KR20050073549A - 이온 주입에 있어서의 개선 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불안정성이 존재할 수 있는 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입시키는 방법 및 그러한 방법과 함께 사용하기 위한 이온 주입기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 신속하게 스위칭-오프 될 수 있는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스에 관한 것이다. 본질적으로, 본 발명은 기판에 대해 주사 라인의 미주입된 부분을 남겨두도록 하면서 이온 빔에 대해 기판의 움직임을 계속 유지하면서 불안정성이 검출되었을 때 이온 빔을 스위칭-오프 시키는 것을 포함하여 이온들을 주입시키는 단계, 안정적 이온 빔을 한번 더 형성하는 단계 및 미주입된 경로 부분을 주입함으로써 주사 라인을 완료하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 불안정성이 존재할 수 있는 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입시키는 방법 및 그러한 방법과 함께 사용하기 위한 이온 주입기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 신속하게 스위칭-오프 될 수 있는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스에 관한 것이다.
이온 주입기들은 잘 공지되어 있고 일반적으로 다음과 같은 공통 설계를 따른다. 이온 소스는 프리커서(pre-cursor) 기체 또는 그와 같은 물질들로부터 혼합 이온 빔을 생성한다. 대개 특정한 종의 이온들만이 기판으로의 주입, 예를 들어 특정 도펀트가 반도체 웨이퍼로의 주입을 위해 요구된다. 요구되는 이온들은 질량-분해 슬릿과 관련한 질량-분석 자석을 사용하여, 혼합 이온 빔으로부터 선택된다. 그러므로, 거의 오로지 요구되는 이온 종을 포함하는 이온 빔은 주입 챔버로 이송되기 위해 질량-분해 슬릿으로부터 나타나는데, 상기 챔버에서 상기 이온 빔은 기판 홀더에 의해 이온 빔 경로에 적절하게 놓여진 기판 상에 입사한다.
종종, 주입을 위해 사용되는 이온 빔은 주입되는 기판보다 더 작은 횡단면 크기들을 갖는다. 전체 기판에 대한 이온 주입을 보장하기 위해, 이온 빔 및 기판은, 이온 빔이 전체 기판 표면을 주사하도록 서로에 대해 이동된다. 이는 (a)고정된 위치에 놓여진 기판에 대해 주사하기 위해 이온 빔을 편향시키고 (b)이온 빔 경로를 고정시켜 놓으면서 기판을 기계적으로 이동시키거나, (c)이온 빔을 편향시키고 기판을 이동시켜서 달성 될 수 있다.
기판들에 일반적으로 차례차례 연속적으로 이온들이 주입되거나 한번에 일괄 처리된다 : 연속적인 공정에서는, 이온 빔이 평행하고 동일한 공간을 갖도록 주사된 일련의 라인들을 형성하기 위해 기판에 대해 앞뒤로 주사함으로써 기판 표면상의 래스터 패턴을 트레이스 하도록 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동이 이루어지고, 일괄 공정에서는, 이온 빔이 인접 아크들을 형성하는 일련의 주사 라인들을 각 기판에 대해 주사하도록 기판들이 회전 휠의 스포크 상에 놓여진다.
균일한 주입을 달성하기 위해, 인접 주사 라인들 사이에 충분한 오버랩이 존재해야만 한다. 즉, 만일 인접 주사 라인들 사이의 공간이 (이온 빔 넓이 프로파일에 대해) 상당히 크다면, 기판의 "스트리핑"은 증가된 및 감소된 도핑 레벨들의 주기적 밴드들을 가져올 것이다.
만일 기판 상에 입사하는 이온 빔 자체가 시간이 지남에 따라 균일하지 않다면, 전술한 예방책은 효과를 얻을 수 없다. 불행하게도, 이온 빔의 불안정성은 필연적이고, 예를 들어 이온 소스 영역의 방전으로부터 기인한다. 이러한 불안정성의 결과는, 이온 빔 내의 "글리치"가 존재하고 상기 이온 빔의 플럭스는 대개 짧은 주기 시간 내에 상당히 감소한다는 것이다. 이온 빔 플럭스의 감소는 결함이 있는 반도체 디바이스들의 생산을 초래할 수도 있는, 낮은 레벨의 도핑을 수용하는 반도체 웨이퍼 영역들을 유도한다. 더욱 이상하게는, 이온 빔 플럭스의 급격한 상승이 나타난다. 다시, 이것은 결함 디바이스들을 초래할 수도 있는 부정확한 도징(dosing)을 형성한다.
언급한 문제는 기계적으로 주사된 기판 홀더들을 사용하는 연속적 공정 이온 주입기에서 특히 심각한데, 이는 지금 설명될 것이다. 래스터 패턴을 생성하기 위해, 기판 홀더는 왕복식으로 이동되고, 이것이 수행되는 최대 속도는 제한적이다. 지금까지, 이는 회전하는 일괄 기판 홀더들로써 달성될 수 있는 주사 속도보다 상당히 더 낮았다. 빠른 주사 속도는 원하는 도징을 달성하기 위해 이온 빔이 다수의 기판을 통과시키는 것을 필요로 한다 : 단일 통과 동안에 빔의 임의의 불안정성은 후속하는 다수의 통과들에 의한 희석 때문에 작은 잔존 도징 에러를 초래한다. 역효과들은 연속적 공정에서 상당히 더 심각한데, 상기 공정에서 동일한 도징을 달성하기 위해 느린 주사 속도는 더 적은 통과를 가져온다.
이온 불안정성 문제는 이전에 이미 언급되었는데, Ion Implantation Technology의 Eleventh International Conference의 회보, North Holland(1997), 396-399 page, White 등에 의한 "단일 웨이퍼 고 전류 이온 주입기의 이온 빔 광학계"를 참고하시오. 그러나, 이러한 개시는 리본 빔(즉, 기판보다 더 넓은 넓이를 갖는 빔으로써, 오직 이-차원의 기계적 주사가 아니라 빔의 넓이에 직각인 방향으로 주사가 행해짐)를 사용하여 고-전류 주입의 개념이다. 주사하는 동안에 빔 불안정성을 검출시, 이온 빔은 나머지 주사에 대해 게이트 오프 된다. 그 후, 반대 방향으로 주사가 반복되고, 불안정성이 검출되었던 지점에 상응하는 위치에 도달시 이온 빔은 다시 한번 게이트 오프 된다.
그러므로, 기판의 균일한 도징이 달성될 수 있도록 이온 빔의 불안정성 문제를 바로잡기 위한 방법, 특정하게는 기판보다 더 작은 크기의 이온 빔을 사용하는 시스템 및 또한 기계적으로 주사되는 주입이 요구된다.
제 1 실시예에 따라, 본 발명은 기판보다 더 작은 횡단면 크기들을 가지는 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입시키는 방법으로서, 상기 방법은 (a)이온 빔이 없는 기판에 안정적인 이온 빔을 형성하는 단계; (b)이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동이 이온 빔으로 하여금 적어도 하나의 경로를 따라 기판을 통과하도록 하여 기판에 이온들을 주입시키는 단계; (c)단계(b) 동안에, 불안정성에 대해 이온 빔을 모니터링 하는 단계; (d)이온 빔의 불안정성을 검출시, 상기 상대성 운동이 상기 경로의 미주입된 부분을 계속 남겨두도록 하면서 이온 빔을 스위칭-오프 시키는 단계; (e)이온 빔이 단계(d)에서 스위칭-오프 될 때, 기판과 관련된 빔의 위치에 상응하는 오프 위치를 기록하는 단계; (f)안정적인 이온 빔을 한번 더 형성하는 단계; 및 (g)상기 경로의 미주입된 부분을 따라 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 초래함으로써 기판 주입을 계속하는 단계를 포함한다.
불안정성을 검출시 이온 빔을 소멸시키는 것은, 상기 이온 빔이 주입을 중지하여 기판 내 비-균일한 주입 영역 생성을 피하므로 유리하다.
오프 위치를 기록하는 것은, 기판의 균일한 도징을 보장하기 위해 그 이상의 주입을 제어할 수 있도록 하므로 유리하다. 오프 위치는 이온 빔을 스위칭-오프하기 위해 동작(예를 들어, 이온 소스로의 전력을 중지하는 것)이 취해질 때 기록될 수도 있다. 만일 이것이 수행된다면, 이온 빔이 신속하게 스위칭-오프 되는 것이 분명히 유리하다. 이온 빔을 스위칭-오프 시키는데 있어서 소정의 대기 시간이 존재하는 곳에서, 오프 위치는 이온 빔에 추가하여 이러한 대기 시간에 상응하는 거리를 스위칭-오프 시키기 위한 동작이 취해지는 위치로써 기록될 수도 있다.
대안으로써, 이온 빔 플럭스가 0 이거나 임계치 이하로 떨어질 때 이온 빔 플럭스가 모니터링 되어 오프 위치가 기록될 수도 있다. 명백히, "이온 빔이 스위칭-오프될 때 기판에 대한 이온 빔의 위치에 상응하는 오프 위치를 기록하는" 단계는 이러한 불안정성을 해결한다고 해석될 수 있다.
게다가, 빔의 중심에서의 빔 이동 형태에 있어 임의의 변화들을 식별하기 위해 이온 빔의 프로파일이 취해질 수도 있다. 식별된 임의의 변화는 빔이 경로를 따를 때 빔을 회전시키거나 빔의 위치를 약간 바꿈으로써 수정될 수도 있다.
상대성 운동은 평행하게 연장하는 일련의 주사 라인들을 형성할 수 있고, 상기 주사 라인들은 선택적으로 래스터 패턴을 형성할 수 있다.
이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동은 바람직하게는, 이전에 주입된 경로 부분에 대해 이루어진 것과 동일한 도징을 보장하기 위해 제어된다. 예를 들어, 만일 이온 빔이 소멸되기 이전과 동일한 플럭스를 갖는다면 동일한 상대 속도가 사용되어야 한다. 만일 이온 빔 플럭스의 차이가 결정되면, 상대 속도는 동일한 도징을 보장하도록 조정될 수도 있다(즉, 상대 속도는 이온 빔 플럭스의 증가에 상응하여 측정될 수도 있다).
