KR20080016901A

KR20080016901A - 빔 정지 및 빔 조정 방법

Info

Publication number: KR20080016901A
Application number: KR1020077030940A
Authority: KR
Inventors: 존 반더포트; 용장 후앙
Original assignee: 액셀리스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2008-02-22
Also published as: EP1891658A2; JP2008546155A; US20060284071A1; JP5482981B2; KR20080016900A; KR101306541B1; US7547898B2; TW200707499A; US7547899B2; US20060284117A1; WO2006133040A2; CN101233597B; JP5333733B2; JP2008546153A; EP1891659A2; JP2008546154A; TW200707497A; TWI426541B; US20060284116A1; CN101238538B

Abstract

이온 주입과 관련된 오염을 완화하는 시스템, 방법, 및 장치가 제공된다. 이온 소스, 최종 스테이션, 및 상기 이온 소스와 최종 스테이션 사이에 배치된 질량 분석기가 제공되며, 여기서 이온 빔은 소스로부터 형성되고, 빔 정지 어셈블리의 위치에 기초하여, 질량 분석기를 통하여 최종 스테이션으로 선택적으로 이동한다. 빔 정지 어셈블리는 선택적으로 이온 빔이 질량 분석기에 진입하고/진입하거나 상기 질량 분석기를 빠져나가지 못하도록 하여, 이온 주입 시스템의 기동과 같은 전이 기간 동안 불안정한 이온 소스와 관련된 오염을 최소화한다.

이온 주입, 이온 소스, 최종 스테이션, 질량 분석기, 이온 빔.

Description

빔 정지 및 빔 조정 방법{BEAM STOP AND BEAM TUNING METHODS}

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 그 전체가 본원에 완전체 설명된 바와 같이 참조되어 있는 명칭이 PARTICULATE PREVENTION IN ION IMPLANTATION이고, 2005년 6월 3일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/687,514에 대한 우선권 및 상기 미국 가출원 일련 번호 60/687,514의 이점을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 이온을 워크피스 내로 주입하는 이온 주입 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 일반적으로 이온 빔과 관련된 미립자 오염을 방지하는 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조에서, 반도체 웨이퍼 또는 다른 워크피스를 불순물로 도핑하기 위하여 이온 주입 시스템이 사용된다. 이와 같은 시스템에서, 이온 소스는 이온 빔의 형태로 소스로부터 추출되는 희망하는 도펀트 원소를 이온화한다. 이온 빔은 전형적으로 희망하는 전하-대-질량 비의 이온을 선택하기 위하여 질량 분석되고 나서, 웨이퍼에 도펀트 원소를 주입하기 위하여 반도체 웨이퍼의 표면에 지향된다. 빔의 이온은 웨이퍼에서 트랜지스터 디바이스의 제조에서와 같이 희망하는 전도성의 영역을 형성하기 위하여 웨이퍼의 표면을 통과한다. 전형적인 이온 주입 기는 이온 빔을 발생시키는 이온 소스, 자기 필드를 사용하여 이온 빔을 질량 분석하는 질량 분석 장치를 포함하는 빔라인 어셈블리, 및 이온 빔이 주입될 반도체 웨이퍼 또는 워크피스를 포함하는 타겟 챔버를 포함한다.

전형적으로, 이온 소스에 의해 발생된 이온은 빔 내로 형성되고 소정의 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 지향된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스 및 주입 스테이션 사이에서 확장되는 빔 형성 및 쉐이핑 구조(beam forming and shaping structure)를 더 포함한다. 빔 형성 및 쉐이핑 구조는 이온 빔을 유지하고 빔이 도중에 주입 스테이션으로 통과되는 긴 내부 캐비티 또는 통로의 경계를 짓도록 시도한다. 이온 주입기를 동작시킬 때, 이 통로는 전형적으로 공기 분자와의 충돌의 결과로서 이온이 소정의 빔 경로로부터 편향될 가능성을 감소시키기 위하여 비워진다.

상부의 전하에 대한 이온의 질량(즉, 전하-대-질량 비)은 이온이 정전기 또는 자기 필드에 의해 축방향 및 횡방향 둘 모두에서 가속되는 정도에 영향을 준다. 그러므로, 반도체 웨이퍼 또는 다른 타겟의 희망하는 에어리어에 도달하는 빔은 바람직하지 않은 분자 중량의 이온이 빔으로부터 떨어진 위치로 편향되기 때문에, 상당히 순수하게 이루어질 수 있고, 희망하는 재료 이외의 이온의 주입이 피해질 수 있다. 희망하고 희망하지 않은 전하-대-질량비의 이온을 선택적으로 분리하는 공정은 질량 분석으로서 공지되어 있다. 질량 분석기는 전형적으로 상이한 전하-대-질량 비의 이온을 효율적으로 분리하는 아치형 통로에서 자기 편향을 통하여 이온 빔 내의 여러 이온을 편향시키기 위하여 다이폴 자기 필드를 생성하는 질량 분석 자석 을 사용한다.

