KR20040005988A - 가변 공간 주파수 주사선으로 이온 주입하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼와 같은 제품의 제어된 이온 주입에 대한 방법 및 장치가 제공된다. 이 방법은 이온 빔을 생성하고, 주사선을 생성하기 위해 제1 방향으로 제품을 가로질러 이온 빔을 주사하고, 이온 빔에 대한 제2 방향으로 제품을 변환시켜 주사선이 표준 공간 주파수로 제품 전체에 걸쳐 분산될 수 있도록 하여, 제품의 도우즈 맵을 얻고, 얻어진 도우즈 맵이 사양내에 있지 않고, 획득된 도우즈 보정이 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정보다 작으면, 도우즈 보정 주입을 시작하고, 도우즈 보정 중에 주사선의 공간 주파수를 제어한다.

Description

가변 공간 주파수 주사선으로 이온 주입하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ION IMPLANTATION WITH VARIABLE SPATIAL FREQUENCY SCAN LINES}

이온 주입은 도전성-변경 불순물을 반도체 웨이퍼에 도입하는 표준 기술이다. 소정의 불순물은 이온 소스에서 이온화되며, 이온은 미리 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되고, 이온 빔은 웨이퍼의 표면을 향한다. 빔에서의 에너지화 이온은 반도체 물질의 벌크를 통과하고, 소정의 도전성의 영역을 형성하기 위해 반도체 물질의 판정 격자로 임베디드된다.

이온 주입 시스템은 가스 또는 고체 물질을 잘 정의된 이온 빔으로 변환시키기 위한 이온 소스를 통상 포함한다. 이온 빔은 바람직하지 않은 이온 스페시즈(species)를 제거하기 위해 질량 분석되며, 소정의 에너지로 가속화되고, 타겟면상으로 향한다. 대부분의 이온 주입기는 2차원의 웨이퍼 보다 훨씬 적은 이온 빔을 이용하며, 빔을 전자적으로 주사하며 웨이퍼를 기계적으로 이동시키거나또는 빔 주사 및 웨이퍼 이동을 조합하여 이온 빔으로부터 웨이퍼를 통해 도우즈를 분산시킨다. 전자 빔 주사 및 기계적 웨이퍼 이동의 조합을 활용하는 이온 주입기(implanter)는 미국특허 제4,922,106호(issusd May 1,1990 to Berrian et al.) 및 미국특허 제4,980,562호(issued December 25, 1990 to Berrian et al.)에 개시된다. 이들 특허는 이런 시스템에서 주사 및 도지메트리(dosimetry)용 기술을 개시한다.

이온 주입기에서 주사 및 도우즈 제어 시스템의 중요한 목표는 도우즈 정확성 및 도우즈 균일성에 있다. 즉, 이온 주입기는 도펀트 원자의 특정 도우즈를 웨이퍼에 주입시키며 웨이퍼의 표면을 가로질러 특정 도우즈 균일성을 달성하는 것이 요구된다. 도우즈 균일성 및 도우즈 정확성을 달성하기 위하여, 종래의 이온 주입기는 가변 전자 주사 속도 및 거의 일정한 기계적 이행(translation) 속도를 활용하여, 웨이퍼의 표면을 통해 균일하게 이격된 주사선을 가져온다. 웨이퍼의 완전한 주입은 소망하는 전체 도우즈가 달성될때까지 웨이퍼를 가로지르는 여러 완전한 통과(pass)와 관련된다. 주사선들사이의 간격은 주사선들의 오버랩을 보장하고 도우즈 균일성을 달성하기 위하여 기계적인 이행에서 빔 높이 보다 전형적으로 작다.

상술한 바와 같이, 전형적인 주입 프로토콜은 웨이퍼를 가로지르는 다수의 완전한 통과와 관련된다. 빔은 주입 동안 간격에서 빔 전류를 측정하는 패러데이 컵(Faraday cup)을 가로질러 전자적으로 주사된다. 도우즈 측정은 주입된 웨이퍼의 도우즈 맵을 발생시키는데 사용된다. 도우즈 맵이 측정된 빔 전류에 기초하기 때문에, 빔 전류에서의 변동은 고려된다. 도우즈 맵은 이를 특정 도우즈 맵과 비교함에 의해 도우즈 제어 시스템에 의해 평가된다. 실제 도우즈가 특정 도우즈 보다 작은 영역에서, 도우즈 보정 주사가 수행된다.

그러나, 임의의 조건하에서, 도우즈 보정은 종래의 도우즈 제어 알고리즘을 가능한 활용한다. 특히, 주사 시스템은 웨이퍼에 인가될 수 있는 최소 도우즈 보정을 특징으로 한다. 이온 빔 전류가 주어진 주입 동안 실질적으로 고정되는 사실로부터 최대 보정이 일어나며, 전자 주사 속도는 주사 증폭기의 특성을 기초로 한 최대값을 갖는다. 따라서, 웨이퍼에 인가될 수 있는 도우즈 보정은 낮은 제한을 갖는다. 요구된 도우즈 보정이 최소 보정 보다 작다면, 소정의 도우즈는 종래의 주사 기술로 달성될 수 없다. 최소 보정이 이 경우에 웨이퍼에 인가된다면, 실제 도우즈는 소정의 도우즈를 초과한다. 최대 보정이 웨이퍼상에 인가되지 않으면, 실제 도우즈는 소정의 도우즈 보다 작게 남겨진다.

따라서, 개선된 이온 주입 방법 및 장치가 요구된다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 및 다른 제품의 이온 주입을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 가변 공간 주파수를 갖는 주사선이 도우즈(dose) 정확성 및 균일성(uniformity)을 제어하는데 활용되는 이온 주입을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 이해를 위해, 이하 첨부된 도면을 참고로 하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 구현을 위해 적당한 이온 주입기를 도시한 개요 정면도.