일실시예에 따라서, 단계(f)는 단계(g) 이전에 이온 빔에 상관없이 기판에 안정적인 이온 빔을 형성하는 단계를 포함하고, 단계 (g)는 반대 방향 즉 단계 (b)에 대한 방향과 반대 방향으로 상기 경로를 따라 이온 빔이 이동하도록 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도하는 단계, 및 상기 이온 빔이 오프 위치를 지날 때 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계를 포함한다.
기판에 없는 이온 빔을 재 시작시키는 것은 이온 빔이 안정적 플럭스에 정착함에 따른 주입의 비-균일성을 피하게 한다. 게다가, 이온 빔을 소멸시키는 것은 신속하게 수행될 수 있으므로, 도징 농도의 저하는 급격하다. 더욱이, 이온 빔이 오프 위치에 도달할 때 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 정확한 타이밍은 이온 빔이 소멸되는 임의의 짧은 테일 오프(tailing-off) 영역들의 오버랩을 최적화 시키기 위해 조정될 수 있다. 이온 빔이 역방향으로 주사됨에 따라, 상기 테일-오프 영역들의 오버랩은 원하는 균일성을 위해 상호 보충한다.
제 2 실시예에 따라, 단계 (g)는 단계 (b)에 대한 것과 동일한 방향인 순방향으로 상기 경로의 미주입된 부분을 이온 빔이 통과하기에 앞서 오프 위치에서 이온 빔을 스위칭-온 시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 단계 (g)는 이온 빔이 오프 위치를 지날 시에 스위칭-온 되도록 상기 경로를 따라 그 지점으로부터 순방향으로 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도하는 단계를 포함한다. 이온 빔을 시작시킨 이후에, 이온 빔 플럭스가 자신의 안정적인 값으로 증가하는 짧은 주기가 존재한다. 이러한 특성은 결정될 수 있고, 이온 빔이 소멸되었던 테일-오프 영역을 보장하기 위해 조정되는 이온 주입기의 동작은 균일한 도징을 위해 이온 빔이 제한되는 램핑-업 영역을 보충한다. 이온 빔 및 기판의 상대 속도의 정확한 타이밍은 균일한 도징 제공을 위해 조정될 수 있다.
역방향으로 주사됨으로써 복구가 수행되는 곳에서, 상기 방법은 단계 (g) 동안 단계들(c, d 및 e)을 반복하는 단계(이 때 만일 제 2 빔 불안정성이 검출된다면 상기 경로의 중심 부분은 주입되지 않음); 및 이온 빔이 상기 경로의 중심 부분을 따라 기판에 대해 이동하도록 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도함으로써 상기 기판에 이온들을 한번 더 계속 주입시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 중심 부분의 외부의 경로를 따라 상대성 운동을 시작하는 단계, 오프 위치를 첫번째로 이동할 때 상기 빔을 스위칭-온 시키는 단계, 및 다른 오프 위치를 통과할 때 상기 빔을 스위칭-오프 시키는 단계를 포함한다. 인식되는 바와 같이, 이러한 도징은 한쪽 방향으로 수행될 수도 있다.
제 2 실시예에 따라, 본 발명은 제 1 이동 축을 따라 양방향으로 이동 가능한 기판 홀더에 놓여진 기판에 이온들을 주입시키는 방법으로서, 상기 방법은: (a)상기 제 1 축을 따라 기판에 인접한 시작 위치에서 기판에 없는 이온 빔으로 기판보다 더 작은 횡단면 크기들을 갖는 안정적 이온 빔을 형성하는 단계; (b)이온 빔이 제 1 주사 라인을 따라 기판을 통과하여 기판을 떠날때까지 계속하도록 상기 제 1 축을 따라 기판 홀더를 이동시킴으로써 기판에 이온들을 주입시키는 단계; (c)제 2 축을 따라 이온 빔 및 기판 홀더 사이의 상대성 운동을 유도하는 단계; (d)상기 기판에 대해 연속적인 주사 라인들을 주입하기 위해 단계들(b 및 c)을 반복하는 단계; (e)단계 (b)에서 주입되는 동안 및 단계 (d)에 따라 반복될 때 이온 빔을 모니터링 하는 단계; (f)이온 빔의 불안정성을 검출시, 상기 상대성 운동이 상기 주사 라인의 미주입된 부분을 계속 남겨두도록 하면서 이온 빔을 스위칭-오프 시키는 단계; (g)이온 빔이 단계(f)에서 스위칭-오프 될때, 기판 홀더의 위치에 상응하는 오프 위치를 기록하는 단계; (h)안정적인 이온 빔을 한번 더 형성하는 단계; (i)이온 빔이 주사 라인의 미주입 부분에 대해 주사하도록 하기 위해 상기 제 1 축을 따라 기판 홀더를 이동시킴으로써 주사 라인의 주입을 완성하는 단계; 및 (j)상기 기판에 대해 연속적인 주사 라인들을 완성하기 위해 단계들(b 및 c)을 반복함으로써 기판의 주입을 완성하는 단계를 포함한다.
제 1 축을 따른 이동은 평행하게 연장하는 연속적인 주사 라인들을 형성할 수도 있고, 상기 주사 라인들은 선택적으로 래스터 패턴을 형성할 수도 있다. 이동은 제 1 축을 따라 단방향으로 이루어질 수 있거나 제 1 축을 따라 양방향으로 이루어질 수도 있다.
바람직하게 단계 (c)는 고정된 이온 빔에 대해 제 2 이동 축을 따라 기판 홀더를 이동시키는 단계를 포함하는데, 상기 제 1 축 및 제 2 축은 직각이다. 대안으로써, 상기 이온 빔은 그러한 제 2 축을 따라 편향될 수도 있다.
제 3 실시예으로부터, 본 발명은 기판에 주입하기 위한 이온 빔을 생성하도록 동작가능한 이온 주입기를 위한 이온 주입기 제어기에 관한 것으로서, 상기 제어기는 이온 빔을 스위칭-온 및 오프하도록 동작가능한 이온 빔 스위칭 수단; 이온 빔이 적어도 하나의 경로를 따라 기판을 통과하도록 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도하도록 동작가능한 주사 수단; 상기 상대성 운동 동안에 이온 빔 플럭스를 나타내는 신호를 수신하고 상기 플럭스로부터 이온 빔의 불안정성을 검출하기 위해 동작가능한 이온 빔 모니터링 수단; 및 상기 상대성 운동 동안에 기판에 대해 이온 빔의 위치를 결정하기 위해 조작 가능하나 인덱싱 수단을 포함하고, 상기 제어기는 다음과 같이 되도록 배열된다: 상기 이온 빔 스위칭 수단이 경로의 미주입 부분을 남겨두기 위해 이온 빔의 불안정성을 검출할 때 상기 상대성 운동 동안에 상기 이온 빔이 스위칭-오프되도록 조작 가능하고; 상기 이온 빔이 스위칭-오프 될 때 상기 인덱싱 수단이 상기 기판에 대한 상기 이온 빔의 오프 위치를 기록하고; 상기 이온 빔이 한번 더 스위칭-온 되도록 상기 이온 빔 스위칭 수단이 조작 가능하며; 상기 주사 수단이, 상기 이온 빔이 상기 경로의 미주입 부분을 따라 기판을 통과하도록 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도하기 위해 조작 가능하도록 배열된다.
이온 주입기 제어기는 하드웨어 또는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 상기 제어기의 부분들은 전자적으로, 또는 컴퓨터나 그와 같은 장치에 제공되는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수도 있다. 사실, 부분적-하드웨어 및 부분적-소프트웨어 구현은, 몇몇 부분은 전자 컴포넌트에 기초하고 나머지는 소프트웨어에 기초하도록 하는 것에서 이용될 수 있다.
제 1 축을 따른 이동은 평행하게 연장하는 연속적인 주사 라인들을 형성할 수 있고, 상기 주사 라인들은 선택적으로 래스터 패턴을 형성할 수도 있다. 이러한 이동은 상기 제 1 축을 따라 단방향일 수도 있고, 상기 제 1 축을 따라 양방향 일 수도 있다.
제 4 실시예에 따라, 본 발명은 언급한 제어기를 포함하여, 이온 빔을 사용하여 기판을 주입하기 위한 이온 주입기에 관한 것이다.
제 5 실시예에 따라, 본 발명은 이온 주입기를 위한 이온 소스에 관한 것으로서, 상기 이온 소스는 캐소드; 애노드; 상기 캐소드에 대해 상기 애노드를 바이어싱 하기 위한 바이어싱 수단; 제 2 스위치; 및 직렬로 배열된 상기 바이어싱 수단 및 스위치를 통해 캐소드에 애노드를 연결하는 제 1 전기적 통로를 포함하고, 상기 제 1 스위치는 상기 제 1 전기적 통로를 생성하거나 차단하기 위해 조작 가능하다. 이러한 간단한 배열은, 그렇지 않으면 캐소드에 대해 애노드를 바이어싱 하는 상기 바이어싱 수단을 신속하게 분리시킨다. 그러므로, 이온 빔은 불안정성 검출 시에 신속하게 소멸될 수 있다.
선택적으로, 이온 소스는 바이어싱 수단에 대해 병렬로 연장하는 적어도 일부분을 가지며 애노드를 캐소드에 연결시키는 제 2 도체 경로를 더 포함하고, 상기 일부분을 제 2 전기적 경로를 생성하거나 차단하기 위해 동작가능한 제 2 스위치를 포함한다. 바람직하게, 제 1 스위치는 제 1 이진 스위칭 신호에 응답하여 조작 가능하고, 제 2 스위치는 상기 제 1 스위칭 신호의 보수(complement)인 제 2 이진 스위칭 신호에 응답하여 조작 가능하다. 이는 애노드의 전위를 캐소드에 대해 또는 캐소드와 동일한 전위로 바이어싱 되도록 스위칭 하는 편리한 방법을 허용한다. 전위차가 존재할 때, 이온 빔이 생성된다: 전위차가 존재하지 않을 때 이온 빔은 존재하지 않는다.
바람직하게, 상기 제 1 스위치 및/또는 임의의 제 2 스위치는 전력 반도체 스위치이고, 이는 특히 신속한 스위칭 및 그에 따른 특히 이온 빔의 신속한 소멸 또는 생성을 허용한다.
