KR20030042042A

KR20030042042A - 비평행 이온 빔을 이용한 2-모드 이온 주입

Info

Publication number: KR20030042042A
Application number: KR10-2003-7006039A
Authority: KR
Inventors: 안토니 레나우; 조셉 씨. 올슨
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-05-27
Also published as: US6573518B1; TWI293767B; JP2004517469A; KR100844619B1; USRE41214E1; EP1330832A2; WO2002037524A3; WO2002037524A2

Abstract

이온 빔을 생성하는 단계, 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 단계, 웨이퍼를 제1 각도로 틸트하는 단계, 제1 각도에서 제1 이온 주입을 행하는 단계, 웨이퍼를 제2 각도로 틸트하는 단계, 제2 각도에서 제2 이온 주입을 행하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼와 같은 소재에 이온을 주입하기 위한 방법이 개시된다. 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 부호가 반대이고, 크기는 측정된 비평행 각도 이상이다. 바람직하게는, 제1 및 제2 주입은 소재에 실질적으로 동일한 이온 주입량을 제공하도록 제어된다.

Description

비평행 이온 빔을 이용한 2-모드 이온 주입{BI MODE ION IMPLANTATION WITH NON-PARALLEL ION BEAMS}

이온 주입은 도전성을 바꾸는 불순물을 반도체 웨이퍼에 도입하기 위한 표준 기술이다. 원하는 불순물 재료가 이온 소스에서 이온화되고, 이 이온들이 가속되어 소정의 에너지를 갖는 이온 빔을 형성하고, 이 이온 빔이 웨이퍼 표면에 주사된다. 빔의 에너지를 갖는 이온들은 벌크 반도체 재료에 침투하고 반도체 재료의 결정 격자에 삽입되어 원하는 도전성 영역을 형성할 수 있다.

이온 주입 시스템은 대개 기상 또는 고상 재료를 잘 정의된 이온 빔으로 변환하기 위한 이온 소스를 포함한다. 질량 분석으로 불필요한 종류의 이온 을 제거한 이온 빔은 원하는 에너지로 가속되어 타겟 면에 주입된다. 이온 빔은 빔 주사, 타겟 이동, 혹은 빔 주사와 타겟 이동의 조합에 의해 타겟 영역에 걸쳐 분포된다. 빔 주사와 타겟 이동의 조합을 이용한 이온 주입기가 Berrian 등의 미국 특허제4,922,106호(1990, 5, 1)에 개시되어 있다.

반도체 웨이퍼에 평행 이온 빔을 전달하는 것은 많은 응용에 있어서 중요한 요건이다. 평행 이온 빔은 반도체 웨이퍼 표면에 걸쳐 평행한 이온 궤적을 갖는 것이다. 이온 빔이 주사되는 경우, 주사된 빔은 웨이퍼 표면 상에서 평행성을 유지하는 것이 요구된다. 평행 이온 빔은 입사 이온이 결정 구조내에서 채널링하는 것을 방지하거나 채널링이 요구되는 경우에는 균일한 채널링이 일어나도록 해준다. 일반적으로, 높은 수준의 빔 평행성이 요구될 때는 직렬 이온 주입기가 이용된다.

한 방법으로, 빔은 일차원적으로 주사되어 주사 원점(scan origin)이라고 하는 한 점으로부터 발산하는 것처럼 보인다. 주사된 빔은 그 다음에, 집광을 하는 이온 광학 소자를 통과한다. 이온 광학 소자는 발산하는 이온 궤적을 평행 이온 궤적으로 변환하여 반도체 웨이퍼에 전달한다. 집광은 각도 보정 마그넷이나 정전기 렌즈를 이용하여 수행된다. 각도 보정 마그넷은 주사된 이온 빔을 편향하고 집광한다. 평행성은 정전기 렌즈로 달성되지만, 에너지 오염이라는 결점이 있을 수 있다.

