KR20030051751A - 이온 소스에서 생성된 플라즈마내의 이온 검출용 프로브조립체 - Google Patents
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Abstract
이온을 포함하는 플라즈마를 생성하는 이온 소스(12), 및 플라즈마의 이온을 검출하는 프로브 조립체(30)를 사용하는 이온 주입 시스템(10)에 관한 방법 및 장치를 제공한다. 상기 프로브 조립체(30)는 프로브 본체(36)와 플라즈마로부터 이온을 추출하는 집속 장치(60), 및 플라즈마로부터 추출된 이온을 필터링하는 필터 (40)를 포함한다.
Description
관련 특허 출원
본 출원은 2000년 10월 27일 출원한 동시 계속 미합중국 잠정 출원 제60/243,690호에 대한 우선권을 주장하며, 모든 주요 내용은 양 출원에 대하여 공통적이다. 상기 잠정 출원의 개시는 전체적으로 본 출원의 참조로서 여기에 포함된다.
최근, 반도체 제조 공정을 이용하여 각종 실리콘계 소자를 제조한다. 종래의 반도체 제조 시스템에 있어서, 이온 소스는 플라즈마를 생성하고, 플라즈마로부터 이온 빔을 추출하여 반도체 웨이퍼 등 기판에 이온 주입한다. 이온 소스의 개발시에, 플라즈마 파라미터를 평가하는 것이 바람직하다. 예로서, 반도체 제조 시스템에서 생성된 플라즈마는 일반적으로 비균질적(non-homogenous)인 것으로 알려져 있다. 따라서, 플라즈마 밀도 및 전자 온도 등, 특정의 플라즈마 특성을 랭뮤어의 프로브(Langmuir probe) 등 종래의 장치를 이용하여 검출하여 측정한다.
이러한 종래의 검출 방법의 결점은, 종래의 방법이 플라즈마의 이온 조성 및 대전 상태 분포를 검출할 수 없는 것이다.
따라서, 이온 주입 시스템의 이온 소스와 함께 사용하기에 적합하고 또한 이온 소스내의 이러한 파라미터들을 측정할 수 있는 검출 시스템에 대한 기술적인 필요성이 여전히 존재한다.
이어서, 특정한 바람직한 실시예와 함께 본 발명을 설명한다. 그러나, 당업자에 의해서 본 발명의 개념 및 범위로부터 벗어남이 없이 여러가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 예로서, 이온 소스 파라미터를 검출하기에 적합한 다양한 시스템 구성을 사용하는 각종 검출 시스템을 사용할 수 있다.
본 발명은, 이온 소스와 반도체 제조 공정에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 이온 소스의 파라미터를 검출하는 검출 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적과 기타 목적, 특징, 및 장점은 이하의 설명 및 첨부 도면으로부터 명백하고, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호는 동일한 부분을 의미한다. 도면은 본 발명의 원리를 예시하는 것이며, 축척이 설정되어 있지 않고 상대적인 칫수를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 지침에 따라서, 플라즈마에서의 이온을 검출하는 프로브 조립체를 사용하는 이온 소스의 개략 블록도.
도 2는 이온 소스의 플라즈마 챔버로부터 이온을 추출하기에 적합한 프로브 소자의 개략도.
도 3은 본 발명의 지침에 의한, 도 2의 프로브 소자의 프로브 본체의 개략도.
도 4는 도 3의 프로브 소자 내부의 둘러싸여진 전극의 사시도.
도 5는 도 1의 프로브 조립체의 필터의 부분 단면도.
이온 주입 시스템내에서 생성된 플라즈마의 이온 조성을 검출하는 프로브 조립체를 필요로 한다. 본 발명은 이러한 필요성에 대응하여 추가적인 해결 방안을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은, 플라즈마를 생성하는 이온 소스, 및 플라즈마의 특정 위치에서의 이온을 검출하는 프로브 조립체를 사용하는 이온 주입 시스템을 제공한다. 상기 프로브 조립체는 프로브 본체와 플라즈마로부터 이온을 추출하는 집속 장치 또는 소자, 및 플라즈마로부터 추출된 이온을 필터링하는 필터를 포함한다. 여기서 사용하는 용어인, 이온은 이온 소스의 플라즈마 챔버내에서 생성된 어떠한 적절한 이온 및 이온종도 포함하는 의미이다.
본 발명의 기타의 일반적인 목적 및 더욱 상세한 목적은 이하의 도면 및 설명으로부터 부분적으로 당연하고 또한 부분적으로 명백할 것이다.