도 2는 도 1의 이온 주입기를 도시한 측면 개요도.

도 3A는 이온 빔이 웨이퍼의 중간 근방에서 중단되는 경우에, 주사선의 함수로서 인가된 도우즈를 퍼센트로 도시한 그래프이다.

도 3B는 종래의 도우즈 제어 알고리즘이 도 3A에 도시된 도우즈 프로파일을 보정하는데 활용되는 경우에, 주사선의 함수로서 인가된 도우즈를 퍼센트로 도시한 그래프이다.

도 3C는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도우즈 제어 알고리즘이 도 3A에 도시된 도우즈 프로파일을 보정하는데 활용되는 경우에, 주사선의 함수로서 인가된 도우즈를 퍼센트로 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따르는 도우즈 제어를 포함하는 이온 주입용 공정의 플로우챠트이다.

도 5는 도 4에 도시된 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘의 일 실시예의 플로우챠트이다.

본 발명은, 이온 빔이 한 방향, 전형적으로는 수평방향에서 전자적으로 주사되며, 웨이퍼 또는 제품이 제2 방향, 전형적으로 수직 방향에서 기계적으로 변환되어, 이온 빔을 웨이퍼 표면을 통해 분산시키는 이온 주입기와 관련되서 기술된다. 이온 빔의 전자 주사는 주사선을 발생시키며, 웨이퍼의 기계적 변환은 주사선을 웨이퍼 표면을 통해 분산시킨다. 웨이퍼상의 주사선의 공간 주파수는 도우즈 및 도우즈 균일성을 제어하기 위해 제어된다.

본 발명의 제1 면에 따르면, 제품의 이온 주입에 관한 방법이 제공된다. 이방법은 이온 빔을 발생시키는 단계와, 주사선을 발생시키기 위해 제1 방향에서 이온 빔을 제품을 가로질러 주사하는 단계와, 주사선이 제품을 통해 분산되도록 이온 빔에 대한 제2 방향에서 제품을 변환하는 단계와, 소정의 도우즈 맵에 따라서 제품상의 주사선의 공간 주파수를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 면에 따르면, 제품의 이온 주입용 방법이 제공된다. 이 방법은 이온 빔을 발생시키는 단계와, 주사선을 발생시키기 위해 제1 방향에서 이온 빔을 제품을 가로질러 주사하는 단계와, 주사선이 표준 공간 주파수를 갖는 제품을 통해 분산되도록 이온 빔에 대한 제2 방향에서 제품을 이행하는 단계와, 제품의 도우즈 맵을 획득하는 단계와, 획득된 도우즈 맵이 사양(specification) 내에 있지 않으며 획득된 도우즈 보정이 주사선의 표준 공간 주파수로 획득될 수 있는 최소 도우즈 보정 보더 작은 경우, 도우즈 보정 주입 동안 주사선의 공간 주파수를 제어하는 단계를 포함한다.

주사선의 공간 주파수를 제어하는 단계는, (a) 표준 공간 주파수를 갖는 n 주사선의 그룹을 선택하는 단계(여기서, n은 그룹에서의 주사선의 수를 나타낸다), (b) 수 n으로 나누어진 최소 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정 보다 작거나 또는 동일한지를 판정하는 단계와, (c) 수 n으로 나우어진 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정 보다 작거나 또는 동일하다면 선택된 주사선을 통해 이온 빔의 주사를 초기화하는 단계와, (d) 주사선 그룹에서 주사선의 수 n을 증분하는 단계와, 수 n으로 나누어진 최소 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정 보다 작지 않거나 또는 동일하지 않으며, 선택된 주사선 그룹에서 주사선의 수 n이 최대값보다 작은 경우, 단계(b)-(d)를 반복하는 단계를 포함한다. 선택된 주사선 그룹에서 주사선의 수 n이 최대값과 동일하며, 수 n으로 나누어진 최소 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정보다 작지 않거나 또는 동일하지 않을 때, 또는 주사를 후행할 때, 주사선의 다음 그룹은 동일한 방식으로 선택 및 평가된다. 이런 공정은 주사선의 전체 세트 또는 그 서브세트를 가로질러 반복되며, 전체 공정은 도우즈 맵이 사양내에 있을때까지 반복된다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 이온 주입 장치가 제공된다. 이온 주입 장치는, 이온 빔을 발생시키기 위한 빔 발생기와, 주사선을 생성하기 위해 제1 방향에서 제품을 가로질러 이온 빔을 주사하기 위한 스캐너와, 주사선이 표준 공간 주파수를 갖는 제품을 통해 분산되도록 이온 빔에 대한 제2 방향에서 제품을 변환하기 위한 기계적 변환기와, 제품의 도우즈 맵을 획득하기 위한 도우즈 측정 시스템과, 요구된 도우즈 맵이 사양내에 있지 않으며, 요구된 도우즈 보정이 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정 보다 작은 경우, 도우즈 보정 주입을 초기화하며, 도우즈 보정 주입 동안 주사선의 공간 주파수를 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

본 발명을 통합하는데 적당한 이온 주입기의 일 실시예의 간략화된 블럭도는 도 1 및 2에 도시된다. 도 1은 정면도이고, 도 2는 측면도이다. 도 1 및 2에서 유사한 구성요소는 동일한 참조번호를 부여한다.