각도 보정 마그넷 또는 다른 집광 소자로부터 출력된 이온 빔은, 이온 빔 파라미터와 집광 소자 파라미터에 따라 평행하거나 수렴 혹은 발산될 수 있다. 각도 보정 마그넷이 이용되면, 각도 보정 마그넷의 자기장을 변화시킴으로써 평행성이 조정될 수 있다. 각도 보정 마그넷은 일반적으로 단일한 자기장 조정으로 평행성과 편향 각도, 또는 빔 방향 모두를 변화시킨다. 이온 주입기는 흔히 다양한 다른 이온 종과 이온 에너지를 구동할 것이 요구된다. 빔 파라미터가 변하면, 빔 평행성을 복원하기 위해 각도 보정 마그넷의 재조정이 필요하다.

빔 평행성 재조정의 요건은 복잡성을 더하고 이온 주입기 동작에 지연을 부가한다. 또한, 각도 보정 마그넷이나 평행 이온 빔을 생성하는 데 사용되는 다른 이온 광학 소자는 이온 주입기의 비용을 증가시키고 이온 주입기 빔라인의 길이를 늘인다.

따라서, 빔 평행성 요건이 완화되면서, 반도체 웨이퍼 표면에 걸쳐 이온 주입 균일성을 떨어뜨리지 않는 이온 주입 방법과 장치가 요구된다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 또는 다른 공정 소재의 이온 주입(ion implantation)을 위한 시스템과 방법에 관한 것이며, 특히, 비평행 이온 빔을 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면 상에서 균일한 이온 주입을 달성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시에 적합한 이온 주입기의 개략적인 도면.

도 2는 상대적으로 큰 벤드(bend) 각도와 수렴하는 이온 궤적을 갖는 경우의 각도 보정 마그넷의 동작을 도시하는 개략적인 도면.

도 3은 상대적으로 작은 벤드 각도와 발산하는 이온 궤적을 갖는 경우의 각도 보정 마그넷의 동작을 도시하는 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이온 주입 과정의 순서도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2-모드 이온 주입을 도시하는 개략적인 도면.

도 6은 2-모드 이온 주입으로 얻어지는 주입 각도의 균일성의 예를 도시하는 표.

도 7의 A와 B는 빔 평행성을 측정하기 위한 장치의 예를 도시하는 개략적인 도면.

도 8의 A와 B는 도 7의 A와 B에 각각 도시된 빔 조건에 대한 빔 프로파일러 위치의 함수로써 빔 검출기 출력을 나타낸 그래프.

도 9는 비평행 이온 빔을 이용한 종래의 이온 주입을 도시하는 도면.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 소재 내로 이온을 주입하는 방법이 제공된다. 이 방법은 이온 빔을 생성하는 단계, 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 단계, 제1 각도로 배향된 상기 소재에 제1 주입을 수행하는 단계, 및 제2 각도로 배향된 상기 소재에 제2 주입을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 서로 부호가 반대이고, 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상이다.

일 실시예에 있어서, 상기 기준 방향은 상기 소재에서 상기 이온 빔의 방향으로 이루어진다. 다른 일 실시예에서, 상기 기준 방향은 상기 소재에서의 상기 이온 빔의 방향에 대한 선택된 주입 각도로 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 주입은 상기 소재 내로 실질적으로 같은 이온 도우즈를 제공하도록 제어된다. 소재는 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 각도는 상기 측정된 비평행 각도와 크기가 같다.

제1 실시예에 있어서, 이온 빔은 평행화 디바이스를 이용하여 생성된다. 제2 실시예에 있어서, 이온 빔은 평행화 디바이스를 이용하지 않고서 생성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하는 방법이 제공된다. 이 방법은 이온 빔을 생성하는 단계, 상기 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 단계, 제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트(tilt)하는 단계, 상기 제1 각도로 제1 주입을 수행하는 단계, 제2 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 단계, 및 상기 제2 각도로 제2 주입을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 서로 부호가 반대이고, 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상이다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 이온 빔을 생성하는 수단, 상기 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 수단, 제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트(tilt)하는 수단, 상기 제1 각도로 제1 주입을 수행하는 수단, 제2 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 수단, 상기 제2 각도로 제2 주입을 수행하는 수단을 포함한다. 상기 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 서로 부호가 반대이고, 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상이다.

