의 사용을 제안하였다. 블레이크의 특허는, 이온주입기의 내부를 세척하는데에, 원자의, 중성 반응성 종들의 사용을 제안하지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 표면들로부터 오염물을 제거하기 위해 표면을 세척하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 세척가스의 반응성 중성 원자 라디칼(atomic radical)를 생성하는, 이온빔을 사용하는 이온주입기의 내부부품을 세적하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 실리콘으로 코팅되거나 또는 코팅되지 않은 내부 주입기 부품들을 세척하는데 사용하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
진공챔버의 표면으로부터 오염물을 제거하는 방법과 시스템이 제공된다. 상기 방법과 시스템은 (i) 반응성 종(예컨대 불소) 성분을 가지는 이온빔을 생성하는 수단과; (ii)세척할 표면을 향해 상기 이온빔을 보내는 수단과; (iii) 중성화가스들의 분자들이 상기 이온빔과 충돌하도록 하여, 상기 이온빔과 중화가스 분자들 간의 전하 교환반응으로, 반응성 종들의, 에너지 반응 중성 원자(energitic reactive neutral atom)들을 생성하도록, 세척할 표면에 가까운 챔버 내로 중성화 가스(예컨대, 크세논(xenon))을 도입하여 이온빔을 중화시키는 수단과; (iv) 반응 종들의 에너지 반응 중성 원자들의 빔이 오염물과 반응하도록 하여 반응 생성물이 생성하게 표면을 세척하는 수단과; (v) 세척 프로세스로부터 생긴 소정의 휘발성 반응 생성물을 챔버로부터 제거하는 수단을 포함한다. 중화가스는, 중화 가스분자들이 이온빔과 충돌하면 반응 중성 원자(reactive atomic neutral atom)로 해리되도록, 제2반응 종 성분을 포함할 수 있다.
대안으로, 상기 방법과 시스템은 (i) 에너지 비-반응(non-reactive)(예컨대, 크세논) 이온빔을 생성하는 수단과, (ii) 비-반응성 이온빔을 세척할 표면을 향해 보내는 수단과, (iii) 세척할 표면 가까이에, 적어도 부분적으로 반응 종(예컨대, 불소) 성분으로 구성된 세척가스를 도입하는 수단과, (iv) 반응 종의 에너지 반응 중성 원자의 공급을 위해, 상기 세척가스를 이온빔으로 해리하는 수단과, (v) 반응 종들의 에너지 반응 중성 원자들이 오염물과 반응하게 하여 반응 생성물을 생성하도록 함으로써 상기 표면을 세척하는 수단과, (vi) 반응 프로세스로부터 생긴 소정의 휘발성 반응 생성물을 챔버로부터 제거하는 수단을 포함한다. 상기 세척가스는 높은 점착계수(sticking coefficient)를 특징으로 하여, 이온빔으로 해리되기 전에 세척할 표면 상에 수집되어 표면 내로 흡수되게 된다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 세척장치의 한 실시예가 통합되어 있는 이온주입시스템의 단면도.
도 2는 선 2-2를 따라 이루어진, 도 1의 이온주입기의 웨이퍼 지지디스크의 평면도.
도 3은 선 3-3을 따라 이루어진, 실리콘이 코팅된, 도 2의 지지디스크의 변형예의 단면도.
도 4는 선 3-3을 따라 이루어진, 코팅이 되지 않은, 도 2의 지지디스크의 변형예의 단면도.
도 5는 도 1의 이온주입시스템의 일부의 확대 세부도.
도면을 참조하여 보면, 도 1은 이온소오스(12), 질량 분석자석(14), 빔라인 어셈블리(16) 및 타겟 또는 말단 스테이션(end station)(18)을 포함하는 이온주입기(10)를 도시한다. 본 발명의 한 적용은 도 1에 도시된 것과 같은 저에너지 주입기인데, 빔라인 어셈블리(16)는, 빔 전파(propagation) 동안에 저에너지 빔이 팽창하는 경향(즉, Ablow-up)으로 인해 상당히 짧다.
