KR20080092965A - 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처 - Google Patents

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Abstract

리본 이온빔 이온 주입기 시스템(102)을 위한 아키텍처(10)가 개시된다. 일 실시예에 있어서, 아키텍처(100)는, 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 수용하고 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 거의 평행한 리본 이온빔(112)으로 적어도 평행화(및 어쩌면 또한 가속 및 감속)하기 위한 가속/감속 평행화 렌즈 시스템(120)과, 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템(120)으로부터 하류 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔에 의해 주입될 작업 대상물(128) 앞에 있는 에너지 필터 시스템을 포함한다. 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템(120)은 상기 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 적어도 평행화(및 어쩌면 또한 가속 및 감속)하기 위한 렌즈들(126)과 상기 거의 평행한 리본 이온빔(112)을 가속하거나 감속하기 위한 가속/감속 렌즈들을 포함한다. 상기 평행화 렌즈는 약 200eV 만큼 낮게 내려갈 수 있는 에너지로 고전류 리본 이온빔의 작업 대상물(128)로의 전달을 허용한다.

Description

리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처{ARCHITECTURE FOR RIBBON ION BEAM ION IMPLANTER SYSTEM}
본 발명은 일반적으로는 이온 주입에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처(architecture)에 관한 것이다.
이온 주입(ion implantation)은 도전성 변경 불순물들을 반도체 웨이퍼에 도입 혹은 도핑하기 위한 기본 기술이다. 전형적인 이온 주입 공정은 작업 대상물, 즉 반도체 웨이퍼 내로 불순물들을 도입하기 위해 강한 이온빔을 사용한다. 잘 알려져 있듯이, 균일한 깊이 및 도즈로 웨이퍼 내로 불순물을 도입하는 것이 형성되는 반도체 장치가 제대로 동작하는 것을 보증하기 위해 중요하다.
도 1은 웨이퍼 내로의 통상적인 이온 주입을 3차원적으로 개략적으로 보여준다. X-축 및 Y-축은 가로방향 이온빔의 주사 면을 구성한다. 이온빔은 (바람직하게) Z-축에 평행하게 전달되고 웨이퍼의 평평한 표면을 때린다. X-축은 상기 Z-축에 수평적으로 직각이다. 리본 이온빔 시스템에서, 이온빔은 상기 X-축을 따르는 리본이다. Y-축은 이온빔 면(즉, XZ-좌표 면)에 수직하게 직각이다. 웨이퍼는 웨이퍼를 위 아래로 이동시키는 것에 의해 Y-축에 평행한 또 다른 주사 면을 따라 위 아래로 주사된다.
이온빔 공간 전하의 디포커싱(defocusing) 효과가 크기 때문에 이온 주입기(ion implanter) 시스템을 통한 저에너지 (고전류) 이온빔의 수송이 어렵다. 이는 고에너지(예컨대, >약 10kV)로 이온빔을 추출하고 질량분석하고, 그 후 최종 에너지로 상기 빔을 감속시킴으로써 경감될 수 있는데, 상기 최종 에너지는 이온빔이 웨이퍼에 가까울 때 약 200eV만큼 낮을 수 있다. 그러나 감속 직전 및 감속 동안 중성화되는 이온들은 완전히 감속되지 않고, 더 높은 에너지로 웨이퍼 상에 박힐 수 있으며, 해로운 에너지 오염을 초래한다.
리본 이온빔의 질량 분석을 수반하는 시스템에 대해서 펼쳐지는 리본 이온 빔을 결과하는 리본 면 내의 분산에 의해, 상기 이온빔을 평행화하는 것이 또한 필요한데, 이는 현재 섹터 전자석(sector electromagnet)에 의해 수행되고 있다. 이온빔의 평행성 또는 각도를 제어하는 것은 다양한 서로 다른 유형의 장치들 및 공정들의 적합한 조작을 위해 중요하다. 불순물이 주입되는 깊이는, 전형적으로 반도체의 결정 구조에 대해 요구되는, 전형적으로 수직한 방향을 따라서 이온빔의 평행성에 부분적으로 의존한다. 그러므로 웨이퍼의 결정 구조에 대해 이온 궤적의 요구되는 평행성(즉, 요구되는 방향)을 유지하기 위해 주입 동안 이온빔의 각도를 제어하는 것이 중요하다 특히, 되풀이할 수 있는 주입 결과를 얻기 위해, 이온빔의 각도는, 특히 고에너지 주입 및 채널 주입(channeled implants)에 대해, 요구되는 방향에 평행한 것으로부터 1°미만의 오차범위까지 알 수 있어야 하고 제어되어야 한다. 펼쳐지는 이온빔의 관점에서, 평행화가 감속 렌즈 뒤에서 완료되면, 수송 길이가 시스템에 더해지는데, 이는 웨이퍼로의 저에너지 빔의 전달을 더 악화시킨다. 이러한 섹터 평행화 렌즈는 상당히 크고, 감속 후에 빔 수송에 1m 만큼을 더할 수 있다.