이온 빔은 전형적으로 워크피스의 희망하는 표면 영역에서 포커싱되고 지향된다. 일반적으로, 이온 빔의 강력한 이온은 소정의 에너지 레벨로 가속되어 워크피스의 벌크(bulk) 내로 침투한다. 이온은 예를 들어, 재료의 결정 격자 내로 임베딩되어 희망하는 전도성의 영역을 형성하며, 상기 이온 빔의 에너지는 일반적으로 주입의 깊이를 결정한다. 이온 주입 시스템의 예로는 메사추세스 비버리 소재의 액셀리스 테크놀로지로부터 입수 가능한 것들이 있다

그러나, 전형적인 이온 주입기 또는 다른 이온 빔 장비(예를 들어, 선형 가속기)의 동작은 각종 소스로부터 오염 입자의 생성을 초래할 수 있다. 오염 입자는 예를 들어, 크기가 약 1μm보다 더 적을 수 있지만, 주입된 워크피스에 악영향을 미칠 것이다. 오염 입자는 예를 들어, 이온 빔 내에 인트레이닝(entraining)되어 빔과 함께 워크피스 쪽으로 운송되므로, 워크피스에서 희망하지 않는 오염을 초래할 수 있다.

전형적인 이온 주입 시스템에서, 예를 들어, 오염 입자의 한 소스는 질량 분석기를 통한 통로와 관련된 재료이다. 예를 들어, 질량 분석기의 통로는 전형적으로 그래파이트(graphite)로 커버되거나 코팅되며, 여기서 바람직하지 않은 분자 중량의 이온은 일반적으로 통로에 라이닝(lining)된 그래파이트와 충돌하고, 일반적으로 그래파이트 코팅에 인트레이닝된다. 그러나, 시간이 지남에 따라, 이온이 그래파이트 코팅과 지속적으로 충돌하기 때문에, 그래파이트 코팅의 입자는 통로로부터 제거되고 나서, 이온 빔 내에 인트레이닝될 수 있다. 그 후, 이온 빔 내의 이러 한 오염 입자는 이온 주입 동안 워크피스 또는 다른 기판과 충돌하여 상기 워크피스 또는 다른 기판에 부착되고, 결과적으로 처리된 워크피스 상에 극미소 패턴 규정을 필요로 하는 반도체 또는 다른 디바이스의 제조에서 수율 손실의 원인이 될 수 있다. 이와 같은 오염은 시스템의 기동 동작 동안과 같은 이온 주입 시스템의 조정 동안, 상당히 증가될 수 있고, 여기서 이온 빔은 실질적으로 불안정하다.

반도체 디바이스가 보다 큰 정확도와 함께 감소된 크기로 제조됨에 따라, 이와 같은 반도체 디바이스를 제조하는 장치의 더 높은 정확도 및 효율이 필요로 된다. 따라서, 워크피스 오염을 완화하기 위하여 워크피스 상부의 여러 위치에서 이온 빔 내의 오염 입자의 레벨을 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 워크피스 상부의 여러 위치에서 이온 빔과 관련된 오염을 제어하는 장치, 시스템, 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계를 극복한다. 결과적으로, 다음은 본 발명의 일부 양상의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 본 발명의 간소화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 이 요약은 본 발명의 핵심 및 중요 요소를 식별하고자 하는 것도 아니며 본 발명의 범위를 서술하고자 하는 것도 아니다. 이 요약의 목적은 이후에 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 서문으로서 본 발명의 일부 개념을 간소화된 형태로 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 예시적인 양상에 따르면, 이온 주입 시스템에서 이온 소스로부터 나오는 이온 빔의 오염을 감소시키는 빔 정지 어셈블리가 제공되며, 상기 빔 정지 어셈블리는 이온 빔의 경로에 대하여 선택적으로 배치될 수 있는 이동 가능한 빔 정지부를 포함한다. 빔 정지부는 예를 들어, 질량 분석 자석(즉, "질량 분석기")의 입구 및/또는 출구에서 배치될 수 있는 플레이트를 포함하며, 상기 빔 정지 어셈블리는 이온 주입 시스템의 특정 영역에서 (예를 들어, 이온 주입 시스템의 기동 동안) 이온 빔의 조정과 관련된 입자 오염을 제한하도록 동작 가능하다. 예를 들어, 이온 빔 경로를 따라 질량 분석기의 입구에 빔 정지부를 선택적으로 배치하면 이온 빔과 관련된 이온 소스의 최초 조정 동안 이온 빔(및 이와 관련된 입자 오염물)이 질량 분석기에 진입하는 것이 선택적으로 방지된다.

본 발명에 따르면, 상기 플레이트는 그래파이트와 같은 탄소-함유 재료를 포함하고, 상기 탄소-함수 재료는 이온 빔 및 이와 관련된 오염물을 실질적으로 흡수하도록 동작 가능하다. 그러므로, 빔 정지 어셈블리는 이온 빔이 질량 분석기 또는 이온 주입 시스템의 다른 구성요소와 관련된 표면과 충돌하도록 동작 가능한 시간의 량을 감소시키도록 동작 가능하다. 또 다른 예에 따르면, 빔 정지부의 상부에 측정 디바이스가 제공되며, 여기서 상기 빔 정지부가 일반적으로 이온 빔을 차단하는 동안, 이온 빔의 하나 이상의 특성이 측정될 수 있다. 이온 빔의 하나 이상의 측정된 특성은 이온을 워크피스 내로 주입하기 전에 이온 소스 및 질량 분석기 중 하나 이상을 조정하는데 사용될 수 있다. 펌프가 더 제공될 수 있는데, 상기 펌프는 가스 및/또는 부유 입자를 빔 정지 어셈블리로부터 멀리 펌핑하거나 배출하도록 동작 가능하므로, 입자 오염을 더 감소시킨다.