이온소오스(12)는 플라즈마챔버(22)를 규정하는 하우징(20)과 이온추출 어셈블리(24)를 포함한다. 빔라인 어셈블리(16)는 (1) 진공펌프(28)에 의해 진공이 되고 또한 단말 개구(30)와, 분해개구(32)와, 플래그 패러데이(34)와, 소정의 후 가속(post acceleration) 또는 다른 전극들을 포함하는 (i)분해하우징(26)과, 플라즈마 플러드(38)를 포함하는 (ii) 빔 중화기(36)를 포함하는데, 상기 부품들 중 어느 것도 본 발명의 일부를 구성하지 않는다. 빔 중화기(36)의 다운스트림은, 처리할 웨피어(W)가 재치되는 디스크형 웨이퍼 지지디스크(40)를 포함하는 말단 스테이션 (18)이다. 웨이퍼는 이온빔으로 주입할 수 있는 소정 형태의 기재를 포함하여야 한다.
이온화 가능한 도펀트 가스 또는 증기에 에너지가 부여되어 플라즈마 챔버(22) 내에서 이온들이 생성된다. 소오스에 의해 음이온들이 생성되는 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다 하더라도, 일반적으로 양이온들이 생성된다. 상기 양이온들은 다수의 전극(42)들을 포함하는 이온 추출기 어셈블리(24)에 의해 플라즈마 챔버(22) 내 슬릿을 통해 추출된다. 따라서, 이온 추출기 어셈블리는 추출 개구 플레이트(46)를 통해 플라즈마 챔버로부터 양이온들로 된 빔(44)을 추출하여, 질량 분석자석(14)을 향해 추출한 이온들을 가속하는 기능을 한다.
질량 분석자석(14)은 적절한 전하-대-질량비의 이온들만을 빔라인 어셈블리(16)로 통과시키는 기능을 한다. 질량 분석자석(14)은 소오스(12)에 연결된 빔 가이드 또는 충돌 플레이트(50)에 의해 규정되는, 만곡된 빔경로(48)를 포함하고, 질량 분석자석의 진공은 진공펌프(28 및 54)로 이루어진다. 상기 경로를 따라 전파하는 이온빔(44)은 질량 분석자석(14)에 의해 생성된 자기장의 영향을 받는다.
상기 자기장은 이온빔(44)이 만곡된 빔경로(48)를 따라, 이온소오스(12) 근처의 제1 또는 유입궤도(56)에서부터 분해하우징(26) 근처의 제2 또는 유출궤도 (58)로 이동하게 한다. 부적절한 전하-대-질량비를 가지는 이온들로 구성된 빔(44)의 부분(44' 및 44'')들은 만곡 궤도로부터 멀어지게 편향되어, 알루미늄 빔 가이드 또는 충돌 플레이트(50)이 벽들로 편향된다. 이러한 방식에서, 자석(14)은 원하는 전하-대-질량비를 가지는, 빔(44) 내 이온들만을 빔라인 어셈블리(16)로 통과시킨다.
말단 스테이션(18)의 웨이퍼 지지디스크(40)는 모터(62)로 회전된다. 그 위에 재치되어 있는 웨이퍼(W)들을 가지는 디스크형 지지디스크(40)는 모터(62)에 의해 일정한 각속도로 회전하고, 지지디스크(40)는 모터(64)와 엄지나사(lead screw) (도시되지 않음)에 의해 수직으로(도 1이 도시된 지면 내외로) 이동한다. 이와 같이, 웨이퍼의 모든 표면들은, 소정의 시간에 웨이퍼의 작은 부분만을 커버하는 정지빔으로 주입될 수 있다. 디스크(40)와 이 위에 위치한 웨이퍼들은 프로세스챔버 하우징(66) 내에 수용되고, 하우징의 내측챔버(67)는 러핑(roughing pump)(68)로 진공이 된다.
본 발명은 충돌 플레이트(50), 분해하우징(26) 내에 수용된 개구(30, 32) 또는 다른 전극들, 정상 동작 동안에 이온빔과 접촉하게 되는 플라즈마 플러드(38)의 부품 또는 웨이퍼 지지디스크(40)와 같은 주입기(10)의 부품들의 내부 표면을 세척하는데 사용할 수 있다. 본 발명은 (i) 세척할 표면을 빔이 타격하는 장소 근처에서, 불소와 같은 반응 종으로 이온빔을 생성하고, 크세논과 같은 불활성 종(insert species)으로 상기 빔을 중화시키는 단계, 또는 (ii) 세척할 표면을 빔이 타격하는 장소 근처에, NF3와 같은 모(parent) 세척가스를 도입하여, 크세논과 같은 불활성 종들로부터 생성된 이온빔을 사용하여 모 가스를 해리하는 단계로 수행된다. 상기 양 방법을 사용하여, 원하는 주입기 부품들의 표면을 세첵하기 위한, 불소와 같은 반응 중성 원자 라디칼들을 생성한다.
