KR20040055722A

KR20040055722A - 이온 주입용 하이브리드 주사 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20040055722A
Application number: KR10-2003-7006844A
Authority: KR
Inventors: 버리안도날드더블유.; 폴락존디.; 밴더포트존더블유.
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2004-06-26
Also published as: CN100338720C; KR100845635B1; CN1500284A; JP4070602B2; TWI243394B; WO2002043104A2; JP2004530252A; WO2002043104A3; EP1336190A2; US6765219B2; US20020109106A1

Abstract

이온 주입 시스템은 이온 주입 챔버 내에, 이온 빔의 투사 축에 대한 수직 방위로부터 회전된 회전 각도로 웨이퍼를 경사지게 하는 동안 수직으로 주사되는 소재 홀더를 포함한다. 소재 홀더에 의해 보유되는 웨이퍼의 주입 표면으로의 주입 각도는 운동 경로에 관한 소재 홀더의 선택적인 회전에 의해 조정된다. 페러데이 컵은 주입 표면의 의도된 위치를 따라서 이온 빔을 주사하여, 셋업 측정 평면을 형성한다. 이온 빔 특성은 조정되어, 이러한 경사 각도 측정에 따른 셋업 평면을 따라서 빔 균일성을 증진시킨다. 플러드 건과 같은 전하 중화 장치는 소재와 작업 정렬되어 이동된다.

Description

이온 주입용 하이브리드 주사 시스템 및 방법 {HYBRID SCANNING SYSTEM AND METHODS FOR ION IMPLANTATION}

이온 주입에서, 에너지를 가진 이온들로 이루어진 빔이 재료의 표면에 충돌하여 이들 이온들을 재료 내부로 매입하거나 주입한다. 이온 주입 공정은 일괄(batch) 공정과 순차(serial) 공정으로 분류될 수 있다. 순차 공정은 이온 주입 공정의 가장 통상적인 형태이며, 중간 주입량(dose) 주입과 관련된다. 순차 공정은 대개, 빔의 전파 방향에 수직인 양 축에서 정전 편향 공정의 상태에 있게 되는 플라즈마 이온 빔을 사용한다. 상기 정전 편향 공정은 밀도와 진행 방향에 관하여 이온의 균일한 분포를 제공할 의도이지만, 실제로는 빔의 전파 방향에 대하여 3°정도의 각도로 이온 빔이 편향된다. 폴락(Pollock)의 미국 특허 제4,726,689호에서 보고되듯이, 이러한 편차는 이온 주입 공정에서 바람직하지 않은 효과를 발생시킨다.

브룬(Brune) 등의 미국 특허 제5,406,088호와 제5,229,615호는 큰 웨이퍼 지름의 증가되는 상업적 이용에 대응하여 개발된 평행 빔 이온 주입 장치를 기술한다. 지름의 4인치부터 6인치, 그리고 8인치까지 웨이퍼 지름 증가는, 웨이퍼의 경사 및 회전 제어 또한 허용하면서, 균일한 평행 빔으로 웨이퍼의 표면에 충돌하는 빔을 생산할 수 있는 순차 주입 장치에 대한 필요성을 초래하였다.

화이트(White) 등의 미국 특허 제5,350,926호는, 단일 횡방향으로 주행하는 대형 리본 형상의 빔을 가로질러 빔 제어가 균일성을 달성하도록 하는 시스템에 중점을 둔 고전류 광대역 빔 이온 주입기를 기술하였다. 상기 이온 주입기는 프리맨(Freeman) 소스, 버나스(Bernas) 소스, 또는 마이크로웨이브 소스를 사용하며, 이로부터 평행 측면을 가진 볼록 슬롯을 통해 소스 플라즈마로부터 이온 빔이 추출된다. 상기 이온 빔은 한 쌍의 분석용 자석을 통과하여, 빔의 전파 방향에 수직인 양 축에서 빔을 평행하게 한다. 버리안(Berrian) 등의 미국 특허 제4,992,106호는, 균일한 주입을 용이하게 하는 기계적 및 전기적 주사 제어 장치와 함께 평행 빔 생성기를 갖는 이온 빔 주입 장치를 유사하게 보여준다.