상기 목적 및 관련 목적을 성취하기 위하여 본 발명은 이하에 충분히 설명되고 특히 청구항에서 나타내는 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 어떤 예시적인 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 여러 다양한 방식을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 대 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 한 양상에 따른 예시적인 이온 주입 시스템의 평면도.

도2는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 빔 정지 어셈블리를 포함하는 예시적인 이온 주입 시스템의 평면도.

도3은 본 발명의 또 다른 양상에 따른 이온 주입 시스템에서 오염을 제어하는 방법의 블록도.

본 발명은 일반적으로 이온 빔을 겪게 되는 워크피스의 미립자 오염을 완화시키는 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 이제 전체에 걸쳐 동일한 요소에는 동일한 참조 번호가 병기될 수 있는 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이러한 양상의 설명이 단지 설명을 위한 것이며, 제한하는 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 설명에서, 설명을 위하여, 다수의 특정 세부사항이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부사항 없이 실행될 수 있다는 것이 당업자들에게는 명백할 것이다.

이제 도면을 참조하면, 도1은 예시적인 이온 주입 시스템(100)의 간소화된 사시도이다. 도1의 이온 주입 시스템(100)은 본 발명의 보다 양호한 이해를 제공하기 위하여 도시되며, 반드시 크기대로 도시되어 있지는 않다는 점에 주의해야 한다. 따라서, 여러 구성요소는 명확화를 위하여 도시되거나 도시되지 않을 수 있다. 도1은 질량 분석기(106)(또한 "자석"이라 칭해짐)의 주 자기 필드(104) 내부에 있는 진공 챔버(102)의 상면도를 도시하며, 여기서 자기 필드의 중심(108)이 또한 도시되어 있다. 분화되지 않은 이온 빔(110)이 이온 소스(112)의 출구 개구(111)로부터 질량 분석기의 입구(114)를 통해 질량 분석기(106)에 진입하며, 자석은 적어도 부분적으로 이온 빔을 포함하는 원소의 분자 중량에 기초하여 분화되지 않은 이온 빔을 분리하기 시작한다. 질량 분석기(106)는 분화되지 않은 이온 빔(110)으로부터 선택된 원소(예를 들어, 붕소)의 이온 빔(115) 또는 희망하거나 선택된 선을 추출하도록 동작 가능하며, 여기서 선택된 빔의 이온은 바람직하게는 최종 스테이션(117) 내에 배치된 워크피스(116)(예를 들어, 반도체 기판) 내로 주입된다. 선택된 원소보다 더 낮은 분자 중량을 갖는 더 가벼운 원소(예를 들어, 수소)는 제1 영역(118)을 향해 회전하는 경향이 있는 반면, 선택된 원소보다 분자 중량이 더 무거운 원소들은 제2 영역(119)을 향해 회전하는 경향이 있다. 전형적으로, 제1 영역(118)과 충돌하는 가장 가벼운 원소는 진공 챔버의 벽(120)과 충돌할 시에 진공 챔버(102)에 손상을 초래하는 경향이 있지만, 제2 영역(119)에서 진공 챔버의 벽(120)에 충돌하는 더 무거운 원소는 적어도 부분적으로 이들의 더 무거운 질량으로 인해 훨씬 더 많은 손상을 초래할 수 있다.

선택된 분자 중량으로 이루어지지 않은 원소(즉, 선택된 빔(115) 내에 존재 하지 않는 바람직하지 않은 원소)는 웨이스트 빔(122)이라 칭해지는데, 그 이유는 이 원소가 최종 스테이션(117)에 배치된 워크피스(116) 내로 주입되도록 의도되지 않은 재료로 이루어지는 빔이기 때문이다. 챔버(102)의 벽(120)은 일반적으로 그래파이트(128)로 라이닝되며, 여기서 웨이스트 빔(122)이 벽과 충돌할 시에, 페이스트 빔을 포함하는 원소는 그래파이트에 인트레이닝된다. 그러나, 웨이스트 빔(122)이 벽(120)의 그래파이트(128)에 충돌하는 각도에 따라, 웨이스트 빔의 원소는 벽 내에 매립되지 못할 수 있고, 벽으로부터 떨어진 그래파이트의 일부를 또한 스퍼터링할 수 있다. 많은 경우에, 분화되지 않은 이온 빔(110)은 불소와 같은 고도의 반응성 재료 또는 원소를 포함할 수 있고, 상기 고도의 반응성 재료는 벽(120)으로부터 재료를 더 제거할 수 있다. 그러므로, 웨이스트 빔(122)은 오염 입자(예를 들어, 고도의 화학적으로 반응성 입자)의 클라우드(cloud)(130)가 진공 챔버(102) 내부에서 러프팅(lofting)되도록 할 수 있다. 시간이 지남에 따라, 오염물의 클라우드(130)가 증강되므로, 벽(120) 및 다른 내부 구성요소 상에 해로운 재료의 플레이트(flake)(132)가 형성되고 두꺼워질 수 있다. 궁극적으로, 플레이크(132)는 벽(120) 및 다른 내부 구성요소를 쪼갤 수 있고, 선택된 이온 빔 내에 인트레이닝됨으로써, 워크피스(116) 상에 오염을 초래한다.

