KR20010074769A

KR20010074769A - 입자 비임 전류 모니터링 기술

Info

Publication number: KR20010074769A
Application number: KR1020017001130A
Authority: KR
Inventors: 에프. 리차드스스티븐엘.; 도코로노부히로
Original assignee: 추후보정; 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2001-08-09
Also published as: TW436637B; US6541780B1; WO2000007030A9; JP4416949B2; WO2000007030A1; JP2002521799A; EP1101123B1; DE69903827D1; DE69903827T2; KR100631442B1; EP1101123A1

Abstract

본 발명은 비임을 분석하여 각 이온 대전 상태의 부 비임으로 분리하여, 입자 주입기 내에서 입자 비임 전류를 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 소정의 대전 상태와는 다른 대전 상태를 갖는 적어도 하나의 부 비임은 차단되고, 이 차단된 부 비임의 전류가 측정된다. 이 전류는 이온 주입에 사용되는 소정의 부 비임의 전류를 측정하는 데 유용하다.

Description

입자 비임 전류 모니터링 기술 {PARTICLE BEAM CURRENT MONITORING TECHNIQUE}

통상의 이온 주입기의 주입량 제어 시스템에서, 주 이온 비임은 이온 입자 전류의 측정값(입자수/초)을 제공하기 위해서 웨이퍼 이온 주입 동안 주기적으로 또는 연속적으로 시료 채취된다.

이온 주입기에 의해서 생성된 이온 비임은 강도에 있어 장기 또는 단기 변동을 갖게 된다. 비임은 통상 웨이퍼 목표물보다 훨씬 작기 때문에, 웨이퍼 상에 공간적으로 균일한 주입량을 마련하기 위해서는 비임이 웨이퍼를 가로질러서 병진 이동되거나 또는 웨이퍼가 비임을 통해서 병진 이동되는 것이 요구된다. 이온 주입 동안 비임 전류의 변동을 보상하기 위해서 비임 입자 전류에서 얻은 인자에 의해서 병진 이동 속도를 조절하는 것은 일반적인 통례이다.

병진 이동 속도의 보정이 결정될 수 있기 전에, 주 비임(또는, 이온 주입 비임) 전류가 알려져야 한다. 이러한 요구를 만족시키는 많은 방법들이 있다. 가장 일반적으로 사용되는 두 가지는 다음과 같다.

1) 이온 주입 동안 비임 강도의 시료를 제공하기 위해서 비임을 (공간적으로 또는 시간적으로) 다중 송신하는 방법과,

2) 웨이퍼를 직접 타격하는 전류를 수집 및 측정하는 방법이 있다.

이들 기술 모두는 웨이퍼 근처에서 비임 전류를 측정해야하는 단점이 있다. 웨이퍼는 비임 전류 측정의 정확도에 불리하게 영향을 끼치는 국부 환경적 섭동을 유발해서 주입량 오차를 일으킬 수 있다. 예를 들면, 비임의 충돌 상태에서 웨이퍼가 기체를 없애면, 결과적인 진공 상태의 감소는 바람직하지 못한 비임의 대전 교환을 일으켜서 비임 전류 측정 오차를 유발시킨다.

본 발명은 실리콘 웨이퍼로의 이온 주입과 이온 주입 공정 동안의 이온 주입량 측정에 관한 것이다.

도1은 이온 주입기의 평면도이다.

도2는 본 발명을 실시하는 도1의 이온 주입기의 일부 단면을 도시하는 평면도이다.

도3은 전기장을 통과하는 다성분 이온 비임의 경로를 도시하는 개략도이다.

도4는 작고 이동가능한 패러데이 컵을 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도5는 다수의 작고 고정된 패러데이 컵을 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도6은 중성 비임의 강도를 모니터링하기 위해서 단일 컵을 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명은 이온 주입 공정 동안 실리콘 웨이퍼가 정확한 이온 주입량(입자수/cm²)을 수용하는 것을 측정하고 보장하는 신규한 수단을 제공한다. 통상의 이온 주입기 주입량 제어 시스템에서, 웨이퍼 이온 주입 동안 이온 입자 전류의 추정치(입자수/초)를 제공하기 위해서 주 이온 비임은 주기적으로 시료 채취된다.