본 발명은 또한 여기서 언급한 이온 소스를 포함하여 이온 주입기, 및 그러한 이온 소스를 스위칭 하는 방법으로 확장하고, 상기 방법은 상기 이온 소스에 의해 생성된 이온 빔 내의 불안정성 검출에 대응하여 제 1 전기적 경로를 차단하기 위해 상기 제 1 스위치를 동작시키는 단계를 포함한다.
이러한 방법은 캐소드에 인가된 전력을 유지하거나 증가시키는 단계들에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 이온 소스는 간접적으로 가열된 캐소드 및 세 개의 전원 장치들: 필라멘트 전원 장치(캐소드의 필라멘트용), 바이어스 전원 장치(간접적으로 가열된 캐소드의 바이어싱용), 아크 전원 장치(캐소드에 대한 애노드의 바이어싱용)을 포함할 수 있다. 상기 필라멘트 전원 장치 및 바이어스 전원 장치에 의해 인가된 전력은 유지될 수 있거나 제 1 스위치를 동작시키기 전에 상기 아크 전원 장치의 전력을 매칭시키기 위해 증가될 수도 있다. 이는 특히 아크 방전이 중지될 때, 이온 소스 및 캐소드의 임의의 냉각을 최소화한다. 간접적으로 가열된 캐소드들은 엔드 캡의 앞에 필라멘트를 포함한다. 상기 필라멘트에 의해 인가된 전력을 증가시키는 것은 더 많은 전자들을 생성시켜서 상기 엔드 캡으로 가속화시키는 반면, 바이어스 전원 장치에 의해 인가된 전력을 증가시키는 것은 전자들이 상기 엔드 캡을 타격하는 에너지를 증가시키게 된다: 둘 중 하나의 경우에 있어서, 캐소드는 그렇지 않으면 아킹에 의해 제공되는 가열을 보충하기 위해 전자들로부터의 더 큰 가열을 선호한다.
본 발명의 다른 바람직한 특성들은 첨부된 청구항들에서 개시된다.
본 발명은 불안정성이 존재할 수 있는 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입시키는 방법, 그러한 방법과 함께 사용하기 위한 이온 주입기, 및 신속하게 스위칭-오프 될 수 있는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스를 제공하는 것이다.
본 발명의 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 지금부터 설명될 것이다.
도 1은 웨이퍼로 주입되도록 이온 빔(23)을 생성하기 위한 프리커서 기체와 함께 인가되는, 프리먼(Freeman) 또는 버나스(Bernas) 이온 소스와 같은 이온 빔 소스(22)를 포함하는 전형적인 이온 주입기(20)를 도시한다. 이온 소스(22)에서 생성된 이온들은 추출 전극 어셈블리에 의해 추출된다. 플라이트 관(24)은 이온 소스(22)로부터 전기적으로 절연되고, 고압의 전원 장치(26)는 그 사이로 전위차를 공급한다.
이러한 전위차는 양으로 충전된 이온들이 이온 소스(22)에서 플라이트 관(24)으로 추출되도록 한다. 상기 플라이트 관(24)은 질량-분석 자석(28) 및 질량-분해 슬릿(32)을 포함하는 질량-분석 배열을 포함한다. 질량-분석 장치가 상기 플라이트 관(24)에 들어가자마자, 전기적으로 충전된 이온들은 상기 질량-분석 자석(28)의 자계에 의해 편향된다. 각 이온의 플라이트 경로의 반경 및 곡률은 개별적 이온들의 질량/충전 비율에 따라 일정한 정전계를 통해 규정된다.
질량-분해 슬릿(32)은, 선택된 질량/충전 률을 갖는 이온들만이 질량 분석 배열에서 나타난다는 것을 보장한다. 사실, 이온 소스(22) 및 질량 분석 자석(28)은 도 1의 배열과 비교할 때 90°회전되는데, 이는 이온 빔(23)이 초기에 종이면에 직각으로 이동되도록 하기 위함이다. 그 후 이온 빔(23)은 종이면을 따라 이동되도록 상기 질량-분석 자석(28)에 의해 회전된다. 질량-분해 슬릿(32)을 통과하는 이온들은 플라이트 관(24)과 전기적으로 연결되어 일체 성형된 관(34)에 들어간다. 질량이 선택된 이온들을 이온 빔(23)으로서 상기 관(34)을 빠져나오고 웨이퍼 홀더(38) 상에 장착된 반도체 웨이퍼(36)를 타격한다. 빔스톱(40)은, 이온 빔이 웨이퍼(36) 또는 웨이퍼 홀더(38) 상에 입사하지 않을 때 이온 빔(23)을 가로채기 위해 웨이퍼 홀더(38) 뒤에(하향으로써) 위치된다. 상기 웨이퍼 홀더(38)는 연속 공정의 웨이퍼 홀더(38)이므로 단지 단일 웨이퍼(36)를 홀딩한다. 상기 웨이퍼 홀더(38)는 X 및 Y 축들을 따라 이동하기 위해 동작가능하고, 이온 빔(23)의 방향은 데카르트 좌표 시스템의 Z 축을 정의한다. 도 1에서 볼 수 있는 것처럼, X 축은 종이면과 평행하게 확장하는 반면, Y 축은 종이면 내부로 및 밖으로 확장한다.
수용 가능한 레벨로 이온 빔 전류를 유지시키기 위해, 이온 추출 에너지는 조정된 고압의 전원 장치(26)에 의해 설정된다: 플라이트 관(24)은 이러한 전원 장치(26)에 의해 이온 소스(22)에 대해 음의 전위를 갖는다. 이온들은 상기 관(34)으로부터 나타날 때가지 플라이트 관(24) 전체에 걸쳐 이러한 에너지로 유지된다. 웨이퍼(36)에 충돌하는 상기 이온들이 이용하는 에너지는 추출 에너지보다 상당히 낮도록 하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 경우에, 역 바이어스 전압은 웨이퍼(36) 및 플라이트 관(24) 사이에 인가되어야만 한다. 웨이퍼 홀더(38) 및 빔스톱(40)은 공정 챔버(42) 내부에 수용되고, 상기 공정 챔버는 절연 스탠드오프(44)에 의해 플라이트 관(24)에 대해 장착된다. 빔스톱(40) 및 웨이퍼 홀더(38) 모두는 감속 전원 장치(46)를 통해 플라이트 관(24)에 연결된다. 상기 빔스톱(40) 및 웨이퍼 홀더(38)는 공통 접지 전위에 놓여지는데, 이는 양으로 충전된 이온들을 감속시키도록 상기 감속 전원 장치(46)는 플라이트 관(24)에서, 접지된 웨이퍼 홀더(38) 및 빔스톱(40)에 대해 음의 전위를 생성하도록 하기 위함이다.
몇몇 상황들에서, 웨이퍼(36)에 이온들을 주입시키기 이전에 이온들을 가속시키는 것이 바람직하다. 이는 전원 장치(46)의 극성을 반전시킴으로써 가장 쉽게 달성된다. 다른 상황들에서는, 즉, 가속 또는 감속 없이, 플라이트 관(24)에서 웨이퍼(36)로 이온들이 표류하도록 남겨진다. 이는 스위칭된 전류 경로를 단락된 전원 장치(46)에 제공함으로써 달성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전형적인 이온 소스(22)가 그와 관련된 전력 공급 장치들과 함께 도시된다. 상기 이온 소스(22)는 챔버 벽들(50)로 엔클로징 된 이온 소스 챔버(48)를 포함한다. 이온들은 상기 이온 소스 챔버(48) 내부에 위치된 캐소드(52)로부터 전자들을 방출시키고, 애노드를 형성하기 위해 상기 챔버 벽들(50)을 바이어싱 함으로써 플라즈마 내에서 생성된다. 이러한 이온 소스(22)에서, 간접적으로 가열된 캐소드(52)가 사용된다.
간접적으로 가열된 캐소드(52)는 필라멘트 전력 공급 장치(56)에 의해 제공된 필라멘트(54)를 포함한다. 상기 필라멘트 공급 장치(56)는 상기 필라멘트(54)로부터 전자들의 열전자 방출을 유도하기 위해 충분한 전류를 제공한다. 상기 간접적으로 가열된 캐소드(52)는 또한 상기 필라멘트(54)를 엔클로징 하는 관(58)을 포함하고, 상기 관은 상기 필라멘트(54)에 대해 양의 전위를 가지도록 바이어스 전력 공급 장치(60)에 연결된다. 이것은, 상기 필라멘트(54)에 의해 방출된 전자들이 유인되어 상기 관(58)의 엔드-캡 내부로 가속된다는 것을 보장한다. 전자들의 충돌들은 상기 관(58)의 엔드-캡을 가열하는데, 이는 상기 엔드-캡이 상기 이온 소스 챔버(48)로 전자들을 방출하도록 하기 위함이다.
챔버 벽들(50)은 그것들이 아크 전력 공급 장치(62)에 연결된 관계로 상기 관(58)에 대해 양의 전위에 놓여진다. 따라서, 상기 관(58)에 의해 방출된 전자들은 상기 챔버 벽들(50)로 유인된다. 사실, 캐소드(52)로부터 방출된 전자들의 움직임은 한 쌍의 관련된 전자석 코일들(미도시)을 사용하여 이온 소스(22)에 대해 자계를 생성함으로써 제약된다. 상기 자계는, 캐소드(52)에 의해 방출된 전자들이 이온 소스 챔버(48)의 멀리 단부쪽을 향해 나선형 경로를 따르도록 생성된다.
이러한 떨어진 단부쪽에 위치된 카운터-캐소드(64)는 또한 간접적으로 가열된 캐소드(52)의 관(54)과 동일한 전위를 갖도록 하기 위에 바이어스 전력 공급 장치(60)에 연결된다. 따라서, 상기 카운터-캐소드(64)에 접근하는 전자들은 역방향으로 나선형 경로를 따라 다시 이동되도록 반발된다(repel). 이것은 프리커서 기체와 상호 작용하는 기회들을 증가시키는데, 상기 프리커서 기체는 이온 소스 챔버(48)를 채움으로써 이온 빔(23)을 형성하기 위해 챔버 벽들(50)에 제공된 개구부(66)를 통해 추출될 수 있는 좀 더 많은 이온들을 생성한다.