본 발명은 이온 소스(112)가 일반적으로 선택된 이온 빔(115)을 제공하기 위하여 분화되지 않은 이온 빔(110)의 조정을 필요로 하고, 여기서 상기 조정은 일반적으로 이온 소스가 동작하는 동안(예를 들어, 전력 및 가스가 이온 소스에 공급되어, 이온 빔(110)이 형성되는 동안) 수행된다는 것을 고려한다. 예를 들어, 분화되 지 않은 이온 빔(110)은 일반적으로 이온 빔의 모든 성분이 존재하는 질량 분석기(106)의 입구(114)에서 분석되지 않는다. 분화되지 않은 이온 빔(110)은 질량 분석기(106)에 진입하기 전에 붕소(B), 불소(F), 이불화 붕소(BF₂), 및 다른 원소를 함유하는 가스 또는 재료를 포함할 수 있고, 이온 소스(112)를 조정할 시에, 가스 및 재료의 혼합물 및 전위가 제어기(134)를 통하여 바람직하게 설정되거나 "맞추어져서", 결과적인 희망하거나 선택된 이온 빔(115)은 실질적으로 안전하고 워크피스(116) 내로 이온을 주입하기 전에 희망하는 량을 소유한다. 하루의 시작에서 이온 주입 시스템(100)을 콜드-스타팅할 때와 같이, 이온 소스(112)를 조정하는 동안, 결과적인 분화되지 않은 이온 빔(110)은 일반적으로 "오반응(misbehave)"하는 경향이 있고, 여기서 스파크, 플러처(flutter), 및 다양한 다른 해로운 반응이 발생할 수 있다. 조정 동안의 이온 빔(110)의 이와 같은 오반응은 해롭게 진공 챔버(102) 내에서 오염 입자의 클라우드(130)의 발생을 두드러지게 할 수 있다. 이러한 오염 입자는 질량 분석기(106)를 통과할 수 있고, 질량 분석기의 출구(138)에서 선택된 이온 빔(115)을 선택적으로 차단하기 위하여 배치되는 셋업 플래그 패러데이(set up flag faraday)(136)에서 포획될 수 있다. 그러나, 일부 경우에서, 이러한 오염 입자는 궁극적으로 주입 동안 워크피스(116)로 나아가서, 결과적인 주입된 워크피스의 성능 및 제품 수율에 악영향을 줄 수 있다.

본 발명은 질량 분석기(106)에 진입하고/진입하거나 상기 질량 분석기를 빠져나가는 오염물의 량을 최소화하여, 워크피스의 오염을 최소화하는 것에 관한 것 이다. 본 발명의 한 양상에 따르면, 예시적인 이온 주입 시스템(200)이 도2에 도시되어 있고, 여기서 상기 이온 주입 시스템은 본 발명의 여러 독창적인 양상을 나타낸다. 도시된 다수의 양상이 다수의 형상 및 크기로 이루어지거나 전적으로 제외되고, 모든 이와 같은 형상, 크기, 및 제외가 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다는 것이 이해될 것이다. 도1의 이온 주입 시스템(100)과 유사하게, 도2의 이온 주입 시스템(200)은 질량 분석기(204) 내에 배치된 진공 챔버(202)를 포함하며, 여기서 분화되지 않은 이온 빔(206)은 이온 소스(208)로부터 질량 분석기의 입구(210)를 통해 질량 분석기에 진입하도록 동작 가능하다. 질량 분석기(204)는 분화되지 않은 이온 빔(206) 중 희망하거나 선택된 이온 빔(212)을 추출하고, 상기 선택된 이온 빔을 질량 분석기의 출구(214)를 통하여, 그리고 일반적으로 내부에 워크피스가 존재하는 최종 스테이션(214) 쪽으로 지향시킨다. 질량 분석기(204) 내에서의 질량 분석 동안, 선택된 이온 빔(212)과 동일한 종으로 이루어지지 않은 분화되지 않은 이온 빔(206)의 원소는 상술된 바와 같이, 일반적으로 선택된 이온 빔(예를 들어, 도시된 웨이스트 빔(219))보다 더 크거나 더 작은 각도의 아크(arc)를 형성한다.

본 발명에 따르면, 도1과 관련하여 상술된 바와 같은 선택된 이온 빔(212)의 바람직하지 않은 입자 오염은 이제 논의되는 바와 같이, 도2에 도시된 하나 이상의 빔 정지 어셈블리(220)에 의하여 이온 주입 시스템의 기동 및/또는 셧-다운(shut-down)(예를 들어, 분화되지 않은 이온 빔(206)이 불안정할 수 있는 "전이 기간") 동안 완화될 수 있다. 상술된 바와 같이, 분화되지 않은 이온 빔(206)은 일반적으 로 질량 분석기(204)의 입구(210)에서 분석되지 않고, 이온 빔의 모든 성분(예를 들어, 이온 소스(208) 내에 형성된 이온의 모든 종)은 일반적으로 분화되지 않은 이온 빔 내에 존재한다. 따라서, 이온 주입 시스템(200)의 기동 동안, 이온 소스(208)가 "조정되는데", 여기서 이온 소스 내의 가스 및/또는 재료(221)의 혼합물 및 전위는 바람직하게 설정되거나 "맞추어져서, 결과적인 분화되지 않은 이온 빔(206)은 실질적으로 안정되고, 워크피스(218) 내로의 이온 주입 전에 희망하는 량을 소유한다. 그러나, 상술된 바와 같이, 이온 소스(208)의 이와 같은 조정은 이온 소스가 실질적으로 전이 기간 동안 불안정할 수 있기 때문에, 통상적으로 강화된 입자 발생을 초래하였다.

