KR20050019932A - Methods and apparatus for monitoring plasma parameters in plasma doping systems - Google Patents
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Abstract
플라즈마 도핑 시스템에서 플라즈마 매개변수를 모니터링하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 플라즈마 도핑 시스템은 플라즈마 도핑 챔버와, 작업편을 지지하기 위한 상기 플라즈마 도핑 챔버에 위치된 플래튼과, 상기 플라즈마 도핑 챔버에서 상기 플래튼으로부터 이격된 애노드와, 상기 플라즈마 도핑 챔버에 연결된 처리 가스원과, 플래튼과 애노드 사이에 펄스를 인가하는 펄스원과, 플라즈마 모니터를 포함한다. 처리 가스의 이온을 함유한 플라즈마는 상기 애노드와 상기 플래튼 사이의 플라즈마 대전 영역에 형성된다. 펄스는 작업편으로 플라즈마로부터의 이온을 가속시킨다. 플라즈마 모니터는 작업편으로 주입되는 이온의 투여 분포를 나타내는 플라즈마 밀도와 같은 플라즈마 매개 변수의 공간적인 분포를 감지하는 감지 장치를 포함한다. An apparatus and method are provided for monitoring plasma parameters in a plasma doping system. The plasma doping system includes a plasma doping chamber, a platen located in the plasma doping chamber for supporting a workpiece, an anode spaced apart from the platen in the plasma doping chamber, and a processing gas source connected to the plasma doping chamber; And a pulse source for applying a pulse between the platen and the anode, and a plasma monitor. Plasma containing the ions of the processing gas is formed in the plasma charging region between the anode and the platen. The pulse accelerates ions from the plasma into the workpiece. The plasma monitor includes a sensing device that senses a spatial distribution of plasma parameters, such as a plasma density indicative of the distribution of the dose of ions injected into the workpiece.
Description
본 발명은 작업편의 이온 주입용으로 사용되는 플라즈마 도핑 시스템 및 특히, 플라즈마 도핑 시스템에서 플라즈마 매개 변수를 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma doping system used for ion implantation of a workpiece and, in particular, to an apparatus and method for monitoring plasma parameters in a plasma doping system.
이온 주입은 반도체 웨이퍼 안으로 도전성 Ion implantation conducts into semiconductor wafers
변경 불순물을 주입시키기 위한 표준 기술이다. 종래의 비임라인 이온 주입 시스템에서, 원하는 불순물 재료는 이온 공급원에서 이온화되고, 이온은 소정 에너지의 이온 비임을 형성하도록 가속되고, 그 이온 비임은 웨이퍼의 표면으로 지향된다. 이러한 비임의 활성 이온은 반도체 재료의 벌크 안으로 관통하고 원하는 범위의 도전성을 형성하도록 반도체 재료의 결정 격자 안으로 매립된다.It is a standard technique for injecting modified impurities. In conventional beamline ion implantation systems, the desired impurity material is ionized in an ion source, ions are accelerated to form an ion beam of desired energy, and the ion beam is directed to the surface of the wafer. This beam of active ions is embedded into the crystal lattice of the semiconductor material to penetrate into the bulk of the semiconductor material and form a desired range of conductivity.
반도체 산업에서 널리 공지된 경향은 더 작고 더 고속인 장치를 지향한다. 특히, 반도체 특징물의 깊이 및 측방향 치수는 감소되고 있다. 본 기술 분야의 반도체 장치의 상태는 1,000옴스트롬보다 작은 접합부 깊이(junction depth)를 요구하고 결과적으로 200옴스트롬 이하의 차수의 접합부 깊이를 요구한다. 도핑 재료의 주입된 깊이는 반도체 웨이퍼 안으로 주입되는 이온의 에너지에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 비임라인 이온 주입기는 전형적으로 비교적 높은 주입 에너지로 효율적 작동을 위해 설계되고 얕은 접합부 주입용으로 요구되는 낮은 에너지에서 효율적으로 기능을 할 수 없다.Trends well known in the semiconductor industry are directed towards smaller and faster devices. In particular, the depth and lateral dimensions of the semiconductor features are decreasing. State of the art semiconductor devices require a junction depth of less than 1,000 ohms and consequently a junction depth of order of 200 ohms or less. The implanted depth of the doping material is determined at least in part by the energy of the ions implanted into the semiconductor wafer. Beamline ion implanters are typically designed for efficient operation with relatively high implantation energy and cannot function efficiently at the low energy required for shallow junction implantation.
플라즈마 도핑 시스템은 반도체 웨이퍼에서 얕은 접합부를 형성하도록 연구되어 왔다. 플라즈마 도핑 시스템에서, 반도체 웨이퍼는 캐소드로 기능하고 플라즈마 도핑 챔버에 위치되는 도전성 플래튼 상에 위치된다. 원하는 도핑 재료를 함유한 이온화가능한 처리 가스는 챔버 안으로 주입되고, 전압 펄스는 플래튼과 애노드 또는 챔버 벽 사이에 인가되고, 웨이퍼 근처에 플라즈마 외장을 갖는 플라즈마의 형성을 야기한다. 인가된 펄스는 플라즈마의 이온이 플라즈마 외장을 교차하고 웨이퍼 안으로 주입되게 한다. 주입 깊이는 웨이퍼와 애노드 사이에 인가된 전압에 관련된다. 매우 낮은 주입 에너지가 달성될 수 있다. 플라즈마 도핑 시스템은 예를 들어, 셍(sheng)의 1994년 10월 11에 등록된 미국 특허 제5,354,381호, 리에베르트 등의 2000년 2월 1일에 등록된 미국 특허 제6,020,592호 및 고엑크너 등의 2001년 2월 6일에 등록된 미국 특허 제6,182,604호에 개시된다.Plasma doping systems have been studied to form shallow junctions in semiconductor wafers. In a plasma doping system, a semiconductor wafer is placed on a conductive platen that functions as a cathode and is located in a plasma doping chamber. An ionizable process gas containing the desired doping material is injected into the chamber, a voltage pulse is applied between the platen and the anode or chamber wall and causes the formation of a plasma with a plasma sheath near the wafer. The applied pulse causes ions of the plasma to cross the plasma sheath and be implanted into the wafer. The implant depth is related to the voltage applied between the wafer and the anode. Very low implantation energy can be achieved. Plasma doping systems are described, for example, in US Pat. No. 5,354,381, filed on October 11, 1994, in Sheng, US Pat. No. 6,020,592, filed on February 1, 2000, Liebert et al. US Pat. No. 6,182,604, registered February 6, 2001.
상술된 플라즈마 도핑 시스템에서, 인가된 전압 펄스는 플라즈마를 발생시키고 웨이퍼를 향해 플라즈마로부터의 양이온을 가속시킨다. 플라즈마 시스템의 다른 형태로, 플라즈마 침투 시스템으로 공지된 연속 플라즈마는 예를 들어, 플라즈마 도핑 챔버의 내부 또는 외부에 위치된 안테나로부터의 개별적으로 연결된 RF 전력에 의해 생성된다. 안테나는 RF 전력 공급원에 연결된다. 간격을 두고, 전압 펄스는 플래튼과 애노드 사이에 인가되고 플라즈마의 양이온이 웨이퍼를 향해 가속되게 한다.In the plasma doping system described above, an applied voltage pulse generates a plasma and accelerates cations from the plasma toward the wafer. In another form of plasma system, continuous plasma, known as a plasma penetration system, is produced by individually connected RF power from, for example, an antenna located inside or outside the plasma doping chamber. The antenna is connected to an RF power source. At intervals, a voltage pulse is applied between the platen and the anode and causes positive ions in the plasma to be accelerated toward the wafer.
정확한 필수요소는 웨이퍼 안으로 주입되는 누적된 이온 투여량과 웨이퍼면을 따른 공간적인 투여 균일성에 대해 이온 주입을 포함하는 반도체 제조 처리에 있다. 주입된 투여량은 주입되는 구역의 전기 작용을 결정하고, 반면에 투여 균일성은 반도체 웨이퍼 상의 모든 장치가 특정 제한범위 내의 작동 특성을 갖는 것을 보증하는데 요구된다.The exact necessity is in the semiconductor fabrication process including ion implantation for the cumulative ion dose implanted into the wafer and the spatial uniformity of dosage along the wafer plane. The dose injected determines the electrical action of the zone to be injected, while dosing uniformity is required to ensure that all devices on the semiconductor wafer have operating characteristics within certain limits.
플라즈마 도핑 시스템에서, 이온을 발생시키는 플라즈마는 웨이퍼의 표면에 위치된다. 공간적인 투여 균일성은 플라즈마의 균일성 및 웨이퍼 근처의 전기장에 의존한다. 그러나, 플라즈마는 공간적인 비균일성을 가질 수 있고 시간에 따라 변할 수 있다. 이러한 플라즈마 비균일성은 처리되는 웨이퍼의 투여 비균일성을 생성하는 것 같다. 투여 균일성을 향상시키도록 플래튼을 둘러싸는 분리식으로 바이어스된 동심 구조를 이용한 플라즈마 도핑 시스템이 채페트 등의 1998년 1월 27일에 등록된 미국 특허 제5,711,812호에 개시된다. 이러한 접근법에 의해 제도된 향상에도 불구하고, 투여 균일성은 플라즈마 도핑 시스템에 문제로 남아있다.In a plasma doping system, ions generating plasma are located on the surface of the wafer. The spatial dosing uniformity depends on the uniformity of the plasma and the electric field near the wafer. However, the plasma can have spatial nonuniformity and can change over time. Such plasma non-uniformity is likely to create dosing non-uniformity of the wafer being processed. A plasma doping system using a discretely biased concentric structure surrounding the platen to improve dosing uniformity is disclosed in US Pat. No. 5,711,812, registered on Jan. 27, 1998, Chappt et al. Despite the improvements made by this approach, dosing uniformity remains a problem for plasma doping systems.
따라서, 플라즈마 도핑 시스템의 성능을 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 대한 요구가 있다.Accordingly, there is a need for an apparatus and method for monitoring the performance of a plasma doping system.
도1은 플라즈마 도핑 시스템의 간략화된 개략적인 블록도이다.1 is a simplified schematic block diagram of a plasma doping system.
도2는 플라즈마 모니터의 제1 실시예를 도시한 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도이다.2 is a schematic partial cross-sectional view of a plasma doping system showing a first embodiment of a plasma monitor.
도3은 플라즈마 모니터의 제2 실시예를 도시한 애노드의 하부도이다.Fig. 3 is a bottom view of the anode showing the second embodiment of the plasma monitor.