하이브리드 주사 시스템은 현대의 순차 공정 이온 주입 장치에서 대부분 사용되는 형태이다. 한 번에 하나의 웨이퍼를 위해 공정이 이루어진다. 단면 측면도인 도1에 도시되듯이, 주사된 이온 빔(104), 즉 소스(102)로부터 돌출된 이온 빔(104)에 웨이퍼(100)를 통과시켜, 한 축에서 웨이퍼(100)를 기계적으로 주사하는 것이 통상적이다. 수평 이온 빔(104)은 웨이퍼 운동의 수직 축(108)에 대하여 횡방향 축(106)을 갖는다. 상기 축(106)은 도1에 도시되듯이 빔 축의 평균적인 표시이다. 화이트(White) 등의 미국 특허 제5,350,926호에서 보여지는 것처럼, 이온 빔(104)의 일부는 빔 형성 필드 요소에 의해 약간 축에서 벗어날 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼 표면에 걸쳐 이온 빔을 균일하게 분포시키는 수단으로써, 평행하게 주사된 이온 빔(104)을 통해 축(108)을 따라서 웨이퍼(100)가 수직으로 병진된다. 이러한 주사 방법으로 균일한 주입을 달성하기 위해, 웨이퍼(100)를 주사하기 전에 유입 이온 빔(104)을 셋업하는 것이 필요하다. 이러한 공정은 빔 주입 진공 챔버(110)에서 이루어진다. 웨이퍼 홀더(112)는 암, 선형 컨베이어, 또는 다른 형태의 웨이퍼 홀더를 포함할 수 있다. 웨이퍼 홀더(112)는 이온 빔(104)의 효과를 통해 이온 주입에 이용 가능한 웨이퍼 표면(114)을 제공한다.

단면 상부 평면도인 도2에 도시되듯이, 셋업 평면(202)에서 빔 축(106)에 수직 방향으로 전체 빔 폭(W)을 수평으로 가로질러 이동하는 페러데이 컵(200)으로 샘플링함으로써, 균일한 주입을 위해 주사된 이온 빔(104)의 셋업이 수행된다. 셋업 평면(202)은 표면(114)(도1) 상의 웨이퍼 주입이 이루어지는 곳에 이상적으로 위치된다. 패러데이 컵(200)은 다수의 샘플링 스테이션, 즉 스테이션(204, 206)에 배치되어, 셋업 평면(202)의 모든 위치에서 빔 균일성의 적정한 표시를 제공한다. 페러데이 컵(200)에 의해 집진된 이온 빔 전류는 페러데이 컵 위치의 함수로써 측정된다. 화이트(White) 등의 미국 특허 제5,350,926호에 교시되듯이, 소스(102)에서의 이온 빔 광학 요소에 대한 추후 조정은 빔 전류를 평탄하게 하는 종래의 수단에 의해 이루어진다. 빔 전류가 용인할 수 있는 한도 내로 균등해질 때까지, 빔 전류의 측정과 이온의 광학 제특성의 조정이 종래의 실시에 따라서 반복된다.

도3에 도시되듯이, 예를 들어 스믹(Smick) 등의 미국 특허 제5,898,179호에 기술된 것처럼, 하이브리드 주입 시스템은 주입시에 웨이퍼 표면(114)에 대한 이온빔의 경사 각도(300)의 제어를 요구하는 공정 요건을 갖는다. 이러한 제어는 일반적으로 웨이퍼 홀더(112) 내의 웨이퍼(100)를 경사지게 함으로써 수행된다. 경사짐은 이온 빔(104)의 궤도와 기계적 주사 축(108)에 대하여 이루어진다. 이러한 경사짐은 유입 이온 빔(104)과 웨이퍼 표면(114) 사이의 경사 각도(300)를 발생시키며, 이는 웨이퍼의 어디에서나 동일하다. 전과 마찬가지로, 웨이퍼(100)의 기계적 병진이 축(108)을 따라 수직 방향으로 계속된다. 경사 각도(300)는 일반적으로 0°에서 45°까지 변동하며, 축(106)을 따르는 이온 빔 궤적과 주입된 웨이퍼 표면(114)에 수직인 축(304) 사이로 y축 평면에서 측정된다. 예를 들어, 축(106)을 따르는 이온 빔 궤적에 관하여 웨이퍼 주입 표면(114)이 90°로 지향될 때, 0°의 주입 각도가 이루어진다.