이온 빔 발생기(10)는 소정의 스페시즈의 이온 빔을 발생시키며, 이온 빔에서의 이온을 소정의 에너지로 가속하고, 이온 빔의 질량/에너지 분석을 수행하여 에너지 및 질량 오염물질을 제거하며, 낮은 레벨의 에너지 및 질량 오염물질을 갖는 에너지화 이온 빔(12)을 제공한다. 스캐너(20), 각도 보정기(24) 및 주사 발생기(26)을 포함하는 주사 시스템(16)은 평행 또는 거의 평행한 이온 궤적을 갖는 주사된 이온 빔(30)을 생성하기 위해 이온 빔을 편향시킨다.

엔드 스테이션(end station)(32)은 소정의 스페시즈의 이온이 반도체 웨이퍼(34)로 주입되도록 주사된 이온 빔(30)의 경로에서 반도체 웨이퍼(34) 또는 다른 제품을 지지하는 플래튼(platen)(36)을 포함한다. 엔드 스테이션(32)은 이온 빔 도우즈 및 도우즈 균일성을 모니터링하기 위한 패러데이 컵(38)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이온 주입기는 플래튼(36) 및 웨이퍼(34)를 수직 방향에서 기계적으로 이동시키기 위한 기계적 변환 시스템(40)을 포함한다. 기계적 변환 시스템(40)은 플래튼(36)에 기계적으로 결합된 이행 구동기(42)와, 플래튼(36)의 수직 위치를 감지하기 위한 위치 센서(44)를 포함한다. 시스템 제어기(50)는 패러데이 컵(38) 및 위치 센서(44)로부터 신호를 수신하며, 제어 신호를 주사 발생기(26) 및 이행 구동기(42)에 제공한다. 일예로서, 시스템 제어기(50)는 적당한 메모리와 다른 주변 장치를 갖는 프로그래밍된 범용 마이크로프로세서로서 구현된다. 시스템 제어기(50)는 바람직하게 도우즈 제어 시스템을 포함한다.

이온 빔 발생기(10)는 이온 빔 소스(60), 소스 필터(62), 가속/감속 컬럼(64) 및 질량 분석기(70)를 포함한다. 소스 필터(62)는 바람직하게 이온 빔 소스(60)에 매우 근접하게 위치된다. 가속/감속 컬럼(64)은 소스 필터(62)와 질량 분석기(70) 사이에 위치된다. 질량 분석기(70)는 다이폴 분석 자석(72) 및 분해 어퍼쳐(resolving aperture)(76)를 포함한다.

정전 스캐너일 수 있는 스캐너(20)는 이온 빔을 편향하여, 주사 원점 S0으로부터 이탈되는 궤적을 갖는 주사된 이온 빔을 생성한다. 스캐너(20)는 주사 발생기(26)와 연결된 이격된 주사 플레이트를 포함한다. 주사 발생기(26)는 주사 플레이트들 사이의 전계에 따르는 이온 빔을 주사하기 위한 예컨대 삼각 파형과 같은 주사 전압 파형을 인가한다. 이온 빔은 전형적으로 수평 플레인에서 주사된다.

각도 보정기(24)는 주사된 이온 빔에서 이온을 편향시키도록 설계되어, 평행한 이온 궤적을 갖는 주사된 이온 빔(30)을 발생시켜, 주사된 이온 빔을 포커싱한다. 특히, 각도 보정기(24)는 갭을 정의하기 위해 이격된 자기 폴피스(magnetic polepieces)와, 전원(도시 안됨)과 연결된 자석 코일을 포함한다. 주사된 이온 빔은 폴피스들 사이의 갭을 통과하며, 갭에서 자계에 따라 편향된다. 자계는 자석 코일을 통한 전류를 변동시킴에 의해 조정될 수 있다.

동작시, 주사 시스템(16)은 수평 방향에서 웨이퍼(34)를 가로질러 이온 빔(12)을 주사하며, 기계적 변환 시스템(40)은 플래튼(36) 및 웨이퍼(34)를 주사된 이온 빔(30)에 대해 수직하게 변환한다. 주사 시스템(16)은 웨이퍼(34)의 표면상에서 주사선을 생성한다. 이온 빔(12)의 전자 주사 및 웨이퍼(34)의 기계적 변환의 조합은 주사선이 웨이퍼(34)의 표면을 통해 분산되게 한다. 이온 빔 전류는 플래튼(36)이 낮아진 위치에 있을 때 패러데이 컵(38)에 의해 측정되며, 이온 빔 전류를 나타내는 신호는 시스템 제어기(50)에 제공된다. 다른 실시예에서, 패러데이 컵은 웨이퍼(34)에 인접하게 위치하며, 간헐적으로 주사된다. 전자 주사 속도는 도우즈 균일성을 달성하기 위하여 수평 빔 위치의 함수로서 변동될 수 있다.

반도체 웨이퍼의 전형적인 주입은 주어진 빔 전류용 소정의 도우즈 및 주사 프로토콜을 달성하기 위하여 웨이퍼를 통한 다수의 완전한 통과와 관련된다. 예컨대, 웨이퍼를 통한 10개의 완전한 통과는 특정 도우즈를 달성하는데 요구되며, 보다 많은 수의 통과는 보다 높은 도우즈 레벨을 달성하는데 요구된다. "통과"는 웨이퍼를 통해 이온 빔을 분산시키는 조합된 전자 주사 및 기계적 변환을 참조한다. 일 예로서, 이온 빔은 전자적으로 주사되고 기계적으로 변환되어, 인치당 약 40 주사선들의 표준 공간 주파수를 생성한다. 따라서, 큰 웨이퍼는 완전한 통과를 위해 수백개의 주사선들을 요구한다. 전형적으로, 이온 빔은 약 일 센티미터 이상의 기계적 변환 방향에서 높이를 갖는다. 따라서, 인치당 40개의 주사선들의 공간 주파수를 갖는 주사 프로토콜은 오버랩된 주사선을 초래하며 도우즈 균일성을 증진시킨다. 주입 동안, 도우즈 맵은 이온 빔 전류의 측정으로부터 발생된다. 도우즈 맵은 웨이퍼의 표면 영역을 통한 이온 도우즈를 나타내며, 따라서 도우즈 및 도우즈 균일성 모두를 포함하는 웨이퍼의 도우즈 프로파일을 제공한다. 주입이 진전되며 웨이퍼를 통한 각각의 통과가 완료될 때, 도우즈 맵은 업데이트되고, 도우즈 레벨은 웨이퍼상의 다수의 위치에서의 소정의 도우즈 레벨과 비교된다. 소정의 도우즈 레벨이 도달될 때, 주입은 종료된다.