도4는 플라즈마 모니터의 제3 실시예를 도시한 애노드의 하부도이다.Fig. 4 is a bottom view of the anode showing the third embodiment of the plasma monitor.
도5는 플라즈마 모니터의 제4 실시예를 도시한 애노드의 하부도이다.Fig. 5 is a bottom view of the anode showing the fourth embodiment of the plasma monitor.
도6은 플라즈마 모니터의 제5 실시예를 도시한 애노드의 하부도이다.Fig. 6 is a bottom view of the anode showing the fifth embodiment of the plasma monitor.
도7은 플라즈마 모니터의 제6 실시예를 도시한 애노드의 하부도이다.Fig. 7 is a bottom view of the anode showing the sixth embodiment of the plasma monitor.
도8은 플라즈마 모니터의 제7 실시예를 도시한 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도이다.8 is a schematic partial cross-sectional view of a plasma doping system showing a seventh embodiment of a plasma monitor.
도9는 도8에 도시된 애노드의 확대된 부분 단면도이다.9 is an enlarged partial cross-sectional view of the anode shown in FIG.
도10은 도8에 도시된 애노드의 상부도이다.FIG. 10 is a top view of the anode shown in FIG. 8. FIG.
도11은 도8에 도시된 플라즈마 모니터의 출력을 처리하기 위한 프로세싱 일렉트로닉스의 개략적인 블록도이다.FIG. 11 is a schematic block diagram of processing electronics for processing the output of the plasma monitor shown in FIG.
도12는 센서 신호를 시간의 함수로 나타낸 예의 그래프이다.12 is a graph of an example showing sensor signals as a function of time.
도13은 플라즈마 모니터의 제8 실시예를 도시한 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도이다.13 is a schematic partial cross-sectional view of a plasma doping system showing an eighth embodiment of a plasma monitor.
도14는 플라즈마 모니터의 제9 실시예를 도시한 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도이다.14 is a schematic partial cross-sectional view of a plasma doping system showing a ninth embodiment of the plasma monitor.
도15는 플라즈마 모니터의 제10 실시예를 도시한 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도이다.15 is a schematic partial cross-sectional view of a plasma doping system showing a tenth embodiment of a plasma monitor.
도16은 플라즈마 모니터의 제11 실시예를 도시한 플라즈마 도핑 시스템의 개략적인 부분 단면도이다.16 is a schematic partial cross-sectional view of a plasma doping system showing an eleventh embodiment of the plasma monitor.
도17a는 감지된 광학적 방출량의 상대적인 강도를 플라즈마 도핑 시스템 내의 방사상 위치의 함수로 나타낸 그래프이다.17A is a graph showing the relative intensity of the sensed optical emission as a function of radial position in the plasma doping system.
도17b는 상대적인 열전파(therma-wave) 값을 플라즈마 도핑 시스템 내의 방사상 위치의 함수로 나타낸 그래프이다.FIG. 17B is a graph showing the relative thermo-wave values as a function of radial position in the plasma doping system.
도17c는 상대적인 이온 전류를 플라즈마 도핑 시스템 내의 방사상 위치의 함수로 나타낸 그래프이다.17C is a graph showing relative ion current as a function of radial position in the plasma doping system.
도18은 표준화된 광학 신호를 상이한 파장 범위에 대한 웨이퍼 전류의 함수로 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing normalized optical signals as a function of wafer current for different wavelength ranges.
도19는 광학 신호를 상이한 작동 압력에 대한 웨이퍼 전류의 함수로 나타낸 그래프이다.19 is a graph showing the optical signal as a function of wafer current for different operating pressures.
본 발명에 따른 제1 태양에 따르면, 플라즈마 도핑 장치가 제공된다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 도핑 챔버와, 작업편을 지지하기 위한 상기 플라즈마 도핑 챔버에 위치된 플래튼과, 상기 플라즈마 도핑 챔버에서 상기 플래튼으로부터 이격된 애노드와, 상기 플라즈마 도핑 챔버에 연결된 처리 가스원과, 플래튼과 애노드 사이에 펄스를 인가하는 펄스원과, 플라즈마 모니터를 포함한다. 처리 가스의 이온을 함유한 플라즈마는 상기 애노드와 상기 플래튼 사이의 플라즈마 대전 영역에 형성된다. 플래튼과 애노드 사이에 인가된 펄스는 작업편으로 플라즈마로부터의 이온을 가속시킨다. 플라즈마 모니터는 플라즈마 매개 변수의 공간적인 분포를 감지하는 감지 장치를 포함한다. 플라즈마 매개변수의 감지된 공간적인 분포는 작업편으로 주입된 이온의 투여 분포를 나타낼 수 있다.According to a first aspect according to the invention, a plasma doping apparatus is provided. The plasma doping apparatus includes a plasma doping chamber, a platen located in the plasma doping chamber for supporting a workpiece, an anode spaced apart from the platen in the plasma doping chamber, and a processing gas source connected to the plasma doping chamber; And a pulse source for applying a pulse between the platen and the anode, and a plasma monitor. Plasma containing the ions of the processing gas is formed in the plasma charging region between the anode and the platen. The pulse applied between the platen and the anode accelerates the ions from the plasma to the workpiece. The plasma monitor includes a sensing device for sensing a spatial distribution of plasma parameters. The sensed spatial distribution of the plasma parameters may represent a dose distribution of ions implanted into the workpiece.
임의 실시예에서, 감지 장치는 작업편에 이격 관계로 상기 플라즈마 도핑 챔버 내에 배치된 센서의 배열체를 포함한다. 센서는 애노드에 또는 그 근처에 장착될 수 있다. 센서는 광센서 또는 전기 센서를 포함할 수 있다. 센서 배열체는 선형 배열체 또는 2차원 배열체를 포함할 수 있다. 원통형 형상을 갖는 플라즈마 도핑 챔버에서, 센서의 원형 배열체 또는 방사상 배열체가 이용될 수 있다.In some embodiments, the sensing device includes an array of sensors disposed within the plasma doping chamber in a spaced apart relationship to a workpiece. The sensor may be mounted at or near the anode. The sensor may comprise an optical sensor or an electrical sensor. The sensor arrangement may comprise a linear arrangement or a two-dimensional arrangement. In the plasma doping chamber having a cylindrical shape, a circular arrangement or a radial arrangement of sensors can be used.
임의 실시예에서, 감지 장치는 플라즈마 대전 영역에 플라즈마의 화상을 습득하기 위한 하나 이상의 화상 센서를 포함한다.In some embodiments, the sensing device includes one or more image sensors for acquiring an image of the plasma in the plasma charging region.
임의 실시예에서, 감지 장치는 작업편에 이격 관계로 상기 플라즈마 도핑 챔버 내에 배치된 이동식 센서와 플라즈마에 대해 센서를 이동시키는 엑추에이터를 포함한다.In some embodiments, the sensing device includes a movable sensor disposed within the plasma doping chamber in a spaced apart relationship to a workpiece and an actuator for moving the sensor relative to the plasma.
플라즈마 모니터는 센서에 연결된 처리 회로를 더 포함할 수 있다. 센서에 의해 습득된 측정치는 작업편으로 주입되는 이온의 투여 분포의 측정을 연산하는 처리 회로에 제공된다.The plasma monitor may further comprise processing circuitry coupled to the sensor. The measurements acquired by the sensor are provided to a processing circuit that calculates a measurement of the dose distribution of ions injected into the workpiece.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 플라즈마 도핑 방법이 제공된다. 그 방법은 플라즈마 도핑 챔버의 플래튼 상에 작업편을 지지하는 단계와, 플라즈마를 발생시키고 작업편 안으로 플라즈마로부터의 이온을 가속화시키는 단계와, 플라즈마 매개 변수의 공간적인 분포를 감지하는 단계를 포함한다. 플라즈마 매개변수의 공간적인 분포는 작업편으로 주입되는 이온의 투여 분포를 나타낼 수 있다.According to another aspect of the present invention, a plasma doping method is provided. The method includes supporting a workpiece on a platen of a plasma doping chamber, generating a plasma and accelerating ions from the plasma into the workpiece, and sensing a spatial distribution of plasma parameters. . The spatial distribution of the plasma parameters can represent the distribution of the dose of ions implanted into the workpiece.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 플라즈마 도핑 장치가 제공된다. 플라즈마 도핑 장치는 플라즈마 도핑 챔버와, 작업편을 지지하기 위한 상기 플라즈마 도핑 챔버에 위치된 플래튼과, 상기 플라즈마 도핑 챔버에서 상기 플래튼으로부터 이격된 애노드와, 상기 플라즈마 도핑 챔버에 연결된 처리 가스원과, 상기 플래튼과 애노드 사이에 펄스를 인가하는 펄스원과, 플라즈마 모니터를 포함한다. 처리 가스의 이온을 함유한 플라즈마는 상기 애노드와 상기 플래튼 사이의 플라즈마 대전 영역에 형성된다. 플래튼과 애노드 사이에 인가된 펄스는 작업편으로 플라즈마로부터의 이온을 가속시킨다. 플라즈마 모니터는 선택된 파장 범위에 걸쳐 플라즈마로부터 광학 방출을 감지하기 위한 광센서와 선택된 파장 범위에 걸쳐 감지된 광학 방출을 처리하기 위해 광센서에 연결된 처리 회로를 포함한다.According to another aspect of the invention, a plasma doping apparatus is provided. The plasma doping apparatus includes a plasma doping chamber, a platen located in the plasma doping chamber for supporting a workpiece, an anode spaced apart from the platen in the plasma doping chamber, and a processing gas source connected to the plasma doping chamber; And a pulse source for applying a pulse between the platen and the anode, and a plasma monitor. Plasma containing the ions of the processing gas is formed in the plasma charging region between the anode and the platen. The pulse applied between the platen and the anode accelerates the ions from the plasma to the workpiece. The plasma monitor includes an optical sensor for sensing optical emission from the plasma over the selected wavelength range and processing circuitry coupled to the optical sensor for processing the optical emission sensed over the selected wavelength range.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 플라즈마 도핑 방법이 제공된다. 그 방법은 플라즈마 도핑 챔버의 플래튼 상에 작업편을 지지하는 단계와, 플라즈마를 발생시키고 작업편 안으로 플라즈마로부터의 이온을 가속화시키는 단계와, 선택된 범위의 파장에 걸쳐 플라즈마로부터 광학 방출을 감지하는 단계와, 플라즈마의 상태를 대표하는 측정 값을 제공하도록 선택된 파장 범위에 걸쳐 감지된 광학 방출을 처리하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a plasma doping method is provided. The method includes supporting a workpiece on a platen of a plasma doping chamber, generating a plasma and accelerating ions from the plasma into the workpiece, and sensing optical emission from the plasma over a selected range of wavelengths. And processing the sensed optical emission over the selected wavelength range to provide a measurement value representative of the state of the plasma.