아래에서 더 설명하는 바와 같이, 비록 본 발명이 주입기(10) 내 다양한 장소에서 구현할 수 있다 하더라도, 웨이퍼 지지디스크(40)에서의 구현을 도면에서 나타내고 또한 아래에서 완전히 설명한다. 웨이퍼 지지디스크(40)(도 2 내지 도 4)는 알루미늄, 또는 주입프로세스 동안에 알루미늄 표면오염량을 감소시키는 실리콘-코팅 알루미늄으로 만든다. 본 발명은, (i)이온빔과 상호작용하여 코팅되지 않은 디스크(도 4)의 알루미늄 표면을 세척하거나 또는 (ii) 한정된 실리콘 층에 주입될 수 있는 소정의 오염물을 제거하기 위해 실리콘 코팅 디스크에서부터 한정된 층의 실리콘을 제거가능하게 벗겨내는, 가스공급장치(70)의 형태로 실시된다. 여기에서 사용되는 용어, "부식(erode)", "세척(clean)", 에칭(etch)", "제거(remove)" 및 "스트립(strip)" 모두는 웨이퍼 지지디스크(40)와 같은 표면에서부터 오염물의 선택적인 제거를 말한다.
가스공급장치(70)는 디스크(40)를 세척하기 위해 선택된 매카니즘에 따라, 불소와 같은 반응 성분, 또는 크세논 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함하는 가스를 저장한다. 프로세스챔버 하우징(66)의 내부(67)에 가스를 공급한다. 가스 주입수단의 한 예는, 높은 형상(길이-대-직경)비를 가지는, 길고 얇은 가스 유입튜브(72)로 제공된다. 공급장치(70)에서 튜브(72)로 가스흐름은 제어시스템(74)에 의해 감시되고, 결정된다.
가스는, 프로세스챔버 하우징(66)을 통과하는, 길이방향 축(76)(도 5)을 가지는 튜브(72)을 통해 챔버내로 흘러간다. 튜브축(76)은 지점(78)에서, 프로세스챔버 하우징내 유입구(80)를 통과하는 이온빔의 궤적(58)과 교차한다. 세척할 주입기 부품의 장소 근처로, 공급장치(7)에서부터 가스를 도입함으로써, 가스 흐름율은 최소화될 수 있는 한편, 진공 프로세스챔버(67) 내측에 저압의 포위영역(surrouding area)(84) 내에 고압(및 가스농도)의 국부 영역(82)을 이룰 수 있다. 튜브의 형상비가 증가함에 따라 튜브(72)에서부터 가스흐름의 발산(divergence)는 감소된다. 따라서, 국부영역(82)에서 높은 가스농도는, 이온빔과의 충돌로 보다 반응적인 라디칼(radical)들을 생성한다.
본 발명에 의해 제공되는 세척매카니즘은, 두 가지 매카니즘 각각을 사용하여, 불소와 같은 세척가스의 고농도 반응성 원자 종들을 생성하는 단계를 포함한다. 첫째로, 반응 원자 종들은 소오스(12)에서 NF3, BF3, XeF2, CF4, SiF4, 또는 C2F6와 같은 소오스가스로부터 발생되어, 프로세스챔버 유입구(80)를 통해 가는 불소 이온빔을 사용하여 생성될 수 있다. 유입튜브(72)를 통해 크세논과 같은 불활성 중화 가스를 주입함으로써 이온화된 빔을 중성화한다. 크세논이 바람직한데, 이는 웨이퍼 상에 존재하는 반도체장치에 해를 끼치지 않고, 또한 이온빔과 충돌을 위한 전위를 강화시키는, 큰 전하-교환 단면을 가지기 때문이다. 이에 따라, 중화가스 분자들과 에너지 이온빔 간의 전하-교환 반응으로 에너지를 가진, 반응성 중성 불소원자들로 된 빔이 생성된다.
