KR20090016028A - 이온 주입을 위한 선량 폐 루프 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 방법은 이온 주입 중에 비임 전류의 편차를 조정 및/또는 보상하기 위해 터미널 리턴 전류를 유도한다. 하나 또는 그 이상의 개별적인 상류 전류 측정값은 이온 주입 시스템의 영역으로부터 얻어진다. 터미널 리턴 전류 또는 복합 상류 전류는 하나 또는 그 이상의 전류 측정값으로부터 유도된다. 터미널 리턴 전류는 타겟 웨이퍼에서 비임 전류 균일도를 개선하기 위해 이온 비임의 스캐닝 또는 선량을 조정하는데 사용된다.

Description

이온 주입을 위한 선량 폐 루프 제어 {DOSE CLOSE LOOP CONTROL FOR ION IMPLANTATION}
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 선량(dose)의 제어 및 조절하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제작에 있어서, 이온 주입은 불순물 또는 도펀트로 반도체를 도프하는데 사용된다. 이온 비임 주입기는 n형 또는 p형 외인성(extrinsic) 재료의 도핑을 생성하거나 집적 회로의 제작 중에 부동태 층을 형성하기 위해 이온 비임으로 실리콘 웨이퍼를 처리하는데 사용된다. 반도체를 도핑하는데 사용될 때, 이온 비임 주입기는 소정의 외인성 재료를 생성하기 위해 선택된 이온 종을 분사한다. 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소오스 재료로부터 생성되는 주입 이온에 의해 "n 형" 외인성 재료 웨이퍼가 되는 반면에, "p 형" 외인성 재료 웨이퍼가 바람직하다면 붕소, 갈륨 또는 인듐과 같은 소오스 재료로부터 생성되는 이온이 주입될 수 있다.
통상적인 이온 비임 주입기는 이온화가능한 소오스 재료로부터 양전하 이온을 생성하기 위한 이온 소오스를 포함한다. 생성된 이온들은 비임을 형성하며 주입 스테이션으로의 예정된 비임 통로를 따라 지향된다. 이온 비임 주입기는 이온 소오스와 주입 스테이션 사이로 연장하는 비임 형성 및 정형화 구조물을 포함할 수 있다. 비임 형성 및 정형화 구조물은 이온 비임을 유지하고 이온 비임이 주입 스테이션으로 진행하는 길다란 내측 공동 또는 통로를 한정한다. 주입기의 작동시, 이러한 통로는 가스 분자와의 충돌로 예정된 비임 통로로부터 이온이 편향될 가능성을 감소시키기 위해 배기될 수 있다.
전하에 대한 이온의 질량(예를 들어, 전하-대-질량비)은 정전기장 또는 자기장에 의해 축방향과 횡방향으로 가속되는 정도에 영향을 준다. 그러므로, 반도체 웨이퍼 또는 다른 타겟의 소정 영역에 도달하는 비임은 매우 순수해야 되는데, 그 이유는 바람직하지 않은 분자량의 이온들이 비임으로부터 떨어진 위치로 편향될 수 있고 바람직하지 않은 재료의 주입이 방지되어야 하기 때문이다. 바람직하고 그렇지 않은 전하-대-질량비를 갖는 이온을 선택적으로 분리하는 공정은 질량 분석법으로서 공지되어 있다. 질량 분석기는 통상적으로, 상이한 전하-대-질량비를 갖는 이온을 효율적으로 분리할 아치형 통로 내에서의 자기 편향을 통해 이온 비임 내에서 다수의 이온들을 편향시킬 수 있는 쌍극 자기장을 생성하는 질량 분석 마그네트를 사용한다.
선량측정(dosimetry)은 웨이퍼 또는 다른 피가공재 내에 주입되는 이온을 측정하는 것이다. 주입된 이온의 선량을 제어함에 있어서, 주입된 피가공재 내의 균일성을 달성하기 위해 이온 주입을 적극적으로 조절하는데에는 통상적으로 폐루프 피이드백 제어 시스템이 사용된다. 일 예에서, 제어 시스템은 저속 스캔 속도를 제어하기 위해 실시간 전류 모니터링을 사용한다. 패러데이(Faraday) 디스크 또는 패러데이 컵은 비임 전류를 주기적으로 측정하고 일정한 선량을 보장하기 위해 저속 스캔 속도를 조절한다. 빈번한 측정으로 선량 제어 시스템은 비임 전류의 변화에 신속하게 반응할 수 있다. 패러데이 컵은 정적이고, 양호하게 차폐되며, 웨이퍼에 가깝게 위치되어서, 비임 전류에 민감하여 웨이퍼의 실제 선량을 측정할 수 있게 한다.