셋업 평면(202)과 동일한 초점 평면에서 웨이퍼 표면(114)의 소정 영역이 주입되지 않을 수 있기 때문에, 기계적 주사 축(108)에 대한 웨이퍼(100)의 경사짐은 이온 주입의 균일성에 악영향을 끼칠 수 있다. 이러한 문제점들은 대형 웨이퍼를 사용하는 현재의 경향에 의해 더욱 악화되어, 셋업 평면(202)과 표면(114)의 평면 사이의 거리가 중요해질 수 있다. 기계적 주사 축(108)에 관한 회전에 의하여 웨이퍼(100)가 경사지는 경우에, 웨이퍼의 한쪽 단부(306)는 유입 이온 빔(104)을 향하여 회전하며, 다른쪽 단부(308)는 다른 방향으로 회전한다. 웨이퍼(100)의 중앙부(310)는 셋업 평면에 잔존한다. 예를 들어, 수평 경사 축이 웨이퍼(100) 아래에 전체적으로 위치된다면, 전체 웨이퍼가 셋업 평면(202)으로부터 이동한다. 이온 빔 전류 균일성은 실제로 측정되는 셋업 평면(202)에서 가장 명확하게 알 수 있다.따라서, 주입 평면과 셋업 평면은 동일 평면에 있어야 한다.

이온 빔(104)은 양극으로 충전된 플라즈마 입자를 포함하며, 이는 표면(114)에 충돌하여 웨이퍼(100)에 순전하를 부과한다. 종래의 실시에 따르면, 플러드 건(flood gun)(312)을 사용해 전자 흐름(314)을 방출하여, 이러한 부과된 전하의 효과를 취소시킬 수 있다. 축적된 플라즈마 전하를 중화시키는데 이용되는 플러드 건을 포함하는 예시적인 이온 주입 시스템은, 예를 들어 라도노프(Radonov) 등의 "고전류 리본 빔을 위한 인-시투(in situ) 충전 전위 감시법, 베리안 무역 출판 (Varian Trade Publication), 2001"에서 기술된 것처럼 메사추세츠(MA) 글로체스터(Glouchester)의 베리안 반도체 장비(Varrian Semiconductor equipment)에 의해 생산된 VIISta 80 이온 주입기이다. 전자 흐름(314)은 웨이퍼(100)에 충돌하여 순전하를 취소시킨다. 웨이퍼(100)가 증가된 크기의 각도(300)로 경사지면서, 표면(114)은 전자 흐름(314)에 더욱 더 노출되며, 웨이퍼(100)에서의 관련된 순전하 효력과 함께, 전자 흐름(314)으로부터 상응하는 접촉 증가가 나타난다. 유사하게, 웨이퍼(104) 상의 관련된 순전하 효과와 함께, 이러한 경사짐에 의해 표면(114)이 이온 빔(104)에 덜 노출된다. 이러한 순전하 효과는 결합하여 각도(300)의 크기의 함수로서, 이온 빔(104)의 균일성을 변화시키는 해결하기 어려운 국지적인 필드 왜곡과 이온 빔(104)을 위한 주행 거리에서의 관련된 편차를 야기한다.

경사 주사 시스템에 대하여 시도된 개선은, 웨이퍼 병진 축이 각도(300)의 함수로서 새로운 축(108')으로 이동하는 것과 같은 웨이퍼 이동 시스템에 대한 조정을 포함한다. 챔버(110) 내의 전체 웨이퍼 주사 장치를 수평 축에서 경사지게 하여 이러한 효과를 달성한다. 축(108')에 대한 병진 축(108)의 경사 변위는, 각도(300)의 크기에 개의치 않고 일정한 초점 거리에서 이온 빔(104)의 중심이 표면(114)의 모든 지점에서 충돌하는 것을 보장한다. 따라서, 상기 방법은 빔 초점 평면의 외부에 주입시키지 않고 선택된 각도(300)에서 평행 주사 주입기를 생성한다. 이러한 개선된 방법에 따른 이온 빔(104)의 셋업은 도2에 도시되듯이 수평으로 진행한다.