앞의 관점에서, 본 기술 분야에서 이온 주입기 시스템에 길이를 더함이 없이 리본 이온빔의 가속/감속 및 평행화를 제공하는 방법에 대한 요구가 있다.
리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처(architecture)가 개시된다. 일 실시예에 있어서, 상기 아키텍처는, 펼쳐지는 리본 이온빔을 수용하고 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화(및 어쩌면 또한 가속 또는 감속)하기 위한 가속/감속 평행화 렌즈 시스템과, 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템으로부터 하류 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔에 의해 주입될 작업 대상물(work piece) 앞에 있는 에너지 필터 시스템을 포함한다. 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템은 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 적어도 평행화(및 어쩌면 또한 가속 또는 감속)하기 위한 렌즈들과 상기 거의 평행하니 리본 이온빔을 가속하거나 감속하기 위한 가속/감속 렌즈들을 포함한다. 상기 평행화 렌즈는 약 200eV 만큼 낮게 내려갈 수 있는 에너지로 고전류 리본 이온빔의 작업 대상물로의 전달을 허용한다. 상기 에너지 필터 시스템은 에너지 오염(energy contamination)이 거의 없는 거의 평행한 리본 이온빔을 제공한다.
본 발명의 제1 태양은 이온 주입기 시스템을 제공하는데, 이것은 펼쳐지는 리본 이온 빔을 발생시키기 위한 리본 이온빔 발생기; 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화하기 위해 상기 리본 이온빔 발생기의 하류에 있는 가속/감속 평행화 렌즈 시스템; 및 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템으로부터 하류 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔에 의해 주입될 작업 대상물 앞에 있는 에너지 필터 시스템을 포함한다.
본 발명의 제2 태양은 작업 대상물을 이온 주입하는 방법을 제공하는데, 이 방법은, 펼쳐지는 리본 이온빔을 발생시키고; 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 거의 동시에 평행화함과 아울러 가속하거나 감속하는 것 중 하나를 수행하고; 상기 평행화 단계 후에 즉시 상기 리본 이온빔으로부터 에너지 오염을 필터링하고; 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔을 작업 대상물 내로 주입하는 단계들을 포함한다.
본 밤령의 제3 태양은 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처를 제공하는데, 이 아키텍처는, 펼쳐지는 리본 이온빔을 수용하고 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화하기 위한 가속/감속 평행화 렌즈 시스템; 및 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템으로부터 하류 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔에 의해 주입될 작업 대상물 앞에 있는 에너지 필터 시스템을 포함한다.
본 발명의 상기 예시적인 태양들은 여기에서 설명된 문제들 및 숙련공들에 의해 발견될 수 있는 논의되지 않은 다른 문제들을 해결하기 위해 설계된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들이 본 발명의 다양한 실시예들을 묘사하는 다 음의 도면들과 함께 본 발명의 다양한 태양들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 웨이퍼의 이온빔 주입의 3차원 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아키텍처(architecture)를 포함하는 리본 이온빔 이온 주입 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 주입 방법의 일 실시예의 순서도이다.