소정의 도우즈 맵으로부터의 변동은 이온 빔 글리치(glitch) 및 이온 빔 드리프트(drift)를 포함하는 많은 수의 소스로부터 야기된다. 또한, 이온 주입기는 주입 챔버에서의 압력이 예컨대 포토레지스트 아웃가싱(outgassing)의 결과로서 미리 규정된 제한을 벗어나는 경우 이온 빔을 턴오프하도록 전형적으로 인터락(interlock)된다. 압력이 미리규정된 제한을 벗어날 때, 이온 빔은 소정의 압력이 복원될때까지 턴오프된다. 따라서, 주어진 주입은 빔 턴오프를 포함하는빔 전류 변동을 당하게 된다. 이런 빔 전류 변동은 역으로 도우즈 맵에 영향을 미친다.

도 3A를 참조하면, 도우즈 맵은 소정의 도우즈의 퍼센트로 인가된 도우즈가 주사선 수의 함수로서 나타나게 도시된다. 도 3A의 예에서, 주입은 600 주사선들을 가지며, 주사선 0은 웨이퍼의 바닥을 나타내며, 주사선 600은 웨이퍼의 상부를 나타낸다. 도우즈 커브(100)는 이온 빔이 주사선 0-200에서 중단되며 주사선 200-400 사이에서 점진적으로 복원되는 예를 도시한다. 도우즈가 웨이퍼의 하부에서 소정의 도우즈에 크게 밑도는 것을 이해할 것이다.

종래의 도우즈 제어 알고리즘에 따르는 도 3A의 빔 전류 중단에 대한 응답은 도 3B에 도시된다. 도우즈 제어 시스템은 도우즈 맵에 의해 나타난 실제 도우즈를 소정의 도우즈와 비교함에 의해 웨이퍼의 하부에서 도우즈가 사양을 밑도는지를 판정한다. 도우즈 보정 주입은 웨이퍼의 하부에서의 도우즈를 특정 도우즈의 100퍼센트로 증가시키도록 수행된다. 이는 실제 도우즈가 가능한 특정 도우즈에 근접할 때까지 표준 공간 주파수를 갖는 주사선을 구비한 웨이퍼의 하부를 주사함에 의해 이루어진다.

도 3B에 도시된 바와 같이, 도우즈 커브(110)는 실제 도우즈가 소정의 도우즈 아래에 있는 웨이퍼의 중심 근방의 영역(112)을 나타낸다. 감소된 도우즈의 영역에 대한 이유가 이하 설명된다. 영역(112)의 위치는 도우즈가 소정의 도우즈에 경미하게 밑도는 도 3A의 영역(114)에 대응한다. 따라서, 영역(114)에서는 비교적 작은 도우즈 보정이 요구된다. 그러나, 종래의 도우즈 제어 시스템은 인가될 수있는 최소 도우즈 보정을 특징으로 한다. 이온 빔 전류 및 주사 프로토콜이 고정된다는 사실로부터 최소 보정이 초래된다. 상술한 예에서 인치당 40 주사선들의 표준 공간 주파수를 갖는 주사 프로토콜은 웨이퍼 표면을 통한 도우즈 균일성을 보장하도록 활용된다. 도우즈 보정은 전자 주사 속도를 증가시킴에 의해 감소될 수 있어, 유닛 영역당 주입된 이온의 수를 감소시킨다. 그러나, 전자 주사 속도는 주사 발생기(26)(도 2)의 특징에 의해 판정된 최대값을 갖는다. 그 결과, 종래의 도우즈 제어 제어 시스템은 주사선의 표준 공간 주파수로 획득될 수 있는 최소 도우즈 보정에 의해 제한된다. 주입 레시프(recipe)로 변동된 최소 도우즈 보정은 그러나 높아야 10%이다. 예컨대 최소 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정보다 큰 영역(114)에서 웨이퍼가 최소 도우즈 보정을 이용하여 주사된다면, 실제 도우즈는 소정의 도우즈를 초과한다. 도우즈 제어 시스템은 소정의 도우즈 초과를 회피하도록 전형적으로 프로그래밍된다. 따라서, 최소 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정보다 큰 경우, 최소 도우즈 보정은 인가되지 않고, 영역(112)은 언더도우즈(underdose)된다. 이런 언더도징은 반도체 제조업자에게는 수용될 수 없다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 주사선의 공간 주파수는 소정의 도우즈 프로파일을 달성하도록 제어된다. 특히, 주사선의 공간 주파수는 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정 보다 적은 도우즈 보정을 요구하는 웨이퍼의 영역에서 감소된다. 표준 공간 주파수를 갖는 주사선의 그룹은 단일 주사선으로 주사된다. 따라서, 예컨대, 표준 공간 주파수를 갖는 3개의 주사선 각각은 최소 도우즈 보정의 1/3을 요구하며, 3개의 주사선들의 중심을 가로질러 단일 주사에 의해 보정된다. 이런 공정은 전체 웨이퍼 또는 웨이퍼 표면의 선택된 부분을 가로질러 주사의 그룹에 대해 반복된다. 이 기술은 기계적 변환 방향에서의 이온 빔 높이가 주사선의 표준 공간 주파수에 대응하는 주사선 간격보다 큰 사실에 의존한다. 주사선의 그룹은 주사 프로토콜의 표준 공간 주파수를 갖는 2개 이상의 연속적인 주사선들로서 정의된다. 그룹에서 주사선들의 수는 요구된 도우즈 보정의 크기에 따라 판정된다. 그룹에서 주사선들의 최대수는 기계적 변환 방향에서의 빔 높이에 의존한다. 이 기술은 예컨대 도 3C에서 도우즈 커브(120)로 예시되는 소정의 도우즈 맵을 생성한다. 본 발명이 활용될 때, 주사선들의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정은 도우즈 보정에 낮은 제한은 더이상 두지 않는다.