본 발명은 이온 소스의 플라즈마 챔버에서 생성된 플라즈마내의 하나 이상의 이온의 유무를 검출, 감지, 식별 또는 판단하는 프로브 조립체를 사용하는 이온 주입 시스템을 제공한다. 프로브 조립체는 이온 소스의 플라즈마 챔버내에 상기 이온 소스의 벽의 적절한 개구를 통하여 연장되는 프로브 장치 또는 소자를 포함하고, 상기 플라즈마 챔버로부터 이온을 추출한다. 이어서, 이온이 필터로 이송되어서,속도에 따라서 필터링된 다음, 프로브 본체에 의해서 분석된다. 따라서, 프로브 본체는 플라즈마 챔버내의 플라즈마의 스펙트럼 내용 또는 이온 조성(組成)을 판단할 수 있다.
도 1은 처리 챔버(도시되어 있지 않음)내에 장착된 가공편에 충돌하는 빔을 생성하여 방출하는 이온 소스(12)를 포함하는 이온 주입 시스템(10)을 블록 형태로 나타낸 것이다.
상기 이온 소스(12)는 표준적인 구성 부분을 포함하고, 특히 플라즈마 챔버(14)를 형성하는 표준적인 하우징(18)을 포함할 수도 있다. 플라즈마 챔버는 평행 육면체의 형상을 가질 수도 있고, 또는 물통 형상일 수도 있다. 챔버(4)는 가스 소스(20)로부터, 이온화되어서 플라즈마로 되는 가스를 도입하는 입구 개구, 및 플라즈마가 추출되어서 빔(13)을 형성하는 출구 개구(도시되어 있지 않음)를 포함한다. 플라즈마 챔버(14)는 적절한 유체 네트워크를 통해서 가스 소스(20)에 연결된다. 플라즈마는 하나 이상의 바람직하거나 또는 바람직하지 않은 이온, 및 여러 에너지의 전자를 포함한다.
이온 소스(12)는 어떠한 적절한 전기적인 접속을 통해서 전원(22)에 연결된 익사이타(exciter)(24)(예로서, 전압을 인가하는 전극)를 또한 포함한다. 상기 익사이타(24)는 방출된 가스를 이온화하여 이온 소스(12)내에 플라즈마를 생성하기 시작한다. 예로서, 3불화붕소 또는 5불화인 등 소정의 도펀트 가스가 가스 소스내에 수용되어 있다. 이 가스는 플라즈마 챔버(14)에 도입되어서, 상기 익사이터에 의해서 이온화되어 플라즈마를 형성한다. 상기 익사이터(24)는, 적절한 온도로 가열되면 열전자를 방출하는, 바이어스가 인가된 텅스텐 필라멘트로 구성할 수도 있다. 익사이터에 의해서 생성되어 방출된 전자는 방출된 가스와 상호 작용해서 가스를 이온화하여 플라즈마 챔버내에 플라즈마를 형성한다. 익사이터는 또한 고주파 신호를 방출함으로써 전자를 이온화하는 RF 집속 장치 또는 소자 등 기타의 에너지 소스를 이용할 수도 있다. 예로서, 전압을 인가하는 전극(20)은 작동시에 전원(22)에 의해서 에너지가 인가된다. 이온 소스, 전극, 전원 및 유체 네트워크에 대한 상기 구조는 기술적으로 공지된 것이고 판매되는 것이며, 이것들의 연결 및 운용은 당업자에게는 명백한 것이다.
이온 소스(12)는 또한, 이온 소스의 외벽 주위에 설치되어서 다중 첨점(尖點)(multi-cusp) 자계를 형성함으로써 플라즈마를 플라즈마 챔버(14)의 중심을 향하여 진행하게 하는 자석을 포함한다. 이온 소스(12)는 또한, 익사이터(24)의 반대편 단부에, 빔(13)을 소스로부터 방출시키는 플라즈마 전극(도시되어 있지 않음)을 포함한다. 플라즈마 챔버 외측에는, 기술적으로 공지된 바와 같이, 추출 전극이 배치되어서 플라즈마 전극 개구를 통하여 플라즈마를 추출한다. 추출된 플라즈마는 빔(13)을 형성하여, 가공편을 향하여 진행한다.
예시된 이온 소스(12)는 또한, 원거리측 단부(34)가 플라즈마 챔버(14)내에 설치되고 근거리측 단부가 필터(40)에 연결된 프로브 소자(32)를 구비한 프로브 조립체(30)를 포함한다. 프로브(32)는 프로브내에 자계를 형성하여 플라즈마 챔버 (14)로부터 이온을 추출하는 전극을 포함한다. 프로브 조립체는, 도 1에 예시한 구성 요소의 일부 또는 추가적인 구성 요소를 포함하는, 적절한 수와 배치의 구성 요소를 포함하고, 이온 챔버로부터 이온을 추출하여 플라즈마의 스펙트럼 내용 또는 이온 조성을 감지, 검출, 또는 판단하는 데에 대체로 적합하다.