본 발명에서, 주 이온 비임의 입자 전류는 웨이퍼 이온 주입에 바람직하지 못한(undesirable) 대전 상태를 포함하는 다른 (사용되지 않은, 질량 분석된) 이온 비임의 이온 전류를 측정함으로써 추정된다. 다른 (또는, 모니터) 비임은 웨이퍼 이온 주입에 사용되지 않기 때문에, 이는 이온 전류가 가장 정확하게 측정될 수 있는 안정적인 진공 상태의 구역에서 연속적으로 측정될 수 있다. 모니터 비임에서의 이온 전류는 주 비임의 이온 전류에 비례하고 이들의 비율은 웨이퍼 이온 주입 일괄 작업들 사이에서 측정될 수 있다. 따라서, 모니터 비임의 이온 전류를 측정함으로써, 주 비임의 이온 전류를 추정할 수 있다. 특히, 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼에서 수소 기체를 제거한 상태에서, 이 방법은 보다 큰 정확도를 제공하는 데, 이는 이 웨이퍼 공정 챔버의 약한 진공에서부터 상류에서 측정되기 때문이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조한 다음의 발명의 상세한 설명에서 가장 잘 이해될 수 있다.

도면을 참조하면, 먼저 도1에는 본 발명과 함께 사용되기에 적합한 이온 주입기(1)의 전체 평면도가 도시되어 있다. 비록 본 발명이 이온 주입기에 통상 적용 가능할지라도, 본 발명을 제한하지 않는, 하나의 적절한 이온 주입기는, 예컨대 매사츄세츠주 뉴베리포트 스탠리 턱커 드라이브 4의 제누스 사 테크날러지 디비젼에 의해서 탠드트론(Tandetron)의 상표로 모델 번호 G1520으로 제작되는 MeV 이온 주입기 시스템일 것이다. G1520은 25 KeV 내지 2.65 MeV의 에너지 영역에서 보통 실리콘 웨이퍼 내에 붕소, 인 및 비소를 주입하는 데 사용된다. 입자 전류의 통상치는 1×10¹¹내지 1×10¹⁶입자수/cm²이다. 통상 주입량은 5×10¹⁰내지 1×10¹⁶입자수/cm²이다. 이온 주입의 에너지에 따라서 웨이퍼를 타격하는 이온들은 1배, 2배, 3배로 대전될 것이다. G1520은, 800KeV 단일 대전된 비소를 주입할 때, 원하는(desired) 대전 상태를 선택하기 위해서 4667 가우스에서 작동하는 10°자석을 사용한다.

도1에 도시된 시스템은 5개의 주요 모듈인 인젝터(2), 탠뎀 가속 구역(3), 비임 필터 모듈(4), 공정 챔버 모듈(5) 및 웨이퍼 핸들링 모듈(6)로 구분된다. 본 발명은 비임 필터 구역(4)에 위치되고, 이 비임 필터 구역(4)은 10°균일장(uniform field) 자석(7), 드리프트(drift) 구역 및 최종 대전 상태 선택 구멍을 포함한다. 이런 유닛은 가속기 모듈(3)의 중심부에 형성된 대전 상태(1+, 2+, 3+ 및 4+)의 선택에 의해서 원하는 이온 비임을 선택한다. 이 단계에서는 어떠한 질량 분석도 수행되지 않고, 동종의 다른 대전 상태의 선택에 의한 에너지 분석 만이 수행된다. 양의 이온 비임 전류는 공정 챔버(5)로 유입되기 전셋업 패러데이 컵(setup Faraday cup) 내에서 최적화된다.

비임 필터 모듈(4)은 도2에 보다 상세히 도시되어 있다. 가속기 모듈(3)로부터의 이온 비임은 진공 도파관 입구(9)에서 가속된 이온 비임 축(8)을 따라서 비임 필터 모듈(4)로 유입된다. 10°분석기 자석(7)에 의해서 생성된 자기장을 통하여 지나가는, 이온 비임은 주 비임에 포함된 각각의 대전 상태에 대해 개개의 비임들로 분할된다. 가속된 이온 비임의 경로에 있는 필터 슬릿(10)은 원하는 대전 상태가 선택되는 자기장 강도에 관련하여 위치된다. 도2의 예에서, 선택된 대전 상태는 대전 상태 1 이다. 중성 비임이 비임 축(8)을 따라서 머무는 동안, 다른 대전 상태는 상이한 궤적(11, 12, 13)을 따른다. 본 발명에 따르면, 패러데이 컵(14)은 하나 이상의 선택되지 않은 대전 상태의 전류를 판독하도록 위치된다. 도2의 예에서, 판독되는 선택되지 않은 대전 상태는 대전 상태 2 및 대전 상태 3이다.