이 첫번째 세척매카니즘의 서브셋트에 따라, 중화가스는 상기에서 나열한 소오스가스들 중 하나로부터 선택할 수 있다. 중화가스로서 반응 성분(예컨대, 불소)을 포함하는 가스를 사용하는 것은, 이온빔과 충돌로 발생하는 분자해리의 결과로서 중화가스 그 자체가 반응성이 된다는 점에서 부가적인 잇점이 있다.
택일적으로, 에너지 비-반응성 이온빔(예컨대, 크세논)을 소오스(12)에서 생성하여, 프로세스챔버 유입구(80)를 통해 보낼 수 있다. 상기 이온빔은, 유입튜브 (72)를 통해 도입되는 NF3와 같은, 반응 성분을 포함하는 세척가스에 충돌시켜 해리시키는데 사용된다. 상기 가스와 빔의 충돌로부터 발생하는 충돌 부산물은, 에너지를 가진 반응성 중성 불소원자의 공급을 일으킨다.
상기 택일적인 세척매카니즘의 서브셋트로서, 높은 점착계수를 가지는 세척가스를 유입튜브(72)을 통해 도입시켜, 디스크(40)의 표면 상에 수집시켜 표면 내로 흡수시킬 수 있다. 에너지를 가진 비-반응성 이온빔은, 흡수된 분자들의 화학결합을 파괴하여, 표면에 접착되는 가스분자들을 해리시켜 반응 중성원자들을 생성하는데 사용할 수 있다. 이러한 해리의 예는 불활성 비-반응성 CF4분자들을 CF3, CF2, CF 및 F 라디칼로 분해하는 것이다(불소는 NF3, BF3, XeF2, SiF4또는 C2F6가스의 형태로 제공할 수 있다).
이들 반응성 라디칼들은 계속하여 오염물과 반응하여, 표면에서부터 제거되게 되는 휘발셩 부산물을 생성하게 된다. 표면 화학반응과 부산물 제거는 이온빔에 의해 생성된 에너지에 의해 가속된다. 인 오염물을 제거하는 경우에 있어서, 반응 부산물은, 펌프로 쉽게 제거할 수 있는 휘발성 인 불화물(volatile phosphorous fluorides)이 되게 된다.
본 발명이 제공하는 세척매카니즘은 코팅되지 않은 (예컨대, 알루미늄) 내부 주입기부품들, 또는 코팅된 (예컨대, 실리콘-코팅된) 내부 주입기부품들 세척하는데 사용할 수 있다. 또한, 이온빔은 세척할 내부 부품들에 따라, 정지되거나 또는 래스터(raster)될 수 있다. 이외에도, 공급장치(7)로부터의 가스는, 세척할 내부 부품들에 따라, 주입기(10)를 따라 다양한 위치들로 도입할 수 있다. 비록, 상기에서 설명한 매카니즘들 둘 다에 사용되는 세척가스가 불소이라 하더라도, 다른 세척가스를 생각할 수 있다(예컨대, 염소).