패러데이 컵은 단지 전류만을 측정한다. 이온 비임과 가스 사이의 상호작용은 임플란트가 비임 내의 일부 도펀트 이온를 중화시키는 동안 예를 들어, 포토레지스터로부터 전개된다. 그 결과, 측정된 플럭스(flux) 또는 비임 전류가 실제 비임 전류 또는 플럭스를 잘못 나타낼 수 있다. 주입된 중성자들이 웨이퍼에 의해 수용된 선량에 더해질 수 있으나, 패러데이 컵에 의해서는 측정되지 않는다. 그 결과, 웨이퍼는 초과 선량을 갖게 되거나 실질적으로 선량이 불균일해진다.
그러한 편차를 계산하기 위한 종래의 기구들은 패러데이 컵의 판독값 이외에 압력 판독값을 얻는 방법을 사용한다. 따라서 압력 판독값과 패러데이 컵 측정값이 비임 전류를 조절하는데 사용된다. 그러나, 압력 보상 기구는 예를 들어, 가스 조성, 비임 에너지, 종, 선량 레벨 등에 대한 편차를 계산하는데 오류를 일으킬 수 있으며 선택된 레벨과 선량에서 적합하고 균일한 임플란트를 제공하는데 실패할 수 있다.
다음의 설명은 본 발명의 몇몇 특징들에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간단히 요약한 것이다. 이러한 요약은 본 발명의 배타적인 개요가 아니며, 본 발명의 핵심 또는 중요한 구성 요소들을 동일시하고자 하는 것도 본 발명의 범주를 한정하는 것도 아니다. 이 보다는, 요약의 목적은 이후에 제시되는 더욱 상세한 설명에 대한 서두로서 본 발명에 대한 몇몇 개념을 간단한 형태로 제시하고자 하는 것이다.
본 발명의 특징들은 이온 주입 중의 기체 방출(outgassing)에 기인한 비임 전류 내의 편차를 보상한다. 비임 전류 내의 편차를 검출 또는 확인하기 위해 중화가 사용되기 이전에 전체 비임 전류를 나타내거나 표시하는 터미널 리턴 전류가 얻어지거나 유도된다. 패러데이 컵은 중화된 이온이나 도펀트를 고려하지 않았기 때문에, 비임 전류 편차를 검출 및/또는 표시에 실패했으며 아무것도 존재하지 않을 때 편차를 검출하거나 표시할 수 있다.
터미널 리턴 전류는 통과 이온 비임에 의해 생성되는 외피, 하우징, 전극 등의 하나 또는 그 이상의 전류를 측정함으로써 얻어지거나 유도될 수 있다. 개개의 전류들은 터미널 리턴 전류로 처리될 수 있다. 이와는 달리, 터미널 리턴 전류를 측정하기 위해 질량 분석기의 직하류에 별도의 구조물 또는 하우징이 위치될 수 있다. 일단 얻어지면, 웨이퍼 전반에 걸친 임플란트 균일도와 비임 전류를 개선하도록 이온 비임의 선량 또는 스캐닝을 조절하기 위해 터미널 리턴 전류가 사용될 수 있다.