본 발명을 구성하기에 적합한 이온 주입기의 예의 간략화된 블럭도가 도 1에 도시된다. 이온 빔 생성기(10)는 원하는 종의 이온 빔을 생성하고, 이온 빔의 이온들을 원하는 에너지로 가속시키고, 이온 빔의 질량/에너지 분석을 수행하여 에너지 및 질량 오염을 제거하고, 에너지 및 질량 오염 수준이 낮은, 에너지를 갖는 이온 빔(12)을 공급한다. 주사기(20)와 각도 보정기(24)를 포함하는 주사 시스템(16)은 이온 빔(12)를 편향하여 평행하거나 거의 평행한 이온 궤적을 갖는 주사된 이온 빔(30)을 생성한다. 말단 스테이션(32)은 반도체 웨이퍼(34) 또는 주사된 이온 빔(30)의 경로상의 다른 공정 소재를 지지하는 판(36)을 포함하여 원하는 종의 이온들이 반도체 웨이퍼(34)로 주입되도록 한다. 이온 주입기는 본 기술분야의 숙련자에게 잘 알려진 부품들을 부가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 말단 스테이션(32)은 보통, 웨이퍼를 이온 주입기에 넣고 주입 후에 웨이퍼를 제거하는 자동화된 웨이퍼 조종 장치, 도우즈 측정 시스템, 전자 범람 총(electron flood gun) 등을 포함한다. 이온 주입 동안 이온 빔이 통과하는 전 경로는 진공 상태라는 것을 알아야 할 것이다.

이온 빔 생성기(10)의 주요 부품은 이온 빔 소스(40), 소스 필터(42), 가속/감속 컬럼(44) 및 질량 분석기(50)를 포함한다. 소스 필터(42)는 이온 빔 소스(40)에 근접하게 배치하는 것이 바람직하다. 가속/감속 컬럼(44)은 소스 필터(42)와 질량 분석기(50) 사이에 위치한다. 질량 분석기(50)는 쌍극자 분석용 마그넷(52) 및 분해 개구(56)를 갖는 마스크(54)를 포함한다.

정전기식 스캐너일 수 있는 스캐너(20)는 이온 빔(12)을 편향시켜, 주사 원점(60)으로부터 발산하는 이온 궤적을 갖는 주사된 이온 빔을 생성한다. 스캐너(20)는 주사 생성기에 접속된 이격된 주사 판들을 포함할 수 있다. 주사 생성기는 주사판들 간의 전기장에 따른 이온 빔을 주사하기 위해, 톱니파와 같은 주사 전압 파형을 인가한다.

각도 보정기(24)는 평행한 이온 궤적을 갖는 주사된 이온 빔(30)을 생성하기위해 주사된 이온 빔내의 이온을 편향시키도록 구성된다. 특히, 각도 보정기(24)는 간극을 형성하기 위해 이격되어 배치된 폴 피스(pole pieces, 26) 및 전원(28)에 결합된 마그넷 코일(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 주사된 이온 빔은 폴 피스(26)간의 간극을 통과하고, 간극내의 자기장에 따라 편향된다. 자기장은 마그넷 코일을 흐르는 전류를 변화시켜 조정될 수 있다. 빔 주사 및 빔 포커싱은 수평면과 같은 선택된 평면내에서 수행된다.