본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 본 명세서에 참조로 결합된 첨부 도면을 참고한다.For a better understanding of the invention, reference is made to the accompanying drawings, which are incorporated by reference herein.
본 발명의 구현을 위한 적절한 플라즈마 도핑 시스템의 예가 도1에 개략적으로 도시되어 있다. 플라즈마 도핑 챔버(10)는 밀폐된 체적(12)을 한정한다. 챔버(10) 내에 위치된 플래튼(14)은 반도체 웨이퍼(20)와 같은 작업편을 지지하기 위한 표면을 제공한다. 웨이퍼(20)는 예컨대 그 주연에서 플래튼(14)의 편평면에 클램핑될 수 있다. 일 실시예에서, 플래튼은 웨이퍼(20)를 지지하기 위한 전기적 도전성 표면을 갖는다. 다른 실시예에서, 플래튼은 웨이퍼(20)와의 연결을 위해 (도시되지 않은) 도전성 핀을 포함한다. 웨이퍼(20)와 플래튼(14)은 플라즈마 도핑 시스템 내에서 캐소드로서 작용한다.An example of a suitable plasma doping system for the implementation of the present invention is schematically illustrated in FIG. The plasma doping chamber 10 defines a closed volume 12. The platen 14 located in the chamber 10 provides a surface for supporting a workpiece such as a semiconductor wafer 20. Wafer 20 may, for example, be clamped to the flat surface of platen 14 at its periphery. In one embodiment, the platen has an electrically conductive surface for supporting the wafer 20. In another embodiment, the platen includes conductive pins (not shown) for connection with the wafer 20. Wafer 20 and platen 14 act as cathodes in a plasma doping system.
애노드(24)는 플래튼(14)에 대해 이격되어 챔버(10) 내에 배치된다. 애노드(24)는 플래튼(14)에 수직인 화살표(26)로 도시된 방향으로 이동 가능하다. 애노드는 전형적으로 챔버(10)의 전기적으로 도전성인 벽에 연결되고, 둘 다 접지에 연결될 수 있다. 다른 구성에서, 플래튼(14)은 접지에 연결되고, 애노드(24)는 펄스된다.The anode 24 is disposed in the chamber 10 spaced apart from the platen 14. The anode 24 is movable in the direction shown by arrow 26 perpendicular to the platen 14. The anode is typically connected to an electrically conductive wall of the chamber 10 and both can be connected to ground. In another configuration, platen 14 is connected to ground and anode 24 is pulsed.
애노드(24)가 접지에 연결되는 구성에서, 웨이퍼(20)는 [플래튼(14)을 통해] 고전압 펄스원(30)에 연결된다. 펄스원(30)은 전형적으로 약 100 Hz 내지 2 kHz의 펄스 반복율과 기간 내에 약 1 내지 50 마이크로초, 진폭 약 100 내지 5000 볼트 범위 내에서 펄스를 제공한다. 이 펄스 매개 변수 값들은 단지 예로써 주어진 것이며, 본 발명의 범주 내에서 다른 값들이 사용될 수도 있다.In a configuration where anode 24 is connected to ground, wafer 20 is connected to high voltage pulse source 30 (via platen 14). Pulse source 30 typically provides pulses within a pulse repetition rate of about 100 Hz to 2 kHz and within a period of about 1 to 50 microseconds, amplitudes of about 100 to 5000 volts. These pulse parameter values are given by way of example only and other values may be used within the scope of the invention.
챔버(10)의 밀폐된 체적(12)은 제어식 밸브(32)를 통해 진공 펌프(34)에 결합된다. 처리 가스원(36)은 질량 유동 제어기(38)를 통해 챔버(10)에 결합된다. 챔버(10) 내에 위치된 압력 센서(44)는 챔버 압력을 나타내는 신호를 제어기(46)에 제공한다. 제어기(46)는 감지된 챔버 압력을 소정의 압력 입력과 비교하고, 밸브(32)에 제어 신호를 제공한다. 제어 신호는 밸브(32)를 제어하여 챔버 압력과 소정의 압력 사이의 차이를 최소화시킨다. 진공 펌프(34), 밸브(32), 압력 센서(44) 및 제어기(46)는 폐쇄 루프 압력 제어 시스템을 구성한다. 압력은 전형적으로 약 1 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 범위 내에서 제어되지만, 이 범위에 제한되는 것은 아니다. 가스원(36)은 소정의 주입용 불순물을 함유하는 이온화 가능한 가스를 작업편에 공급한다. 이온화 가능한 가스의 예로는 BF3, N2, Ar, PH3, AsH3 및 B2H6 가 포함된다. 질량 유동 제어기(38)는 가스가 챔버(10)로 공급되는 속도를 조절한다. 도1에 도시된 구성은 연속적인 처리 가스 유동을 일정한 가스 유량 및 일정한 압력으로 제공한다. 압력과 가스 유량은 바람직하게는 반복 가능한 결과를 제공하도록 조절된다.The closed volume 12 of the chamber 10 is coupled to the vacuum pump 34 via a controlled valve 32. The process gas source 36 is coupled to the chamber 10 through a mass flow controller 38. The pressure sensor 44 located in the chamber 10 provides a signal to the controller 46 indicative of the chamber pressure. The controller 46 compares the sensed chamber pressure with a predetermined pressure input and provides a control signal to the valve 32. The control signal controls the valve 32 to minimize the difference between the chamber pressure and the predetermined pressure. Vacuum pump 34, valve 32, pressure sensor 44 and controller 46 constitute a closed loop pressure control system. The pressure is typically controlled in the range of about 1 millitorr to about 500 millitorr, but is not limited to this range. The gas source 36 supplies an ionizable gas containing a predetermined implantation impurity to the workpiece. Examples of ionizable gases include BF 3 , N 2 , Ar, PH 3 , AsH 3 and B 2 H 6 . The mass flow controller 38 regulates the rate at which gas is supplied to the chamber 10. The configuration shown in Figure 1 provides for a continuous process gas flow at a constant gas flow rate and constant pressure. The pressure and gas flow rate are preferably adjusted to provide repeatable results.
플라즈마 도핑 시스템은 중공 캐소드원(56)에 연결된 중공 캐소드(54)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 중공 캐소드(54)는 애노드(24)와 플래튼(14) 사이의 공간을 둘러싸는 도전성 중공 실린더를 포함한다. 중공 캐소드는 매우 낮은 이온 에너지를 요구하는 적용예에서 사용될 수 있다. 특히, 중공 캐소드 펄스원(56)은 챔버(12) 내에 플라즈마를 형성하기에 충분한 펄스 전압을 제공하고, 펄스원(30)은 소정의 주입 전압을 발생시킨다. 중공 캐소드의 사용에 관한 추가적인 상세한 설명은 본 명세서에 참조로써 결합된 전술한 미국특허 제6,182,604호에 제공된다.The plasma doping system can include a hollow cathode 54 connected to the hollow cathode source 56. In one embodiment, hollow cathode 54 includes a conductive hollow cylinder that encloses the space between anode 24 and platen 14. Hollow cathodes can be used in applications that require very low ion energy. In particular, the hollow cathode pulse source 56 provides a pulse voltage sufficient to form a plasma in the chamber 12, and the pulse source 30 generates a predetermined injection voltage. Further details regarding the use of hollow cathodes are provided in the aforementioned US Pat. No. 6,182,604, which is incorporated herein by reference.
하나 이상의 패러데이 컵이 웨이퍼(20) 내로 주입된 이온 투여량을 측정하기 위해 플래튼(14)에 인접하여 위치될 수 있다. 도1의 실시예에서, 패러데이 컵(50, 52)등은 웨이퍼(20)의 주연 둘레에 등간격으로 이격된다. 각 패러데이 컵은 플라즈마(40)와 대면하는 입구(60)를 갖는 도전성 포위부를 포함한다. 각 패러데이 컵은 바람직하게는 플라즈마(40)로부터 플래튼(14)쪽으로 가속된 양이온의 샘플을 차단하고 웨이퍼(20)에 효과적일 정도로 가깝게 위치된다. 다른 실시예에서, 환형 패러데이 컵은 웨이퍼(20) 및 플래튼(14) 둘레에 위치된다.One or more Faraday cups may be positioned adjacent the platen 14 to measure the ion dose implanted into the wafer 20. In the embodiment of FIG. 1, Faraday cups 50, 52, and the like are spaced at equal intervals around the periphery of the wafer 20. Each Faraday cup includes a conductive enclosure with an inlet 60 facing the plasma 40. Each Faraday cup is preferably positioned close enough to block the sample of accelerated cations from the plasma 40 toward the platen 14 and to be effective on the wafer 20. In another embodiment, the annular Faraday cup is positioned around the wafer 20 and the platen 14.
패러데이 컵은 투여 프로세서(70)나 다른 투여 모니터링 회로에 전기적으로 연결된다. 입구(60)를 통해 각 패러데이 컵으로 도입된 양이온은 이온 전류를 나타내는 전류를 패러데이 컵에 연결된 전기 회로 내에 생성시킨다. 투여 프로세서(70)는 이온 투여량을 결정하도록 전기적 흐름을 처리할 수 있다.The Faraday cup is electrically connected to a dosing processor 70 or other dosing monitoring circuit. The cations introduced into each Faraday cup through the inlet 60 create a current in the electrical circuit connected to the Faraday cup that represents the ionic current. Dosing processor 70 may process the electrical flow to determine the ion dose.
전술한 미국특허 제5,711,812호에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 도핑 시스템은 플래튼(14)을 둘러싸는 보호 링(66)을 포함할 수 있다. 보호 링(66)은 웨이퍼(20)의 에지 근처에서 주입된 이온 분포의 균일성을 향상시키도록 편향된다. 패러데이 컵(50, 52)은 플래튼(14)과 웨이퍼(20)의 주연 근처의 보호 링(66) 내에 위치될 수 있다.As described in US Pat. No. 5,711,812, described above, the plasma doping system may include a protective ring 66 surrounding the platen 14. Protective ring 66 is deflected to improve uniformity of implanted ion distribution near the edge of wafer 20. Faraday cups 50, 52 may be located in protective ring 66 near the periphery of platen 14 and wafer 20.