이러한 개선은, 상당히 증가된 질량을 야기하는 축(108')을 따라서의 주사 스트로크의 증가된 길이, 진공 챔버(110) 내부의 기동 시스템을 구성함에 있어서의 복잡성 및 비용과 같은 많은 문제점과 관련된다. 웨이퍼 공급 및 배치 시스템과 같은 웨이퍼 핸들링 구조물은 다양한 각도에서 경사진 축(108')과 협동하여 작동될 수 있어야 한다. 플러드 건(312)은 일반적으로 웨이퍼(100)에 너무 근접하게 위치하여, 주입 챔버(110)에서 플러드 건이 웨이퍼 핸들링 및 트랜스퍼 시스템의 운동과 간섭한다. 시스템 신뢰도와 반복성은 이러한 복잡성으로 인해 감소되며, 웨이퍼 핸들링 용량이 감소된다.

본 발명은 이온 주입 장치의 분야에 속하며, 보다 상세하게는 순차 이온 주입 장치에 속한다.

본 발명의 양호한 실시예로 현재 고려되는 것이 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구항으로 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화와 변경이 그 안에서 이루어질 수 있음은 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다.

도1은 종래 기술에서 사용되는 이온 주입 시스템의 측단면도이다.

도2는 주사된 이온 빔에 수직인 셋업 평면에 걸쳐서 페러데이 컵을 사용하는 종래 기술의 샘플링 시스템의 상부 평면 단면도이다.

도3은 주입 각도를 조정하기 위한 경사 웨이퍼 시스템을 포함하는 종래 기술의 이온 주입 장치를 묘사하는 측단면도이다.

도4는 주입 각도를 조정하기 위해 사용될 수 있는 회전 구동 암을 포함하는이온 주입 시스템의 상부 단면도이다.

도5는 도4에 도시된 시스템과 결합되어 사용될 수 있는 이온 빔 셋업 샘플링 시스템을 도시하는 상부 단면도이다.

도6은 도4에 도시된 시스템의 측단면도이다.

도7A와 도7B는 소재의 다른 회전 각도에 대한, 도6에 도시된 시스템의 상면도이다.

본 발명의 하이브리드 주사 시스템 및 방법은, 전체 기계적 주사 축을 경사지게 하지 않고 셋업 평면으로부터 웨이퍼를 경사지게 할 때, 균일성을 달성하는 이온 주입 시스템을 제공함으로써 전술된 문제점을 해결한다. 요약하면, 상기 시스템은 일반적인 셋업 페러데이 샘플 평면으로부터 웨이퍼를 일부러 경사지게 하여주입 각도를 제공한다. 2축 페러데이 장치는 정확한 주입 각도로 주입 평면에서 빔 셋업을 수행하여 초점에서 벗어난 평면의 문제점을 제거한다. 전체 시스템은 종래의 시스템보다 유익하게 간단하며, 소형이고, 보다 신뢰성이 있으며, 사용 비용이 적다.

이온 주입 시스템은 제1 축을 따라 선형으로 주사되는 이온들의 소스를 포함하여, 제1 축에 수직이며 한쪽 치수가 다른쪽 치수보다 적어도 2배 이상 큰 2차원 단면을 갖는 평행 경로 팬 빔과 같은 이온 빔을 생성한다. 웨이퍼 홀더와 같은 소재(workpiece) 홀더가, 제1 축에 수직인 운동 경로에 따른 선형 운동에서의 기계적 주사를 위해 구성된다. 예를 들어, 연장 축에 관하여 회전 가능하며 수직으로 연장 가능한 제1 구동 암의 사용을 통해 이러한 구성이 완성된다. 선택적으로 조정 가능한 회전 제어 구조물은 회전축으로서 수직으로 연장 가능한 운동 경로의 방향을 이용하여 소재를 회전시키는데 사용되어, 소재가 소재 홀더에 장착될 때, 선택된 회전 각도로 소재에 주입 표면을 지향시킨다. 페러데이 컵과 같은 빔 측정 장치는 주입 표면의 의도된 위치를 따라 주사하도록 구성되어, 의도된 위치와 부합하는 셋업 측정을 제공한다. 따라서, 소재 홀더가 회전될 때, 빔 측정의 셋업 평면은 이온 빔 전파 방향에 수직이 아니다.