주사선의 그룹에서 표준 공간 주파수를 갖는 주사선들의 수 n은 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정을 요구된 도우즈 보정으로 나눔에 의해 선택된다. 따라서, 예컨대, 최소 도우즈 보정이 10%이고 요구된 도우즈 보정이 2%인 경우, 한 그룹에서 주사선의 수 n은 10/2 = 5이다. 요구된 도우즈 보정으로 나누어진 최소 도우즈 보정으로부터 나오는 수 n이 정수값이 아닌 경우, n의 값은 다음의 높은 정수로 반올림된다. 이하 설명되는 균등한 공정에서, 주사선의 작은 수 n을 갖는 주사선의 그룹은 선택되며, 수 n은 이것으로 나누어진 최소 도우즈 보정이 요구된 도우즈 보정보다 작거나 또는 동일할 때까지 증분된다. 한 그룹에서 주사선의 수 n은 요구된 도우즈 보정이 도우즈 맵에 따라 변함과 함께 웨이퍼의 표면을 통해 변한다. 그룹에서 주사선의 최대 수 n_max는 기계적 주사 방향에서 이온 빔 높이를 주사선들 사이의 표준 간격으로 나누어짐에 의해 판정된다. 이는 주사선 그룹의 단일 주사가 그룹에서 모든 주사선들을 커버함을 보장한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 도우즈 제어를 포함하는 이온 주입용 공정의 플로우챠트가 도 4에 도시된다. 이 공정은 시스템 제어기(50)(도 2)에서 소프트웨어에 의해 구현되며, 주사 발생기(26) 및 이행 구동기(42)를 제어하는데 사용된다.

도 4를 참조하면, 이온 빔은 단계 200에서 발생된다. 이온 빔은 도 1에 도시된 이온 빔 발생기(10)에 의해 발생된다. 단계 202에서, 이온 빔은 주사 시스템(16)에 의해 제1 방향에서 반도체 웨이퍼 또는 다른 제품을 가로질로 주사되며, 웨이퍼는 기계적 변환 시스템(40)에 의해 주사된 이온 빔에 대한 제2 방향에서 변환된다. 주입은 웨이퍼에 도펀트 이온의 특정 도우즈를 제공하기 위하여 특정 주입 레시프에 따라 수행된다. 요구된 도우즈 정확성 및 도우즈 균일성은 1% 이상 전형적으로 좋다.

단계(204)에서는, 웨이퍼의 도우즈 맵이 요구된다. 도우즈 맵은 주입 동안 패러데이 컵(38)에 의해 빔 전류 측정에 응답하여 시스템 제어기(50)에 의해 발생된다. 도우즈 맵은 도우즈 및 도우즈 균일성을 포함하는 반도체 웨이퍼의 도우즈 프로파일을 나타낸다. 도우즈 맵은 주입이 진행함에 따라 누적적으로 요구된다. 주입은 웨이퍼 표면을 통한 하나 이상의 완전한 통과를 요구한다.

단계(206)에서는 도우즈 보정이 요구되는지 여부에 관한 판정이 행해진다. 획득된 도우즈 맵은 레시프로부터의 특정 도우즈를 도우즈 맵의 다수의 위치에서의 측정된 도우즈와 비교함에 의해 전형적으로 평가된다. 도우즈 보정이 요구되는지여부에 대한 판정은 도우즈 맵이 도우즈 및 도우즈 균일성에 대한 미리판정된 기준을 만족하는지에 대한 여부에 기초한다. 일 실시예에서, 도우즈 보정은, (1) 요구된 도우즈 맵의 균일성이 미리규정된 값보다 작은 경우(이 조건은 주입 동안 어느 때나 일어난다), 또는 (2) 요구된 도우즈와 측정된 도우즈 사이의 차이가 최소 도우즈 보정보다 작은 경우, 요요구된 도우즈 맵이 균일한지 여부(이 조건은 주입의 끝 근방에서 일어난다)를 요구한다. 도우즈 보정이 요구되지 않으면, 주입은 요구된 도우즈가 주입될때까지 계속된다.

단계(206)에서 도우즈 보정이 요구되지 않는다는 판정이 이루어지면, 단계 (208)에서 주입이 완료된는지에 대한 여부가 판정된다. 주입이 도우즈 및 도우즈 균일성에 대해 완료된다면, 공정은 단계(210)에서 행해진다. 단계(208)에서 주입이 완료되지 않았다고 판정되면, 공정은 제품을 가로지르는 이온 빔의 부가적인 주사 및 웨이퍼의 변환을 위해 단계(202)로 복귀한다. 전형적인 주입은 반도체 웨이퍼를 통한 다수의 완전한 주사 또는 통과를 요구한다.