다음의 상세한 설명과 첨부 도면들은 본 발명의 임의의 예시적인 특징 및 실시예들 상세히 설명한다. 이들은 본 발명의 원리가 적용되는 직접적인 것이지만, 다양한 형태로 실시될 수 있다고 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들을 실시하는데 적합한 예시적인 이온 주입 시스템을 도시하는 평면도이며,
도 2는 본 발명의 특징에 따른 이온 주입 시스템(200) 내의 다양한 영역들을 도시하는 다이어그램이며,
도 3은 본 발명의 특징에 따른 이온 주입 시스템을 위한 터미널 리턴 전류를 도시하는 블록 다이어그램이며,
도 4는 본 발명의 특징에 따른 터미널 리턴 전류 시스템을 도시하는 블록 다이어그램이며,
도 5는 본 발명의 특징에 따른 터미널 리턴 전류 선량 제어 시스템의 일부분을 도시하는 블록 다이어그램이며,
도 6은 본 발명의 특징에 따른 이온 주입 시스템을 도시하는 다이어그램이며,
도 7은 본 발명의 특징에 따른 터미널 리턴 전류에 따른 이온 비임의 선량을 조절하고 이온 비임의 터미널 리턴 전류를 유도하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 이후에, 동일한 도면 부호가 동일한 구성 요소를 지칭하는 하는데 전반적으로 사용되었고 반드시 축척대로 도시되지 않은 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
포토레지스트 기체 방출과 같은 기체 방출은 이온 주입 시스템에 있어서 과 제이다. 기체 방출은 시스템 내의 진공 압력을 증가시키며 이온 비임 중의 몇몇 이온들이 중성자들로 변화되게 한다. 중성자들은 종래 방식으로 검출되지 않기 때문에, 선량 측정에 있어서 문제시 되어 왔다. 이는 굽힘에 있어서 결함이 있는 고전류 이온 주입 시스템에서 특히 문제시 될 수 있다. 그 결과, 종래 시스템에서의 선량 제어는 문제가 있었다. 압력 보상으로서 공지된 종래 기술은 적어도 몇몇 예에서, 전술한 중성화 문제점을 처리하는데 불충분하다.
본 발명의 특징들은 웨이퍼의 스캐닝 속도를 조절하기 위한 상류 전류 측정으로도 지칭되는 터미널 리턴 전류를 사용한다. 터미널 리턴 전류는 예를 들어, 비임 안내 전류, 전원 전류, 및 다른 개개의 상류 전류 측정치를 포함할 수 있다. 터미널 전류는 예를 들어, 마그네트 내측의 이온 비임의 손실량을 나타내며 수평, 수직, 저속, 고속 등과 같은 하나 또는 그 이상의 방향으로 웨이퍼 스캔 속도를 조절하는데 사용됨으로써, 선량 측정을 개선한다. 터미널 리턴 전류 및 스캐닝 제어는 폐루프 시스템에 사용된다.
터미널 리턴 전류가 얻어지거나 유도되며 비임 전류 내의 편차를 검출하거나 확인하도록 중성화가 사용되기 이전에 전체 비임 전류를 나타내거나 표시한다. 패러데이 컵은 이온 주입의 일부분 중에만 전류를 측정하며 타겟 웨이퍼의 하류에 위치된다. 패러데이 컵은 중화된 이온이나 도펀트를 고려하지 않았기 때문에, 비임 전류 편차를 검출 및/또는 표시에 실패했으며 아무것도 존재하지 않을 때 편차를 검출하거나 표시할 수 있다.
터미널 리턴 전류는 통과 이온 비임에 의해 생성되는 외피, 하우징, 전극 등 의 하나 또는 그 이상의 전류를 측정함으로써 얻어지거나 유도될 수 있다. 개개의 전류들은 터미널 리턴 전류로 처리될 수 있다. 이와는 달리, 터미널 리턴 전류를 측정하기 위해 질량 분석기의 직하류에 별도의 구조물 또는 하우징이 위치될 수 있다. 일단 얻어지면, 웨이퍼 전반에 걸친 임플란트 균일도와 비임 전류를 개선하도록 이온 비임의 선량 또는 스캐닝을 조절하기 위해 터미널 리턴 전류가 사용될 수 있다.
도 1은 터미널(12), 비임라인 조립체(14), 및 단부 스테이션(16)을 갖는 예시적인 이온 주입 시스템(10)을 돋시하는 평면도이다. 예시적인 시스템(10)은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 특징들을 실현하는데 적합하다. 본 발명의 특징들은 다른 이온 주입 시스템과도 실시될 수 있다고 이해해야 한다.
터미널(12)은 이온 비임(24)을 생성하고 비임라인 조립체(14)로 지향시키며 고전압 공급원(22)에 의해 전력을 공급받는 이온 소오스(20)를 포함한다. 이온 소오스(20)는 이온 소오스(20)로부터 추출되는 하전 이온을 생성하며 비임라인 조립체(14) 내의 비임 통로를 따라 단부 스테이션(16)으로 지향되는 이온 비임(24)으로 형성된다.