도 1의 실시예에서, 말단 스테이션(32)은 빔 평행 및 방향 측정 시스템(80)을 포함한다. 시스템(80)은 이하 개시되는 바와 같이 빔 평행 및 방향을 측정한다. 또한, 말단 스테이션(32)은 웨이퍼 지지 테이블(36)을 주사된 이온 빔(30)에 대해 틸트하기 위한 틸트 메커니즘을 포함한다. 일 실시예에서, 틸트 메커니즘(84)은 웨이퍼 지지 테이블(36)을 2개의 직교 축에 대해 틸트할 수 있다.

각도 보정기(24)의 동작에 대한 일례가 도 2 및 3에 도시된다. 도시된 바와같이, 각도 보정기(24)의 폴 피스(26)는 쐐기 형상 또는 이와 유사한 형상이어서, 상이한 이온 궤적은 폴 피스간의 간극에 걸쳐 상이한 경로 길이를 갖는다. 도 2에서, 비교적 높은 강도의 자계가 인가된다. 이온 궤적은 비교적 큰 벤드각을 갖고, 각도 보정기(24)로부터 이탈함에 따라 수렴될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 비교적 작은 강도의 자계가 인가된다. 이온 궤적은 비교적 작은 벤드각을 갖고, 각도 보정기(24)로부터 이탈함에 따라 발산할 수 있다. 따라서, 주사된 이온 빔(30)은 도 2의 실시예에서 웨이퍼 평면(70)의 법선에 대해 양의 각도(72)로 웨이퍼 평면(70)상에 입사되고, 도 3의 실시예에서 웨이퍼 평면(70)의 법선에 대해 음의 각도(74)로 웨이퍼 평면(70)상에 입사된다. 평행 또는 거의 평행인 이온 궤적은 각도 보정기(24)내의 자기장을 적절히 조정하여 생성될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 최상의 평행성을 제공하는 자기장이 주사된 이온 빔(30)을 웨이퍼 평면(70)상에 반드시 수직으로 입사하게 하지는 않는다.

본 발명의 실시예에 따라 이온을 소재에 주입하는 공정에 대한 순서도가 도 4에 도시된다. 단계(100)에서, 이온 빔이 생성되고, 이온 주입기의 빔라인을 통해 전달된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이온 빔(12)은 이온 빔 생성기(12)에 의해 생성되고, 스캐너(20) 및 각도 보정기(24)를 통해 말단 스테이션(32)에 전달된다.

단계(102)에서, 이온 빔의 평행성은, 이온 빔이 반도체 웨이퍼 또는 소재상으로 입사되는 평면에서 또는 그 근처에서 측정된다. 평행성 측정은 이온 빔의 비평행 각도를 제공하고, 특히, 전형적으로 이온 빔의 수렴 또는 발산의 반각을 제공한다. 측정된 비 평행성에 대한 각도는 이온 빔의 중앙 광선으로부터의 이온 빔 궤적의 최대 편위를 나타낸다. 이온 빔의 평행성을 측정하는 기술에 대한 일례가 도 7의 A, B 및 8의 A, B와 관련하여 이하 설명된다. 발산의 반각(132)을 갖는 이온 빔(130)의 비 평행성이 도 5에 도시된다. 이온 빔(130)의 발산량이 이해를 위해 도 5에 과장되게 표현되었다. 빔의 평행성은 이온 빔의 주사 및 포커싱 평면내에서 측정된다.

도 4를 다시 참조하면, 웨이퍼는 단계(104)에서의 기준 방향에 대해 제1 2-모드 각도, +x로 틸트(tilt)된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 틸트 메커니즘(84)은 웨이퍼 지지 테이블(36)을 주사된 이온 빔(30)에 대해 틸트하는데 이용된다. 제1 2-모드 각도는 다음에서 정의된다. 단계(106)에서, 제1 이온 주입이 제1 2-모드 각도로 틸트된 웨이퍼(140)에 수행된다. 단계(108)에서, 웨이퍼는 이하 정의되는, 기준 방향에 대한 제2 2-모드 각도, -y로 틸트된다. 단계(110)에서, 제2 이온 주입이 제2 2-모드 각도로 틸트된 웨이퍼에 수행된다(110). 바람직하게는,단계(106)의 제1 이온 주입 및 단계(110)의 제2 이온 주입이 동일한 에너지 및 도우즈를 가져서, 반도체 웨이퍼의 표면 위에 균일하게 이온 주입이 되도록 하는 것이 좋다.