이미 설명된 바와 같이, 웨이퍼 홀더(38)는 X 및 Y 축을 따라 이동될 수 있다. 웨이퍼 홀더(38)의 이동은, 고정된 이온 빔(23)이 도 3에 도시된 래스터 패턴(68)에 따라 웨이퍼(36)에 대해 주사하도록 제어된다. 고정된 이온 빔(23)에 대해 웨이퍼(36)가 주사될지라도, 도 3의 래스터 패턴(68)은 고정된 웨이퍼(36)에 대해 주사되는 이온 빔(23)과 동일하다(사실, 이러한 방법은 몇몇 이온 주입기에서 사용된다). 주사 이온 빔(23)을 상상하는 것이 좀 직관적이기 때문에, 비록 사실 상기 이온 빔(23)이 고정이고 주사되는 것이 웨이퍼일지라도, 이후의 설명은 이러한 관습을 따를 것이다.
이온 빔(23)은 평행이고 동일한 공간의 주사 라인들(70)의 래스터 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼에 대해 주사된다. 이는, 이온 빔이 웨이퍼(36)를 떠날 때까지 제 1 주사 라인(70)의 형성을 위해 X 축의 순방향을 따라 이온 빔(23)을 주사하고, 72에서 보여지는 바와 같이 Y 축 방향을 따라 위쪽으로 이온 빔(23)을 이동시키고, 웨이퍼(36)를 한번 더 떠날 때까지 X 축 방향을 따라 뒤쪽으로 이온 빔(23)을 주사하고, 전체 웨이퍼(36)가 이온 빔(23)을 만날때까지 Y 축 방향(72)을 따라 위쪽으로 이온 빔(23)을 이동시키는 등을 통해 달성된다.
웨이퍼(36)에 대해 이온 빔(23)을 주사하는 동안, 이온 빔 플럭스 내의 임의의 글리치들이 검출될 수 있도록 이온 빔 전류가 측정된다. 어떻게 이온 빔 전류가 측정되는지와 글리치에 상응하는 상태들에 대한 자세한 설명은 이후에 뒤따른다. 주사는 제어 방식으로 웨이퍼 홀더(38)를 이동시킴으로써 수행되기 때문에, 웨이퍼(36)에 대한 이온 빔(23)의 위치는 어느 순간에나 알려진다. 그러므로, 글리치가 검출되는 순간에 또는 이온 빔(23)이 소멸되는 순간에 웨이퍼(36) 상의 이온 빔(23)의 위치가 결정될 수 있다.
도 4a 는 주입 동안에 형성되는 래스터 주사(68)의 초기 단계들을 도시한다. 7개의 완전한 주사 라인들(70)이 웨이퍼(36) 상에 형성되었다. 그러나, 이온 빔(23) 내의 글리치가 8번째 주사 라인(74)에서 검출된다. 이온 주입기(20)는 가능한 한 신속하게 이온 빔(23)을 소멸시킴으로써 글리치의 검출에 대응한다. 이온 빔(23)을 소멸시키는 것은 76에서 도 4a에 도시된 바와 같은 위치에서 이온 빔(23)을 스위칭-오프 시키는 결과를 가져오고, 이러한 위치는 웨이퍼 홀더(38)의 알려진 위치를 기준으로 "오프" 위치로서 적절히 기록된다.
이온 빔(23)이 소멸되는 때와 그 이후에 웨이퍼 홀더(38)의 이동은 주사 라인을 따라 계속되는데, 이는 만일 상기 이온 빔이 여전히 스위칭-온 되어 있다면 위치(79)에서 웨이퍼(36)의 멀리 단부쪽으로 순방향으로 전류 주사 라인의 잔여분을 따르도록 하기 위함이다(이러한 이동은 도 4b에서 점선(78)으로 도시된다). 도 4 내지 도 6에서, 직선은 스위칭-온 된 이온 빔(23)을 갖는 웨이퍼 홀더(38)의 이동을 나타내는 반면, 점선은 스위칭-오프 된 이온 빔(23)을 갖는 웨이퍼 홀더(38)의 이동을 나타낸다.
이러한 위치(79)에서, 이온 빔(23)은 한번 더 스위칭-온 되고 안정성이 달성되는 때를 검출하기 위해 모니터링 된다. 안정적 이온 빔(23)임을 확인시, 웨이퍼 홀더(38)는 직선(80)으로 도시된 것과 반대 방향으로, 전류 주사 라인을 따르도록 한번 더 이동된다. 도 4c는 명료성을 위해 서로 오프셋 된 라인들(78 및 80)을 도시한다: 사실, 이온 빔(23)(스위칭-온 또는 오프 이든지간에)의 경로는 대개 동일한 주사 라인(74) 상에서는 일치한다. 따라서, 전류 주사 라인(74)의 잔여분은 주입된다. 전체 주사 라인(74)에 대해 균일한 주입을 보장하기 위해, 이온 빔(23)의 동일한 신속한 소멸이 "오프" 위치(76)에서 수행되는데, 상기 위치에서는 글리치의 검출에 뒤이은 이온 빔(23) 소멸이 발생했다. 이것은 도 4c에 도시되고, 여기서 "오프" 위치에 도달시 상기 웨이퍼 홀더(38)는 역방향으로 주사 라인(70)을 따라 이동을 계속하는데, 이는 만일 이온 빔(23)이 여전히 스위칭-온이라면 웨이퍼(36)의 에지에 인접한 위치(83)에서 완료하기 위해 웨이퍼(36)에 대해 주사하도록 하기 위함이다(이러한 이동은 점선(82)으로 도시된다).
이온 빔(32)은 83에서 재 시작되고, 안정적 이온 빔(23)을 확인시 래스터 주사(68)의 잔여분은 도 4d에 도시된 바와 같이 수행된다. 이러한 방식으로, 전체 웨이퍼(36)에 대한 균일한 주입이 달성된다.
이온 빔이 웨이퍼(36) 상에 입사될 상황일 때는 이온 빔(23)을 재 시작하는 것은 부적당한데, 이는 그 지점에서 웨이퍼(36)에 과도로 행해지기 때문이다. 게다가, 이온 빔이 웨이퍼 홀더(38) 상에 입사될 상황일 때는 이온 빔(23)을 재시작하는 것은 부적당한데, 이는 오염물질을 생성할 수 있기 때문이다. 이는, 웨이퍼 홀더(38)가 X 축을 따라 웨이퍼(36)에 인접하여 확장하기 때문에 X 축 방향만을 따른 이동은 이온 빔이 웨이퍼 홀더(58)를 떠나는 것을 보장하기에는 충분하지 않을 수 있는 경우일 수 있다. 따라서, 글리치 이후에 스위칭-오프 된 이온 빔(23)이 주사 라인(70)을 뒤따른 후에, 만일 그렇지 않으면 웨이퍼 홀더(38)를 타격 한다면 이온 빔(23)을 재시작하기 전에 웨이퍼 홀더(38)는 Y 축 방향으로 이동된다. 일단 안정적 이온 빔(23)이 획득되었다면, 웨이퍼 홀더(38)는 Y 축 방향을 따라 뒤쪽으로 이동되고, 주사 라인(70)을 따라 다음의 이동이 수행된다.
이온 빔(23) 내의 글리치를 복구하기 위한 대안법이 도 5a 내지 도 5d에 도시된다. 도 4a에서 설명된 바와 동일한 시작 조건이 가정되고, 이것들은 도 5a에서 표시되는데, 이때 이온 빔(23)은 도시된 "오프" 위치에서 주사 라인(74)을 따라 순방향 이동 동안에 소멸된다.
이온 빔(23)의 소멸 뿐만 아니라, 웨이퍼 홀더(38)의 이동은 중지되어 역방향화 되는데, 이는 만일 이온 빔(23)이 여전히 스위칭-온이라면 79에서 웨이퍼(36)를 떠나 단부쪽으로 역방향으로 전류 주사 라인(74)을 따르도록 하기 위함이다. 이러한 이동은 점선(84)에 의해 도 5b에 표시된다.
웨이퍼 홀더(38)의 이동은, 이온 빔(23)이 여전히 스위칭-오프된 상태로 한번 더 시작되는데, 이는 이온 빔(23)이 점선(86)으로 도시된 바와 같이 순방향으로 전류 주사 라인(74)을 따르도록 하기 위함이다. "오프" 위치에 도달될 때, 이온 빔(23)은 신속하게 스위칭-온 되고, 웨이퍼 홀더(38)의 이동은 전류 주사 라인(70)을 완료하기 위해 계속된다. 이는 83에서 끝나는 직선(88)으로 도 5c에 도시되고 해당 주사 라인(74)의 균일한 주입을 초래한다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 주사는 래스터 주사(68)를 완성하기 위해 계속될 수 있으므로, 전체 웨이퍼(36)에 대한 균일한 주입을 달성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d의 방법이 도 5a 내지 도 5d의 방법보다 선호된다. 이는, 이온 빔(23)이 턴-온 될 수 있는 것보다 좀 더 신속하게 소멸될 수 있기 때문이고, 이온 빔(23)을 턴-온 시키는 것은 상기 이온 빔(23)이 정착하는 동안 필연적으로 불균등한 도징을 발생시킨다.
물론, 제 2 통과(80, 88) 동안에, 이전의 글리치가 복구되고 있는 주사 라인(74)를 따라 빔 불안정성이 더 발생할 가능성이 존재한다. 만일 이것이 도 5a 내지 도 5d에 대해 설명된 방식으로 발생하였다면, 이는 동일한 방법을 되풀이하여 반복함으로써 쉽게 극복될 수 있다. 특정하게는, 웨이퍼 홀더(38)는 전류 주사 라인(70)의 시작 위치(79)로 다시 이동될 수 있고(84), 웨이퍼 홀더(38)는 전류 주사 라인(70)을 따라 이동될 수 있으며(84), 이온 빔이 이전의 "오프" 위치(76)에 도달할 때 상기 이온 빔(23)은 신속하게 스위칭-온 된다. 이러한 방식으로, 전체 주사 라인(70)은 동일한 방향으로 다수의 연속적인 통과들에 대해 주입된다.