비임라인 조립체(14)는 비임가이드(32), 리졸빙 구멍(34: resolving aperture)을 통해 적절한 전하-대 질량비를 갖는 이온만을 통과시키도록 내부에 쌍극 자기장이 설정되는 질량 분석기(26), 스캐닝 시스템(35), 및 평행기(38: parallelizer)를 가진다. 이온 주입 시스템(10)는 또한 이온 소오스(20)와 단부 스테이션(16) 사이로 연장하는 다수의 비임 형성 및 정형화 구조물도 포함하는데, 이는 이온 비임(24)을 유지하며 비임(24)이 단부 스테이션(16) 내에 지지되는 피가공재(30)로 이송되게 하는 길다란 내측 공동이나 통로를 형성한다. 이러한 이온 비임 이송 통로는 공기 분자와의 충돌을 통해 이온이 비임 통로로부터 편향될 가능성을 감소시키도록 통상적으로 배기된다.
이온 주입기는 상이한 형태의 스캐닝 시스템을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도시된 정전기 시스템은 고전압 공급원을 스캔 판에 연결한다. 스캔 판 상의 전압은 비임을 스캔하도록 조절된다. 자기 시스템에서, 고전류 공급원이 전자석의 코일에 연결된다. 자기장은 비임을 스캔하도록 조절된다. 이러한 본 발명의 목적으로, 모든 상이한 형태의 스캐닝 시스템이 동등하게 사용될 수 있으며 정전기 시스템이 설명을 위해 사용된다.
스캐닝 시스템(35)은 스캐너(36) 및 스캐너 판 또는 전극(36a,36b)에 연결되는 전력 공급원(50)을 포함하며, 스캐너(36)는 질량 분석기(26)로부터 비임 통로를 따라 질량 분석된 이온 비임(24)을 수용하며 평행기(38)로 비임 통로를 따라 스캔된 비임(24)을 제공한다. 평행기(38)는 비임(24)이 일반적으로 일정한 입사각에서 선량 측정 시스템(52)의 측정 센서와 충돌하도록 스캔된 비임(24)을 단부 스테이션(16)으로 지향시킨다.
스캐너(36)는 상대적으로 좁은 프로파일(예를 들어, 도시된 시스템(10)에서 "펜슬" 비임)을 갖는 질량 분석된 이온 비임(24)을 수용하며, 스캐너 판(36a,36b)으로 전력 공급원(50)에 의해 가해진 전압 파형은 해당 피가공재보다 넓거나 적어도 해당 피가공재의 폭만큼 넓을 수 있는 유효 X방향을 갖는 길다란 "리본" 비임 (예를 들어, 스캔된 비임(24))으로 비임(24)을 확산시키도록 X 방향(스캔 방향)으로 비임(24)을 전후로 스캔하도록 작동한다. 스캔 비임(24)은 비임을 일반적으로 Z 방향에 평행하게(예를 들어, 일반적으로 피가공재 표면에 수직하게) 단부 스테이션쪽으로 지향시키는 평행기(38)를 통과한다.
이온 주입기(10)는 상이한 형태의 단부 스테이션(16)을 사용할 수 있다. 예를 들어, "배치"식 단부 스테이션은 회전 지지 구조물 상에 다중 피가공재(30)를 동시에 지지할 수 있으며, 여기서 피가공재(30)는 모든 피가공재(30)가 완전히 이온 주입될 때까지 이온 비임의 통로를 통해 회전된다. 다른 한편으로, "시리얼"식 단부 스테이션은 이온 주입을 위해 비임 통로를 따라 단일 피가공재(30)를 지지할 수 있으며, 여기서 다중 피가공재(30)는 시리얼 방식으로 한번에 하나씩 주입되며, 각각의 피가공재(30)는 다음 피가공재(30)의 이온 주입이 시작되기 이전에 완전히 이온 주입될 것이다.