작동시, 웨이퍼(20)는 플래튼(14) 상에 위치된다. 압력 제어 시스템, 질량 유동 제어기(38) 및 가스원(36)은 챔버(10) 내에 소정의 압력과 가스 유량을 생성한다. 예컨대, 챔버(10)는 10 밀리토르 압력에서 BF3 가스와 함께 작동할 수 있다. 펄스원(30)은 웨이퍼(20)에 일련의 고전압 펄스를 인가하고, 그로 인해 웨이퍼(20)와 애노드(24) 사이의 플라즈마 방전 영역(48) 내에 플라즈마(40)를 형성한다. 공지된 바와 같이, 플라즈마(40)는 가스원(36)으로부터의 이온화 가능한 가스의 양이온을 함유한다. 플라즈마(40)는 웨이퍼(20)의 근처, 전형적으로 표면에 플라즈마 외장(42)을 포함한다. 고전압 펄스 동안 플래튼(14)과 애노드(24) 사이에 존재하는 전기장은 플라즈마(40)로부터의 양이온을 플라즈마 외장(42)을 가로질러 플래튼(14)쪽으로 가속시킨다. 가속된 이온은 웨이퍼(20) 내로 주입되어 불순물의 영역을 형성한다. 웨이퍼(20) 내에 소정의 깊이까지 양이온을 주입하도록 펄스 전압이 선택된다. 펄스 수 및 펄스 기간은 웨이퍼(20) 내에 소정의 불순물량을 제공하도록 선택된다. 펄스당 전류는 펄스 전압과, 가스 압력 및 종류와, 전극의 임의의 가변 위치의 함수이다. 예컨대, 캐소드 대 애노드 간격은 다른 전압을 위해 조정될 수 있다.In operation, the wafer 20 is positioned on the platen 14. The pressure control system, mass flow controller 38 and gas source 36 generate a predetermined pressure and gas flow rate in the chamber 10. For example, chamber 10 may operate with BF 3 gas at 10 millitorr pressure. The pulse source 30 applies a series of high voltage pulses to the wafer 20, thereby forming a plasma 40 in the plasma discharge region 48 between the wafer 20 and the anode 24. As is known, plasma 40 contains cations of ionizable gases from gas source 36. Plasma 40 includes a plasma sheath 42 near, typically, a surface of the wafer 20. The electric field present between the platen 14 and the anode 24 during the high voltage pulse accelerates the cations from the plasma 40 across the plasma sheath 42 toward the platen 14. Accelerated ions are implanted into the wafer 20 to form regions of impurities. The pulse voltage is selected to inject positive ions into the wafer 20 to a predetermined depth. The pulse number and pulse duration are selected to provide a predetermined amount of impurities in the wafer 20. The current per pulse is a function of pulse voltage, gas pressure and type, and any variable position of the electrode. For example, the cathode to anode spacing can be adjusted for other voltages.
웨이퍼(20) 표면 상의 이온 투여 균일성은 플라즈마(40)의 균일성과 웨이퍼(20) 근처의 전기장에 따른다. 그러나, 플라즈마(40)는 공간적인 불균일을 가질 수 있고, 시간에 따라 변할 수 있다. 따라서, 플라즈마 도핑 시스템의 실행을 모니터링하기 위한 기술이 필요하다.Ion dose uniformity on the surface of the wafer 20 depends on the uniformity of the plasma 40 and the electric field near the wafer 20. However, the plasma 40 may have spatial nonuniformity and may change over time. Thus, there is a need for techniques for monitoring the performance of plasma doping systems.
본 발명의 실시예들이 도2 내지 도19를 참조로 설명된다. 도1 내지 도19에서 동일한 요소는 동일한 참조 번호를 갖는다. 도2 내지 도19에 도시된 실시예들은 도1에 도시되고 위에서 설명한 형태의 플라즈마 도핑 시스템이나, 다른 임의의 플라즈마 시스템에 사용될 수 있다.Embodiments of the present invention are described with reference to FIGS. 1 through 19 have the same reference numerals. The embodiments shown in Figures 2 through 19 can be used in the plasma doping system of the type shown in Figure 1 and described above, or any other plasma system.
본 발명의 태양에 따르면, 플라즈마 도핑 시스템에는 웨이퍼나 다른 작업편 내로 주입된 이온의 투여 분포를 모니터링하기 위한 플라즈마 모니터가 제공된다. 플라즈마 모니터는 플라즈마 매개 변수의 공간적인 분포를 감지하기 위한 센서의 배열체와 같은 감지 장치와, 투여 균일성을 표시하기 위해 센서 신호를 처리하기 위한 처리 회로를 포함한다. 플라즈마 모니터는 주입 동안 실시간으로 사용되거나 진단 도구로 사용될 수 있다.In accordance with an aspect of the present invention, a plasma doping system is provided with a plasma monitor for monitoring the dose distribution of ions implanted into a wafer or other workpiece. The plasma monitor includes a sensing device, such as an array of sensors for sensing a spatial distribution of plasma parameters, and processing circuitry for processing the sensor signal to indicate dose uniformity. The plasma monitor can be used in real time during injection or as a diagnostic tool.
플라즈마 도핑 시스템의 실시예의 부분 단면도가 도2에 도시되어 있다. 플라즈마 도핑 시스템은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 모니터(90)를 포함한다. 플라즈마 모니터(90)는 플라즈마(40)와 관련된 매개 변수의 공간적인 분포를 감지하기 위한 감지 장치(100)와, 투여 프로세서(70)와 결합하여 감지 장치(100)의 출력 신호를 처리하는 처리 회로를 포함할 수 있다. 감지된 플라즈마 매개 변수는 작업편으로 주입된 이온의 투여 분포를 나타낸다. 어떤 실시예에서는, 감지 장치(100)는 애노드(24)와 플래튼(14) 사이의 플라즈마 방전 영역 내에 플라즈마(40)의 플라즈마 밀도의 공간적인 분포를 감지한다.A partial cross-sectional view of an embodiment of a plasma doping system is shown in FIG. The plasma doping system includes a plasma monitor 90 according to the first embodiment of the present invention. The plasma monitor 90 includes a sensing device 100 for sensing a spatial distribution of parameters associated with the plasma 40 and a processing circuit in combination with the dosing processor 70 to process the output signal of the sensing device 100. It may include. The sensed plasma parameters represent the dose distribution of ions implanted into the workpiece. In some embodiments, the sensing device 100 senses the spatial distribution of the plasma density of the plasma 40 in the plasma discharge region between the anode 24 and the platen 14.
도2의 실시예에서, 감지 장치(100)는 애노드(24) 내에 장착된 이격된 플라즈마 센서(110)의 배열체를 포함한다. 플라즈마 센서(110)는 예컨대, 광센서나 전기 센서일 수 있다. 각 센서(110)는 플래튼(14) 쪽으로 지향되고, 플라즈마(40)의 영역을 감지한다. 센서(110)는 진공 관통 공급부(112)를 통해 투여 프로세서(70)나 다른 투여 제어기에 전기적으로 연결될 수 있다. 도2의 실시예에서, 센서(110)는 애노드(24)의 반경을 따라 이격된다. 감지 장치(100)의 다른 실시예가 도3 내지 도7에 도시되고 이하에 설명된다.In the embodiment of FIG. 2, the sensing device 100 comprises an array of spaced plasma sensors 110 mounted within the anode 24. The plasma sensor 110 may be, for example, an optical sensor or an electrical sensor. Each sensor 110 is directed towards the platen 14 and senses an area of the plasma 40. The sensor 110 may be electrically connected to the dosing processor 70 or other dosing controller through the vacuum through feed 112. In the embodiment of FIG. 2, the sensors 110 are spaced along the radius of the anode 24. Another embodiment of the sensing device 100 is shown in FIGS. 3-7 and described below.
센서(110)가 광센서인 실시예에서, 각 광센서(110)는 플라즈마(40)의 영역으로부터 방출된 광을 관측한다. 얻어진 광학 신호는 광센서에 의해 관측된 영역 내에서 웨이퍼(20)에 전달된 투여 속도와 상호 관련될 수 있는 국부적인 플라즈마 밀도를 나타낸다. 센서(11)의 배열체는 플라즈마 강도의 공간적인 변화에 대한 정보를 제공하고, 이는 진단 도구로 사용되어 주입되는 투여량을 더욱 균일하게 만들고 주입 투여의 반복성을 향상시킬 수 있다. 센서 배열체는 또한 반도체 웨이퍼나 다른 작업편의 플라즈마 도핑 동안 플라즈마 강도의 공간적인 변화의 실시간 모니터링에 사용될 수도 있다. 센서(110)는 바람직하게는 웨이퍼(20)나 다른 작업편에 대해 이격되어 위치되고, 플라즈마 방전 영역(48) 내에서 플라즈마로부터의 광학적 누락(optical omission)을 측정하도록 배향된다. 센서(11)의 배열체에 의한 다중 측정은 주입의 균일성을 특징짓는데 사용되는 투여 맵(dose map)을 만드는데 사용된다.In embodiments where the sensor 110 is an optical sensor, each optical sensor 110 observes light emitted from the region of the plasma 40. The optical signal obtained represents a local plasma density that may be correlated with the dosing rate delivered to the wafer 20 in the region observed by the light sensor. The arrangement of sensors 11 provides information about the spatial change in plasma intensity, which can be used as a diagnostic tool to make the dose injected more uniform and to improve the repeatability of the infusion dose. The sensor arrangement may also be used for real-time monitoring of spatial variations in plasma intensity during plasma doping of semiconductor wafers or other workpieces. Sensor 110 is preferably positioned spaced apart from wafer 20 or other workpiece and is oriented to measure optical omission from the plasma within plasma discharge region 48. Multiple measurements by the array of sensors 11 are used to create a dose map that is used to characterize the uniformity of the infusion.