그러므로, 본 발명의 하나의 예시적인 양상에 따르면, 질량 분석기(204)의 입구(210)에 이동 가능한 입구 빔 정지부(222)(예를 들어, 물리적 블록 또는 "입구 정지부")가 제공되는데, 여기서 이온 빔(206)은 선택적으로 질량 분석기로 통과하지 못하게 된다. 하나 이상의 빔 정지 어셈블리(220)가 질량 분석기(204) 내에 존재하는 것으로 도시되어 있지만, 하나 이상의 빔 정지 어셈블리가 일반적으로 그 내에 포함되지 않으면서, 질량 분석기 부근에 존재할 수 있고, 질량 분석기 부근의 하나 이상의 빔 정지 어셈블리의 모든 이와 같은 위치는 본 발명의 범위 내에 존재하는 것으로 고려된다는 점에 주의해야 한다.

입구 빔 정지부(222)는 예를 들어, 일반적으로 탄소(예를 들어, 그래파이트)로 구성되거나 탄화 실리콘과 같은 다양한 다른 재료로 구성될 수 있는 플레이트(224)를 포함하거나, 탄소-계 코팅을 포함할 수 있고, 상기 입구 빔 정지부는 일 반적으로 전이 기간 동안 분화되지 않은 이온 빔(206)을 흡수하도록 동작 가능하다. 가스 형태이거나 중량이 실질적으로 가볍지만, 입구 빔 정지부가 일반적으로 이온 빔이 질량 분석기(204)에 진입하지 않도록 할 때 입구 빔 정지부(222)에 의해 흡수되지 않는 분화되지 않는 이온 빔(206)의 입자(도시되지 않음)는 예를 들어, 펌프(226)를 통하여 질량 분석기의 입구(210)로부터 멀리 펌핑될 수 있다.

입구 빔 정지부(222)는 예를 들어, 액추에이터(230)를 통하여 질량 분석기(204)에 슬라이딩 가능하거나 피벗 가능하게 결합되며, 상기 입구 빔 정지부는 질량 분석기의 입구(210)를 선택적으로 커버하거나 실질적으로 차단하도록 동작 가능하여, 일반적으로 분화되지 않은 이온 빔(206)이 질량 분석기에 진입하지 않도록 한다. 따라서, 입구 빔 정지부(222)는 이온 소스(208)가 실질적으로 안정될 때까지 입구(210) 앞에 선택적으로 배치되고 나서, 이온 빔(206)이 그 후에 질량 분석기에 진입하도록 하기 위하여 이동될 수 있다. 제어기(231)는 예를 들어, 하나 이상의 빔 정지 어셈블리(220)를 선택적으로 제어하여(예를 들어, 액추에이터(230)를 제어하여), 하나 이상의 빔 정지 어셈블리가 이온 빔(206)의 궤도를 선택적으로 제한하도록 동작 가능하다. 제어기(231)는 이온 소스의 조정 동안 하나 이상의 제어 신호(232)를 통하여 가스 및/또는 재료(221)의 혼합물과 전위 및 이온 소스(208)를 부가적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 조정 개구(236)와 같은 측정 디바이스(234) 도는 전극 또는 와이어 스캐너와 같은 다른 측정 디바이스가 질량 분석기(204)의 입구(210)에 제공된다. 측정 디바이스(234)는 예를 들어, 이온 빔이 진공 챔버(202)에 진입하기 전에(또는 적어도 이온 빔이 실질적으로 진공 챔버에 진입하기 전에) 안정성을 위해 이온 빔을 조정하고/조정하거나 이온 빔을 우측, 좌측, 위, 및 아래로 센터링하기 위하여 분화되지 않은 이온 빔(206)의 하나 이상의 특성(238)을 측정하도록 동작 가능하다. 측정 디바이스(234)는 하나 이상의 특성(238)을 제어기(231)에 제공할 수 있고, 여기서 상기 제어기는 적어도 부분적으로 이온 빔(206)의 하나 이상의 측정된 특성에 기초하여 이온 소스(208) 및 질량 분석기(204) 중 하나 이상을 제어하도록 동작 가능하다. 따라서, 이온 소스(208), 및 이에 따라, 분화되지 않은 이온 빔(206)은 이온 빔이 질량 분석기(204) 내로 진입하기 전에 조정될 수 있으므로, 조정되지 않은 이온 빔이 질량 분석기에 진입하였다면 질량 분석기 내에서 발생할 수 있는 입자(도시되지 않음)를 일반적으로 제한한다. 그러므로, 이온 소스(208)는 "워밍업"되고/되거나, 안정화될 수 있고, 여기서 분화되지 않은 이온 빔(206)은 또한 이온 빔이 조정 개구(236) 및 입구 빔 정지부(222)의 조합을 통하여 질량 분석기(204) 내로 진입하게 되기 전에, 방향이 맞추어질 수 있다. 따라서, 질량 분석기의 입구(210)가 입구 빔 정지부(222)에 의해 차단되는 동안의 이온 소스(208)의 이와 같은 안정화에 의하여, 질량 분석기(204) 및 다른 밑에 있는 구성요소의 해로운 오염이 일반적으로 방지된다.