판정이 도우즈 보정이 요구되는 단계(206)에서 행해지면, 공정은 단계(212)로 진행한다. 단계(212)에서, 판정은 요구되는 도우즈 보정이 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정보다 적은지 여부에 관해서 행해진다. 전형적으로 공지된 양인 최소 도우즈 보정은 이온 빔 커런트, 이온 빔 단면(cross-sectional) 영역, 최대 주사 속도 및 주사선의 표준 공간 주파수의 함수이다. 판정이 요구되는 도우즈 보정이 최소 도우즈 보정보다 적지 않은 단계(212)에서 행해지면, 종래의 도우즈 보정 알고리즘이 단계(214)에서 이용된다. 종래의 도우즈 보정 알고리즘은 원하는 도우즈 분산을 얻기위해 주사 파형을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 주사 속도는 증가된 도우즈가 요구되는 영역에서는 감소될 수 있고, 감소된 도우즈가 요구되는 영역에서는 증가될 수 있다. 그 후, 공정은 단계(202)로 복귀하여 보정된 파형으로 반도체 웨이퍼를 지나 통과한다.

판정이 요구되는 도우즈 보정이 최소 도우즈 보정보다 적은 단계(212)에서 행해지면, 공정은 단계(216)으로 진행한다. 단계(216)에서, 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘이 이용된다. 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘은 전형적으로 주입의 단부 근방에서 이용된다. 예컨대, 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질수 있는 최소 도우즈 보정이 10%이고, 획득된 도우즈 맵으로부터 판정된 웨이퍼내로 주입된 커런트 도우즈가 원하는 도우즈의 95%인것으로 가정하자. 이 경우에, 최소 도우즈 보정을 이용하는 종래의 도우즈 보정 알고리즘은 웨이퍼에 대해 5%의 오버 도우즈를 산출할 수 있다. 따라서, 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘이 이용된다. 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘의 일 실시예가 도 5와 관련하여 이하 기술된다. 단계(216) 이후에, 공정은 단계(206)으로 복귀하여 추가적인 도우즈 보정이 요구되는지를 판정한다. 대안적으로, 주입 공정은 다음 단계(216)를 완료하는 것으로 고려될 수 있다.

가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘의 일 실시예에 대한 순서도가 도 5에 도시된다. 표준 공간 주파수를 갖는 주사선의 일 그룹이 단계(250)에서 선택되고, 여기서 n은 그룹내의 주사선의 수를 나타낸다. 주사선의 최초 선택된 그룹은 전형적으로 도우즈 보정을 요구하는 영역의 하나의 에지에 또는 근방에 존재한다.도우즈 보정을 요구하는 영역은 웨이퍼의 일부 또는 전체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 도 3B의 예에서, 보정을 요구하는 영역(112)은 웨이퍼의 중심 근방에 위치한다. 단계(250)에서 선택된 최초 주사선 그룹은 2개의 인접 주사선을 포함할 수 있다.

단계(252)에서, 판정은 주사선 그룹내의 주사선의 수 n으로 나누어지는 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정이 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일한지 여부에 관해 행해진다. 따라서, 예컨대, 상기 그룹이 2개의 주사선(n=2)을 포함하면, 최소 도우즈 보정은 10%이고, 요구되는 도우즈 보정은 2%이며, n으로 나누어지는 최소 도우즈 보정은 요구되는 도우즈 보정보다 작지 않거나 동일하다. 전술한 예가 요구되는 도우즈 보정이 5%인것으로 변경되면, n으로 나누어지는 최소 도우즈 보정은 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일하다. n으로 나누어지는 최소 도우즈 보정이 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일한 단계(252)에서 판정이 행해지면, n개의 주사선의 그룹은 단계(254)에서 주사되고, 양호하게는 n개의 주사선의 선택된 그룹의 중심에 또는 근방에서의 단일의 주사선을 이용하여 주사된다.

n으로 나누어지는 최소 도우즈 보정이 요구되는 도우즈 보정보다 작지 않거나 동일한 단계(252)에서 판정이 행해지면, 판정은 그룹내의 주사선의 수 n이 최대값 n_max와 동일한지 여부에 관해 단계(256)에서 행해진다. 그룹내의 주사선의 최대수 n_max는 기계적 변환 방향내의 이온 빔의 높이에 기초한다. 전형적인 빔 높이는 1 센티미터 또는 그 이상이다. 따라서, 주사선의 최대수 n_max는 인치당 40개의 주사선의 표준 공간 주파수에 대해 15이거나 그 이상이다. 주사선의 수가 최대값 n_max와 동일하면, 도우즈 보정이 행해지지 않고, 공정은 단계(260)으로 진행한다. 원하는 도우즈를 초과하지 않도록 하기 위해 이 경우에 도우즈 보정은 행해지지 않는다.

주사선의 수가 단계(256)에서 최대수 n_max보다 작은 것으로 판정되면, 그룹내의 주사선의 수 n은 단계(258)에서 증가하고, 전형적으로 하나의 주사선만큼 증가하며, 공정은 단계(252)로 복귀한다. 단계(252)에서, 판정은 새로운 n값에 의해 나누어지는 최소 도우즈 보정이 주사선의 새로 선택된 그룹에 대한 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일한지 여부에 대해 행해진다. 그룹내의 주사선의 수 n은 새로운 n값에 의해 나누어지는 최소 도우즈 보정이 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일해 질 때까지, 또는 그룹내의 주사선의 최대값 n_max에 도달할 때 까지 증가한다. 그룹내의 주사선의 수 n에 의해 나누어지는 최소 도우즈 보정이 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일하면, n주사선의 그룹은 단계(254)에서 주사되고, 양호하게는 주사선 그룹의 중심에 또는 근방에서 단일의 주사선에 의해 주사된다. 주사선 그룹의 중심에 또는 근방에서의 주사는 주사선 그룹의 중심에 또는 근방에서의 주사선의 위치에 대해 웨이퍼의 기계적 변환에 비례하여 주사선의 개시를 지연시킴으로써 성취될 수 있다.