도시된 단부 스테이션(16)은 이온 주입을 위해 비임 통로를 따라 단일 피가공재(예를 들어, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 또는 비임(24)으로부터의 이온에 의해 주입될 다른 피가공재)를 지지하는 "시리얼"식 단부 스테이션이며, 여기서 선량 측정 시스템(52)은 이온 주입 작동 이전에 교정 측정을 위해 피가공재 위치 근처에 위치된다. 교정 중에, 비임(24)은 선량 측정 시스템(52)을 통과한다. 선량 측정 시스템(52)은 프로파일러 통로를 연속적으로 횡단하여 스캔된 비임의 프로파일을 측정하는 하나 또는 그 이상의 프로파일러(56)를 포함한다. 도시된 선량 측정 시스템(52)에서, 프로파일러(56)는 스캔된 비임의 전류 밀도를 측정하기 위해 종래의 패러데이 컵과 같은 전류 밀도 센서를 포함한다. 전류 밀도 센서는 스캔된 비임에 대해 일반적으로 대각선 방향으로 이동되며 통상적으로 리본 비임의 폭을 횡단한다. 선량 측정 시스템(52)은 명령 신호를 수신하고 측정값을 제공하는 제어 시스템(54)에 작동가능하게 연결된다.
제어 시스템(54)도 질량 분석기(26)의 하류 또는 그 부근 영역으로부터, 상류 전류 또는 복합 상류 전류로도 지칭되는 터미널 리턴 전류를 얻는다. 일 예에서, 터미널 리턴 전류는 실질적인 중성자가 질량 분석으로 인한 이온 비임(24) 내에 존재하기 이전에 질량 분석기(26)를 이탈하는 비임 전류에 비례한다. 비임(24)의 중성자화는 특히, 포토레지스트에서 발생되는 것과 같은 압력-변경 기체 방출과 관련된 작동 중에 발생할 수 있다. 그 결과, 터미널 리턴 전류는 비임 전류에 대한 확인을 개선하는데, 그 이유는 압력에 기초한 변경이나 중성자의 존재에 민감하지 않기 때문이다. 터미널 리턴 전류는 바람직하거나 선택된 균일도를 얻고 변동을 피하기 위해서 이온 비임(24)의 스캐닝 및/또는 생성을 조절하는데 사용될 수 있다.
터미널 리턴 전류는 전극 전류, 하우징 전류, 전력 공급원 전류 등과 같은 하나 또는 그 이상의 개별적인 상류 전류 측정값을 포함할 수 있다. 일 예에서, 전류 측정값은 예를 들어, 비임 가이드 외피 또는 그곳을 통과하는 양이온으로부터 증가되는 다른 성분 상의 전하를 측정함으로써 얻어진다. 터미널 리턴 전류는 스케일 팩터, 필터, 임피던스 정합, 다중 전류의 추가 등으로 처리될 수 있다. 스케일 팩터 등은 교정 중에 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 이온 주입 시스템(200) 및 그 시스템 내의 다수의 영역들을 도시하는 다이어그램이다. 시스템(200)은 중성화가 발생되고 이온 비임과 충돌하는 것을 설명하기 위해서 일 예로서 제공된 것이다.
상기 시스템(200)은 추출 전극(204)과 결합되는 이온 비임(203)을 생성하는 이온 소오스(202)를 포함한다. 이온 비임 소오스(202)는 예를 들어, 관련 전력원을 구비한 플라즈마 소오스를 포함한다. 플라즈마 소오스는 예를 들어, 이온화 챔버 그리고 집광 및 정형화된 이온 비임이 추출되는 추출 광학기구를 포함한다. 이온 소오스(202)는 선택된 도펀트 또는 종을 갖는 이온 비임(203)을 생성한다. 선택가능한 도펀트의 몇몇 예들은 예를 들어, p-형인 붕소, 및 n-형인 인을 포함한다. 추출 전극(204)은 초기 에너지를 갖는 이온 소오스로부터 이온 비임(203)을 추출하는 역할을 한다.
이온 비임(203)은 질량 분석용 마그네트(206)를 통해 하류로 이동한다. 질량 분석용 마그네트(206)는 적절한 전하-대-질량비를 갖는 이온을 선택적으로 통과시킨다. 다른 이온 또는 입자들은 다른 통로나 궤적을 따라 마그네트를 통과하며 비임(203)을 빠져 나간다. 질량 분석용 마그네트(206)의 하류에는 예를 들어, 스캐너, 아셀/디셀(accel/decel) 전극 등을 포함할 수 있는 조립체 또는 부분(208)이다.