명백하게 이러한 상황은 도 4a 내지 도 4d에 대해 이미 설명된 방식과는 다르다. 두 개의 글리치들을 복구하는 변형된 방법이 채용되는데, 상기 방법은 지금부터 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명될 것이다. 도 6a는 도 4b에 대응하고, 이온 빔(23) 글리치가 검출된 상황을 설명하고, 이온 빔(23)은 76에서 스위칭-오프되며, 만일 이온 빔이 스위칭-온이라면 상기 이온 빔은 79에서 끝내기 위해 웨이퍼의 측면으로 라인(78)을 따라 이동하도록 웨이퍼 홀더(38)가 이동된다.
도 6b는 이온 빔이 79에서 스위칭-온 되는 복구 동작의 시작을 도시하고, 안정적 이온 빔(23)을 확인시 80으로 도시된 바와 같은 역방향으로 전류 주사 라인(74)을 따라 주입이 발생하도록 웨이퍼 홀더(38)가 이동된다. 그러나, 도 6b에 표시된 지점(90)에서, 다른 글리치가 검출되고 이온 빔(23)은 스위칭-오프되며 제 2 "오프" 위치(90)가 기록된다.
이온 빔(23)이 여전히 스위칭-온이라면 83에서 웨이퍼(36)의 멀리 있는 측면에 도달하기 위해 역방향을 따라 전류 주사 라인(70)을 따르도록(이러한 이동은 점선(92)으로 표시됨) 웨이퍼 홀더(38)의 이동이 계속되는 동안 이온 빔(23)은 소멸된다. 그 후 상기 웨이퍼 홀더(38)의 이동은 순방향으로 전류 주사 라인(70)을 따르기 위해 반대가 되어 전류 주사 라인(70)의 전체 길이를 따라 계속된다. 이러한 이동 동안에, 초기에 이온 빔(23)은 94로 표시된 바와 같이 스위칭-오프되고, 라인(96)을 형성하기 위해 제 1 "오프" 위치에 도달할 때 이온 빔(23)은 스위칭-온 된 이후에, 점선(98)처럼 계속하기 위해 제 2 "오프" 위치(90)에 도달할 때 스위칭-오프 된다.
따라서, 전류 주사 라인(70)의 남아 있는 중심 부분은 주입되고, 이에 의해 균일한 주입으로 완전한 주사 라인(70)을 형성한다. 이전에서처럼, 웨이퍼(36)의 잔여분은 도 6d에 도시된 바와 같은 표준 래스터 패턴(68)을 사용하여 주입될 수 있다. 제 2 이온 글리치의 복구는 웨이퍼(36)에 대해 주사하는 동안에 이온 빔(23)을 재시작시키는 하등한 방법에 의존하기 때문에, 위치(79)에서 이온 빔(23)을 첫번째로 재시작시킬 때 이온 빔(23)의 안정성을 체크하는 것이 중요하다. 명백하게, 단일 주사 라인(74) 내의 두 개의 글리치들을 복구할 필요성을 피하는 게 가장 최선이다.
빔 글리치들이 발생하는 때를 결정하기 위해, 이온 빔 전류는 리턴 전류 모니터를 사용하여 연속적으로 모니터링 된다. 이러한 배열은 지금부터 도 7을 참조하여 설명될 것이다.
이미 언급하였듯이, 평상시 작동에서는 감속 공급 장치(46)는 관(34)을 빠져 나가는 양으로-충전된 이온들을 감속시키기 위해, 접지된 웨이퍼 홀더(38) 및 빔스톱(40)에 대해 음의 전위를 발생시킨다. 상기 감속 전력 공급 장치(46)가 웨이퍼 홀더(38)/빔스톱(40) 및 플라이트 관(24) 사이의 조정된 전압을 유지시키도록 하기 위해, 플라이트 관(24) 및 웨이퍼 홀더(38)/빔스톱(40) 사이에서 흐르는 양으로 충전된 이온들을 보충하기 위해 상기 감속 전력 공급 장치(46)를 통해 순방향 전류가 흐르도록 하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이것은 감속 공급 부하 저항(122)을 상기 전원 장치(46)에 병렬로 연결시킴으로써 달성된다.
빔 라인의 어셈블리들 및 이온 주입기(20)의 이온 소스 영역들을 냉각시키기 위해, 접지 전위에 위치된 열 교환기는 물의 흐름을 냉각시키는 개방 회로를 필요로 한다. 흐름 및 리턴 파이프들은 이후의 질량 가속 또는 감속 전압 갭들을 통과해야만 한다. 물은 전기적으로 약간 도전성이 있고 웨이퍼(36)로부터의 리턴 전류 흐름의 일부는 이러한 파이프들을 통해 통과한다. 이는 감속 전력 공급 장치(46)과 병렬인 유효 부하 저항을 나타낸다. 비록 웨이퍼 홀더(38)를 냉각시키기 위해 사용된 물을 통하는 전류(대개 이온화 되기 전의 상태임)는 전형적으로 무시될 지라도, 냉각 파이프들을 통한 전류 리턴은 꼭 무시되지는 않을 것이다. 예를 들어, 높은 이후의 질량 가속 또는 감속 전압이 사용될 때, 수십 ㎃의 냉각수 전류가 발생할 수 있다. 이것을 염두에 두기 위해, 도 7은 감속 공급 부하 저항(122) 및 감속 전력 공급 장치(46)에 병렬로 배치된 냉각 시스템 저항(124)을 도시한다. 도 7은 또한, 감속 전력 공급 장치(46)가 '드리프트' 모드에서 동작할 때 단락되도록(이전에 설명됨) 하는 스위치(125)를 도시한다.
그 후 상기 감속 공급 부하 저항(122)을 통해 흐르는 전류는 감속 전력 공급 장치를 통한 순방향 전류(IDECEL) 및 웨이퍼(36)와 빔스톱(40) 모두에 의해 흡수된 순전류(net current)(IBEAM)의 합에서 작은량의 냉각 시스템 물 전류를 뺀 값일 것이다.
빔스톱(40)의 출력은 빔스톱 전류를 나타내는 전압 신호를 생성하는 제 1 전류 모니터(126)에 의해 모니터링 된다. 이하에서 설명될 바와 같이, 이러한 전압 신호는 비교기(128)의 일입력에 연결된다. 이온 주입기(20)는 또한 총 전류(빔 및 감속 전류들의 합)의 경로에 배열된 제 2 전류 모니터(130)를 포함하고, 상기 총 전류는 플라이트 관(24)으로 리턴된다. 상기 제 2 모니터(130)는 또한 상기 플라이트 관(24)으로의 리턴 총합을 나타내는 전압 신호(VTOTAL)를 발생시킨다. 일실시예에서, 신호(VTOTAL)는 빔스톱 전류와 비교하지 않고 바로 측정될 수 있다.
대안으로써, 신호(VTOTAL)는 비교기(128)의 제 2 입력에 제공된다. 그러므로, 비교기(128)는 빔스톱 전류(IBEAMSTOP) 및 상기 플라이트 관(24)으로의 총 전류 리턴(ITOTAL)의 차이를 나타내는 출력(VDIFF)을 발생시킨다.
이러한 배열은 여기에서 참조로써 전체가 병합된, 출원인의 미국 특허(특허 번호 6,608,316)에 좀 더 자세히 설명된다. 간략하게, 전류 모니터(126)의 전압 출력은 비교기(128)의 함수를 만족시키는 차동 증폭기에 연결된다. 웨이퍼 홀더(38) 및 빔스톱(40)으로부터의 총 전류는 감속 전력 공급 장치(46), 감속 공급 부하 저항(122) 및 임의의 냉각 시스템(124)을 통과한다. 총 전류(ITOTAL)는 제 1 전류 모니터(126)와 유사한 방식으로 동작하는 제 2 전류 모니터(130)에 제공된다.
빔스톱(40) 대신에 플라이트 관(24)으로, 또는 빔스톱(40) 및 플라이트 관(24)으로의 총 전류 리턴을 모니터링 하는 이점은, 총 전류가 웨이퍼 홀더(38)/빔스톱(40) 어셈블리에 충돌할 때 상기 총 전류는 대략적으로 그 지점에서의 이온 빔 전류를 나타낸다는 것이다. 예를 들어, 이온 소스(22)에서의 임의의 아킹은 그 자체를 이온 빔(23)에서의 글리치로써 나타낼 것이다. 이는 ITOTAL을 모니터링 함으로써 차례로 모니터링 될 수 있다. 주입 사이클 동안의 임의의 시간에, 이온 빔 무결성의 성질 표시가 얻어질 수 있는데 이는 본 발명의 방법에서 요구되기 때문이다. 특히, 전류 모니터(130)의 출력인 전압 신호는 이온 빔(23)의 광 대역 안정성 모니터링을 허용한다.
도 7에 도시된 배열은 특정하게는 웨이퍼들(36)의 일괄 공정에서의 사용에 적용할 수 있는데, 이는 빔스톱(40)에 의해 측정된 전류의 리플 문제가 상당히 피해지기 때문이다. ITOTAL은 빔 이온(23)이 웨이퍼들(36)을 스트리킹할 때 생성된 백스트림 전자들 때문에 약간 왜곡된다. 양으로 충전된 이온들에 대해, 웨이퍼들(36)로부터 벗어난 몇몇 전자들은 이온 감속 동안에 계속 가속되므로, 전류에 추가하는 것은 플라이트 관(24)으로 리턴된다. 그러나, 빔스톱(40)은 2차 전자를 효과적으로 트랩 하지만, 웨이퍼 홀더(38)가 이온 빔(23)을 차단하지 않을 때 전자를 증대시키기 위한 백스트림 전자들은 존재하지 않는다. 이온 빔(23)이 전체적으로 빔스톱(40) 상에 입사할 때, 빔스톱 전류는 플라이트 관(24)으로의 전류 빔 리턴과 동일한데, 예를 들어 IBEAMSTOP=ITOTAL. 그러므로, 비교기(128)의 차동 출력은 이 경우에 있어서는 거의 0이므로, 전류 빔스톱 측정에 의해 결정된 측정된 빔 전류를 웨이퍼들(36) 상에 입사하는 전류의 반대 전류와 구별하는데 사용될 수 있다.