요구되는 도우즈 보정이 2%이고, 최소 도우즈 보정이 10%인 전술한 예에서, 5개의 인접한 주사선의 그룹은 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘에 의해 이용된다. 이 경우에, 도우즈 보정은, 그룹내의 모든 주사선에 대해 확산되는 이온빔으로, 5개의 주사선 그룹의 중간에 또는 근방에서 단일의 주사선에 의해 행해진다.

단계(260)에서, 판정은 주사선의 현재의 그룹이 도우즈 보정을 요구하는 마지막 그룹인지 여부에 관해 행해진다. 현재의 그룹이 마지막 그룹이 아니면, 공정은 단계(250)으로 복귀하고, 표준 공간 주파수를 갖는 n개의 주사선의 새로운 그룹이 선택된다. 새로운 그룹은 이전 그룹에 인접하여, 도우즈 보정을 요구하는 영역을 가로질러 순차적인 형태로 진행한다. 대안적으로, 새로운 그룹은 도우즈 보정을 요구하는 웨이퍼의 다른 영역일 수 있다. 전술한 공정은 도우즈 보정을 요구하는 영역이 완료될 때까지 주사선의 각각의 선택된 그룹에 대해 반복된다. 각각의 그룹내의 주사선의 수는 그룹내의 주사선의 수 n으로 나누어지는 최소 도우즈 보정이 요구되는 도우즈 보정보다 작거나 동일할 때까지 증가된다. 웨이퍼가 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘을 이용하여 주사되면, 도우즈 맵에 대한 갱신이 패러데이 컵(Faraday cup)(38)에 의해 얻어진다(도 2).

주사선의 현재의 그룹이 도우즈 보정을 요구하는 마지막 그룹으로 단계(260)에서 판정되면, 공정은 단계(206)으로 복귀한다(도 4). 단계(206)에서, 판정은 추가적인 도우즈 보정이 요구되는 지 여부에 관해 행해진다. 따라서, 공정은 가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘이 원하는 도우즈 맵을 획득하였는지를 검사한다. 대안적으로, 주입은 도우즈 맵에 대한 추가적인 검사없이 후속 단계(260)를 완료하는 것으로 고려될 수 있다.

개시된 기술을 통해 표준 공간 주파수에 상대적인 주사선의 공간 주파수를감소시키고, 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어지는 최소 도우즈 보정에 비교하여 웨이퍼에 인가될 수 있는 도우즈 보정을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 각각의 주사선 그룹내의 주사선의 수를 변화시킴으로써, 주사선의 공간 주파수 및 도우즈 보정이 조정되어 요구되는 도우즈 보정이 제공된다. 따라서, 주사선의 비교적 적은 공간 주파수가 적은 도우즈 보정을 얻기 위해 이용된다. 이와 반대로, 주사선의 비교적 높은 공간 주파수는 보다 큰 도우즈 보정을 얻기 위해 이용된다.

가변 공간 주파수 도우즈 보정 알고리즘은 도우즈 보정을 행하기 위해 주입의 근방 또는 단부에서 이용될 수 있다. 도우즈 보정은 웨이퍼의 선택된 영역 또는 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 주사선의 공간 주파수 제어는 낮은 도우즈 주입을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 접근법은 표준 주사 프로토콜을 이용하는 웨이퍼를 지나는 단일의 통과가 특정된 도우즈를 초과하는 도우즈가 되는 경우에 이용될 수 있다. 따라서, 주사선의 공간 주파수의 제어는 낮은 도우즈 주입을 수행하는 기법을 제공할 수 있다.

도 5의 예에서, 그룹내의 주사선의 최대값 n_max는 고정된다. 다른 실시예에서, 주사선 그룹내의 주사선의 최대값은 기계적 변환 방향내의 이온 빔 높이에 따라 조정가능하거나 프로그램될 수 있다. 이온 빔 높이가 비교적 크면, 주사선 그룹내의 주사선의 최대값 n_max는 증가될 수 있고, 이에 따라 가능한 도우즈 보정 범위를 증가시킨다.

본 발명의 양호한 실시예가 도시되고 기술되었지만, 다양한 변경 및 변형이 부가된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범주를 이탈함이 없이 만들어질수 있음을 당업자는 확실하게 알 수 있다.

Claims (20)

1. 제품의 이온 주입 방법에 있어서,

   이온 빔을 발생시키는 단계;

   제품을 가로질러 제1 방향으로 상기 이온빔을 주사하여 주사선을 생성하는 단계;

   상기 이온 빔에 상대적인 제2 방향으로 제품을 이행(translate)시켜, 상기 주사선이 상기 제품에 걸쳐 분산되도록 하는 단계; 및

   원하는 도우즈(dose) 맵에 따라 상기 제품상에서 상기 주사선의 공간 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는, 상기 주사선의 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정보다 적은 요구되는 도우즈 보정을 얻기위해 상기 주사선의 상기 공간 주파수를 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는, 표준 공간 주파수를 갖는 n개의 주사선의 그룹을 단일 주사로 주사하는 단계를 포함하고,