다른 태양과 수단은, 빔 전하 축적의 중화를 위해 소재 홀더로 지향된 전자 플러드 건이나 플라즈마 브릿지와 같은 적어도 하나의 전하 중화 장치를 이용하는 것을 포함한다. 소재 홀더와 대응하여 회전 배치되어 전하 중화 장치를 유지하도록 회전 가능한 기구가 구성된다. 예를 들어, 연장 축에 관하여 회전 가능하며 수직으로 연장 가능한 제2 구동 암에 전하 중화 장치가 장착된다. 전하 중화 장치와 관련되며 수직으로 연장 가능한 제1 구동 암과 정렬되는 그러한 회전 가능한 기구가, 선택적으로 조정 가능한 회전 제어 구조물과 선형 정렬되어 회전될 수 있다. 이러한 정렬은 중화 장치와 소재 홀더의 각회전과 간격의 방위를 유지한다.

X축과 Y축을 갖는 제1 XY 평면에 수직인 이온 빔을 생성하는 단계, 제1 XY 평면의 X축을 따라 소재를 가로질러 빔을 주사하는 단계, Y축에 관하여 제1 XY 평면을 회전시킴으로써 제2 평면을 식별하는 단계, 빔 강도 신호를 제공하기 위해 제2 평면에서의 하나의 선을 따라서 효율적인 이온 빔 강도를 측정하는 단계, 제2 평면에서의 상기 선을 따라서 보다 균일한 빔 강도를 갖는 조정된 이온 빔을 얻기 위해 빔 강도 신호를 기초로 이온 빔을 조정하는 단계, 제2 평면과 정렬된 주입 표면을 제공하기 위해 소재를 회전시키는 단계, XY 평면과 함께 부수적으로 Y축을 따라 소재를 병진시키고 소재를 조정된 이온 빔으로 통과시켜 소재 내로 이온 주입을 완성하는 단계를 포함하는 소재의 이온 주입 방법에, 상기 시스템이 사용된다. 소재를 회전시키는 단계 전에 소재와의 회전 정렬 위치에 전하 중화 장치를 위치시키는 단계와, 소재를 회전시키는 단계 후에 회전 정렬 위치로 전하 중화 장치를 재배열시키는 단계를 상기 방법이 더 포함할 수도 있다.

전술된 시스템과 방법은 몇 가지 이점을 제공한다. 주입 평면과 셋업 평면이 동일 평면에 위치하며, 빔의 높이나 주입 각도에 영향을 받지 않는다. 주사 축은 전혀 경사지지 않아서 주사 스트로크가 최소화되며, 웨이퍼 교환 높이가 일반적일 뿐 아니라 용이하게 최적화 된다. 훨씬 적은 관성 질량을 회전시켜 경사짐이이루어지므로, 웨이퍼 처리량을 최대화하는 것이 신속하게 이루어질 수 있다. 경사짐 운동이 주입과 웨이퍼 하중 위치 사이로 웨이퍼를 이동시키도록 이용되지 않으므로, 90도 대신에 45도인 주입 각도 요구량에 의해서만 경사 축 운동의 요구되는 범위가 구동된다. 이는 웨이퍼를 교환하는데 요구되는 시간을 감소시켜, 웨이퍼 처리량을 증가시킨다. 경사진 더 작은 관성 질량은, 보다 소형이며 보다 적은 비용이 드는 덜 강력한 구동 장치로 운동이 이루어질 수 있다는 것 또한 의미한다. 전 범위의 주입 각도에 걸쳐서 일정하게 유지되는 웨이퍼 형상에 대한 웨이퍼 플러드 건에 인접하여, 선택적인 플러드 건이 용이하게 위치될 수 있다. 이는, 주입 챔버의 천정으로부터 플러드 건을 단순히 장착함으로써, 그리고 주사 축에 관하여 플러드 건을 회전시켜 주입 각도에 맞춤으로써, 달성된다.