입사 이온 빔(23) 전류 측정 배열의 대안 실시예가 도 8에 도시된다. 많은 부분들이 도 7에 도시된 부분들에 대응하므로 대응하는 참조 번호들로 표시된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 감속 이온 전력 공급 장치(46)를 사용하기보다는, 이온 빔 전류가 웨이퍼 홀더(38) 및 빔스톱(40)으로부터 플라이트 관(24)으로의 리턴 전류 경로에 가변 저항(132)이 위치된다. 비록 가변 저항(132)이 수동형 디바이스로 이루어질지라도, 필드 효과 트랜지스터(FET)와 같은 일련의 능동형 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다. 도 8의 디바이스를 동작시키는 방법은 위에서 언급한 미국 특허(특허 번호 6,608,316) 및 영국 특허 출원(출원 번호 9523982.8)에서 좀 더 자세하게 설명된다.
간략하게는, 웨이퍼 홀더(38)/빔스톱(40)(일반적으로 접지 전위) 및 플라이트 관(24) 사이의 전위차는 웨이퍼 홀더(38)/빔스톱(40)(일반적으로 접지 전위) 및 플라이트 관(24) 사이에 직렬로 연결된 FET 체인의 저항을 변화시킴으로써 제어된다. 이는 전압을 버퍼링하고 차동 증폭기를 사용하여 상기 전압을 기준 전압(VREF)과 비교하는 분압기로 FET 체인 단의 전압을 측정함으로써 이루어진다. 상기 분압기에 의해 측정되는 바와 같은 에러 신호(즉, 원하는 가속 전위 및 능동 감속 전위 사이의 증폭된 전위차)는 FET 체인의 유효 저항을 조정하기 위해 사용된다.
FET 체인 단의 전위 강하, VTOTAL,는 플라이트 관(24)으로의 총 전류 리턴을 표시한다. 일실시예에서, 이는 차동 증폭기일 수 있는 비교기(128)를 통해 제공된다. 상기 비교기(128)의 다른 입력은 빔스톱 전류를 나타내는 전압이다. 이는 빔스톱 전류 모니터(126)로부터 유도된다. 비교기(128)의 출력은 도 7을 참조하여 이미 설명된 바와 유사하다. 도 7에 도시된 장치에 의해 전압 신호(VTOTAL)는 빔스톱 전류 신호와 비교되기 보다는 직접 측정될 수 있다.
이온 빔(23) 전류의 연속 측정은 빔 글리치가 발생했는지 발생하지 않았는지를 결정하기 위해 사용된다. 연속적인 빔 전류는 느린 변화들을 찾기 보다는, 빔 글리치를 표시하기 위해서 빠른 변화들에 대해 모니터링 된다. 이는, 이온 빔 전류에서의 느린 변화들은 종종 발생하고 이온 빔(23)의 잔여 기체 중성화와 같은 그러한 메커니즘 때문일 수 있기 때문이다. 변화율에 대한 임계값은 설정될 수 있고, 이는 임의의 특정 이온 주입 법에 의해 요구될 수도 있다.
느리게 변화하는 기준을 만족하지 않는 임의의 이벤트는, 변화의 불안정성이 특정 크기 이상이라는 것을 나타낸다.
이온 빔 전류의 변화들을 정량화하는 것은 평균 이온 빔 전류 값과의 비교를 사용하여 수행된다. 이러한 평균은, 일단 안정적 이온 빔(23)이 획득되었다면, 예를 들어 50 내지 200ms의 시상수를 갖는 총 전류(ITOTAL)를 측정하여 얻어진 총 전류의 롤링 평균을 사용하여 이온 빔 전류의 다수의 판독들을 취해 획득된다. 명백하게, 이러한 방식을 초기에는 채용될 수 없으므로 사전 설정된 평균 값들이 촉 시작 조건들로서 사용된다. 결정된 평균 값을 사용하여, 상위 및 하위 임계값들은 이온 빔 전류의 임의의 변동을 테스트하기 위해 사용될 수 있다. 상기 임계값들은 평균 이온 빔 전류에 대하여 측정될 수 있고 차이나게 하는 양만큼 상기 평균에서 오프셋 될 수 있다. 예를 들어 상기 오프셋은 50%의 하강에 상응한다. 상기 임계값들은 종종 특정 주입법에 한정된다. 모든 단일 이온 빔 전류 측정은 상기 임계값들에 대해 비교될 수 있거나, 적은 횟수의 연속되는 측정들은 상기 임계값들과 비교되기 전에 그 자체가 평균화될 수 있다(예를 들어 1ms의 짧은 시상수를 갖는 측정치 ITOTAL). 이온 빔이 스위칭-오프 되기 전에 연속적 판독들(예를 들어 10회)이 임계값들을 초과해야만 한다는 다른 조건이 부과될 수도 있다.
이전에 설명한 바와 같이, 이온 빔 글리치의 검출은 상기 이온 빔(23)이 스위칭-오프되도록 안내한다. 이것은, 비록 이온 빔(23)의 신속한 소멸을 달성하는 것이 명백히 유리하다 할지라도, 임의의 수의 방법들로 달성될 수 있다. 지금까지, 이온 빔(23)은 아크 전력 공급 장치(62)로의 전력 입력을 가로채서 소멸되었다. 그러나, 이것은 20ms를 초과하면서 상대적으로 느리다. 좀 더 빠르게 이온 빔(23)을 소멸시키는 대체 방법이 지금부터 설명된다.
도 9는 도 2에 도시된 것과 유사한 이온 소스(22)를 도시하므로 유사한 참조 번호들이 유사한 부분들에 대해 사용될 것이다. 게다가, 반복적인 설명은 피할 것이다. 도 2와 비교하여 도 9를 보면, 한 쌍의 전력 반도체 스위치들(134a,b)를 포함시키기 위해서 아크 전력 공급 장치(62) 주변의 회로가 수정되었다. 상기 전력 반도체 스위치들(134a,b)은 전형적으로 20ms 이내의 신속한 스위칭을 허용한다.
상기 전력 반도체 스위치들(134a,b)에는 도 9에서 136으로 표시된 공통 라인으로부터 유도된 명령 신호들이 제공된다. 이러한 라인(136)은, 제 1 스위치(134a)에 제공되는 부분(136a) 및 NOT 게이트(138)를 통해 제 2 스위치(134b)로 제공되는 신호의 다른 부분(136b)으로 분기되는 것을 확인할 것이다. 이것은, 스위치들 쌍(134a, b)이 상호 배타적으로 동작된다는 것을 보장하는데, 예를 들어 상기 제 2 스위치(134b)가 닫혀질 때 상기 제 1 스위치(134a)는 열어지며 그 역도 가능하다. 도 9에 도시된 구성에서, 애노드(50) 및 캐소드(52) 사이의 전위차를 보장하기 위해 이온 소스(22)가 아크 전력 공급 장치(62)에 의해 바이어싱 되도록, 상기 제 1 스위치(134a)는 닫혀지고 상기 제 2 스위치(134b)는 열려진다. 이것은 이온 생성을 보장하므로 웨이퍼(36)를 주입하기 위한 이온 빔(23)을 제공한다.
라인(136) 상의 신호를 역전시켜서 두 개의 스위치들(134a, 134b)를 반전시키는데, 이는 제 1 스위치(134a)를 열고 제 2 스위치(134b)를 닫도록 하기 위함이다. 이것은, 챔버 벽들(50)을 간접 가열된 캐소드(52)의 관(58)에 직접 연결시키기 위해 아크 전력 공급 장치(62)를 분리시킨다. 그에 따른 애노드(50) 및 캐소드(52) 사이의 0 전위차는 플라즈마를 즉시 붕괴시키고 이온 빔(23)을 즉시 소멸시키도록 한다.
이러한 방식에서 플라즈마의 붕괴는 이온 소스 챔버(38)의 냉각을 가져올 것이다. 차가운 곳에서 이온 소스(22)를 재시작하는 것은, 상기 이온 빔(23)이 이전의 안정된 플럭스 값(steady flux value)으로 정착하는 시간을 지연시킬 것이다. 이것은, 바이어스 전원 장치(60)를 사용하여 필라멘트(54)에(또는 상기 필라멘트(54)를 통과하도록) 및 관(58)에 제공되는 전력을 증가시킴으로서 피할 수 있다.
라인(136) 상의 신호를 한번 더 역전시키면 이온 빔(23)의 신속한 생성이 유도하는데, 이는 캐소드(52)에 대해 애노드(50)가 바이어싱 되고 이온들이 이온 소스(22)에 의해 생성되도록 두 개의 스위치(134a,b)가 반전되기 때문이다. 이것은 챔버(48)를 위에서 설명한 바와 같이 뜨겁게 유지시킴으로써 도움이 된다.
해당 분야의 숙련자에게 인식될 바와 같이, 보정된 청구항들의 범주를 벗어나지 않으면서 위에서 설명된 실시예들에 변형들이 이루어 질 수 있다.
주사 장치들의 예는 도 4 내지 도 6에 나타나지만 이러한 것들은 단지 예시들이고 본 발명은 다른 장치들을 채용할 수 있다. 본 발명은, 이온 빔(23)이 하나 또는 그 이상의 사전-한정된 경로들을 따라 기판에 대해 주사되는 임의의 장치에 적응된다는 것이 쉽게 명백해질 것이다. 상기 경로들은 선형, 활모양일 수 있고 임의의 다른 형태를 따를 수도 있다. 예를 들어, 나선형 주사는, 이온 빔이 웨이퍼 둘레의 나선형 경로를 따르는 경우 사용될 수 있다. 만일 래스터 주사가 사용된다면, 주사 라인들은 평행할 필요가 없는데, 예를 들어 이온 빔은 지그-재그 패턴을 따른다. 경로를 따른 이동이 왕복될 수 있는 경우에, 도 4 및 도 5에서 도시된 방법이 사용될 수 있다. 이동이 왕복될 수 없는 경우에, 도 5에 도시된 방법이 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 상이한 전체적 주사 장치들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 일련의 비월 래스터 주사(68)를 사용할 수 있는데, 즉, 오직 특정 주사 라인들(70)이 일 통과 시에 허용되는 경우에 다른 나머지 놓친 주사 라인들(70)은 다음 통과 시에 주입된다. 예를 들어, 제 1 통과는 도 4a의 제 1, 제 5, 제 9,... 주사 라인들(70)을 주입할 수 있고, 제 2 통과는 제 2, 제 6, 제 10,...주사 라인들(70)을 주입할 수 있고, 제 3 통과는 제 3, 제 7, 제 11 ... 주사 라인들(70) 및 제 4, 제 8, 제 12,.. 주사 라인들(70)을 주입할 수 있다. 웨이퍼(36)는 통과들 사이에서 180°회전될 수 있다. 대안적으로 일련의 래스터 주사들(68)이 동일한 패턴을 뒤따르면서 수행될 수 있다: 웨이퍼(36)는 통과들 사이에서 회전될 수 있어서(90°또는 임의의 다른 각도) 각 래스터 패턴(68)은 다른 패턴들(68)에 비스듬하다.