비록, 세척매카니즘을 다른 주입기 부품들에 적용할 수 있다 하더라도, 정지 이온빔을 사용하는, 실리콘-코팅 지지디스크(40)의 세척을 참조하여, 본 발명의 세척매카니즘을 상세히 설명한다. 기술한 매카니즘은 상기에서 설명한 제2매카니즘이다. 즉 소오스(12)에서 발생하여, 프로세스챔버 유입구(80)를 통해 보내진 에너지 비-반응성 이온빔(예컨대, 크세논)을 사용하고, 유입튜브(72)를 통해 도입된, NF3와 같은, 반응 성분을 포함하는 세척가스를 해리하는데 상기 이온빔을 사용하는 방법이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지지디스크(40)는 일반적으로, 본 실시의 경우에 있어서는, 웨이퍼(W)가 지지될 수 있는 13개의 약간 양각된 디스크 받침대(86)를 가지는 알루미늄으로 구성된 원형의 구성요소이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 지지디스크 위에 웨이퍼(W)가 위치되어 있지 않다. 클램핑 핀(clamping pin)(88)과 스톱(stop)(90)은 디스크 위에 웨이퍼를 확실히 위치시킨다. 디스크 전류 슬롯(92)은 분석해야할 이온빔의 일부가 디스크를 통확하도록 하고, 전하 센서(94)는 웨이퍼 전하에 관한 정보를 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지디스크(40)는 실리콘 층(98)으로 코팅된다. 웨이퍼들이 위치되는 받침대(86)와, 인접 받침대 간과 인접 받침대 주위의, 디스크의 부분(100)을 제외하고는, 디스크(40) 전체에 실리콘이 커버된다. 실리콘 층(98)은 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 프로세스로 도포된다. 매사츄세츠, 버링톤(Burlington)에 소재하는 서멧(Surmet)회사가 상기와 같은 PECVD 실리콘 코팅을 제공하는 사업을 하고 있다. 예측할 수 없는 에칭특성을 가지는, 높은 과립 (granular) 표면을 제공하는, 실리콘의 플라즈마 또는 플래임(flame) 스프레이 도포와는 반대로, 실리콘의 PECVD 도포는, 예측가능한 에칭율을 보이는, 균질하고, 균일한 표면 그레인 구조를 제공한다. 바람직하게, 예측가능한 실리콘 제거의 균일성과 반복성을 제공하기 위해, 그레인 크기는 Ra = 0.1 - 0.4 미크론(㎛)의 표면 마무리를 제공하도록 충분히 작고 또한 충분히 높은 밀도를 가진다.
약 25미크론의 깊이를 가지는 층이 디스크(40)의 표면 상에 퇴적되도록 실리콘 코팅이 도포된다. 상기 깊이는, 본 발명의 세척시스템과 프로세스를 사용하여 규칙적인 동작 주기에 선택된 깊이의 층이 균일하게 제거(에칭)되게 되도록, 디스크(40) 상에 퇴적될 수 있는 것보다 상당히 깊다.
주입 동안에, 받침대(86) 위에 설치된 웨이퍼(W)들과, 인접 받침대들 간 및 인접 받침대들 주위의, 디스크의 부분(100)들은 도펀트 이온들로 주입된다. 웨이퍼 장소 외측의, 디스크 (40)의 부분(100)에 주입된 이온들은 후속 주입에서 오염문제로 존재할 수 있게 된다.
상기 주입 이온들은 약 1000 옹스트롬(Å) 또는 0.1 미크론(㎛) 까지의 깊이로, 디스크의 상기 부분(100)에 주입된다는 것이 판명되었다. 그러나, 약 500 Å(0.05 ㎛)의 실리콘 층을 제거함으로써, 주입된 종들의 대부분이 디스크(40)로부터 제거된다는 것이 판명되었다. 실리콘 층(98)은 약 25 미크론(일반적으로 18 - 35 미크론의 범위 내)의 초기 두께를 가지기 때문에, 이론적으로 디스크(40)는, 전체 실리콘 층(98)이 에칭되어 제거되기까지, 500회까지 스트립/에칭될 수 있다.
공급장치(70)에서 사용되는 바람직한 가스는, 예컨대 NF3, BF4, CF4, 또는 C2F6와 같은, 상업적으로 입수할 수 있는 가스이다. SF6의 사용이 또한 가능한데, 증가된 황(sulfur) 오염의 가능성으로 인해 보다 덜 바람직하다. 또한, 가능한 다른 불소 소오스로서 F2가 있는데, 이러한 형태에서는, 소수의 처리 문제가 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 불소-함유 가스는, 공급장치(70) 내에 저장되어 프로세스챔버(67) 내로 도입되는 비-반응성 가스이다. 에너지 비-반응성 이온빔(예컨대, 크세논 또는 아르곤)가 불소-함유 가스와 충돌하여, 해리된 반응성 원자 불소 라디칼들의 플라즈마 또는 다른 공급이 이루어지게 된다. 불소-함유 가스가 반응성 원자 불소 라디칼들로 해리되면, 플라즈마 내 반응성 원자 불소 라디칼들은 실리콘 층(98)의 일부와 반응하여 실리콘 층을 소모한다.