도4는 본 발명의 다양한 실시예와 수단에 따른 이온 주입 시스템(400)을 묘사하는 단면 상면도이다. 이온 빔 소스(402)가 이온 빔(404)을 생성하기 위해 사용되며, 이는 이온 주입 목적에 적합한 어떤 형태의 이온 빔도 될 수 있다. 이온 빔(404)은, 예를 들어 팬 빔이나 평행 빔일 수도 있다. 이온 빔 소스(402)는 빔 폭(W)을 가로질러 도달하는 리본 빔으로서 이온 빔(404)을 선택적으로 투사하기도 하며, 이온 빔(404)은 빔 폭(W)을 가로질러 자기식 또는 정전식으로 주사될 수 있다. 평균적으로, 시스템(400)의 z축에 평행인 빔 축(406)을 따라서 이온 빔이 주행한다. x축(410)은 빔 폭(W)에 평행하다. 양호한 실시예에서, 빔 소스(402)는, 이온 밀도와 이온 입자의 방향과 같은 이온 빔(404)의 특징을 조정하기 위해 사용되는 종래의 선택적으로 조정 가능한 빔 특성 제어 시스템을 갖는다. 이온 빔 소스(402)는 이온 빔(404)을 이온 주입 챔버(412)로 투사한다.

소재 홀더(414)는 내부 진공이나 클램핑 구조(도시되지 않음)에 의하여 웨이퍼(416)와 같은 소재를 보유한다. 웨이퍼(416)는 이온 주입 목적으로 이온빔(404)으로부터 충돌 이온을 받아들이는 주입 표면(418)을 제공한다. 선(420)은 주입 표면(418)에 수직이다. 선(422)은 x축(410)에 평행하며, 선(420)이 빔 축(406)에 평행일 때 0도 회전으로 차지하게 되는 주입 표면(418)의 위치를 나타낸다. 소재 홀더(414)는 어느 z-x축 평면(424) 내에서도 선택적으로 회전 가능하여, 소재 홀더(414)의 시계 방향 또는 반시계 방향 회전이 회전 각도(426)를 생성한다. 소재(414)가 회전되지 않은 상태에 있을 때에는 회전 각도(426)가 90°여서, 선(420)이 빔 축(406)과 평행하며, 주입 표면(418)은 선(416)과 정렬된다. 소재 홀더(414)는 z-x 평면(424)에서 어떤 범위의 회전 자유도라도 가질 수 있지만, 양호하게는 -45°에서 45°범위의 회전 자유를 가져서, 회전 각도(426)는 45°에서 135°까지 변동한다. 여기에서, 예를 들어 소재 홀더(414)가 0°에서 45°범위의 회전 자유를 가지며, 회전 각도는 45°에서 95°까지 변화될 수 있다. 웨이퍼(416)가 소재 홀더(414) 내에 위치될 때, 소재 홀더(414)의 회전은 주입 표면(418)의 대응되는 회전을 야기한다. 따라서, 평면 주입 표면(418) 또는 심지어는 필요하다면 만곡 표면도, 주입 표면(418)의 면적 범위에 따라서, 이온 주입 작업시 주입 표면(418)의 의도되고 실제적인 위치를 나타내는 선(428)을 따라서 투사될 수 있다.