본 발명의 위의 실시예들은 모두 래스터 주사(68)를 사용하여 웨이퍼들(36)의 연속 공정과 관련하여 사용된다. 앞서 언급한 바와 같이, 주사는 (a)고정된 이온 빔(23)에 대해 웨이퍼(36)를 이동시키고, (b)고정된 웨이퍼(36)에 대해 이온 빔(23)을 편향시키거나 (c)웨이퍼(36)를 이동시키고 이온 빔(23)을 편향시키는 혼용법을 사용하여 달성될 수 있다. 게다가, 이온 빔(23)이 다수의 주사 라인들(70)을 따라 각 웨이퍼에 대해 주사하는 경우에 본 발명은 웨이퍼들(36)의 일괄 공정이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 스포크 휠 웨이퍼 홀더를 포함하는 일괄 주입기를 사용할 수도 있다(즉, 다수의 웨이퍼들은 중심 허브에서 연장하는 다수의 스포크들의 단부들에 위치된다).
이온 빔(23) 전류를 결정하기 위해 위에서 주어진 방법은 단지 그렇게 하는 일예이다. 이온 빔(23) 전류는 또한 척(chuck)에서 접지로 흐르는 전류를 모니터링하는 빔 라인 전력 공급 장치(예를 들어 사전-가속 전원 장치, 렌즈 전압 전원 장치, 감속 전원 장치)를 모니터링하거나 전류 클램프법을 사용하여 결정될 수도 있다. 전류 클램프법은 이온 빔 경로(23)의 일부 주위에 솔레노이드를 배치시키는 단계를 포함한다. 이온 빔 전류의 임의의 변화는 솔레노이드를 통해 흐르는 전류 내의 변화를 가져올 것이다. 그러므로, 이온 빔 글리치들은 상기 솔레노이드를 통해 흐르는 전류를 측정함으로써 검출될 수 있다.
도 9에 도시된 배열은 신속한 스위칭 속도로 인해 이온 빔(23)을 소멸 및 시작시키기에 특히 잘 적합하다. 그러나, 이온 빔(23)을 턴 온 및 턴 오프시키는 것이 하나의 방법이다. 다른 가능성들은 사전-가속 전압의 변화, 추출 전압의 변화, 질량-분석 배열에서 자계의 변화 또는 질량-분해 슬릿을 폐쇄하는 것을 포함한다.
도 9는 간접 가열된 캐소드(52)를 구비하는 이온 소스(22)를 도시한다. 이온 소스(22)는 상기 간접 가열된 캐소드(52)를 사용할 필요가 없고 대신 단일 필라멘트(54) 설계일 수 있다. 이러한 설계에서, 필라멘트(54)는 전자들을 이온 소스 챔버(48)에 직접 방출하기 위해 캐소드(52)로서 사용되고, 종종 전자들이 필라멘트(54)로부터 계속 가속하는 것을 보장하기 위해 바이어스된 전자 반사경의 바로 앞에 위치된다. 이러한 배열에서, 오직 하나의 전력 공급 장치만이 필라멘트(54)에 전류를 공급하기 위해 필요한데, 즉 도 9의 필라멘트 전력 공급 장치(56) 및 바이어스 공급 장치(60)는 상기 필라멘트(54)에 전류를 공급하는 단일 전력 공급 장치(62)로 대체된다. 아크 전력 공급 장치가 애노드(50) 및 캐소드(52) 사이의 전위차를 생성하기 위해 다시 사용된다. 대안으로써, 프리먼-타입의 캐소드가 사용될 수도 있다.
그러므로, 불안정성이 존재할 수 있는 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입할 수 있고, 그러한 방법과 함께 사용하기 위한 이온 주입기, 및 신속하게 스위칭-오프 될 수 있는 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스를 제공할 수 있다.
도 1은 웨이퍼들의 연속적 공정을 위한, 웨이퍼 홀더를 갖는 이온 주입기의 개략도.
도 2는 이온 소스의 다양한 부분들을 바이어싱 하기 위해 사용되는 전력 공급 장치를 나타내는, 이온 주입기에서 사용하기 위한 이온 소스의 간략도.
도 3은 연속적 공정에 적응된 웨이퍼에 대해 이온 빔의 래스터 주사를 나타내는 도면.
도 4a 내지 도 4d는 이온 빔의 글리치가 검출되는 곳에서 이온 주입 동안에 사용하기 위한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이온 빔 주사 장치들.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 2 실시예에 대해, 도 4a 내지 도 4d에 대응하는 도면들.
도 6a 내지 도 6d는 이온 빔에서 두 개의 글리치들이 동일한 주사 라인에 발생하는 경우에 대해, 도 4a 내지 도 4d에 대응하는 도면들.
도 7은 리턴 전류 모니터의 제 1 실시예를 포함하는 이온 주입기의 개략도.
도 8은 리턴 전류 모니터의 제 1 실시예를 포함하는 이온 주입기의 개략도.
도 9는 아크 전력 공급 장치 배열의 수정을 나타내는, 도 2에 대응하는 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
20 : 이온 주입기 22 : 이온 빔 소스
23 : 이온 빔 26 : 고압의 전원 장치
36 : 웨이퍼 38 : 웨이퍼 홀더
40 : 빔스톱 46 : 감속 전원 장치
Claims (30)
- 기판보다 더 작은 횡단면 크기들을 갖는 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입시키는 방법으로서,(a)이온 빔이 없는 기판에 안정적 이온 빔을 형성하는 단계;(b)상기 이온 빔이 적어도 하나의 경로를 따라 상기 기판을 통과하도록 상기 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도함으로써 상기 기판에 이온들을 주입시키는 단계;(c)단계(b) 동안 불안정성들에 대해 상기 이온 빔을 모니터링 하는 단계;(d)이온 빔 불안정성 검출시, 상기 상대성 운동이 상기 경로의 미주입 부분을 계속 남겨두도록 하면서, 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계;(e)상기 이온 빔이 단계(d)에서 스위칭-오프될 때 상기 기판에 대해 이온 빔의 위치에 상응하는 오프 위치를 기록하는 단계;(f)안정적 이온 빔을 한번 더 형성하는 단계; 및(g)상기 경로의 미주입된 부분을 따라 상기 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도함으로써 상기 기판에 이온들을 계속 주입시키는 단계를 포함하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 단계(f)는 상기 단계(g) 이전에 상기 이온 빔이 없는 기판에 안정적 이온 빔을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계(g)는 단계(b)와는 반대 방향인 역방향으로 상기 경로를 따라 상기 이온 빔이 이동하도록 상기 이온 빔 및 기판 사이의 상기 상대성 운동을 유도하는 단계, 및 상기 이온 빔이 상기 오프 위치를 통과할 때 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 단계(g)는 상기 단계(b)에 대한 방향과 동일한 방향인 순방향으로 상기 경로의 미주입 부분을 상기 이온 빔이 통과하기 이전에 상기 이온 빔을 상기 오프 위치에서 스위칭-온시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 빔 주입 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 단계(g)는 상기 이온 빔이 상기 오프 위치를 통과할 때 상기 상대성 운동 동안에 상기 이온 빔이 스위칭-온되도록, 상기 경로를 따라 임의의 지점에서부터 상기 순방향으로 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 빔 주입 방법.
- 제 2 항에 있어서,제 2 빔 불안정성이 검출된다면, 상기 경로의 중심 부분에 이온들이 주입되지 않도록 상기 단계(g) 동안에 단계들(c),(d) 및 (e)를 반복하는 단계; 및상기 경로의 중심 부분을 따라 상기 기판에 대해 상기 이온 빔이 이동하도록 상기 이온 빔 및 기판 사이의 상대성 운동을 한번 더 유도함으로써 상기 기판에 이온들을 계속 주입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 빔 주입 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 중심 부분 외부의 상기 경로를 따라 상기 상대성 운동을 시작하는 단계; 제 1 오프 위치를 통과할 때 상기 빔을 스위칭-온시키는 단계; 및 제 2 오프 위치를 통과할 때 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 빔 주입 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단계(c)는 리턴 전류를 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 빔 주입 방법.