오염되지 않은 디스크(40)의 웨이퍼-지지부들이 세척되지 않도록 모조 웨이퍼(W)들이 받침대(86) 위에 설치된다. 그러므로, 받침대(86) 간과 받침대 주위의, 디스크의 부분(100)들에만 실리콘 스트립 프로세스가 이루어진다. 비-반응성 이온빔이 정지상태로 남아 있는 동안에, 부분(100)들 전체가 플라즈마 내 반응성 원자 종들에 노출되어 실리콘 스트립이 실행되도록, 디스크(40)는 회전하고 또한 수직으로 이동한다.
실리콘의 제어 제거에 대한 매카니즘은, 세단계 프로세스로 간주되는데, (i) 반응성 원자 불소 라디칼들의 실리콘 표면 내로 흡착(adsorption)과, (ii) 실리콘 불화물과 같은 휘발성 반응 생성물이 형성되게 하는, 반응성 원자 불소 라디칼들과 실리콘의 표면 반응과, (iii) 이들 반응물들을 가스상태로 분해이다. 이외에도, 반응 생성물이 휘발성이고 또한 가스상태이기 때문에, 진공펌프(68)로 반응 생성물들을 프로세스챔버(67)로부터 지속적으로 제거한다.
코팅되지 않은 알루미늄 디스크(도 4)의 경우에 있어서, 인(P)과 같은 오염물이 인 이온빔을 사용하는 선행 주입프로세스의 결과로 디스크 위에 스퍼터링된다. 반응성 원자 불소 라디칼들은 인과 반응하여 반응 생성물(즉, 인 불화물)이 생성된다. 이들 휘발성 반응 생성물은 진공펌프(68)에 의해 프로세스챔버(67)로부터 지속적으로 제거된다.
이외에도, 코팅되지 않은 알루미늄 디스크의 표면에서, 반응성 원자 불소 라디칼들이 알루미늄과 반응하여, 디스크의 상기 표면 상에 잔류하게 되는 알루미늄 불화화합물로 된 안정된, 불활층이 생성된다. 이와 같은 층이 형성되면, 원자 불소는 층 아래에 있는 알루미늄 표면과 더 이상 반응하지 않게 된다. 휘발성이 아닌, 상기 불활층은 펌프에 의해 프로세스챔버로부터 배출되지 않는다. 알루미늄 디스크의 표면 아래에서, 원자 불소의 반응이 일어나지 않는다.
자유 비-이온화 불소 원자들은 스트립될 실리콘 층(98)의 부분(100)(도 3)과, 또는 디스크로부터 제거할 인 오염물(99)(도 4)와 가장 잘 반응하는 것으로 판명되었다. F2, 와 F+ 및 F- 이온들은 가장 덜 반응적인 것으로 판명되었다. 반응성 불소 원자들이 실리콘 층을 에칭하는 방법과 비율 또는 반응성 불소 원자들이 인 오염불과 반응하는 방법과 비율은, 여러 작업 파라미터들을 감시하여 제어함으로써 쉽게 제어할 수 있다. 먼저, 반응성 불소 라디칼로 해리될 수 있는 가스의 양을 결정하기 위해, 탱크(70)에서 프로세스챔버(67)로 가스 흐름율을 제어할 수 있다. 가스 흐름율은 일반적으로 프로세스챔버(67) 내 압력을 결정하게 되는데, 진공펌프 (68)의 혹도와 프로세스챔버(67)의 체적이 고정되어 있기 때문이다.
다른 요인들이 세척/에칭의 방법과 비율을 결정한다. 예컨대, 챔버(67) 내로 도입된 가스를 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스로 희석하여, 해리에 이용할 수 있는 불소의 양을 감소시킨다. 챔버내로 도입되는 가스의 압력은 또한 해리의 비율을 부분적으로 결정한다. 다음에, 이온빔 전류, 에너지 및 종 구성은, 해리의 비율을 결정하도록 제어할 수 있다. 이외에도, 실리콘 층(98) 또는 오염물(99)이 반응성 불소 원자들에 노출되는 지속 시간을 제어할 수 있다. 이 노출시간과 관련해, 디스의 회전과 이동속도를 가변으로 제어할 수 있다. 실리콘 층(98)의 에칭비율 또는 오염물(99)의 에칭비율을 정확히 제어하기 위해, 상기 변수들 중 일부 또는 모두를 감시하고 제어하는데 종합 제어시스템(102) 또는 독립 제어시스템들을 사용할 수 있다.