프로브 소자(32)에는 전원(54)이 연결되어서 소정의 전위(電位)로 프로브에 바이어스를 인가한다. 예로서, 전원(54)은, -500V 의 전압 등, 적절한 전압을 인가함으로써 프로브 양단에 전위를 생성한다. 프로브 소자(32)는 또한 프로브 소자 (32)내의 압력을 감소시키는 진공 소스(52)에 연결된다. 예로서, 진공 소스(52)는 프로브내에 약 10-5Torr의 압력을 생성하는 진공 펌프이다. 프로브(32)내에 생성된 자계는 플라즈마 챔버(14)로부터 이온을 추출한다.
추출된 이온은 이어서 필터(4)에 주입된다. 필터(40)는 이온 속도 또는 질량 등, 소정의 파라미터에 따라서 이온을 필터링한다. 필터(40)는 하나 이상의 이온 파라미터에 따라서 이온을 필터링하기에 적합한 어떠한 소정의 필터라도 좋으며, 그 예는 윈 필터(Wien filter) 또는 EXB 필터이다.
필터(40)에는 제어기(50)가 연결되어서 필터내의 자계의 생성에 기여하고 이온이 필터를 통과할 때 이온을 제거한다. 제어기(50)는 또한 플라즈마내의 특정 이온 또는 이온종의 유무를 판단, 감지, 또는 검출할 수 있다. 제어기는, 필터(40)에 전위를 인가하여 필터를 통과하는 이온을 필터링하고, 또한 특정 이온의 유무를 판단, 감지, 검출, 또는 식별하는 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 형태를 사용할 때 상기 기능의 하나 이상이 포함되는 것으로 되어 있지만, 명확히 할 목적으로 제어기(50)를 이온을 검출하는 것으로 간주한다. 따라서, 제어기는 어떠한 적절한 전원 및 연산장치를 포함한다. 여기서 사용하는 "연산장치"라는 용어는 특정한 일군의 명령에 응답하거나 일군의 명령을 실행하는 프로그래머블 또는 논프로그래머블 장치를 의미한다.
도 2는 도1의 프로브 조립체(30)의 프로브 소자(32)의 개략도이다. 상기 프로브 소자(32)는 종단부가 원뿔형의 원거리측 단부 또는 팁(tip)(34)으로 되어 있는 길게 연장된 프로브 본체(36)를 포함한다. 상기 프로브 본체(36)는 프로브 소자 (32)의 대향하는 단부 사이에 뻗어있는 내부 통로(38)를 구비하고 있다. 상기 통로(38)는 플라즈마 챔버(14)내의 플라즈마에 존재하는 하나 이상의 이온이 통과할 수 있는 크기 및 칫수로 되어 있는 것이 바람직하다. 하나의 실시예에 의하면, 통로(38)는 대략 내경이 6mm이고, 길이가 25cm이다. 상기 프로브(32)는 또한, 적절하게 전압이 인가되면, 추출된 이온을 통로(38)내에 한정시키는 전계 분포를 생성하는 일군의 전극을 포함한다. 특히, 8개의 전극을 꼬아서 만든 전극 군은 이온을 모든 방향으로 번갈아서 집속하는 회전 4극 전계를 생성한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 프로브 소자(32)의 부분 및 조립된 것을 나타낸다. 상기 집속 장치(60), 또는 집속 소자는 지지대(64)상에 다수의 병렬 도전성 스트립(strip)(62), 또는 전극을 구성함으로써 이루어진다. 예로서, 상기 도전성 스트립(62)은 구리로 제조하고, 지지대(64)는 딜라웨어(Delaware) 소재 E.I. Du Pont De Nemours and Company of Wilmington제의 Mylar, 또는 기타의 얇은 절연층으로 제조할 수 있다. 어떠한 적절한 수의 도전 스트립이라도 지지대(64)상에 배치되어서 본 발명의 집속 장치(60)를 구성할 수 있는 것을 당업자는 쉽게 인정할 것이다.특히, 집속 장치는 4개 이상의 도전 스트림을 포함하는 것이 바람직하고, 또한, 나타낸 바와 같이 8개의 도전 스트립을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 도전 스트립(62)이 프로브 본체(36) 내부에서 나선형으로 되도록 집속 장치 소자(60)를 도 3의 프로브 본체(36) 내부에 둘러쌈으로써 프로브 소자(32)를 구성할 수 있다. 집속 장치(60)의 도전 스트립(62)은, 프로브 본체(36) 내부에서 감겨질 때 도 4에 나타내는 바와 같이, 겹쳐지고, 서로 맞물리게 구성되어서, 프로브 본체(36)를 통하여 이온(80)을 운반한다. 본 실시예에 의하면, 집속 장치 소자(60)가 전원(54), 또는 기타의 적절한 전원에 의해서 전압이 인가되면, 집속 장치(60)는 프로브 본체(36)내에, 또한 바람직하게는 통로(38)내에 적절한 전자계를 생성한다. 원뿔형 팁 단부(34)는, 전극 바이어스와 함께, 적절한 전계를 생성하여 플라즈마로부터 이온을 추출한다. 이어서 이온은 필터로 이송된다.