제1 2-모드 각도 +x 및 제2 2-모드 각도 -y는 기준 방향에 대해 부호가 반대이고, 크기에 있어서는 측정된 비평행 각도와 동일하거나 더 크다. 기준 방향을 기술함에 있어서, 입사 이온 빔과 웨이퍼 표면에 대한 법선 간의 각도인 소위 "주입 각도"를 고려하는 것이 유용하다. 전형적으로 0° 내지 7° 내인 주입 각도는, 반도체 웨이퍼의 결정 격자내의 강력한 이온의 채널링을 제어하는데 이용된다.

주입 각도가 0°인 간단한 경우에, 제1 및 제2 2-모드 각도들의 기준 방향은 이온 빔의 방향이다. 이 경우에, 웨이퍼는 도 5에 도시된 바와 같이 입사 이온 빔에 대해 반대 부호의 2-모드 각도들로 틸트된다. 웨이퍼(140)는 제1 이온 주입에 대해서는 웨이퍼 평면(134)에 대한 제1 2-모드 각도(142)로 틸트되고, 제2 이온 주입에 대해서는 웨이퍼 평면(134)에 대해 제2 2-모드 각도(144)로 틸트된다. 각도들(142 및 144)은 웨이퍼 평면(134)에 대해 부호가 반대이고, 크기에 있어서는, 이온 빔(130)의 비평행 측정 각도(132)와 같거나 더 크다. 바람직하게는, 각도들(142 및 144)은 측정된 비평행 각도의 실질적인 크기에 근접한 것이 좋다. 양호한 실시예에서, 각도들(142 및 144)은 측정된 비평행 각도의 크기와 동일하다. 그러나, 일반적으로, 각도들(142 및 144)은 동일 크기일 필요는 없다.

0이 아닌 이온 주입 각도는 주사 및 포커싱 평면, 즉, 도 5의 평면과 평행한 방향으로 웨이퍼를 틸트하게 설정될 수 있고, 주사 및 포커싱 평면과 직교 방향으로 웨이퍼를 틸트하게 설정될 수도 있다. 0이 아닌 이온 주입 각도가 주사 및 포커싱 평면과 직교하는 방향으로 웨이퍼를 틸트하도록 설정된 곳에서, 제1 및 제2 각에 대한 기준 방향은 도 5 및 전술한 바와 같이 이온 빔의 방향이다. 0이 아닌 이온 주입 각도가 주사 및 포커싱 평면과 평행하는 방향으로 웨이퍼를 틸트하도록 설정된 곳에서, 기준 방향은 웨이퍼가 선택된 이온 주입 각도로 틸트된 방향과 수직이다. 이 경우에, 제1 이온 주입은 선택된 이온 주입 각도에 대해 제1 2-모드 각도로 수행되고, 제2 이온 주입은 선택된 이온 주입 각도에 대해 제2 2-모드 각도로 수행된다. 제1 및 제2 2-모드 각도들이 측정된 비평행 각도와 크기가 동일한 경우에, 제1 이온 주입은 선택된 이온 주입 각도에 측정된 비평행 각도를 더한 각도로 수행되고, 제2 이온 주입은 선택된 이온 주입각에서 측정된 비평행 각도를 감산한 각도로 수행된다. 예컨대, 7°의 선택된 이온 주입 각 및 1°의 측정된 비 평행성의 각을 가정한다. 이 경우에, 제1 2-모드 이온 주입(단계 106)은 7°+ 1°= 8°의 틸트각으로 수행되고, 제2 2-모드 이온 주입(단계 110)은 7°- 1°= 6°의 틸트각으로 수행된다. 이러한 방법은 임의의 선택된 이온 주입 각 및 2-모드 각도들로 수행될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 제1 및 제2 이온 주입의 순서는 바뀔 수도 있다.