   상기 그룹내의 n개의 주사선은, 요구되는 도우즈 보정에 의해 나누어지는 주사선의 상기 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정 이상인 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 주사선의 그룹은, 상기 제품 이행 방향으로의 상기 이온 빔의 단면(cross-sectional) 치수 이하인 폭을 갖는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는 상기 제품의 도우즈 맵을 획득하고, 상기 도우즈 맵을 평가하여 요구되는 도우즈 보정을 판정하고, 상기 요구되는 도우즈 보정을 얻기 위해 상기 제품상에서 상기 주사선의 상기 공간 주파수를 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는 주입의 단부 근방에서 이용되는 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 주사선의 공간 주파수를 제어하는 단계는 상기 제품의 몇몇 또는 모든 주입동안 이용되는 방법.
8. 제품의 이온 주입 방법에 있어서,

   이온 빔을 발생시키는 단계;

   제품을 가로질러 제1 방향으로 상기 이온빔을 주사하여 주사선을 생성하는 단계;

   상기 이온 빔에 상대적인 제2 방향으로 제품을 옮겨서, 상기 주사선이 표준 공간 주파수로 상기 제품에 걸쳐 분산되도록 하는 단계;

   상기 제품의 도우즈 맵을 획득하는 단계; 및

   상기 획득된 도우즈 맵이 사양(specification) 내에 있지 않고, 획득된 도우즈 보정이 상기 주사선의 상기 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정보다 작으면, 도우즈 보정 주입을 개시하고 상기 도우즈 보정 주입동안 상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 주사선의 공간 주파수를 제어하는 단계는,

   (a) 상기 표준 공간 주파수를 갖는 n개의 주사선의 그룹을 선택하는 단계 - 여기서 n은 상기 그룹내의 주사선의 수를 나타냄 -;

   (b) 상기 수 n에 의해 나누어지는 상기 최소 도우즈 보정이 상기 요구되는 도우즈 보정 이하인지를 판정하는 단계;

   (c) 상기 수 n에 의해 나누어지는 상기 최소 도우즈 보정이 상기 요구되는 도우즈 보정 이하이면, 상기 주사선의 선택된 그룹에 대해 상기 이온 빔을 주사하는 단계; 및

   (d) 상기 수 n에 의해 나누어지는 상기 최소 도우즈 보정이 상기 요구되는 도우즈 보정 이상이고, 상기 주사선 그룹내의 상기 주사선 수 n이 최대값보다 작으면, 상기 주사선 그룹내의 주사선의 수 n을 증가시키고, 상기 단계 (b) - (d)를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 주사선 그룹내의 상기 주사선의 수 n은 적어도 2인 방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 주사선 그룹내의 상기 주사선의 수 n의 최대값은 상기 제2 방향으로의 상기 이온 빔의 높이에 기초하는 방법.
12. 제9항에 있어서,

    상기 제2 방향내의 상기 이온 빔의 높이에 따라, 상기 주사선 그룹내의 주사선의 수 n의 최대값을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
13. 제8항에 있어서,

    상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는, 상기 주사선의 상기 공간 주파수를 상기 표준 공간 주파수보다 적게 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
14. 제8항에 있어서,

    상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는, 상기 제2 방향에서의 상기 제품의 이행에 상대적인 상기 주사선의 개시(start)를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
15. 제8항에 있어서,

    상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 단계는, 상기 제품의 상기 주입의 완료 근방에서 수행되는 방법.
16. 이온 주입 장치에 있어서,

    이온 빔을 발생시키기 위한 이온 빔 발생기;

    제1 방향으로 제품을 가로질러 상기 이온 빔을 주사하여 주사선을 생성하는 스캐너(scanner);

    상기 이온 빔에 상대적인 제2 방향으로 상기 제품을 이행시켜, 상기 주사선이 표준 공간 주파수로 상기 제품에 걸쳐 분산되도록 하는 기계적 변환기;

    상기 제품의 도우즈 맵을 획득하기 위한 도우즈 측정 시스템; 및

    상기 획득된 도우즈 맵이 사양내에 있지 않고, 상기 획득된 도우즈 보정이 상기 주사선의 상기 표준 공간 주파수로 얻어질 수 있는 최소 도우즈 보정보다 작으면, 도우즈 보정 주입을 개시하고 상기 도우즈 보정 주입동안 상기 주사선의 상기 공간 주파수를 제어하는 제어기를 포함하는 이온 주입 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 제어기는,

    상기 표준 공간 주파수를 갖는 n개의 주사선의 그룹을 선택하는 수단 - 여기서 n은 상기 그룹내의 주사선의 수를 나타냄 -;

    상기 수 n에 의해 나누어지는 상기 최소 도우즈 보정이 상기 요구되는 도우즈 보정 이하인지를 판정하는 수단;

    상기 수 n에 의해 나누어지는 상기 최소 도우즈 보정이 상기 요구되는 도우즈 보정 이하이면, 상기 선택된 주사선 그룹에 대해 상기 이온 빔을 주사하는 수단; 및

    상기 수 n에 의해 나누어지는 상기 최소 도우즈 보정이 상기 요구되는 도우즈 보정 이상이고, 상기 선택된 주사선 그룹내의 상기 주사선 수 n이 최대값보다 작으면, 상기 주사선 그룹내의 주사선의 수를 증가시키고, 상기 판정, 주사 및 증시키는 동작을 반복하는 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
18. 제17항에 있어서,

    상기 주사선 그룹을 선택하기 위한 수단은 적어도 2개의 주사선의 그룹을 선택하기 위한 수단을 포함하는 이온 주입 장치.
19. 제17항에 있어서,

    상기 선택된 주사선 그룹내의 상기 주사선의 수 n의 상기 최대값은 상기 제2 방향으로의 상기 이온 빔의 높이에 기초하는 이온 주입 장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 제어기는,

    상기 제2 방향으로의 상기 이온 빔의 높이에 따라, 상기 선택된 주사선 그룹내의 상기 주사선의 수 n의 최대값을 조정하는 수단을 더 포함하는 이온 주입 장치.