리졸빙 구멍 및 디셀(210)은 조립체(208)의 하류에 도시되며 비임(203)으로부터 미선택 이온 및 입자들을 제거하는 역할을 한다. 비임(203)은 타겟 웨이퍼(212)쪽으로 지향된다. 디스크 패러데이(214)는 비임 전류 또는 플럭스를 측정 하기 위해 웨이퍼(212)의 하류에 위치된다.
기체 방출은 특히 포토레지스트로부터 이온 주입 중에 발생할 수 있다. 압역 편차는 그로부터 유발되며 증가된 중성자화가 발생 및/또는 비임 전류가 변경될 수 있다. 디스크 패러데이(214)는 비임(203) 내의 중성자로 인해 비임 전류를 적절히 측정하는데 실패할 수 있다.
도 2는 시스템(200)의 3 개의 영역을 도시한다. 영역 3은 리졸빙 마그네트(206)로부터 이탈하며 이온 소오스(202)로부터 이온 비임의 통로를 에워싼다. 영역 3에서, 중성자화된 도펀트 또는 이온은 선택된 전하-대-질량비를 갖지 못하며 통상적으로 상기 마그네트를 통과하는데 실패하여 여전히 비임(203) 내에 존재한다. 영역 2는 질량 분석용 마그네트(206)로부터 리졸빙 구멍(210)으로 이온 비임(203)의 통로를 에워싼다. 영역 2에서, 중성자화된 도펀트 또는 이온은 이온 비임(203) 내에 유지하는데, 이는 비임(203)이 타겟 웨이퍼(212)로부터 이온 비임(203)의 직선으로 또는 시야 선으로 이동하기 때문이다. 영역 1은 리졸빙 구멍으로부터 타겟 웨이퍼(212)로 이온 비임(203) 통로를 에워싸며 리졸빙 구멍(210)을 포함한다. 영역 2에서와 같이, 영역 1은 중성자화된 도펀트 또는 이온은 이온 비임(203) 내에 유지하는데, 이는 비임(203)이 타겟 웨이퍼(212)로부터 이온 비임(203)의 직선으로 또는 시야 선으로 이동하기 때문이다. 또한, 비임(203) 내에서의 이온의 충분한 중성자화는 영역 1에서 발생할 수 있는데, 이는 타겟 웨이퍼(212)의 근접성 및 기체 방출의 발생 때문이다.
본 발명의 특징은 마그네트(206) 및 완전 전류로도 지칭되는 영역 3을 이탈 할 때 이온 비임(203)의 비임 전류에 비례하는 상류 전류로도 지칭되는 터미널 리턴 전류를 확인, 측정 및/또는 유도한다. 그러한 관점에서, 중성자화된 도펀트나 이온의 상당한 양은 질량 분석용 마그네트(206)로 인해 비임 내에 존재하지 않는다. 터미널 리턴 전류는 비임 균일도를 개선하기 위해 비임 전류 편차를 조절하는데 사용될 수 있다.
터미널 리턴 전류는 영역 1 및/또는 영역 2에서 자기 분석용 마그네트에 관한 하나 또는 그 이상의 전류를 측정함으로써 도 2에서 얻을 수 있다. 예를 들어, 전류 측정은 질량 분석용 마그네트(206)의 비임 하류를 에워싸는 구조물/외피의 터미널로부터 취해질 수 있다. 전류 측정은 터미널로부터 접지로 수행될 수 있다. 유사하게, 전류 측정도 추출 전극(204), 마그네트(206) 자체 또는 이를 포함하는 하우징 등으로부터 취해질 수 있다. 측정된 전류는 이온 비임(203)의 완전 비임 전류를 근사 및/또는 나타내는 터미널 리턴 전류를 생성하도록 처리 및 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 특징에 따른 이온 주입 시스템을 위한 터미널 리턴 전류 시스템(300)을 도시하는 블록 다이어그램이다. 이온 주입 시스템의 세부 사항과 성분들은 본 발명을 더욱 명확하게 설명하기 위해 생략되었다.
이온 소오스(302)는 통로를 따라 이동하는 이온 비임(304)을 생성한다. 질량 분석기(306)는 비임(304)에 대한 질량 분석을 수행하며 선택된 도펀트를 포함하는 선택된 전하-대-질량비를 갖는 입자들만을 통과시킨다. 그 결과, 도 3에 |1로서 나타낸 완전 비임 전류가 질량 분석기(306)로부터 이탈한다.