본 발명에 따른 2-모드 이온 주입의 평균적인 효과는 도 6을 참조하여 설명된다. 도 6의 예에서, 원하는 주입 각도들은 0°이고, 비평행 이온 빔은 1°의 비평행 측정각을 갖는 것으로 가정된다. 제1 2-모드 주입에 있어서, 도 5의 웨이퍼(140)는 웨이퍼 평면(134)에 대해 1°의 제1 2-모드 각도(142)로 틸트된다.도 6에 도시된 바와 같이, 이 틸트각에서 웨이퍼(140)의 좌측은 2°의 각도로 이온 주입되고, 웨이퍼(140)의 중심은 1°의 각도로 이온 주입되며, 웨이퍼(140)의 우측은 0°의 각도로 이온 주입된다. 제2 2-모드 주입에 있어서, 웨이퍼(140)는 웨이퍼 평면(134)에 대해 -1°의 제2 2-모드 각도(144)로 틸트된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 틸트각에서 웨이퍼(140)의 좌측은 0°의 각도로 이온 주입되고, 웨이퍼(140)의 중심은 -1°의 각도로 이온 주입되며, 웨이퍼(140)의 우측은 -2°의 각도로 이온 주입된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2회 주입의 평균치는 웨이퍼 표면을 가로질러 1°의 균일각이다. 제1 및 제2 2-모드 주입의 평균을 결정함에 있어서는 동일한 크기의 양각 및 음각에서의 이온 주입이 동일하다는 가정에 기초하여 이루어진다.

비평행 이온 빔을 사용하는 종래의 단일 모드 주입이 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 수직 입사로 웨이퍼(184)에 이온 주입하기 위하여 비평행 각도(182)를 갖는 비평행 이온 빔(180)이 사용된다. 도 9에 도시된 종래의 이온 주입 기술은 웨이퍼 표면에 걸친 이온 빔의 입사각 변화를 유발한다. 구체적으로, 1°의 비평행 각도를 가진 이온 빔은 웨이퍼의 좌측에서 +1°의 입사각, 웨이퍼의 중심에서 0°의 입사각, 웨이퍼의 우측에서 -1°의 입삭각을 가진다. 따라서, 입사각은 웨이퍼 표면에 걸쳐 1°가 변화한다. 일부 응용에 있어서 이러한 입사각의 변화는 허용되지 않는다.

이온 빔 평행도를 측정하기 위한 기술의 일례가 도 7의 A, B와, 8의 A 및 B를 참조하여 설명된다. 도 7의 A 및 B는 하나의 빔 프로파일러와 2개의 빔 검출기로 여러 이온 빔을 측정한 것을 나타내는 개략도이다. 도 8의 A 및 B는 프로파일러 위치의 함수로서 빔 검출기의 출력을 나타낸 그래프이다.

도 7의 A 및 B에 도시된 바와 같이, 이온 빔 평행도는 빔 평행도 및 방향 측정 시스템(80; 도 1)에 대응하는 이동 가능 빔 프로파일러 및 이격된 빔 검출기들(152, 154)을 이용하여 측정된다. 빔 프로파일러(150)는 이온 빔을 부분적으로 차단하고 이온 빔에 대해 측방으로 이동할 수 있는 임의의 소자일 수 있다. 예컨데, 검출기(152, 154)는 입사 이온 빔에 응답하여 전기적인 출력 신호를 생성하는 패러데이 컵(Faraday cups)일 수 있다. 프로파일러(150)는 이온 빔을 가로질러 이동할 때 이온 빔의 일부를 차단하여 이온 빔 그림자를 발생시킨다. 빔 그림자는 검출기들(152, 154)을 가로질러 이동하여 음의 진행 출력 전류 펄스 형태의 출력 신호를 생성한다.