본 발명의 상기 도면들은 축적에 맞지 않을 수 있다. 도면들은 단지 본 발명의 태양들을 묘사하기 위한 것이고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면들에 있어서, 동일한 번호들은 도면들 사이에서 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아키텍처(100)를 포함하는 리본 이온빔 이온 주입기(implanter) 시스템(102)이 도시되어 있다. 이온 주입기 시스템(102)은, 예컨대 이온 소스(106), 질량 분석 마그넷(108), 질량 분해 구경(mass resolving aperture, 110)을 포함할 수 있는 리본 이온빔 발생기(104)를 포함한다. 이온 주입기 시스템(102)은, 예를 들어 10 밀리 암페어(mA) 이상의 이온빔을 전달하는 고전류 시스템일 수 있다. 도시된 바와 같이, 초기 이온빔은 통상의 좁은 슬릿 추출-점 대 점(point-to-point) 옵틱스(optics)를 이용하여(발산하는 실선) 또는 긴 슬릿 추출-평행 대 점 옵틱스를 이용하여(평행한 점선) 발생될 수 있다. 어느 경우에든, 질량 분석 마그넷(108)이 상기 초기 이온빔을 순화한다. 상술 된 리본 이온빔 발생기(104)는 단지 예시적이며 다른 시스템들이 본 발명의 범위 내에서 채용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 아키텍처(100)는 가속/감속 평행화 렌즈 시스템(120) 및 에너지 필터 시스템(122)을 포함한다. 가속/감속 평행화 렌즈 시스템(120)(이하, "렌즈 시스템(120)")은, 리본 이온빔 발생기(104) 및 특히 질량 분해 구경(110)으로부터 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 수용한다. 펼쳐지는 리본 이온빔(124)은 예를 들어 약 35cm까지 팽창할 수 있다. 상기 용어 "리본"은 상기 이온빔이 측방으로 실질적으로 길어진 것을 나타낸다. 렌즈 시스템(120)은 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 거의 평행한 리본 이온빔(112)으로 적어도 평행화하고, 또한 리본 이온빔(124)을 가속 또는 감속할 수 있다. 렌즈 시스템(120)은 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 평행화하고 어쩌면 가속 혹은 감속하기 위한 굴곡진 정전판(curved electrostatic plates, 126) 세트와 거의 평행한 리본 이온빔(112)을 가속 혹은 감속하기 위한 가속/감속 렌즈(130) 세트를 포함한다. 질량 분해 구경(110)이 굴곡진 정전판들(126)의 세트에서 높이가 균일한 펼쳐지는 리본 빔(124)을 제공하기 때문에, 이들 판들(렌즈들)(126)의 슬롯들은 균일한 폭으로 될 필요가 있다. 에너지 필터 시스템(122)이, 렌즈 시스템(120)의 하류에 있는데, 거의 평행한 리본 이온빔(112)에 의해 주입되는 작업 대상물(128) 앞에서 에너지 오염을 제거한다. 에너지 필터 시스템(122)은 현재 알려진 또는 나중에 개발된 자석 혹은 정전 에너지 필터링 시스템들 (혹은 이들의 조합) 어느 것이든 포함할 수 있는데, 통상적으로 거의 평행한 리본 이온빔(112)을 구부려 중성 이온들을 제거한다.
렌즈 시스템(120)은, 작업 대상물(128)까지의 짧아진 거리 때문에, (감속 후) 작업 대상물(128) 이전에 약 200eV 만큼 낮게 내려갈 수 있는 에너지로 작업 대상물(128)로의 거의 평행한 리본 이온빔(112)의 전달을 허용하는데, 이것이 통상의 시스템들에 대해 저에너지 획득에서의 개선이다. 에너지 필터 시스템(122)은 에너지 오염이 거의 없는 거의 평행한 리본 이온빔(112)을 제공한다. 이에 더하여, 적어도 평행화(어쩌면 또한 가속 혹은 감속)하는 렌즈들(126)의 세트 및 가속/감속 렌즈들(128)이 통합되므로, 거의 평행한 리본 이온빔(112)의 작업 대상물(128)까지의 이동 거리는 통상적인 시스템들에 비해 감소된다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 렌즈 시스템(120)은 약 25cm 이상 약 30cm 이하의 길이를 가질 수 있다. 더욱이, 일 실시예에 있어서, 에너지 필터 시스템(122)은 약 20cm 만큼 짧은 길이를 가질 수 있다. 누적해서, 아키텍처(100)는 50cm 이하의 길이를 가질 수 있으며, 이것은 종래의 섹터 평행화 렌즈만으로도 1m 길이인 것에 비교하여 상당한 감소이다.