본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 하나 이상의 빔 정지 어셈블리(220)는 질량 분석기(204)의 출구(214)에 제공되는 이동 가능한 출구 빔 정지부(240)를 더 포함한다. 출구 빔 정지부(240)는 예를 들어, (예를 들어, 액추에이터(230)와 유사한) 또 다른 액추에이터(242)에 동작 가능하게 결합되며, 여기서 제 어기(231)는 분화되지 않은 이온 빔(206)이 질량 분석된 후에, 선택적으로 희망하거나 선택된 이온 빔(212)이 질량 분석기(204)로부터 빠져나가도록 하기 위하여 액추에이터(242)를 통하여 (예를 들어, 화살표(243)로 도시된) 출구 빔 정지부(240)를 선택적으로 이동시키도록 동작 가능하다. 제어기(231)를 통한 이온 주입 시스템(200)의 부가적인 제어를 위해 선택된 이온 빔(212)의 하나 이상의 특성(246)을 측정하기 위하여 (예를 들어, 측정 디바이스(236)와 유사한) 또 다른 측정 디바이스(244)가 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 상술된 조정에 의하여(예를 들어, 입구 빔 정지부(222) 및 측정 디바이스(232)를 사용함으로써) 분화되지 않은 이온 빔(206)이 안정화된 후에, 희망하는 이온 빔(212)은 제어기(231)를 통하여 질량 분석기(204)에 제공된 전류(248)에 의해 사전-선택된다. 예를 들어, 입구 빔 정지부(222)가 가뱅되긴 전에(예를 드러, 분화되지 않은 이온 빔이 질량 분석기(204)에 진입하도록 하기 전에), 질량 분석기로의 전류(244)는 질량 분석기와 관련된 자석(도시되지 않음)이 질량 분석기의 출구 개구(252)의 출구(250)에서 이론적으로 선택되거나 희망하는 이온 빔(212)을 제공하도록 조정된다. 질량 분석기(204)에 제공된 전류(248)는 예를 들어, 자동 질량 유닛(AMU) 계산에 의해 결정될 수 있고, 여기서 상기 계산은 희망하는 질량(예를 들어, 희망하는 주입 종) 및 에너지에 대하여 수행될 수 있고, 적절한 자기 필드가 일반적으로 AMU 교정에 의해 결정된다. 그 후, 출구 빔 정지부(240) 및 측정 디바이스(244)는 이온 주입 시스템을 부가적으로 조정하는데 있어서 사용하기 위하여 출구 개구(252)에 대해 선택되거나 희망하는 이온 빔(212) 의 위치를 결정하는데 사용된다.

본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 도3은 도2의 이온 주입 시스템와 같은 이온 주입 시스템 내에서 입자 오염을 제어하는 방법을 도시한 예시적인 방법(300)의 개략적인 블록도이다. 예시적인 방법이 본원에서 일련의 동작 및 이벤트로서 도시되고 설명되지만, 일부 단계가 상이한 순서로 및/또는 본원에 도시되고 설명된 것과 별도의 다른 단계와 동시에 발생될 수 있기 때문에, 본 발명이 이와 같은 동작 및 이벤트의 도시된 순서에 국한되지 않는다는 점이 인식될 것이다. 게다가, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해서 모든 도시된 단계들이 필요로 되지는 않을 수 있다. 더구나, 상기 방법이 본원에 도시되고 설명된 시스템, 뿐만 아니라, 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 구현될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도3에 도시된 바와 같이, 상기 방법(300)은 동작(305)에서 일반적으로 입구 빔 정지부로 질량 분석기의 입구를 차단하는 것에서 시작한다. 동작(310)에서 이온이 이온 소스에서 에너자이징되고, 여기서 상기 이온은 일반적으로 분화되지 않은이온 빔의 형태로 이온 소스로부터 추출된다. 동작(315)에서, 이온 소스는 일반적으로 표준화되고, 여기서 분화되지 않은 이온 빔이 일반적으로 안정화된다. 본 발명의 하나의 예시적인 양상에 따르면, 분화되지 않은 이온 빔의 하나 이상의 특성이 동작(320)에서 측정될 수 있고, 질량 분석기 및 이온 소스 중 하나 이상이 동작(325)에서 적어도 부분적으로 하나 이상의 측정된 특성에 기초하여 제어되고/제어되거나 조정된다. 동작(330)에서, 입구 빔 정지부는 일반적으로 이동되어, 분화되지 않은 이온 빔이 자신의 질량 분석을 위하여 질량 분석기에 진입하도록 해서, 이온 주입 시스템의 기동 동안 불안정한 이온 빔으로부터의 오염을 실질적으로 완화시킨다.