도 5는 도 1의 필터(40)의 부분 단면도이다. 상기 필터(40)는 지지대 소자 (44)내에 설치된 일련의 자석(42)을 포함한다. 상기 지지대는 자석(42)에 대하여 호환성이 있는 어떠한 적절한 재료로써 구성할 수도 있고, 강철로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 지지대 소자(44)는 자석(42)에 의해서 생성된 자계를 필터의 내측 부분(48)에 집중시키는 기능을 한다.
상기 필터(40)는 또한, 상기 지지대 소자(44)내에 장착되어서 자계를 필터 내측 부분에 추가로 집중시키는 복수의 강철 스트립(46)을 포함한다. 내측 부분은, 필터를 통하여 연장되고 또한 자석(42)에 의해서 둘러싸인 통로로서 구성될 수도 있다. 강철 스트립은 서로에 대하여 또한 자석으로부터 격리되어서, 강철 스트립에상이한 전압으로 바이어스를 인가하여 통로내에 전위의 기울기, 또는 균일한 전계를 생성한다. 상기 필터(40)는, 제어기(50)에 의해서 에너지가 인가될 때, 속도 또는 질량 등, 하나 이상의 파라미터에 따라서, 진입하는 이온을 필터링하거나 또는 분리할 수 있는 것을 당업자는 쉽게 인정할 것이다. 이어서, 제어기(50)는 상기 파라미터에 따라서 특정 이온을 검출하거나, 감지하거나 또는 식별한다. 예로서, 자석(42, 42)이 활성화되어 있고 그 사이에 전위차가 형성되어 있을 때, 이온이 필터(40)를 통과한다. 이온 속도로써 분리할 때, 이온 속도는 인가된 전계 또는 자계에 비례하는 것을 당업자는 이해할 것이다. 결과적으로, 필터(40)내에 생성된 전계를 제어기(50)로써 변화시키거나, 조절하거나, 또는 제어하여 속도에 따라서 특정 이온을 선택할 수 있다.
본 프로브 소자(32)의 큰 장점은 프로브 소자의 일부를 플라즈마 챔버(14)내에 직접 설치하여 플라즈마 챔버로부터 이온을 추출할 수 있는 것이다. 상기 프로브 조립체(30)는 또한, 플라즈마 챔버로부터 추출된 이온을 필터링하여 플라즈마의 스펙트럼 내용 또는 이온 조성을 판단하거나, 또는 특정 이온을 식별하는 장점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 목적을 효율적으로 달성할 수 있고, 그것은 상기의 설명으로부터 명백한 것을 이해할 수 있다. 상기 구성에서 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 특정의 변경이 이루질 수 있으므로, 상기 설명에 포함되거나 또는 첨부 도면에 나타낸 모든 사항은 예를 든 것으로서, 한정시키고자 하는 의미가 아닌 것으로 해석되어야 한다.