패러데이 컵(14)은 컵으로 그리고 컵에서부터 냉각수를 운반하는 역할을 하는 절연체(15)에 의해서 지지된다. 이 컵은 전방 바이어스 전극(16) 및 후방 바이어스 전극(17)에 의해서 둘러싸여 있는데, 이들은 음 전위로 유지된다. 바이어스 전극들은, 외부에서 발생한 어떠한 전자들도 컵에 도달하지 못하고 또한 컵 내에서 발생된 어떠한 전자들도 달아나지 못하고 컵으로 되돌아오는 것을 보장한다. 조립체의 수용 영역은 수냉 접지된 구멍(18)에 의해서 한정된다.

도2의 자기장의 작용은 도3을 참조해서 이해될 수 있다. 이것을 참조하면, 이온 비임(21)이 자기장(22)을 통하여 지나갈 때, 다양한 성분의 이온들은 이들의질량, 속도 및 전하량에 의해서 결정되는 각도 편향을 거친다. 이 기술은 다성분 비임에서 특정 질량/속도/전하량 조합의 이온들을 필터링하는데 보통 사용된다. 상이한 각도 편향은 비임의 다양한 성분이 공간적으로 분리되게 한다. "분석 슬릿"(24)은 소정의 주 비임(23)만이 지나가도록 위치된다. 다른 원하지 않는 성분들(25)은 다른 각도 편향을 거쳐서 분석 슬릿(24)을 통하여 지나가지 못하여 웨이퍼의 이온 주입에 기여하지 못한다.

이온 주입 시간 동안, 하나 이상의 다른 원하지 않는 성분들(25)의 강도는 소정 주 비임(23)의 강도에 비례한다. 예컨대, 만일 탠뎀 가속기로의 입력이 단일 질량, 속도 및 대전 상태의 이온들로 구성되어 있다면, 출력 비임은 다양한 속도 및 전하량을 제외한 단일 질량의 이온들을 포함할 것이다. 가속 공정의 물리학은 출력 비임의 다양한 성분의 상대적 비율들이 광범위한 출력 비임 강도에 걸쳐서 일정하게 되는 것을 허용한다.

따라서, 주 비임(23)의 강도는, 10°자석의 하류의 임의의 용이한 지점에서, 하나 이상의 다른 원하지 않는 성분 비임(25)의 강도를 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 이 영역에서 비임 성분의 기존의 공간 분리를 사용하여, 분석 슬릿의 근처에서 원하지 않는 성분의 강도를 측정하는 것이 편리하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않고 다른 실시가 가능하다. 원하지 않는 성분의 강도는 양호하게는 웨이퍼 상에 비임 충돌 지점에서 잘 분리된 장소(26)에서 측정된다. 따라서, 비임/웨이퍼의 상호 작용에 기인한 환경적인 섭동은 비임 강도 측정에 최소한의 영향을 끼칠 것이다.

주 비임 전류의 절대적 측정을 허용하기 위해서, 모니터 비임에 대한 주 비임 전류의 비를 결정하는 것이다. 이 결정은 주 비임이 이온 주입을 수행하지 않는 편안한 시간에 2개의 모든 전류를 측정함으로써 이루어질 수 있다.

다른 실시예

특정 환경 하에서 바람직할 수 있는 많은 본 발명의 다른 실시예들이 있다. 도4는 고정된 단일 패러데이 컵이 작고, 이동 가능한 컵(30)으로 대체된 구성을 도시한다. 작은 컵은 단일의 선택되지 않은 대전 상태(또는, 가능하게는 한 번에 하나 이상)를 모니터링하도록 위치될 수 있어서, 다른 선택되지 않은 비임들을 받아들이지 않는다. 만일 선택되지 않은 비임들 중 하나의 강도가 선택된 비임의 강도와 비례하지 않는다면, 바람직할 것이다. 이러한 상태에서는 비임 전류의 신뢰할 만한 측정치를 얻기 위해서 선택되지 않은 비임을 받아들이지 않는 것이 필요할 것이다.

도5에는 다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기에서는 고정된 단일 패러데이 컵이 특정의 선택되지 않은 대전 상태에 의하여 발생된 비임을 차단하도록 위치된 다수의 작고 고정된 컵들(31, 32, 33)로 대체되었다. 만일 대전 상태 1 비임이 선택되면 (즉, 분석 슬릿(10)에 의해 통과되면), 패러데이 컵(31)은 중성(대전 상태 0) 비임을 차단하고, 패러데이 컵(32)은 대전 상태 2인 비임을 차단하고, 패러데이 컵(33)은 대전 상태 3 비임을 차단할 것이다. 만일, 자석(7)에 의해서 발생된 자기장이 감소되면, 더 높은 대전 상태가 선택될 것이고, 이 경우 패러데이 컵(31)은 선택된 비임의 대전 상태보다 낮은 대전 상태를 갖는 비임들을 수집할 것이다. 예컨대, 만일 대전 상태(3)가 분석기 슬릿(10)을 통과하면, 대전 상태 1 및 2는 패러데이 컵(31)에 의해서 수집될 것이다.