본 발명의 또 다른 예시적인 양상에 따르면, 시스템을 조정한 후에, 이온 주입 시스템은 동작(335)에서 이온 빔의 경로를 따라 최종 스테이션에 배치되는 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스에 이온을 주입할 수 있다. 동작(335)에서 워크피스 내로의 이온 주입 후에, 입구 및/또는 출구 빔 정지부는 또한 워크피시의 교환을 수행할 때 이온 빔을 차단할 수 있다. 예를 들어, 동작(340)에서, 이온 빔의 경로는 다시 차단되고, 워크피스는 그 후에 동작(345)에서 교환되고, 새로운 주입되지 않은 워크피스에 이온이 주입될 준비가 된다.

따라서, 입구 빔 정지부 아래의 빔라인 어셈블리(예를 들어, 질량 분석기, 등)이 이온 빔에 노출되는 듀티 시간(duty time)은 (워크피스 교환 동안과 같이) 상당히 감소되므로, 입자 오염 및 플레이크의 발생을 감소시킨다. 워크피스가 교환된 후, 입구 빔 정지부는 이온 빔의 경로를 차단하지 않고, 후속 워크피스에 대해 또 다른 이온 주입이 행해질 수 있다. 이온 빔의 차단, 워크피스의 교환, 및 빔의 비-차단은 이온 주입 시스템에서 오염을 또한 감소시키면서, 워크피스의 배치(batch)에 일련의 방식으로 주입하기 위하여 반복적으로 수행될 수 있다.

따라서, 본 발명은 이온 주입 산업에서 현재 보이지 않는 입자 제어 레벨을 제공한다. 본 발명이 어떤 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 설명되었을지라도, 본 명세서 및 첨부 도면을 판독 및 이해할 시에 등가의 변화 또는 변경이 발생할 것이라는 것이 당업자들에게는 명백하다. 특히, 상술된 구성요소(어 셈블리, 디바이스, 회로, 등)에 의해 수행된 다양한 기능과 관련하여, 이와 같은 구성요소를 설명하는데 사용된 ("수단"에 대한 참조를 포함한) 용어는 본 발명의 본원에 설명된 예시적인 실시예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가는 아닐지라도, 다르게 나타내지 않는다면, 설명된 구성요소의 규정된 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 등가인) 임의의 구성요소에 대응한다. 게다가, 본 발명의 특정 특성이 여러 실시예 중 단지 하나와 관련하여 개시될 수 있지만, 이와 같은 특성은 임의의 소정 또는 특정 애플리케이션에 바람직하고 유용할 수 있는 바와 같은 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특성과 결합될 수 있다. 더구나, 용어 "포함한다", "갖는", "갖는다", "가진", 또는 이의 변형이 상세한 설명 및 청구항 중 하나에서 사용된다는 점에서, 이와 같은 용어는 용어 "포함하는"과 유사한 방식으로 고려되도록 의도된다. 또한, 본원에 사용된 바와 같은 용어 "예시적인"은 다르게 나타내지 않는다면, 반드시 바람직한 실시예가 아니라, 단순히 설명적인 예 또는 경우를 나타낸다.

Claims

질량 분석기용 빔 정지 어셈블리에 있어서:

일반적으로 이온 빔의 경로를 따라 질량 분석기의 입구 부근에 배치된 입구 빔 정지부를 포함하며, 상기 입구 빔 정지부는 이온 빔에 대하여 선택적으로 배치 가능하고, 상기 입구 빔 정지부는 이온 빔에 대한 입구 빔 정지부의 위치에 기초하여 선택적으로 이온 빔이 질량 분석기에 진입하지 않도록 동작 가능한 빔 정지 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 입구 빔 정지부는 질량 분석기에 슬라이딩 가능하게 결합되는 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제1항에 있어서,

플레이트에 동작적으로 결합되는 액추에이터를 포함하며, 상기 액추에이터는 플레이트를 선택적으로 배치하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제3항에 있어서,

상기 액추에이터는 이온 빔의 경로를 통하여 플레이트를 선택적으로 회전시 키도록 동작 가능한 회전식 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제3항에 있어서,

상기 액추에이터는 이온 빔의 경로를 통하여 플레이트를 선택적으로 선형으로 이동시키도록 동작 가능한 선형 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제2항에 있어서,

상기 플레이트는 탄소-계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제6항에 있어서,

상기 탄소-계 재료는 그래파이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제1항에 있어서,

입구 빔 정지부의 상부에 배치된 측정 디바이스를 더 포함하며, 상기 측정 디바이스는 이온 빔의 하나 이상의 특성을 검출하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제8항에 있어서,

상기 측정 디바이스는 측정 개구, 측정 전극, 및 와이어 스캐너 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제1항에 있어서,

일반적으로 이온 빔의 경로를 따라 질량 분석기의 출구 부근에 배치되는 출구 빔 정지부를 더 포함하며, 상기 출구 빔 정지부는 이온 빔에 대하여 선택적으로 배치 가능하고, 상기 출구 빔 정지부는 이온 빔에 대한 출구 빔 정지부의 위치에 기초하여 선택적으로 이온 빔이 질량 분석기를 빠져나가지 못하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제10항에 있어서,

상기 출구 빔 정지부 상부에 배치된 측정 디바이스를 더 포함하며, 상기 측정 디바이스는 이온 빔의 하나 이상의 특성을 측정하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
제11항에 있어서,