전술한 바와 같이, 센서(110)는 광센서나 전기 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 각 센서는 광다이오드나 애노드(24)에 장착된 다른 포토센서이다. 다른 실시예에서, 각 센서(110)는 애노드(24)에 장착된 렌즈와 같은 광 프로브와, 멀리 떨어져 위치한 포토센서와, 멀리 떨어져 위치된 포토센서에 감지된 광 방출을 전달하기 위한 광섬유를 포함한다. 렌즈는 광섬유의 단부 상에 감지된 광 방출을 포커싱할 수 있다. 포토센서는 플라즈마 도핑 챔버 외측에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서는, CCD 이미지 센서와 같은 이미지 감지 장치가 사용될 수 있다. 감지 장치(100)가 플라즈마 매개 변수의 공간적 분포를 감지할 때, 센서의 수와 센서 분포는 소정의 공간적 분해능에 의존한다. 다른 센서 배열체가 이하에 설명된 것과 같이 사용될 수 있다. 이미지 센서의 경우에, 하나 이상의 센서가 플라즈마를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 광센서가 스펙트럼의 가시광 내와 적외선부 근처의 선택된 파장 범위로부터의 광학 방출을 모니터링한다. 감지된 광학 방출은 평균이 되거나 선택된 파장 범위 이상으로 될 수 있다. 다른 실시예에서, 광센서는 플라즈마 도핑 챔버 내에 가스 분자로부터의 특정 광학 방출과 같이 좁은 대역으로부터의 광학 방출을 모니터링한다. As described above, the sensor 110 may be an optical sensor or an electrical sensor. In one embodiment, each sensor is a photodiode or other photosensor mounted on the anode 24. In another embodiment, each sensor 110 includes an optical probe, such as a lens mounted to the anode 24, a photosensor located remotely, and an optical fiber for delivering sensed light emission to the photosensor located remotely. do. The lens can focus the light emission sensed on the end of the optical fiber. The photosensor may be located outside the plasma doping chamber. In other embodiments, an image sensing device such as a CCD image sensor may be used. When the sensing device 100 senses a spatial distribution of plasma parameters, the number of sensors and the sensor distribution depend on a given spatial resolution. Other sensor arrangements can be used as described below. In the case of an image sensor, one or more sensors may be used to monitor the plasma. In some embodiments, an optical sensor monitors optical emission from selected wavelength ranges in the visible light of the spectrum and near the infrared portion. The sensed optical emission can be averaged or over a selected wavelength range. In another embodiment, the optical sensor monitors optical emission from a narrow band, such as specific optical emission from gas molecules within the plasma doping chamber.
다른 실시예에서, 센서(110)는 각 센서 근처에 플라즈마 영역 내에 전형적으로 전자인 대전 입자를 감지하는 전기 센서일 수 있다. 전기 센서는 애노드(24)로부터 전기적으로 절연된 도전성 요소일 수 있다.In another embodiment, sensor 110 may be an electrical sensor that senses charged particles, which are typically electrons, in the plasma region near each sensor. The electrical sensor may be a conductive element that is electrically insulated from the anode 24.
본 발명에 따른 감지 장치의 제2 실시예 내지 제7 실시예가 도3 내지 도7에 각각 도시되어 있다. 도3 내지 도7 각각은 감지 장치 구성을 애노드(24)의 하부도로 도시하고 있다. 도3 내지 도7의 실시예에서, 플라즈마 도핑 챔버는 실린더 형상을 갖고, 애노드(24)는 원형이다. 그러나, 본 발명은 임의의 형상을 갖는 챔버 내에 플라즈마 매개 변수의 공간적인 분포를 모니터링하는데 사용될 수 있다.Second to seventh embodiments of the sensing device according to the invention are shown in FIGS. 3 to 7 respectively. 3-7 each illustrate a sensing arrangement in a bottom view of the anode 24. In the embodiment of Figs. 3-7, the plasma doping chamber has a cylindrical shape and the anode 24 is circular. However, the present invention can be used to monitor the spatial distribution of plasma parameters in a chamber having any shape.
감지 장치는 애노드(24) 내에 또는 그 근처에 장착되는 하나 이상의 센서를 포함한다. 예컨대, 센서는 플라즈마(40)를 관측하는데 적절한 위치에 애노드(24)의 전방에 장착되거나 애노드(24) 뒤에 장착될 수 있고, 애노드(24) 내에 하나 이상의 개구를 통해 플라즈마(40)를 모니터링할 수 있다. 감지 장치는 단일 센서, 이미지 센서, 센서의 고정된 배열체, 또는 하나 이상의 이동 센서를 사용할 수 있다.The sensing device includes one or more sensors mounted in or near the anode 24. For example, a sensor may be mounted in front of the anode 24 or behind the anode 24 at a suitable location for observing the plasma 40 and monitor the plasma 40 through one or more openings in the anode 24. Can be. The sensing device may use a single sensor, an image sensor, a fixed arrangement of sensors, or one or more moving sensors.
도3을 참조하면, 센서(132)의 선형 배열체(130)가 도시되어 있다. 센서(132)는 애노드(24)의 직경을 따라 이격될 수 있다.Referring to FIG. 3, a linear arrangement 130 of sensor 132 is shown. The sensors 132 may be spaced along the diameter of the anode 24.
도4를 참조하면, 센서(142)의 2차원 배열체(140)가 도시되어 있다. 도4의 실시예에서, 센서(142)는 등간격으로 이격된 열과 행을 갖는 2차원 그리드 상에 위치한다. 2차원 배열체(140)는 적어도 웨이퍼(20)의 영역에서 플라즈마(40)를 모니터링하기에 충분한 면적을 커버할 수 있다(도1 및 도2 참조).4, a two dimensional array 140 of sensors 142 is shown. In the embodiment of Figure 4, the sensor 142 is located on a two-dimensional grid with columns and rows spaced at equal intervals. The two-dimensional arrangement 140 may cover an area sufficient to monitor the plasma 40 at least in the region of the wafer 20 (see FIGS. 1 and 2).
도5를 참조하면, 센서(152)의 2차원 배열체(150)가 도시되어 있다. 도5의 실시예에서, 2차원 배열체(150)는 소정의 모니터링 분해능을 제공하도록 방위각으로 이격되고 애노드(24)의 직경을 따라 정렬된 센서(152)의 2개 이상의 선형 배열체를 포함한다. Referring to FIG. 5, a two dimensional array 150 of sensors 152 is shown. In the embodiment of FIG. 5, the two-dimensional arrangement 150 includes two or more linear arrangements of sensors 152 spaced at azimuth and aligned along the diameter of the anode 24 to provide the desired monitoring resolution. .
도6을 참조하면, 센서(162)의 2차원 배열체(160)가 도시되어 있다. 2차원 배열체(160)는 센서(162)의 하나 이상의 원형 배열체를 포함하며, 원형 배열체가 애노드(24)와 동심원을 이룬다.Referring to FIG. 6, a two dimensional array 160 of sensors 162 is shown. Two-dimensional array 160 includes one or more circular arrays of sensors 162, the circular array being concentric with the anode 24.
센서의 수, 센서들 사이의 간격 및 센서의 배열체 형상은 센서 특성 및 소정의 모니터링 분해능에 의존한다. 배열체 내에 센서들 사이의 간격은 일정하거나 다를 수 있다. 일반적으로, 센서의 임의의 공간적인 배열이 유용할 수 있다. 센서(170)는 광센서나 전기 센서일 수 있다.The number of sensors, the spacing between the sensors and the arrangement of the sensors depends on the sensor characteristics and the desired monitoring resolution. The spacing between the sensors in the arrangement can be constant or different. In general, any spatial arrangement of sensors may be useful. The sensor 170 may be an optical sensor or an electrical sensor.
고정된 센서 배열체가 아닌 이동하는 센서를 사용한 구성이 도7에 도시되어 있다. 도7의 실시예에서, 센서(170)는 애노드(24) 내의 슬롯(172) 내에 위치된다. 센서(170)는 구동 샤프트(174)에 의해 구동 모터와 같은 액추에이터(176)에 결합된다. 액추에이터(176)는 화살표(178)로 표시된 방향으로 슬롯(72)을 따라 센서(170)를 이동시킨다. 센서(170)는 운동의 범위를 따라 연속적으로 또는 운동의 범위를 따라 일련의 불연속적인 위치에서 플라즈마(40)를 모니터링할 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 이동 가능한 액추에이터가 사용될 수 있다. 센서(170)는 광센서나 전기 센서일 수 있다. 이동식 센서는 센서의 배열체 내에 개별 센서 사이의 보정 필요성을 피할 수 있다.A configuration using a moving sensor rather than a fixed sensor arrangement is shown in FIG. In the embodiment of FIG. 7, sensor 170 is located in slot 172 in anode 24. Sensor 170 is coupled to an actuator 176, such as a drive motor, by drive shaft 174. Actuator 176 moves sensor 170 along slot 72 in the direction indicated by arrow 178. Sensor 170 may monitor plasma 40 continuously or along a range of motion at a series of discrete locations along the range of motion. In general, one or more movable actuators may be used. The sensor 170 may be an optical sensor or an electrical sensor. Movable sensors can avoid the need for calibration between individual sensors in an array of sensors.
전술한 바와 같이, 감지 장치는 CCD 이미지 센서와 같은 하나 이상의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이미지 센서의 수와 위치는 소정의 모니터링 범위와 이미지 센서의 관측 분야에 의존한다. 예컨대, 여러 개의 이격된 이미지 센서가 플라즈마를 모니터링하는데 사용될 수 있다.As mentioned above, the sensing device may include one or more image sensors, such as a CCD image sensor. The number and location of the image sensors depends on the desired monitoring range and field of view of the image sensors. For example, several spaced apart image sensors can be used to monitor the plasma.
센서의 출력은 패러데이 컵(50, 52)의 출력과 함께 투여 프로세서(70)에 공급될 수 있다(도2 참조). 플라즈마 센서의 출력은 플라즈마 밀도 등의 플라즈마 매개 변수와 같은 공간적인 정보를 제공한다. 플라즈마 매개 변수는 바람직하게는 웨이퍼(20) 내로 주입된 이온 투여량과 관련된다. 따라서, 플라즈마 공간 정보는 웨이퍼(20) 내로 주입된 이온의 투여 분포를 나타낸다. 패러데이 컵(50, 52)은 웨이퍼(20) 내로 주입된 이온 투여량과 같은 정보를 제공한다. 이 측정값들로부터, 투여 프로세서(70)는 주입된 웨이퍼 내에 투여 균일성과 투여량을 결정할 수 있다.The output of the sensor may be supplied to the dosing processor 70 with the output of the Faraday cups 50, 52 (see FIG. 2). The output of the plasma sensor provides spatial information such as plasma parameters such as plasma density. The plasma parameters are preferably related to the dose of ions implanted into the wafer 20. Therefore, the plasma spatial information represents the dose distribution of the ions implanted into the wafer 20. Faraday cups 50 and 52 provide information such as ion dose implanted into wafer 20. From these measurements, the dosing processor 70 can determine dosage uniformity and dosage in the implanted wafer.