도 7의 A에 도시된 바와 같이, 평행 주사 이온 빔(160)이 웨이퍼 평면(170) 상에 수직 입사된다. 프로파일러가 각 검출기와 정렬하여 배치된 때 검출기(152, 154)는 도 8의 A에 도시된 바와 같은 출력 펄스를 생성한다. 검출기 출력 펄스가 생성되는 프로파일러 위치는 이온 빔(160)이 평행 궤도를 가지며 웨이퍼 평면(170)에 수직하다는 것을 판정하는 데 이용될 수 있다.

도 7의 B를 참조하면, 발산 이온 빔(162)이 웨이퍼 평면(170) 상에 수직 입사된다. 이 경우, 프로파일러(150)가 검출기(152)의 우측에 위치한 때 검출기(152)는 도 8의 B에 도시된 바와 같은 출력 펄스를 생성하고, 프로파일러(150)가 검출기(154)의 좌측에 위치한 때 검출기(154)는 출력 펄스를 생성한다. 출력 펄스가 생성될 수 있는 프로파일러 위치는 이온 빔(162)의 발산 각도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 수렴 이온 빔(도시되지 않음)에 응답하여, 검출기(152)는 프로파일러가 검출기(152)의 좌측에 위치한 때 출력 펄스를 생성하고, 검출기(154)는 프로파일러(150)가 검출기(154)의 우측에 위치한 때 출력 펄스를 생성한다. 검출기 출력 펄스가 생성되는 프로파일러 위치는 이온 빔의 수렴 각도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이온 빔 평행도를 측정하기 위한 기술에 관한 추가적인 세부 사항은 본 명세서에 참조된 2000년 6월 6일자의 미국출원 제09/588,419호에 제공되어 있다.

본 발명의 범위 내에서 빔 평행도를 측정하기 위한 여러 기술이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명은 주사된 이온 빔과의 이용에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명은 1994년 9월 27일자로 White 등에게 허여된 미국특허 제5,350,926호에 개시된 바와 같은 리본 이온 빔과 함께 이용될 수 있다.

전술한 2-모드 주입 기술은 반도체 웨이퍼 표면에 걸쳐 이온 주입 균일성을 저하시키는 일 없이 빔 평행에 대한 사양을 허용할 수 있다. 이온 주입기의 구조에 따라 이온 빔을 평행하게 하기 위한 광학 소자를 요구하지 않고 이온 주입 균일을 달성할 수 있다. 이온 빔을 평행하게 하기 위한 이온 광학 소자를 포함하는 이온 주입기 구조에 있어서, 고정 평행화 이온 광학 소자가 사용될 수 있는 경우에는 이온 빔의 평행도를 조정하기 위한 요건이 완화될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화 및 수정이 이루어질 수 있다는 것은 이 분야의 통상의 전문가에게 명백할 것이다.

Claims

소재 내로 이온을 주입하는 방법에 있어서,

이온 빔을 생성하는 단계;

상기 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 단계;

제1 각도로 배향된 상기 소재에 제1 주입을 수행하는 단계; 및

제2 각도로 배향된 상기 소재에 제2 주입을 수행하는 단계

를 포함하고,

상기 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 서로 부호가 반대이고, 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상인 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 주입을 수행하는 단계들은 상기 소재 내로 실질적으로 같은 이온 도우즈를 제공하도록 제어되는 방법.
제1항에 있어서,

상기 비평행 각도는 약 5°미만인 방법.
제1항에 있어서,

상기 비평행 각도는 상기 이온 빔의 발산 각도의 반각으로 이루어지는 방법.
제1항에 있어서,

상기 비평행 각도는 상기 이온 빔의 수렴 각도의 반각으로 이루어지는 방법.
제1항에 있어서,

평행화 디바이스를 이용하여 상기 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

평행화 디바이스를 이용하지 않고서 상기 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 기준 방향은 상기 소재에서 상기 이온 빔의 방향으로 이루어지는 방법.
제1항에 있어서,