선(428)과 일치하는 평면을 따라 이온 빔(404)의 이온 밀도를 측정할 목적으로 페러데이 컵(430)이 이온 주입 챔버(412)에 마련된다. 모터 구동 선형 샤프트와 같은 구동 암(432)이 x축(410)과 평행하게 패러데이 컵(430)의 병진 운동을 제어한다. 이온 주입 챔버(412)는, z축(408)과 평행한 벽(436)의 미끄럼 운동에 의해 용이하게 되는 구동 암(432)의 z축 병진 운동과 함께 구동 암(432)의 통로를 허용하는 슬롯(434)을 포함한다. 벽(436)의 이러한 z축 병진 운동은, 예를 들어 화살표(440) 방향으로 모터 구동 선형 샤프트(438)의 신장 또는 수축에 의해 용이하게 될 수 있다. 표면(444)에서의 진공 압력의 작용에 의한 밀봉부(442)에서의 힘에 의해 이온 주입 챔버(412) 내부의 진공 상태가 증진되도록, 슬롯(434)을 둘러싸는 진공 밀봉부(442)와 함께 상부 및 하부 트랙 조립체(묘사되지 않음)에 의해 벽(436)이 진공 챔버(412)에 보유될 수 있다.

이러한 수단에 의하여, 패러데이 컵(430)은 적어도 2개의 병진 자유도, 즉, X축과 Z축 방향의 자유도를 가져, 페러데이 컵(430)이 선(428)을 따를 수 있어, 선(428)과 일치하는 셋업 평면과 주입 작업시 주입 표면(418)의 의도된 위치를 형성한다. 소재 홀더(414)는 셋업 작업시 하강될 수 있어 페러데이 컵(430)을 위한 공간을 확보한다. 도5는 선(428)과 평행하게 존재하는 주행 선(500)과 관련된 페러데이 컵(430)을 묘사하며, 암(432)과 샤프트(438)의 작동에 의해 일반적으로 선(428) 상에 중심이 있는 평면을 가로질러 페러데이 컵(430)의 중심이 주행한다. 주행 선(500)을 따라서 위치(502, 504)와 같은 다수의 선택된 위치에서 페러데이 컵이 이온 빔으로부터 측정을 한다.

도6은 측단면도로부터 이온 주입 시스템(400)을 도시한다. 소재(416)의 표면(418)이 이온 빔(404)을 완전히 통과하기에 충분하도록 Y축 방향(602)으로 주사되는 모터 구동 샤프트(600)에 소재 홀더(414)가 장착된다. 샤프트(600)는 수직 주사 기구의 일부분이다. 도6에 도시된 수직 위치와 종래의 웨이퍼 트랜스퍼장치(묘사되지 않음)와 상호 작용하기 위한 수평 위치 사이에서 서보 제어 너클(604)이 소재 홀더(414)와 소재(416)가 축(605)에 관하여 회전되는 것을 허용한다. 시스템의 Y축(602)에 평행한 축(614)에 관하여 샤프트(600)의 회전을 위해 모터(612)가 구성된다. 선택적으로 조정 가능한 다양한 고정 회전 위치로 소재 홀더(414)와 소재(416)가 회전될 수 있어, 도4에 도시되듯이 다른 회전 각도(426)가 나타난다. 회전 각도(426)의 크기는 모터(612)의 작동에 의해 조정된다.

플러드 건(618)은 암(620)에 의해 수직 주사 기구의 슬리브(622)에 부착될 수 있다. 플러드 건(618)은 전하 중화를 위해 소재(416) 앞에 위치되며 이온 빔(404)을 차단하지 않도록 위치된다. 플러드 건(618)이 소재 홀더(414)와 동일한 각도로 축(614)에 관하여 회전하도록 암(620)과 슬리브(622)가 구성된다. 소재 홀더(414)가 샤프트(600)에 의해 수직으로 주사되는 동안, 플러드 건(618)은 고정 각도로 유지된다. 따라서, 플러드 건(618)으로부터 방출된 전자는, 회전도에 관하여 소재 홀더(414)와 소재(416)에 대해 일정한 방위를 유지한다.

이러한 맞춰진 회전도는, 이온 빔(404)으로부터의 이온 주입이 전자 방출의 변경과 소재(416) 상에서의 관련된 필드 효과에 영향을 받지 않는다는 것을 보장한다. 또한, 도7A와 도7B에 도시되듯이, 소재(416)는 플러드 건(618)의 전자 방출에 대하여 언제나 일정한 단면 면적을 제공한다. 이러한 일정한 단면 면적은 다른 소재 회전 각도를 위해 플러드 건(616)의 전자 출력을 조정할 필요성을 회피한다.