본 발명에 따른 플라즈마 모니터의 제7 실시예가 도8 내지 도12를 참고로 설명된다. 도8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 도핑 시스템은 도1과 비교하여 역전된 형상을 갖고, 플래튼(14)과 웨이퍼(20)가 플라즈마(40) 위에 위치하고 애노드(24)가 플라즈마(40) 아래에 위치한다.A seventh embodiment of the plasma monitor according to the present invention is described with reference to Figs. As shown in FIG. 8, the plasma doping system has an inverted shape compared to FIG. 1, with the platen 14 and wafer 20 above the plasma 40 and the anode 24 below the plasma 40. Located in
전기 센서(210)가 플라즈마(40)와 연관된 매개 변수의 공간적인 분포를 모니터링하도록 애노드(24) 내에 장착된다. 도8 내지 도12의 실시예는 도10에 도시된 바와 같이 49개의 전기 센서의 배열체를 사용한다. 그러나, 다른 수의 센서(210)가 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다. 센서(210)에 연결된 와이어(212)는 관통 공급부(214)를 통해 플라즈마 도핑 챔버(10) 외부에 위치된 처리 회로(220)로 연장된다(도11 참조). 와이어(212)는 적어도 플라즈마 도핑 챔버(10) 내에 플라즈마 저항 절연체를 갖는다. 일 실시예에서, 와이어(212)는 50 옴 저항기(222)에 연결된 동축 케이블을 포함한다(도11 참조).An electrical sensor 210 is mounted in the anode 24 to monitor the spatial distribution of the parameters associated with the plasma 40. 8-12 use an arrangement of 49 electrical sensors as shown in FIG. However, other numbers of sensors 210 may be used within the scope of the present invention. The wire 212 connected to the sensor 210 extends through the through supply 214 to the processing circuit 220 located outside the plasma doping chamber 10 (see FIG. 11). The wire 212 has a plasma resistance insulator at least in the plasma doping chamber 10. In one embodiment, wire 212 includes a coaxial cable connected to 50 ohm resistor 222 (see FIG. 11).
도9를 참조하면, 각 전기 센서(210)는 T형 단면을 갖는 도전성 요소를 포함할 수 있다. 각 전기 센서(210)는 애노드(24) 내의 리세스(224) 내에 장착되고, 절연 슬리브(226)에 의해 애노드(24)로부터 전기적으로 격리된다. 전기 센서(210)와 애노드(24) 사이의 간극(230)은 플라즈마(40)에 대한 방해를 제한하도록 상대적으로 작고, 전형적으로 약 0.1 밀리미터이다. 전기 센서(210)와 애노드(24) 사이의 아킹(arcing)은 이 요소들이 동일한 전위, 전형적으로 접지 부근에서 작동하기 때문에 중요하지 않다. 대전 입자의 감지 동안 전기 센서(210) 상에 유도된 전압은 약 수 밀리볼트 이하이다. 애노드(24)에는 플라즈마(40)와 대향하여 배면 위에 전기적 절연 커버(232)가 제공되어 배면에서의 플라즈마 감지를 피하고 와이어(212)에 대한 보호를 제공한다. 도9에 도시된 바와 같이, 와이어(212)는 커버(232) 내에 전기 센서(210)의 후방에 접속된다.Referring to Figure 9, each electrical sensor 210 may include a conductive element having a T-shaped cross section. Each electrical sensor 210 is mounted in a recess 224 in the anode 24 and is electrically isolated from the anode 24 by an insulating sleeve 226. The gap 230 between the electrical sensor 210 and the anode 24 is relatively small, typically about 0.1 millimeters, to limit the interference to the plasma 40. Arcing between electrical sensor 210 and anode 24 is not critical because these elements operate at the same potential, typically near ground. The voltage induced on the electrical sensor 210 during the detection of charged particles is about several millivolts or less. The anode 24 is provided with an electrically insulating cover 232 on the back opposite the plasma 40 to avoid plasma sensing on the back and provide protection for the wire 212. As shown in FIG. 9, the wire 212 is connected to the rear of the electrical sensor 210 in the cover 232.
처리 회로(220)의 예가 도11에 도시되어 있다. 전기 센서(210)로부터의 리드 와이어(212)는 별도의 증폭기(240)에 연결되어 증폭된 센서 신호를 제공한다. 증폭된 센서 신호는 아날로그-디지털 컨버터(242)에 제공되어 증폭된 센서 신호를 디지털 값으로 변환한다. 증폭된 센서 신호는 펄스된 플라즈마 도핑 시스템의 작동 동안 샘플 신호에 응답하여 동시에 샘플링된다. 아날로그-디지털 컨버터(242)는 다채널 컨버터 또는 다수의 개별 컨버터를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(242)의 출력은 디지털 값의 처리 및 저장을 위해 데이터 버퍼(244)를 통해 PC 등의 컴퓨터(250)에 공급된다. 다수의 전기 센서(210)는 플라즈마 도핑 챔버(10) 내에 플라즈마(40)의 공간적인 분포의 맵을 제공한다.An example of the processing circuit 220 is shown in FIG. Lead wire 212 from electrical sensor 210 is connected to a separate amplifier 240 to provide an amplified sensor signal. The amplified sensor signal is provided to an analog-to-digital converter 242 to convert the amplified sensor signal into a digital value. The amplified sensor signal is sampled simultaneously in response to the sample signal during operation of the pulsed plasma doping system. Analog-to-digital converter 242 may include a multichannel converter or a plurality of individual converters. The output of the analog-to-digital converter 242 is supplied to a computer 250 such as a PC through the data buffer 244 for processing and storing digital values. Multiple electrical sensors 210 provide a map of the spatial distribution of plasma 40 in plasma doping chamber 10.
센서 신호의 샘플링은 도12에 도시되어 있다. 센서 신호(260)는 처리 회로(220) 내에 증폭기(240) 중 하나의 출력을 나타낸다. 펄스원(30)은 플라즈마 개시 시간(t1)에 작동되어, 플라즈마(40)의 형성 및 플라즈마에 응답한 센서 펄스(262)의 발생을 야기한다. 아날로그-디지털 컨버터(242)가 작동하여 샘플링 시작 시간(t2)부터 샘플링 종료 시간(t3)까지 센서 펄스(262)를 샘플링한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 샘플링 시작 시간(t2)과 샘플링 종료 시간(t3)은 예컨대 센서의 특성 및 모니터링된 플라즈마 매개 변수에 따라 다를 수 있다. 샘플링은 플라즈마 도핑 시스템이 펄스원(30)에 의해 작동되는 매 시간 반복되어 플라즈마(40)의 실시간 모니터링을 제공한다. 센서 신호의 동시 샘플링동안 얻어진 값들의 각 세트는 플라즈마 도핑 챔버(10) 내에 플라즈마 밀도의 공간적인 분포의 맵을 나타낸다.Sampling of the sensor signal is shown in FIG. The sensor signal 260 represents the output of one of the amplifiers 240 in the processing circuit 220. The pulse source 30 is operated at the plasma start time t 1 , causing the formation of the plasma 40 and the generation of sensor pulses 262 in response to the plasma. The analog-digital converter 242 operates to sample the sensor pulse 262 from the sampling start time t 2 to the sampling end time t 3 . As described below, the sampling start time t 2 and sampling end time t 3 may vary depending on, for example, the characteristics of the sensor and the monitored plasma parameters. Sampling is repeated every time the plasma doping system is operated by the pulse source 30 to provide real time monitoring of the plasma 40. Each set of values obtained during the simultaneous sampling of the sensor signal represents a map of the spatial distribution of plasma density in the plasma doping chamber 10.
모니터링되는 플라즈마 매개 변수에 따라 다양한 다른 샘플링 매개 변수가 사용될 수 있다. 샘플링 시간은 샘플 신호에 의해 아날로그-디지털 컨버터(242)가 증폭된 센서 신호의 진폭을 측정할 있는 시간으로 한정될 수 있다. 도12를 참조하면, 샘플링 시간은 샘플링 시작 시간(t2)에서부터 샘플링 종료 시간(t3)까지의 기간이다. 일반적으로, 샘플링 시간은 펄스원(30)에 의해 플래튼(14)에 인가된 플라즈마 도핑 펄스의 폭보다 더 작거나(도1 참조), 플라즈마 도핑 펄스의 폭보다 더 클 수 있다. 어떤 경우에는, 샘플링 시간은 플라즈마 도핑 펄스의 폭보다 훨씬 더 길 수 있다. 도12에 도시된 바와 같이, 센서 신호(260)는 동일한 펄스 폭과 플라즈마 도핑 펄스와 같은 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는다.Various other sampling parameters can be used depending on the plasma parameters being monitored. The sampling time may be limited to the time at which the analog-digital converter 242 measures the amplitude of the sensor signal amplified by the sample signal. Referring to Fig. 12, the sampling time is a period from the sampling start time t 2 to the sampling end time t 3 . In general, the sampling time may be less than the width of the plasma doped pulse applied to the platen 14 by the pulse source 30 (see FIG. 1) or greater than the width of the plasma doped pulse. In some cases, the sampling time can be much longer than the width of the plasma doped pulses. As shown in FIG. 12, the sensor signal 260 has the same pulse width and duty cycle as the plasma doped pulse.
샘플링 시간이 길면, 측정은 많은 센서 펄스(262)를 샘플링하고 샘플링 시간에 걸친 신호의 평균인 출력을 제공한다. 이는 센서 반응 시간이 플라즈마 도핑 펄스 폭에 비해 길 때 광센서의 경우일 수 있다. 그러나, 전기 센서의 경우에는, 샘플링 시간이 매우 짧아서, 예컨대 1 마이크로초보다 적을 수 있다. 이는 플라즈마 도핑 펄스에 대해 상이한 단계에서 플라즈마 매개 변수의 측정을 허용한다. 샘플링은 예컨대 플라즈마가 점화될 때 플라즈마 도핑 펄스의 개시 때나 개시 근처에, 또는 플라즈마가 안정 상태에 도달할 때 펄스의 안정기 내에, 또는 플라즈마가 도핑 펄스가 종료된 후에 잔광 기간에 수행될 수 있다. 플라즈마 도핑 펄스의 안정기 내에 샘플링이 최상의 균일성 측정값을 제공한다고 믿지만, 개시 또는 발화후의 샘플링이 만족스런 결과를 제공할 수도 있고, 진단 목적을 돕도록 사용되고 플라즈마 도핑 시스템을 향상시키도록 도울 수 있다. 전술한 동시 샘플링은 모든 센서의 샘플링이 동시에 시작되고 동시에 끝난다는 사실과 관련된다. 그러나, 도12를 다시 참조하면, 샘플링 시작 시간(t2)과 샘플링 종료 시간(t3)은 플라즈마 개시 시간(t1)에 대한 소정의 타이밍을 가질 수 있고, 샘플링 시간은 하나 이상의 플라즈마 도핑 펄스를 포함할 수 있다.If the sampling time is long, the measurement samples many sensor pulses 262 and provides an output that is the average of the signal over the sampling time. This may be the case for the optical sensor when the sensor response time is long compared to the plasma doped pulse width. In the case of electrical sensors, however, the sampling time is very short, for example less than 1 microsecond. This allows the measurement of plasma parameters at different stages for the plasma doped pulses. Sampling can be performed, for example, at or near the onset of the plasma doping pulse when the plasma is ignited, within the ballast of the pulse when the plasma reaches a steady state, or in the afterglow period after the plasma has ended the doping pulse. Although it is believed that sampling within the ballast of the plasma doped pulse provides the best uniformity measurement, sampling after initiation or firing may provide satisfactory results and may be used to aid diagnostic purposes and help to improve the plasma doping system. Simultaneous sampling described above relates to the fact that sampling of all sensors starts and ends at the same time. However, referring again to FIG. 12, the sampling start time t 2 and sampling end time t 3 may have a predetermined timing relative to the plasma start time t 1 , and the sampling time may be one or more plasma doping pulses. It may include.