상기 기준 방향은 상기 소재에서의 상기 이온 빔의 방향에 대한 선택된 주입 각도로 이루어지는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 각도는 서로 크기가 같은 방법.
반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하는 방법에 있어서,

이온 빔을 생성하는 단계;

상기 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 단계;

제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트(tilt)하는 단계;

상기 제1 각도로 제1 주입을 수행하는 단계;

제2 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 단계;

상기 제2 각도로 제2 주입을 수행하는 단계

를 포함하고,

상기 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 서로 부호가 반대이고, 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상인 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 주입은 상기 웨이퍼 내로 실질적으로 같은 이온 도우즈를 제공하도록 제어되는 방법.
제11항에 있어서,

상기 이온 빔의 비평행 각도는 약 5°미만인 방법.
제11항에 있어서,

상기 이온 빔의 상기 비평행 각도는 상기 이온 빔의 발산 각도의 반각으로 이루어지는 방법.
제11항에 있어서,

상기 이온 빔의 상기 비평행 각도는 상기 이온 빔의 수렴 각도의 반각으로 이루어지는 방법.
제11항에 있어서,

평행화 디바이스를 이용하여 상기 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

평행화 디바이스를 이용하지 않고서 상기 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 기준 방향은 상기 웨이퍼에서 상기 이온 빔의 방향으로 이루어지는 방법.
제11항에 있어서,

상기 기준 방향은 상기 웨이퍼에서의 상기 이온 빔의 방향에 대한 선택된 주입 각도로 이루어지는 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 각도는 서로 크기가 같은 방법.
반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하는 장치에 있어서,

이온 빔을 생성하는 수단;

상기 이온 빔의 비평행 각도를 측정하는 수단;

제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트(tilt)하는 수단;

상기 제1 각도로 제1 주입을 수행하는 수단;

제2 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 수단;

상기 제2 각도로 제2 주입을 수행하는 수단

을 포함하고,

상기 제1 및 제2 각도는 기준 방향에 대해 서로 부호가 반대이고, 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상인 장치.
반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하는 방법에 있어서,

이온 빔을 생성하는 단계;

상기 이온 빔에 대해 제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 단계;

상기 제1 각도로 틸트된 상기 웨이퍼에 제1 주입을 수행하는 단계;

상기 제1 각도에 대해 크기가 같고 부호가 반대인 제2 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 단계; 및

상기 제2 각도로 틸트된 상기 웨이퍼에 제2 주입을 수행하는 단계

를 포함하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 단계는 상기 웨이퍼를 상기 이온 빔의 발산 각도의 반각으로 틸트하는 단계를 포함하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 제1 각도로 상기 웨이퍼를 틸트하는 단계는 상기 웨이퍼를 상기 이온 빔의 수렴 각도의 반각으로 틸트하는 단계를 포함하는 방법.
반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하기 위한 장치에 있어서,

이온 빔 생성기;

상기 이온 빔의 비평행 각도를 측정하기 위한 측정 시스템; 및

제1 각도 및 제2 각도로 상기 반도체 웨이퍼를 틸트하는 틸트 메카니즘

을 포함하고,

상기 제1과 제2 각도는 기준 방향에 대해 부호가 서로 반대이고 크기가 상기 측정된 비평행 각도 이상이며, 상기 제1 및 제2 각도 주입은 상기 제1 각도 및 제2 각도로 각각 수행되는 장치.
제25항에 있어서,

상기 측정 시스템은 이동 가능 빔 프로파일러와 하나 이상의 빔 검출기를 포함하는 장치.
제25항에 있어서,

상기 이온 빔을 평행화하기 위한 이온 광학 소자를 더 포함하는 장치.
제25항에 있어서,

상기 제1 및 제2 각도는 크기가 같은 장치.