상기 측정 디바이스는 측정 개구, 측정 전극, 및 와이어 스캐너 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
이온 주입 시스템에 있어서,

출구 개구를 갖는 이온 소스로서, 상기 이온 소스는 출구 개구를 통해 이온 빔을 형성하도록 동작 가능한 이온 소스;

질량 분석기;

빔 정지 어샘블리로서, 상기 빔 정지 어셈블리는 일반적으로 이온 빔의 경로를 따라 질량 분석기의 입구 부근에 배치된 입구 빔 정지부를 포함하며, 상기 입구 빔 정지부는 이온 빔에 대하여 선택적으로 배치 가능하고, 상기 입구 빔 정지부는 이온 빔에 대한 입구 빔 정지부의 위치에 기초하여 선택적으로 이온 빔이 질량 분석기에 진입하지 않도록 동작 가능한, 빔 정지 어셈블리; 및

입구 빔 정지부의 위치를 제어하도록 동작 가능한 제어기를 포함하며, 상기 제어는 이온 소스로부터 형성된 빔의 안정성에 기초하는 이온 주입 시스템.
제13항에 있어서,

입구 빔 정지부에 동작적으로 결합되는 액추에이터를 포함하며, 상기 액추에이터는 적어도 부분적으로 이온 빔의 안정성에 기초하여 선택적으로 입구 빔 정지부를 배치하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제14항에 있어서,

상기 액추에이터는 이온 빔의 경로를 통하여 입구 빔 정지부를 선택적으로 회전시키도록 동작 가능한 회전식 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제14항에 있어서,

상기 액추에이터는 이온 빔의 경로를 통하여 입구 빔 정지부를 선택적으로 선형으로 이동시키도록 동작 가능한 선형 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제13항에 있어서,

상기 입구 빔 정지부를 그래파이트 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제13항에 있어서,

입구 빔 정지부의 상부에 배치된 측정 디바이스를 더 포함하며, 상기 측정 디바이스는 이온 빔의 하나 이상의 특성을 검출하도록 동작 가능하고, 제어기는 상기 하나 이상의 특성에 기초하여 이온 빔의 안정성을 결정하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제18항에 있어서,

상기 측정 디바이스는 측정 개구, 측정 전극, 및 와이어 스캐너 중 하나 이 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제22항에 있어서,

일반적으로 이온 빔의 경로를 따라 질량 분석기의 출구 부근에 배치된 출구 빔 정지부를 더 포함하며, 상기 출구 빔 정지부는 이온 빔에 대해 선택적으로 배치 가능하고, 상기 출구 빔 정지부는 이온 빔에 대한 출구 빔 정지부의 위치에 기초하여 선택적으로 이온 빔이 질량 분석기를 빠져나가지 못하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제20항에 있어서,

출구 빔 정지부의 상부에 배치된 측정 디바이스를 더 포함하며, 상기 측정 디바이스는 이온 빔의 하나 이상의 특성을 측정하도록 동작 가능하고, 제어기는 상기 하나 이상의 특성에 기초하여 이온 빔의 안정성을 결정하도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제21항에 있어서,

상기 측정 디바이스는 측정 개구, 측정 전극, 및 와이어 스캐너 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 정지 어셈블리.
이온 주입 시스템에서 입자 오염을 방지하는 방법에 있어서:

질량 분석기의 입구를 선택적으로 차단하는 단계;

이온 소스에서 이온을 에너자이징하여, 분화되지 않은 이온 빔을 형성하는 단계; 및

일단 이온 소스가 실질적으로 안정화되었다면 질량 분석기의 입구를 선택적으로 차단하지 않는 단계를 포함하는 입자 오염 방지 방법.
제23항에 있어서,

질량 분석기의 입구 부근에서 분화되지 않은 이온 빔의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계; 및

상기 분화되지 않은 이온의 하나 이상의 측정된 특성에 기초하여 이온 소스 및 질량 분석기 중 하나 이상을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 오염 방지 방법.
제24항에 있어서,

질량 분석기의 출구를 선택적으로 차단하는 단계;

분화되지 않은 이온 빔을 질량 분석하여, 선택된 이온 빔을 규정하는 단계;

질량 분석기의 출구 부근에서 선택된 이온 빔의 하나 이상의 특성을 측정하는 단계; 및

선택된 이온 빔의 하나 이상의 특성에 기초하여 이온 소스 및 질량 분석기 중 하나 이상을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 오염 방지 방법.
제25항에 있어서,

질량 분석기의 출구가 차단될 때, 이온 빔의 경로를 따라 워크피스를 배치하는 단계, 및 출구가 차단되지 않을 때, 워크피스 내로 이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 오염 방지 방법.
제26항에 있어서,

이온이 워크피스 내로 주입된 후에 질량 분석기의 출구가 차단될 때, 이온 빔의 경로로부터 워크피스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 오염 방지 방법.
제23항에 있어서,

질량 분석기의 입구가 차단될 때 이온 빔의 경로를 따라 워크피스를 배치하는 단계, 및 입구가 차단되지 않을 때 워크피스 내로 이온을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 오염 방지 방법.
제28항에 있어서,

이온이 워크피스 내로 주입된 후에 질량 분석기의 입구가 차단될 때, 이온 빔의 경로로부터 워크피스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입 자 오염 방지 방법.