전기 센서(210)의 샘플링은 전기 센서(210)의 서브 세트나 애노드(24) 상에 장착된 모든 전기 센서(210)의 동시 샘플링과 관련된다. 예컨대, 애노드(24)의 직경을 따른 센서(210)들이 샘플링되거나, 애노드(24)의 주연 둘레에 센서(210)들이 샘플링될 수 있다.Sampling of the electrical sensor 210 involves simultaneous sampling of a subset of the electrical sensors 210 or all electrical sensors 210 mounted on the anode 24. For example, sensors 210 along the diameter of the anode 24 may be sampled, or sensors 210 may be sampled around the periphery of the anode 24.
플라즈마 모니터의 제8 실시예가 도13을 참고로 설명된다. 도1과 관련하여 전술된 바와 같이, 애노드(24)는 웨이퍼 쪽으로 또는 웨이퍼로부터 떨어지는 쪽으로 이동될 수 있다. 도13의 실시예에서, 애노드(24)는 샤프트(270)에 의해 관통 공급부(272)를 통해 플라즈마 도핑 챔버(10) 내에서 애노드를 상하로 이동시키는 (도시되지 않은) 액추에이터에 결합된다. 도13의 실시예에서, 전기 센서(210)에 연결된 와이어(212)는 샤프트(270)의 중공부와 관통 공급부(272)를 통해 외부에 위치된 처리 회로에 연결된다. 이 구성은 와이어(212)가 플라즈마 환경에 노출되는 것을 방지한다.An eighth embodiment of the plasma monitor is described with reference to FIG. As described above in connection with FIG. 1, the anode 24 can be moved towards or away from the wafer. In the embodiment of FIG. 13, the anode 24 is coupled to an actuator (not shown) which moves the anode up and down in the plasma doping chamber 10 via the through supply 272 by the shaft 270. In the embodiment of FIG. 13, the wire 212 connected to the electrical sensor 210 is connected to an externally located processing circuit through the hollow portion and through feed 272 of the shaft 270. This configuration prevents the wire 212 from being exposed to the plasma environment.
플라즈마 모니터의 제9 실시예가 도14를 참고로 설명된다. 도14의 실시예는 광센서를 사용한다. 각 광센서는 플라즈마(48)로부터의 광 방출을 감지하기 위해 애노드(24) 내에 장착된 광 프로브(300)와, 원격 이격 위치된 포토센서(302)와, 원격 이격 위치된 포토센서(302)에 감지된 광 방출을 전달하는 광 섬유(304)를 포함한다. 각 광 프로브(300)는 렌즈 지지 요소(312) 내에 장착된 렌즈(310)를 포함할 수 있다. 각 포토센서(302)는 감지된 광 방출에 응답하여 전기 신호를 발생시킨다. 전기 신호는 예컨대 도11 및 도12와 관련하여 전술한 바와 같이 구성된 처리 회로에 공급된다. 광센서의 임의의 소정 수 및 구성이 사용될 수 있다.A ninth embodiment of the plasma monitor is described with reference to FIG. The embodiment of Figure 14 uses an optical sensor. Each optical sensor includes an optical probe 300 mounted in the anode 24, a remotely located photosensor 302, and a remotely spaced photosensor 302 for sensing light emission from the plasma 48. And optical fibers 304 that transmit sensed light emission. Each optical probe 300 may include a lens 310 mounted within a lens support element 312. Each photosensor 302 generates an electrical signal in response to the sensed light emission. The electrical signal is for example supplied to a processing circuit constructed as described above in connection with FIGS. 11 and 12. Any predetermined number and configuration of light sensors can be used.
도14의 실시예에서, 각 광 프로브(300)는 웨이퍼(20)의 표면 상에 작은 면적(320) 위에 포커싱된다. 각 광 프로브(300)는 플라즈마(48)의 제한된 감지 영역으로부터의 광 방출을 감지한다. 제한된 감지 영역은, 예컨대 원뿔, 원뿔대 또는 원통 형상일 수 있다. 웨이퍼(20) 표면의 특성에 따라, 광 프로브(300)는 웨이퍼 표면에 의해 반사된 플라즈마(48)로부터의 광 방출을 감지할 수도 있다. In the embodiment of FIG. 14, each optical probe 300 is focused over a small area 320 on the surface of the wafer 20. Each optical probe 300 senses light emission from the restricted sensing region of the plasma 48. The restricted sensing area can be, for example, conical, truncated or cylindrical in shape. Depending on the characteristics of the surface of the wafer 20, the optical probe 300 may sense light emission from the plasma 48 reflected by the wafer surface.
플라즈마 모니터의 제10 실시예가 도15를 참고로 설명된다. 도15의 실시예는 도14와 관련하여 전술한 광센서를 사용할 수 있다. 도15의 실시예에서, 광 프로브(300a)는 웨이퍼(20)의 비교적 넓은 면적(324) 상에 포커싱된다. 이 구성은 웨이퍼의 상이한 표면적에 걸쳐 반사의 평균화를 야기한다. 도15의 실시예의 제2 광센서(300b)는 플라즈마(48) 내에 영역(328)에 포커싱된다. 도15는 설명을 위해 상이한 영역에 포커싱된 상이한 광센서를 도시하고 있다. 전형적인 플라즈마 도핑 시스템 내에서 모든 광센서가 동일하거나 유사한 포커싱 특성을 가질 수 있다. 그러나, 필요하다면 상이한 광센서가 동일한 플라즈마 도핑 시스템 내에서 상이한 포커싱 특성을 가질 수 있다.A tenth embodiment of the plasma monitor is described with reference to FIG. 15 may use the optical sensor described above with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 15, the optical probe 300a is focused on a relatively large area 324 of the wafer 20. This configuration causes averaging of the reflections over the different surface areas of the wafer. The second photosensor 300b of the embodiment of FIG. 15 is focused on a region 328 in the plasma 48. Figure 15 shows different photosensors focused on different areas for explanation. In a typical plasma doping system, all photosensors may have the same or similar focusing characteristics. However, if desired, different photosensors may have different focusing characteristics within the same plasma doping system.
플라즈마 모니터의 제11 실시예가 도16을 참고로 설명된다. 도16의 실시예는 도14와 관련하여 전술한 광센서를 사용할 수 있다. 도16의 실시예에서, 렌즈 지지 요소(213)는 웨이퍼(20)에 대한 법선에 대해 경사지게 지향된 렌즈(310)를 지지하도록 구성된다. 이 구성은 웨이퍼(20)의 표면으로부터 반사로부터의 간섭을 제한한다.An eleventh embodiment of the plasma monitor is described with reference to FIG. The embodiment of FIG. 16 may use the optical sensor described above with respect to FIG. In the embodiment of FIG. 16, lens support element 213 is configured to support lens 310 oriented obliquely with respect to the normal to wafer 20. This configuration limits the interference from reflections from the surface of the wafer 20.
도14 내지 도16은 광 프로브(300)가 플라즈마(48)의 소정의 감지 영역으로부터의 광 방출을 감지하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 렌즈(310)의 광 특성 및/또는 배향이 소정의 감지 작동을 달성하도록 변경될 수 있다.14-16 can be configured such that the optical probe 300 senses light emission from a predetermined sensing region of the plasma 48. For example, the optical properties and / or orientation of the lens 310 can be changed to achieve the desired sensing operation.
도14에 도시되고 전술한 것과 유사한 광센서 배열체에 의해 측정이 수행된다. 플라즈마는 펄스된 BF3 방전이다. 수정 포커싱 렌즈를 갖는 4개의 광센서가 중심으로부터 R = 0, 3, 6, 9 센티미터의 반경 위치에 애노드(24) 내에 위치된다. 웨이퍼-애노드 거리는 약 10 센티미터이다. 모든 광센서는 5 밀리미터의 포커싱 직경으로 실리콘 웨이퍼 표면쪽으로 직접 포커싱된다. 광학 신호는 600 마이크로미터 직경의 광섬유를 사용하여 4 채널 광학 진공 관통 공급부를 통해 분광계로 전송된다. 광학 신호는 350 내지 400 나노미터 사이의 파장 범위에 걸쳐 적분된다.The measurement is performed by an optical sensor arrangement similar to that shown in FIG. 14 and described above. The plasma is pulsed BF 3 discharge. Four photosensors with quartz focusing lenses are located in the anode 24 at radial positions R = 0, 3, 6, 9 centimeters from the center. The wafer-anode distance is about 10 centimeters. All optical sensors are focused directly towards the silicon wafer surface with a focusing diameter of 5 millimeters. The optical signal is transmitted to the spectrometer via a four channel optical vacuum through feed using a 600 micrometer diameter optical fiber. The optical signal is integrated over a wavelength range between 350 and 400 nanometers.
도17a 내지 도17c는 3개의 상이한 측정 기술에 대한 반경 위치의 함수로서 측정된 값의 그래프이다. 각각의 그래프는 2개의 플라즈마 방전 조건하에서 수행된 측정치들로 구성된다. 압력은 방전 챔버 내의 BF3 압력이고, 전압은 중공 캐소드(54)에 인가된 펄스 전압이다(도1 참조). 각 경우에, 약 200 볼트의 펄스가 웨이퍼(20)에 인가된다.17A-17C are graphs of measured values as a function of radial position for three different measurement techniques. Each graph consists of measurements performed under two plasma discharge conditions. The pressure is the BF 3 pressure in the discharge chamber and the voltage is the pulsed voltage applied to the hollow cathode 54 (see FIG. 1). In each case, a pulse of about 200 volts is applied to the wafer 20.