프로세스챔버 하우징(66) 내에서 디스크의 표면에서 존재하는 가스들의 성분을 모니터하는데 광방출 분광(OES) 시스템을 사용할 수 있다. 예컨대, 만일 인 오염물이 코팅된 디스크(도 3)의 실리콘 층(98)에 존재하거나, 또는 코팅되지 않은 디스크(도 4)의 표면에 존재한다면, 생성되는 반응 생성물은 인 불화물의 종류가 되게 된다(예컨대, PF, PF2또는 PF3). 감시 프로세스의 소정 지점에서, 인 불화물의 양이 사라지게 되는데, 이는, 인 오염물 대부분이 실리콘 층(98) 또는 디스크의 표면에서부터 제겨되었다는 것을 나타낸다. 이 방법에서, 인 불화물의 레벨이 규정된 레벨 아래로 떨어지면 프로세스가 종료되도록, 세척프로세스를 최적화 할 수 있다.
에너지 비-반응성 이온빔(예컨대, 크세논)이 반응 성분을 포함하는 불활성 가스(예컨대 불소)와 충돌하여 반응성 원자 불소 라디칼들이 발생하는 실시예로써, 본 발명은 상기에서 상세히 설명하였다. 본 발명은 또한, 불활성 가스(예컨대, 크세논), 또는 반응 성분을 포함하는 불활성가스와 충돌하여 동일안 반응성 원자 불소 라디칼들을 생성하는, 에너지를 가진 반응성 이온빔(예컨대, 불소)의 사용을 생각해 볼 수 있다.
이외에도, 주입기 부품(디스크 40)이 정지 이온빔에 대해 이동하는 실시예로써, 본 발명을 상기에서 상세히 설명하였다. 본 발명은 또한, 래스터 이온빔을 사용하여 종지 주입기 부품을 세척하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 시스템에서, 모터(64)로 출력하는 제어시스템(74)은, 대신에 이온빔 래스터 제어매카니즘으로 출력할 수 있다.
예컨대, 질량 분석자석(14)의 자기장을 변화시켜, 빔 편향력(beam deflectability)을 변화시키는데, 미합중국 특허 제5,554,854호에 도시된 것과 같은 빔 래스터링 시스템을 사용할 수 있다. 가스공급 유입구(72)를 자석 입구, 출구 근처에, 또는 공동 내에 위치할 수 있다. 유입구(72)에 도입된 가스와 충돌로 생성된 중성 반응 원자들은, 이온들과는 달리 만곡 궤적을 가지지 않는다. 대신에. 상기 반응 중성체들은, 중성화 직전까지 이온이 이동하는 방향에 위치하는, 세척할 표면을 타격(충돌)한다. 타격플레이트의 폭 가변영역은, 자석 공동 내 압력을 변화시킴으로써 세척될 수 있다. 타격 플레이트의 소정 표면을 타격하는 반응성 중성 원자들의 숫자는, 자석 공동의 상이한 영역들 내 압력을 변화시킴으로써 제어할 수 있다.
질량 분석자석의 다운스트림에서, 래스터 빔이 큰 표면적을 세척할 수 있도록, 개구(30 및/또는 32)의 크기는 가변으로 만들 수 있다. 이 방법에서, 플라즈마 플러드 부품들을 세척하는데 이용할 수 있는 확장 개구를 만든다. 주입기의 정상 동작 동안에, 가변 크기의 개구는 이온빔 질량분석을 강화하기 위해 보다 제한된 위치에 재고정할 수 있다.
이러한 이온빔 래스터링 매카니즘을 포함한 시스템에 있어서, 가스공급장치 (70)를 세척할 부품 근처에 위치시킬 수 있다. 상기에서 상세히 설명한 세척매카니즘은 동일하다. 예컨대, 상기에서 설명한 바와 같이, 질량 분석자석(14) 내 충돌(타격) 플레이트(50)를 세척하기 위해, 타격 플레이트를 가로질러 빔을 래스터하고, 가스공급장치에는 세척할 표면 근처에서 유입구가 제공될 수 있다. 비슷하게, 만일 분해 하우징(26) 내 개구 또는 전극들을 세척하여야 한다면, 빔은 이들 개구/전극들을 가로질러 래스터되고, 그 가까이에서, 가스공급장치에는 유입구를 제공할 수 있다.