도 3의 순서도에 도시된 또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 작업 대상물을 이온 주입하는 방법을 포함한다. 제1 단계(S1)에서, 펼쳐지는 리본 이온빔(124)이 예컨대 리본 이온빔 발생기(104)를 사용하여 발생된다. 일 실시예에 있어서, 리본 이온빔 발생기는 이온 소스(106), 질량 분석 마그넷(108) 및 질량 분해 구경(110)을 포함하는데, 공동으로 펼쳐지는 리본 이온빔(124)을 발생시킨다. 다음, 단계(S2)에서, 펼쳐지는 리본 이온빔(124)이 예컨대 렌즈 시스템(120)을 사용하여 거의 평행한 리본 이온빔(112)으로 거의 동시에 평행화됨과 아울러 가속 및 감속 중 하나가 수행된다. 단계(S3)에서, 에너지 오염이, 상기 평행화 단계 후에 즉시, 예 컨대 에너지 필터 시스템(122)을 사용하여 거의 평행한 리본 이온빔(112)으로부터 필터링된다. 마지막으로, 단계(S4)에서, 거의 평행한 리본 이온빔(112)이 작업 대상물(128) 내로 주입된다.
본 발명의 다양한 태양들에 대한 앞의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 그것은 본 발명을 개시된 간결한 형태로 총망라하거나 제한하도록 의도되지 않으며, 명백하게도 많은 변형들 및 변화들이 가능하다. 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게 명백할 수 있는 이러한 변형 및 변화들은 다음의 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 펼쳐지는 리본 이온 빔을 발생시키기 위한 리본 이온빔 발생기;
    상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화하기 위해 상기 리본 이온빔 발생기의 하류에 있는 가속/감속 평행화 렌즈 시스템; 및
    상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템으로부터 하류 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔에 의해 주입될 작업 대상물 앞에 있는 에너지 필터 시스템을 포함하는 이온 주입기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템은 약 25cm 이상 약 30cm 이하의 길이를 갖는 이온 주입기 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지 필터 시스템은 약 20cm 만큼 짧은 길이를 갖는 이온 주입기 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템은 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화하기 위한 굴곡진 정전판들의 세트, 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔을 가속하거나 감속하는 것 중 하나를 수행하기 위한 가속/감속 렌즈들의 세트를 포함하는 이온 주입기 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 굴곡진 정전판들의 세트는 또한 상기 거의 평행한 리본 이온빔의 가속 및 감속 중 하나를 수행하는 이온 주입기 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 거의 평행한 리본 이온빔은 상기 작업 대상물 이전에 약 200eV만큼 낮은 에너지를 갖는 이온 주입기 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 거의 평행한 리본 이온빔은 에너지 오염이 거의 없는 이온 주입기 시스템.
  8. 펼쳐지는 리본 이온빔을 발생시키고;
    상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 거의 동시에 평행화함과 아울러 가속하거나 감속하는 것 중 하나를 수행하고;
    상기 평행화 단계 후에 즉시 상기 리본 이온빔으로부터 에너지 오염을 필터링하고; 및
    상기 거의 평행한 리본 이온빔을 작업 대상물 내로 주입하는 것을 포함하는 작업 대상물을 이온 주입하는 방법.
  9. 펼쳐지는 리본 이온빔을 수용하고 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화하기 위한 가속/감속 평행화 렌즈 시스템; 및
    상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템으로부터 하류 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔에 의해 주입될 작업 대상물 앞에 있는 에너지 필터 시스템을 포함하는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템은 약 25cm 이상 약30cm 이하의 길이를 갖는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 에너지 필터 시스템은 약 20cm 만큼 짧은 길이를 갖는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 가속/감속 평행화 렌즈 시스템은 상기 펼쳐지는 리본 이온빔을 거의 평행한 리본 이온빔으로 적어도 평행화하기 위한 굴곡진 정전판들의 세트, 및 상기 거의 평행한 리본 이온빔을 가속하거나 감속하는 것 중 하나를 수행하기 위한 가속/감속 렌즈들의 세트를 포함하는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 굴곡진 정전판들의 세트는 또한 상기 거의 평행한 리본 이온빔의 가속 및 감속 중 하나를 수행하는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
  14. 청구항 9에 있어서, 상기 거의 평행한 리본 이온빔은 상기 작업 대상물 이전에 약 200eV만큼 낮은 에너지를 갖는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 거의 평행한 리본 이온빔은 에너지 오염이 거의 없는 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처.
KR1020087020186A 2006-01-27 2007-01-22 리본 이온빔 이온 주입기 시스템을 위한 아키텍처 KR101309853B1 (ko)

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