도17a에서, 광센서에 의해 얻어진 각각의 광학 신호는 -2 킬로볼트의 중공 캐소드 펄스 전압과 15 밀리토르의 챔버 압력에 대한 방사상 위치의 함수[곡선(400)]로 나타나고, -1.3 킬로볼트의 중공 캐소드 펄스 전압과 50 밀리토르의 챔버 압력에 대한 방사상 위치의 함수[곡선(402)]로 나타난다. 도17b는 도17a와 같은 조건하에서 열전파 데이터를 방사상 위치의 함수로서 도시하고 있다. 열전파는 레이저 센서에 의한 웨이퍼 손상을 측정하기 위한 공지된 기술이다. 도17b에서, 곡선(410)은 -2.0 킬로볼트의 중공 캐소드 펄스 전압과 15 밀리토르의 챔버 압력을 나타내고, 곡선(412)은 -1.3 킬로볼트의 중공 캐소드 펄스 전압과 50 밀리토르의 챔버 압력을 나타낸다. 도17c는 도17a와 동일한 조건하에서 상대적인 이온 전류를 방사상 위치의 함수로서 도시하고 있다. 상대적인 이온 전류는 랭뮤어(Langmuir) 프로브에 의해 측정된다. 도17c에서, 곡선(420)은 -2.0 킬로볼트의 중공 캐소드 펄스 전압과 15 밀리토르의 챔버 압력을 나타내고, 곡선(422)은 -1.35 킬로볼트의 중공 캐소드 펄스 전압과 50 밀리토르의 챔버 압력을 나타낸다. 도17a의 광학 신호는 도17b의 열전파 값과 도17c의 이온 전류 값과 유사한 방사상 프로파일 형상을 보인다는 것을 알 수 있다. 각각의 측정 기술에 대해, 15 밀리토르와 -2.0 킬로볼트의 조건은 중심이 정점에 달하는 프로파일을 야기하고, 50 밀리토르와 -1.3 킬로볼트의 조건은 상대적으로 균일한 프로파일을 야기한다.In Fig. 17A, each optical signal obtained by the optical sensor is represented as a function of the radial cathode pulse voltage of -2 kilovolts and the chamber pressure of 15 millitorr (curve 400), and of -1.3 kilovolts. It is shown as a function of the radial cathode pulse temperature and the chamber pressure of 50 millitorr (curve 402). FIG. 17B shows thermal propagation data as a function of radial position under the same conditions as in FIG. 17A. Thermal propagation is a known technique for measuring wafer damage by laser sensors. In FIG. 17B, curve 410 represents a hollow cathode pulse voltage of -2.0 kilovolts and a chamber pressure of 15 millitorr, and curve 412 represents a hollow cathode pulse voltage of -1.3 kilovolts and a chamber pressure of 50 millitorr. Indicates. Figure 17c shows the relative ion current as a function of radial position under the same conditions as in Figure 17a. Relative ion currents are measured by Langmuir probes. In FIG. 17C, curve 420 represents a hollow cathode pulse voltage of -2.0 kilovolts and a chamber pressure of 15 millitorr, and curve 422 represents a hollow cathode pulse voltage of -1.35 kilovolts and a chamber pressure of 50 millitorr. Indicates. It can be seen that the optical signal of FIG. 17A exhibits a radial profile similar to the heat propagation value of FIG. 17B and the ion current value of FIG. 17C. For each measurement technique, a condition of 15 millitorr and -2.0 kilovolts results in a profile that peaks at the center, while a condition of 50 millitorr and -1.3 kilovolts results in a relatively uniform profile.
도18은 표준화된 광학 신호를 상이한 파장 범위에 대한 밀리앰프(milliamp)의 웨이퍼 전류의 함수로 나타낸 그래프이다. 광학 신호는 중심 위치(R=0)에서 광센서에 의해 얻어지고, 분광계에 제공된다. BF3 압력은 30 밀리토르이고 플라즈마는 웨이퍼 펄스에 의해 발생된다. 200 내지 800 나노미터 및 400 내지 450 나노미터의 파장 범위에 걸쳐 평균화된 측정치들이 거의 동일한 결과를 보인다. 각 경우에 광학 신호는 웨이퍼 전류와 아주 선형인 관계를 보인다.FIG. 18 is a graph showing the normalized optical signal as a function of milliamp wafer current for different wavelength ranges. The optical signal is obtained by the optical sensor at the center position (R = 0) and provided to the spectrometer. The BF 3 pressure is 30 millitorr and the plasma is generated by wafer pulses. The measurements averaged over the wavelength range of 200-800 nanometers and 400-450 nanometers give nearly identical results. In each case the optical signal is very linear with the wafer current.
도19는 350 내지 400 나노미터의 파장 범위에 걸쳐 광학 신호를 상이한 작동 압력에 대한 밀리앰프의 웨이퍼 전류의 함수로 나타낸 그래프이다. 곡선(450)은 20 밀리토르의 압력을 나타내고, 곡선(452)은 50 밀리토르의 압력을 나타내고, 곡선(454)은 100 밀리토르의 압력을 나타낸다. 광학 신호는 중심 위치(R=0)에서 광센서에 의해 얻어지고, 350과 400 나노미터 사이에서 적분된다.FIG. 19 is a graph showing the optical signal as a function of milliampere wafer current for different operating pressures over a wavelength range of 350 to 400 nanometers. Curve 450 represents 20 millitorr of pressure, curve 452 represents 50 millitorr of pressure, and curve 454 represents 100 millitorr of pressure. The optical signal is obtained by the light sensor at the center position (R = 0) and integrated between 350 and 400 nanometers.
고아센서 신호가 플라즈마 상태를 나타내는 파장의 선택된 범위에 걸쳐 평균화되거나 적분된다. 광센서 신호는 선택된 파장 범위에 걸쳐 평균화될 수 있고, 선택된 파장 범위에 걸쳐 감지된 플라즈마 방출 스펙트럼 아래에 면적을 제공하도록 적분될 수 있다. 이 함수들은 예컨대 도11에 도시된 컴퓨터(250)에 의해 수행될 수 있다. 광센서 신호는 상이한 파장 범위에 걸쳐 평균화되거나 적분될 수 있다. 전형적으로, 광학 신호는 20 나노미터 이상의 폭을 갖는 선택된 파장 범위에 걸쳐 평균화되거나 적분된다. 어떤 실시예에서는, 50 내지 600 나노미터의 폭을 갖는 파장 범위가 사용될 수 있다. 선택된 파장 범위의 중심은 처리 가스의 방출 특성에 의존한다. 처리 가스가 BF3이면, 플라즈마 방출은 가시광 스펙트럼의 청색 부분에 있고, 선택된 파장 범위는 약 350 내지 400 나노미터에서 중심이 설정된다. 광센서는 선택된 파장 범위에 대응하는 투과 특성을 갖는 광 필터를 포함할 수 있다.The orphan sensor signal is averaged or integrated over a selected range of wavelengths representing the plasma state. The photosensor signal may be averaged over the selected wavelength range and integrated to provide an area below the sensed plasma emission spectrum over the selected wavelength range. These functions may, for example, be performed by the computer 250 shown in FIG. The optical sensor signal can be averaged or integrated over different wavelength ranges. Typically, optical signals are averaged or integrated over a selected wavelength range having a width of at least 20 nanometers. In some embodiments, a wavelength range having a width of 50 to 600 nanometers may be used. The center of the selected wavelength range depends on the emission characteristics of the process gas. If the process gas is BF 3 , the plasma emission is in the blue portion of the visible light spectrum, and the selected wavelength range is centered at about 350-400 nanometers. The optical sensor may include an optical filter having a transmission characteristic corresponding to the selected wavelength range.
플라즈마 모니터는 투여 균일성 모니터링과 관련하여 전술되었다. 광센서는 플라즈마 반복성 센서와 같이 사용될 수도 있다. 광센서는 플라즈마 상태 내의 약 1% 이하의 변화를 검출하기에 충분한 감응성을 갖는다. 도18 및 도19에 도시된 바와 같이, 플라즈마 밀도를 나타내는 웨이퍼 전류와 광학 신호 사이에 선형 관계가 존재한다. 플라즈마에 포커싱된 광센서는 매일 또는 배치마다 처리 변화를 야기할 수 있는 플라즈마 상태 변화를 검출할 수 있다. 전형적으로, 광센서는 광 감응도와 광 분해능 사이에 균형을 취함으로써 특성화된다.Plasma monitors have been described above with regard to dosing uniformity monitoring. The optical sensor may be used together with a plasma repeatability sensor. The photosensor is sensitive enough to detect changes of about 1% or less in the plasma state. As shown in Figs. 18 and 19, there is a linear relationship between the wafer current indicating the plasma density and the optical signal. An optical sensor focused on the plasma can detect plasma state changes that can cause process changes on a daily or batch basis. Typically, photosensors are characterized by a balance between photosensitivity and photos resolution.
플라즈마 모니터는 플라즈마 도핑 처리를 제어하기 위해 피드백 제어 시스템 내에 사용될 수 있다. 예컨대, 감지된 플라즈마 매개 변수는 플라즈마 도핑 시간, 챔버 압력, 플라즈마 점화 전압 등과 같은 플라즈마 도핑 상태를 조정하도록 사용될 수 있다.The plasma monitor may be used in a feedback control system to control the plasma doping process. For example, the sensed plasma parameters can be used to adjust plasma doping conditions such as plasma doping time, chamber pressure, plasma ignition voltage, and the like.
본 명세서에 설명되고 도면에 도시된 실시예의 다양한 변형예 및 수정예가 본 발명의 사상 및 범주 내에서 가능하다. 따라서, 첨부된 도면에 도시되고 앞선 설명에 포함된 모든 내용은 설명을 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명은 이하의 청구항 및 그 등가물에 한정된 것에 의해서만 제한된다.Various modifications and variations of the embodiments described herein and shown in the drawings are possible within the spirit and scope of the invention. Accordingly, all content shown in the accompanying drawings and included in the foregoing description is for the purpose of description and not of limitation. The invention is limited only by the following claims and equivalents thereof.
Claims (74)
Priority Applications (1)
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| KR10-2005-7001436A KR20050019932A (en) | 2002-07-26 | 2003-07-24 | Methods and apparatus for monitoring plasma parameters in plasma doping systems |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/205,961 | 2002-07-26 | ||
| KR10-2005-7001436A KR20050019932A (en) | 2002-07-26 | 2003-07-24 | Methods and apparatus for monitoring plasma parameters in plasma doping systems |
Publications (1)
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Cited By (2)
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| KR101299902B1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-08-23 | (주)아이씨디 | Apparatus for measuring inductively coupled plasma uniformity and method of measuring using thereof |
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2003
- 2003-07-24 KR KR10-2005-7001436A patent/KR20050019932A/en not_active Application Discontinuation
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