패러데이 컵(310)은 (도시 않은)단부 스테이션 또는 타겟 웨이퍼에 근접하며 타겟 웨이퍼의 하류에 위치된다. 패러데이 컵(310)은 비임 전류를 측정하지만, 전술한 바와 같이 비임(304) 내의 중성화된 이온을 고려하지 않은 결과로써, 항상 비임 전류의 정확한 측정이 제공되지 않는다. 도 3에서 |3으로서 지칭된 패러데이 컵으로부터 측정된 패러데이 전류는 이온 비임(304) 내의 중성자를 고려하지 않았다.
측정 장치(308)는 도 3에 |2로서 도시한 터미널 리턴 전류를 측정 및/또는 얻는다. 측정 장치(308)는 터미널 리턴 전류를 얻기 위해 질량 분석기(306)에 대하여 별도의 구조물 및/또는 다른 부분들로부터 하나 또는 그 이상의 개별적인 상류 전류를 측정한다. 측정된 상류 전류는 예를 들어, 외피, 하우징 등에 터미널을 연결하고 그곳을 통과하는 비임(304)의 양이온에 의해 유도된 전하를 측정함으로써 얻을 수 있다. 다른 예에서, 별도의 전도성 TRC 구조물 또는 외피가 질량 분석기의 직하류에 위치된다. 전하는 통과하는 비임(304)의 양이온의 결과로서 TRC 구조물 상에 축적되며 전하는 터미널 리턴 전류를 얻기 위해 측정된다.
터미널 전류(|2)물리학으로부터 |1 = -12 일때 완전 전류와 관계된다. 패러데이 측정 전류(|3)는 완전 전류(1)의 함수이나 이온 소오스(302)로부터 패러데이 컵(310)으로 이온 비임(304)의 비임 이송으로 인해 보통은 더 작은 비트이다. 또한, 전술한 바와 같이 패러데이 측정 전류(|3)는 이온 비임(304) 내의 중성자를 포함하지 않거나 나타내지 않는다. 또한, 패러데이 측정 전류(|3)는 이온 주입 공정의 실질적인 부분을 위해 웨이퍼에 의해 차단된다.
진행중인 이온 주입 공정의 변경이나 중단없이 직접 완전 비임 전류(|1)를 측정하는 것은 문제가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 발명자들은 중단 없이 얻을 수 있는 터미널 리턴 전류(|2)를 얻는다. 또한, 터미널 리턴 전류(|2)는 커다란 범위의 압력에 대해 선형적으로 변화하며 웨이퍼에 의해 차단되지 않는다. 그러므로, 터미널 리턴 전류(|2)는 이온 주입 중에 선량 제어에 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 특징에 따른 터미널 리턴 전류 시스템(400)을 도시하는 블록선도이다. 시스템(400)은 터미널 리턴 전류를 유도하기 위해 이온 주입 시스템의 일부분들로부터 측정된 전류 값을 얻는 구성의 일 예를 나타낸다.
시스템(400)은 이온 소오스(404) 및 추출/억제 전극(405)을 포함하는 이온 소오스 하우징을 포함한다. 이온 소오스(404)는 선택된 이온 또는 도펀트를 포함하는 이온 비임(414)을 제공한다. 비임 가이드 외피(406)는 이온 비임(414)이 통과하고 질량 분석을 수행하는 질량 분석용 마그네트(도시 않음)와 같은 성분들을 포함한다. 별도의 하우징(408)은 비임 가이드 외피(406)의 하류에 위치되며 예를 들어, 리졸빙 구멍, 아셀/디셀 전극, 스캐닝 시스템 등을 포함할 수 있다.
타겟 웨이퍼(410)는 하우징(408)으로부터 더욱 하류에 위치되며 패러데이 컵(412)은 웨이퍼(410)의 뒤에 위치된다. 도 4에 |1으로서 도시된 완전 전류는 상당한 양의 중성자없이 하우징(408)을 빠져 나간다. 패러데이 컵(412)은 비임 이송 및 중성자화로 인해 완전 전류(|1)보다 작은 도 4에 |3으로 도시한 패러데이 측정 전류를 얻는다.