제어기(634)가, 페러데이 컵(430)으로부터의 측정에 대응하는 이온 빔(404)의 특성 제어와 같은 모든 시스템 요소의 제어를 제공한다. 빔 축(406)에 수직인셋업 평면에 대향되어, 선(428)(도4)을 포함하는 셋업 평면에서의 측정에 대응하여 이온 빔(404)의 특징이 조정된다는 점에서, 이러한 빔 제어가 종래 기술의 실시와 다르다는 것을 유념해야 한다. 제어기(634)는 또한 웨이퍼 핸들링뿐 아니라 샤프트(600), 모터(612), 너클(604), 슬리브(622)의 작동 등 전술된 운동 원리를 따르는 모든 장치를 위한 제어 명령을 제공한다.

넓은 관점에서 본 발명은, 특정된 상세한 설명, 대표적인 장치와 방법, 도시되고 기술된 도시예로 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항과 그 균등물로 한정되는 일반적인 진보된 개념의 사상이나 관점에서 벗어나지 않고, 이러한 상세한 설명으로부터 발전이 이루어질 수 있다.

Claims

제1 축을 갖는 이온 소스와,

제1 축에 수직인 운동 경로를 따르는 선형 운동에서의 기계적 주사를 위해 구성된 소재 홀더와,

소재가 소재 홀더에 장착될 때 선택된 회전 각도로 소재에 주입 표면을 지향시키기 위해 회전축으로서 운동 경로를 이용하여 소재를 회전시키는데 이용하기 위한 선택적으로 조정 가능한 회전 제어 구조물과,

의도된 위치에 부합하는 셋업 측정을 제공하기 위해 주입 표면의 의도된 위치를 따라서 주사하도록 구성된 빔 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 장치.
제1항에 있어서, 이온 소스는 한쪽 치수가 다른쪽 치수보다 적어도 2배 이상 크며 제1 축에 수직인 2차원 단면을 갖는 평행 경로 팬 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 장치.
제1항에 있어서,

빔 전하 축적의 중화를 위해 소재 홀더로 지향된 전자 플러드 건과 플라즈마 브리지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전하 중화 부재와,

소재 홀더와 대응하여 회전 정렬되어 전하 중화 부재를 유지하도록 구성된회전 가능한 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 장치.
제3항에 있어서, 회전 가능한 기구가 선택적으로 조정 가능한 회전 제어 구조물과 선형 정렬되어 회전될 수 있도록, 회전 가능한 기구가 운동 경로와 정렬되어, 소재 표면에 대한 간격의 방위가 일정한 간격으로 유지되는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 장치.
제3항에 있어서, 회전 가능한 기구는 소재 홀더와 전하 중화 부재 사이에서 일정한 간격을 유지하도록 구성된 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 장치.
X축과 Y축을 갖는 제1 XY 평면에 수직인 이온 빔을 생성하는 단계와,

Y축에 관하여 제1 XY 평면을 회전시킴으로써 제2 평면을 식별하는 단계와,

빔 강도 신호를 제공하기 위해 제2 평면에서의 하나의 선을 따라서 효율적인 이온 빔 강도를 측정하는 단계와,

제2 평면에서의 상기 선을 따라서 소정의 이온 빔 강도를 갖는 조정된 이온 빔을 얻기 위해 빔 강도 신호를 기초로 이온 빔을 조정하는 단계와,

제2 평면과 정렬된 주입 표면을 제공하기 위해 소재를 회전시키는 단계와,

Y축을 따라 회전된 소재를 병진시키고 소재를 조정된 이온 빔으로 통과시켜, 소재 내로 이온 주입을 완성하는 단계를 포함하는 소재의 이온 주입 방법.
제6항에 있어서, 소재와 회전 정렬되는 위치에 전하 중화 장치를 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소재의 이온 주입 방법.