도6에는 다른 실시예가 도시되어 있다. 수집기(34)는 중성(대전 상태 0) 비임을 차단하도록 위치되고, 상기 비임은 항상 자기장에 의해서 편향되지 않고 지나간다. 비임의 충돌은 수집기로부터의 2차 전자들의 방출을 자극한다. 이들 전자 중 일부는 달아나서, 전류가 수집기에 연결된 전류계로 흐르게 할 것이다. 전류의 세기는 중성 비임의 강도의 추정치를 제공할 것이다. 접지 차폐부(35)는 수집기를 둘러싸서, 존재할 수 있는 다른 대전된 입자들로부터 이를 차폐한다. 이 실시예에서, 선택되지 않은 대전 비임들(11 내지 13)은 접지된 구멍(18)에 충돌한다.

몇 개의 설명적인 실시예와 함께 본 발명의 원리를 설명함에 있어서, 비록 특정 용어들이 사용되었지만, 이는 포괄적이고 설명적인 의미로 사용된 것이고, 제한을 목적으로 한 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 다음의 청구 범위에 의해서 나타낸다.

Claims

입자 비임 전류를 모니터링하는 방법에 있어서,

소정의 대전 상태를 갖는 이온들과 상기 소정의 대전 상태와는 다른 대전 상태를 갖는 이온들을 포함하는 동종의 이온들의 비임을 생성하는 단계와,

각 대전 상태의 부 비임으로 분리하기 위해서 상기 비임을 분석하는 단계와,

상기 소정의 대전 상태를 갖는 이온들의 부 비임을 목표물 상으로 향하게 하는 단계와,

상기 소정의 대전 상태와는 다른 대전 상태를 갖는 상기 부 비임들 중 적어도 하나를 차단하는 단계와,

상기 차단된 이온들의 전류를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 이온들의 종들은 붕소, 인 및 비소로 구성된 종들의 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 다수의 부 비임들이 있고, 상기 부 비임들 중 적어도 하나를 차단하는 단계는 상기 부 비임 모두를 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 차단된 부 비임의 대전 상태가 0인 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 차단된 이온들의 전류를 측정하는 단계는 상기 차단 단계의 결과로서 방출된 2차 전자들의 전류를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
소정의 대전 상태를 갖는 이온들과 상기 소정의 대전 상태와는 다른 대전 상태를 갖는 이온들을 포함하는 동종의 이온 비임을 생성하는 이온 가속기와 조합되어, 입자 비임 전류를 모니터링하는 장치에 있어서,

상기 비임을 각 대전 상태의 부 비임으로 분리하기 위해서 상기 비임을 분석하여 상기 소정 대전 상태를 갖는 이온들의 부 비임을 목적물 상으로 향하게 하는 수단과,

소정의 대전 상태와는 다른 대전 상태를 갖는 상기 부 비임들 중 적어도 하나를 차단하는 수단과,

상기 차단된 이온들의 전류를 측정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 장치.
제6항에 있어서, 상기 차단 수단은 적어도 하나의 패러데이 컵을 포함하는것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 차단 수단은 단일 패러데이 컵을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 단일 패러데이 컵은 고정된 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 단일 패러데이 컵은 소정의 대전 상태와는 다른 대전 상태를 갖는 각각의 부 비임을 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 차단된 비임의 대전 상태는 0인 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 차단된 이온들의 전류를 측정하는 수단은 상기 차단 단계의 결과로서 방출되는 2차 전자들의 전류를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 차단 수단은 다수의 패러데이 컵을 포함하고, 상기 각각의 패러데이 컵은 단일 부 비임을 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 외부에서 발생된 전자들이 상기 패러데이 컵에 도달하는 것을 방지하고 컵 내에서 발생된 전자들을 컵 내에 유지시키기 위하여 음 전위로 유지되며 상기 패러데이 컵 근처에 위치된 적어도 하나의 바이어스 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 각 패러데이 컵을 통해서 냉각 액체를 순환시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 단일 패러데이 컵은 이동가능하여, 다른 부 비임을 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.