또한, 후속하는 청구범위는 여기에 기재된 모든 일반적인 특징과 고유한 특징, 및 언어 문제상 범위내에 들어가는 것으로 할 수 있는 본 발명의 범위에 대한 모든 표현을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
Claims (20)
- 플라즈마내의 이온의 유무를 판단하는 시스템에 있어서,내부에 이온이 존재하는 플라즈마를 생성하기 위한 크기 및 칫수로 되어 있는 플라즈마 챔버(14)를 구비한 이온 소스(12), 및이온 소스에 연결되어서 상기 플라즈마의 상기 이온을 검출하는 프로브 조립체(30)를 포함하는, 플라즈마내의 이온의 유무를 판단하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브 조립체(30)는 플라즈마 챔버(14)내에 연장되어서 상기 플라즈마로부터 상기 이온을 추출하는 프로브 소자(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제2항에 있어서, 프로브 소자(32)는,플라즈마 챔버(14)내에 배치된 원뿔형의 팁(tip)(34)을 구비한 프로브 본체(36), 및상기 프로브 본체(36)에 장착되어서, 전압이 인가되면, 여기서 전계를 생성하기에 적합한 집속 소자(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브 조립체(30)는,상기 플라즈마로부터 하나 이상의 상기 이온을 추출하는 프로브 소자(32),및상기 프로브 소자(32)에 의해서 상기 플라즈마로부터 추출된 상기 하나 이상의 이온을 필터링하는, 상기 프로브 소자(32)에 연결된 필터(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제4항에 있어서, 필터(40)는 윈(Wien) 필터와 EXB 필터 중 최소한 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제4항에 있어서, 필터(40)는 자계를 필터(40)내에 집중시키는 복수의 강철 스트립(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제6항에 있어서, 복수의 강철 스트립(46)에는 상이한 전압으로 바이어스가 인가되어서 통로(38)내에 전위 기울기와 균일한 전계 중 하나를 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제4항에 있어서, 필터내에 전계를 생성하여 이온 속도에 따라서 하나 이상의 이온을 분리하는 수단(62)을 추가로 포함하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브 소자(32)에 연결되어서 상기 플라즈마 챔버 (14)로부터 상기 이온의 추출을 용이하게 하는 소정의 압력 조건을 생성하는 진공소스를 추가로 포함하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브 조립체(30)는, 프로브 본체(36)의 일부가 상기 플라즈마 챔버(14)내로 연장되기에 적합한 프로브 본체(36)를 구비한 프로브 소자(32), 및 상기 프로브 본체(36)에 연결되어서 본체 내부에 전계를 생성하는 일군의 전극(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브 조립체(30)는, 상기 플라즈마로부터 하나 이상의 이온을 추출하는 프로브 소자(32), 상기 이온을 필터링하는 필터(40), 및 상기 하나 이상의 이온을 검출하는 제어기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 이온 소스(12)와 함께 사용하여 이온 소스(12)의 플라즈마 챔버(14)내의 플라즈마에서의 이온을 검출하기에 적합한 프로브 조립체(30)로서,이온 소스(12)의 플라즈마 챔버(14)내에 최소한 부분적으로 연장되기에 적합한 프로브 본체(36),상기 프로브 본체(36)에 연결되어서 프로브 본체(36)내에 소정의 전계를 생성하는 집속 소자(60), 및상기 플라즈마 챔버(14)로부터 추출되어서 상기 프로브 본체(36)를 통과하는 상기 이온을 필터링하는, 상기 프로브 본체(36)에 연결된 필터(40)를 포함하는 프로브 조립체(30).
- 제12항에 있어서, 상기 프로브 본체(36)는 이온이 통과할 수 있는 크기 및 칫수로 되어 있는 통로(38)를 포함하고, 또한, 상기 프로브 본체(36)는 플라즈마 챔버(14)내에 연장되는 원뿔형 단부를 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 조립체 (30).
- 제12항에 있어서, 일군의 전극(62)이 상기 프로브 본체(36)에 연결되어서 프로브 본체(36) 내부에 전계를 생성하는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체(30).
- 제14항에 있어서, 상기 전극(62)은, 상기 플라즈마 챔버(14)로부터의 상기 이온을 위한 전계를 프로브 본체(36) 내부에 생성하는 4극 집속 소자(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체(30).
- 제12항에 있어서, 상기 필터는 EXB 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체(30).
- 이온 소스(12)의 플라즈마 챔버(14)내에서 생성된 플라즈마내의 이온을 검출하는 방법으로서,프로브 소자(32)로써 이온 소스(12)로부터 이온을 추출하는 단계, 및플라즈마 챔버(14)로부터 추출된 이온을 검출하는 단계를 포함하는, 플라즈마내의 이온 검출 방법.
- 제17항에 있어서, 검출 단계 이전에, 이온 소스(12)로부터 추출된 하나 이상의 이온을 필터링하는 단계를 추가로 포함하는, 플라즈마내의 이온 검출 방법.
- 제17항에 있어서, 필터링 단계는 전계를 변화시켜서 이온 속도에 따라서 하나 이상의 이온을 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마내의 이온 검출 방법.
- 제17항에 있어서, 일군의 전극을 꼬아서 이온을 모든 방향으로 번갈아서 집속하는 회전 4극 전계를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 플라즈마내의 이온 검출 방법.
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