따라서, 오염된 이온주입기 부품의 선택 및 제어 세척을 위한 방법과 시스템의 바람직한 실시예를 기술하였다. 그러나, 상기 설명을 명심하면, 상기 설명은 단지 예로서만 이루어졌고, 본 발명은 여기에서 설명된 소정의 실시예들에 한정되지 않고, 청구범위에서 주어진 것과 같은 본 발명의 사상을 벗어나는 일이 없이, 다양한 재구성, 수정 및 대안들을 생각할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. (ⅰ) 반응성 종 성분을 가지는 이온빔(44)을 발생시키는 단계와,
    (ⅱ) 세척할 표면(100)을 향해 이온빔을 보내는 단계와,
    (ⅲ) 이온빔(44)이 중화가스의 분자들과 충돌하여, 이온빔과 중화가스 분자들 간의 전하 교환반응의 결과로, 반응성 종의 에너지 반응 중성 원자들의 빔을 생성되도록, 세척할 표면 근처의 챔버 내로 중화가스(70)를 도입함으로써 이온빔(44)을 중화시키는 단계와,
    (ⅳ) 반응성 종들의 에너지 반응 중성 원자들의 빔이 오염물과 반응하도록 하여 반응 생성물이 생성되도록, 표면(100)을 세척하는 단계와,
    (ⅴ) 세척프로세스로부터 발생된 소정의 휘발성 반응 생성물들을 챔버로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 진공챔버의 표면에서부터 오염물을 세척하는 프로세스방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응성 종들이 불소인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 잇어서, 상기 중화가스(70)가 불활성인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 불활성 중화가스(70)가 크세논인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 중화가스 분자들이 이온빔(44)과 충돌할 시에 반응성 중성 원자들로 해리되도록, 상기 불활성 가스(70)는 제2반응성 종 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2반응성 종 성분이 불소인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 진공챔버는 이온주입 프로세스챔버(67)이고, 세척할 표면은 웨이퍼 지지디스크(40)인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 세척할 표면(100)은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 세척할 상기 알루미늄 표면은 실리콘 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 오염물은 인인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 이온빔(44)은 세척할 표면(100)을 가로질러 래스터되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. (ⅰ) 반응성 종 성분을 가지는 이온빔(44)을 생성하는 이온소오스(12)와,
    (ⅱ) 상기 소오스로부터 이온빔을 추출하여, 이 이온빔을 세척할 표면(100)을 향해 보내는 추출기 어셈블리(24)와,
    (ⅲ) 이온빔과 중화가스 분자들 간의 전하 교환반응의 결과로서, 반응성 종들의 에너지 반응 중성 원자들의 빔이 생성되어 표면 상의 오염물과 반응하여 반응 생성물이 생성되도록, 이온빔(44)을 중화하기 위해, 세척할 표면 근처의 챔버 내로 도입되는 중화가스(70)의 공급장치와,
    (ⅳ) 반응 프로세스의 결과로 발생하는 소정의 휘발성 반응 생성물을 챔버로부터 제거하는 수단(68)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 진공챔버의 표면에서부터 오염물을 제거하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반응성 종이 불소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 중화가스(70)가 불활성인 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 중화가스(70)가 크세논인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제12항에 있어서, 상기 중화가스(70)는, 중화가스 분자들이 이온빔(44)과 충돌 시에 반응성 중성 원자들로 해리되도록, 제2반응성 종 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2반응성 종 성분이 불소인 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제12항에 있어서, 진공챔버는 이온주입 프로세스챔버(67)이고, 세척할 표면(100)은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제12항에 있어서, 세척할 표면(100)은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 세척할 상기 알루미늄 표면은 실리콘 코팅되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제12항에 있어서, 상기 오염물이 인인 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제12항에 있어서, 세척할 표면(100)을 가로질러 이온빔을 래스터하는 래스터 제어매카니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제12항에 있어서, 상기 중화가스(70)의 공급은 고 형상(길이-대-직경)비를 가지는 가스 유입튜브(72)를 통해 챔버에 도입되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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