- 제 1 이동 축을 따라 양방향으로 이동 가능한 기판 홀더에 놓여진 기판에 이온들을 주입시키는 방법으로서,(a)상기 제 1 축을 따라 기판에 인접한 시작 위치에서 이온 빔이 없는 상기 기판에 상기 기판 더 작은 횡단면 크기들을 갖는 안정적 이온 빔을 형성하는 단계;(b)제 1 주사 라인을 따라 상기 이온 빔이 상기 기판을 통과하여 상기 기판을 떠날 때까지 계속되도록 상기 제 1 축을 따라 상기 기판 홀더를 이동시킴으로써 상기 기판에 이온들을 주입시키는 단계;(c)제 2 축을 따라 상기 이온 빔 및 상기 기판 홀더 사이의 상대성 운동을 유도하는 단계;(d)상기 기판에 대해 일련의 주사 라인들을 주입하기 위해 단계(b) 및 단계(c)을 반복하는 단계;(e)상기 단계(b)의 주입 동안에 단계(d)에 따라 반복되면서 이온 빔을 모니터링하는 단계;(f)이온 빔 불안정성 검출시, 상기 상대성 운동이 상기 주사 라인의 미주입 부분을 계속 남겨두도록 하면서, 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계;(g)상기 이온 빔이 상기 단계(f)에서 스위칭-오프 될 때 상기 기판 홀더의 위치에 상응하는 오프 위치를 기록하는 단계;(h)안정적 이온 빔을 한번 더 형성하는 단계;(i)상기 이온 빔이 상기 주사 라인의 미주입 부분에 대해 주사하도록 상기 제 1 축을 따라 상기 기판 홀더를 이동시킴으로써 상기 주사 라인의 주입을 완료하는 단계; 및(j)상기 기판에 대한 상기 일련의 주사 라인들을 완료하기 위해 단계(b) 및 단계(c)를 반복함으로써 상기 기판 주입을 완료하는 단계를 포함하는, 기판의 이온 주입 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 단계(c)는 고정된 이온 빔에 대한 제 2 이동 축을 따라 상기 기판 홀더를 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 이동 축들은 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 단계(f)는, 상기 이온 빔이 여전히 스위칭-온 인 경우, 상기 이온 빔이 상기 주사 라인을 완료하고 중지 위치에서 중지되도록, 상기 이온 빔이 스위칭-오프된 이후에 상기 제 1 축을 따라 상기 기판 홀더를 계속 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 단계(h)는 상기 중지 위치에서 상기 기판에 없는 이온 빔으로 안정적 이온 빔을 형성하는 단계를 포함하고,상기 단계(i)는 역방향으로 주사 라인을 따라가기 위해 상기 제 1 축을 따라 상기 기판 홀더를 이동시키는 단계, 및 상기 기판 홀더가 상기 오프 위치를 통과할 때 상기 단계(i)의 이동 동안에 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 9 항에 종속한, 제 11 항에 있어서,상기 단계(h)에서 상기 이온 빔을 재시작할 때 상기 이온 빔이 상기 기판 홀더를 타격할지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하고,타격 할 것이라면, 상기 단계(i)가 수행되도록 하기 위해 상기 중지 위치로 다시 상기 상대성 운동을 왕복하기 이전에 기판 또는 기판 홀더를 타격하지 않고 상기 이온 빔이 형성될 수 있는 위치로 상기 제 2 축을 따라 상기 이온 빔 및 상기 기판 홀더 사이의 효과적인 상대성 운동을 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이온 빔이 여전히 스위칭-오프된 상태로 상기 기판 홀더를 상기 주사 라인을 따라 역방향으로 이동시키는 단계 - 상기 이온 빔이 여전히 스위칭-온이라면, 상기 이온 빔이 상기 시작 위치로 리턴되도록 함 - ;초기에 스위칭-오프되는 상기 이온 빔으로 상기 주사 라인을 완료하기 위해 상기 기판 홀더를 상기 주사 라인을 따라 순방향으로 다시 이동시키는 단계; 및상기 기판 홀더가 상기 오프 위치를 통과할 때, 상기 다시 이동되는 동안 상기 주사 라인을 따라 상기 순방향으로 상기 이온 빔을 재시작시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 역방향으로 주사하는 동안 제 2 빔 불안정성이 검출된다면, 상기 주사 라인의 중심 위치에 이온들이 주입되지 않도록, 상기 단계(i) 동안에 단계(e),(f) 및 (g)을 반복하는 단계;상기 이온 빔이 제 2 오프 위치에서 두번째로 스위칭-오프된 이후에 상기 기판 홀더의 이동을 중지시키는 단계; 및상기 주사 라인을 따라 순방향으로 상기 기판 홀더를 다시 이동시키는 단계 - 상기 다시 이동되는 동안에, 상기 기판 홀더가 상기 제 2 오프 위치를 통과할 때 상기 이온 빔을 턴-온시키고 상기 기판 홀더가 상기 제 1 오프 위치를 통과할 때 상기 이온 빔을 턴-오프시킴 -를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단계(e)는 리턴 전류를 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
- 이온 빔이 기판보다 더 작은 횡단면 크기들을 가지고, 상기 기판에 주입하기 위한 상기 이온 빔을 생성하도록 동작가능한 이온 주입기를 위한 이온 주입기 제어기로서,상기 이온 빔이 스위칭-온 및 오프 되도록 동작가능한 이온 빔 스위칭 수단;상기 이온 빔이 적어도 하나의 경로를 따라 상기 기판을 통과하도록 상기 이온 빔 및 상기 기판 사이의 상대성 운동을 유도하도록 동작가능한 주사 수단;이온 빔 플럭스를 나타내는 신호를 수신하고 상기 상대성 운동 동안에 상기 이온 빔 플럭스로부터의 상기 이온 빔의 불안정성들을 검출하도록 동작가능한 이온 빔 모니터링 수단; 및상기 상대성 운동 동안에 상기 기판에 대한 상기 이온 빔의 위치를 결정하도록 동작가능한 인덱싱 수단을 포함하고,상기 이온 빔 스위칭 수단은 상기 이온 빔 모니터링 수단이 상기 이온 빔의 불안정성을 검출할 때 상기 경로의 미주입 부분을 남겨두기 위해 상기 상대성 운동 동안에 상기 이온 빔이 스위칭-오프되도록 동작가능하고;상기 인덱싱 수단은 상기 이온 빔이 스위칭-오프될 때 상기 기판에 대한 상기 이온 빔의 오프 위치를 기록하고;상기 이온 빔 스위칭 수단은 상기 이온 빔이 한번 더 스위칭-온되도록 동작 가능하며;상기 주사 수단은 상기 이온 빔이 상기 경로의 미주입 부분을 따라 상기 기판을 통과하도록 상기 이온 빔 및 상기 기판 사이의 상대성 운동을 유도하도록 배치되는, 이온 주입기 제어기.
- 제 16 항에 있어서,상기 주사 수단은 상기 이온 빔 스위칭 수단이 상기 이온 빔을 한번 더 스위칭-온시킬 때 상기 기판이 상기 이온 빔을 방해하지 않는 것을 보장하도록 동작가능하고;상기 이온 빔 모니터링 수단은 상기 이온 빔이 안정적인지 여부를 결정도록 동작가능하고;상기 이온 빔 모니터링 수단이 상기 이온 빔이 안정적이라고 표시하면, 상기 주사 수단은 상기 이온 빔이 역방향으로 상기 경로를 따라 이동하도록 상기 기판 및 상기 이온 빔 사이의 상대성 운동을 유도하도록 동작가능하고; 및상기 이온 빔 스위칭 수단은 상기 이온 빔이 상기 오프 위치를 통과할 때 상기 이온 빔을 스위칭-오프시키도록 동작가능하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기 제어기.
- 제 16 항에 있어서,상기 주사 수단은 상기 이온 빔이 초기에 스위칭-오프 된 상태에서, 상기 이온 빔 및 상기 기판 사이의 효과적인 상대성 운동을 유도하도록 동작가능하고 - 상기 이온 빔이 스위칭-온되었다면, 상기 이온 빔이 동일한 순방향으로 상기 경로의 미주입 부분을 포함하는 상기 경로의 적어도 일부분을 통과하도록 함 -; 및상기 이온 빔이 상기 오프 위치를 통과할 때 상기 이온 빔 스위칭 수단은 상기 이온 빔이 스위칭-온되도록 동작가능하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이온 주입기 제어기.
- 이온 빔을 사용하여 기판에 이온들을 주입하기 위한 이온 주입기로서,상기 이온 빔을 생성하도록 동작가능한 이온 소스;상기 이온 빔의 불안정성들을 검출하도록 동작가능한 이온 빔 모니터;제 1 이동축을 따라 양방향으로 이동 가능하고 이온들이 주입되는 상기 기판을 홀딩하도록 동작가능한 기판 홀더; 및청구항 제 16 항 내지 청구항 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 제어기- 상기 이온 빔 스위칭 수단은 상기 이온 소스가 스위칭-온 또는 스위칭-오프 되도록 동작 가능하여 상기 이온 빔이 스위칭-온 및 스위칭-오프 되도록 동작 가능하고,상기 주사 수단은 상기 기판 홀더가 상기 제 1 축을 따라 이동되도록 함으로써 상기 이온 빔이 적어도 하나의 경로를 따라 상기 기판을 통과하도록 동작가능하며,상기 이온 빔 모니터는 불안정성 검출시 상기 이온 빔 모니터링 수단으로 신호를 제공하도록 동작가능함 - ;를 포함하는 이온 주입기.
- 제 19 항에 있어서,상기 이온 빔 모니터는 리턴 전류 검출기인 것을 특징으로 하는 이온 주입기.
- 이온 주입기를 위한 이온 소스로서,캐소드;애노드;상기 캐소드에 대해 상기 애노드를 바이어싱하기 위한 바이어싱 수단;제 1 스위치; 및직렬 연결된 상기 바이어싱 수단 및 상기 제 1 스위치를 통해 상기 애노드를 상기 캐소드에 연결하는 제 1 전기적 경로 - 상기 제 1 스위치는 상기 제 1 전기적 경로를 형성하거나 차단하도록 작동가능함 -를 포함하는 이온 소스.
- 제 21 항에 있어서,상기 바이어싱 수단에 대해 병렬로 연장하는 적어도 일부분을 가지면서 상기 애노드를 상기 캐소드에 연결하는 제 2 도체 경로를 더 포함하고, 상기 적어도 일부분은 상기 제 2 전기적 경로를 형성하거나 차단하도록 동작가능한 제 2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
- 제 22 항에 있어서,상기 제 1 스위치는 제 1 이진 스위칭 신호에 응답하여 동작가능하고 상기 제 2 스위치는 상기 제 1 스위칭 신호의 보수(complement)인 제 2 이진 스위칭 신호에 응답하여 동작가능한 것을 특징으로 하는 이온 소스.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 스위칭 신호의 일부분으로부터 상보적 제 2 스위칭 신호를 생성하도록 동작가능한 NOT 게이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
- 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 스위치는 전력 반도체 스위치인 것을 특징으로 하는 이온 소스.
- 제 22 항 또는 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 스위치는 전력 반도체 스위치인 것을 특징으로 하는 이온 소스.
- 청구항 제 21 항 내지 청구항 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 이온 소스를 포함하는 이온 주입기.
- 청구항 제 21 항 내지 청구항 제 26 항을 따른 이온 소스를 스위칭-오프시키는 방법으로서,상기 이온 소스에 의해 생성된 이온 빔의 불안정성의 검출에 응답하여 상기 제 1 전기적 경로를 차단하도록 상기 제 1 스위치를 작동시키는 단계를 포함하는 이온 소스의 스위칭-오프 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 캐소드에 인가된 전력을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 소스의 스위칭-오프 방법.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이온 빔을 스위칭-오프시키는 단계는 청구항 제 29 항에 따른 이온 소스를 스위칭-오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 이온 주입 방법.
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