소오스 측정 성분(416)은 이온 소오스(404)에 연결되며 추출 전류를 측정한 다. 전극 측정 성분(418)은 하나 또는 그 이상의 억제 전극(405)에 연결되며 전극 전류(|_SUP)를 측정한다. 비임 가이드 측정 성분(420)은 비임 가이드 전류(|_BG)를 측정한다. 비임 가이드 측정 성분(420)은 본 예에서, 드리프트 모드와 디셀 모드에서 작동할 수 있다. 드리프트 모드를 위해서, 비임 가이드(406)는 쇼팅 바아(424)에 의해 접지된다. 디셀 모드를 위해서, 비임 가이드(406)는 릴레이(422)에 의해 디셀 PS에 연결된다.
이온 주입 중에 터미널 리턴 전류(|2)를 실시간으로 유도하기 위해 전류(|_EXT, |_SUP, |BG)가 사용될 수 있다. 전류(|2)는 완전 전류(|1)를 대표하며 이온 주입 중의 선량 조절을 위해 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 특징에 따른 터미널 리턴 전류 선량 제어 시스템(500)의 일부를 도시하는 블록선도이다. 시스템(500)은 하나 또는 그 이상의 상류 전류 측정값을 수용하고 터미널 리턴 전류(TRC)를 유도하는 신호 조정(Signal Conditioning) 성분(502)을 포함한다. 이러한 특징에서, 상류 전류 측정값은 비임 가이드 외피 측정값(|_BG), 소오스 추출 측정값(|_EXT), 제 1 억제 전극 측정값(|_SUP1), 및 제 2 억제 전극 측정값(|_SUP2)을 포함한다. 그러나, 본 발명의 다른 특징은 다른 전류/전하 측정값을 포함할 수 있다고 이해해야 한다.
신호 조정 성분(502)은 스케일링 성분, 필터링 성분, 추가의 성분, 및 임피던스 정합 성분을 포함한다. 임피던스 정합 성분은 전류 측정값에 대한 임피던스 편차를 보상한다. 스케일링 성분은 스케일링 값을 각각의 측정 전류값에 적용한다. 스케일링 값은 예를 들어 웨이퍼 없는 패러데이 측정 전류를 사용하는, 교정 또는 셋업 공정 중에 결정될 수 있다.
필터링 성분은 전류 측정값으로부터 노이즈 및/또는 다른 원치않는 신호를 필터링한다. 추가의 성분은 스케일 및 필터링된 전류 측정값을 터미널 리턴 전류(TRC)와 조합한다.
도 6은 본 발명의 특징에 따른 이온 주입 시스템(600)을 도시하는 다이어그램이다. 시스템(600)은 유도된 터미널 리턴 전류에 대한 2차 전자 충돌을 하류로 이동시키기 위해 리졸빙 억제 전극을 사용한다.
시스템(600)은 선택된 특징들을 갖는 이온 비임(606)을 제공하는 억제 전극(604)과 이온 소오스(602)를 포함한다. 비임 가이드 외피(608)는 이온 비임(606)에 관한 질량 분석을 수행하는 비임 가이드부를 포함한다. 비임 라인 조립체(610)는 리졸빙 구멍, 리졸빙 억제 전극, 플라즈마 전극(612), 웨이퍼 위치 및 비임 각도 측정 성분(614), 및 디스크 패러데이(616)를 포함하는 다양한 성분들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
플라즈마 전극 플러드(612:flood)) 및/또는 다른 하류 2차 전자들은 비임 가이드 외피 전류 측정값과 같은 전류 측정값에 영향을 줄 수 있으며, 터미널 리턴 전류를 유도하는데 사용된다. 그 결과, 터미널 리턴 전류는 부정확해질 수 있다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 리졸빙 억제 전극(도 6의 VR-SUP)의 사용으로 이러한 결과를 감소시켜 터미널 리턴 전류 정확도를 개선하였다.
도 7은 본 발명의 특징에 따른 터미널 리턴 전류에 따라 이온 비임의 선량을 조절하고 이온 비임의 터미널 리턴 전류를 유도하기 위한 방법(700)을 설명하는 다 이어그램이다.
상기 방법은 초기 터미널 리턴 전류와 초기 패러데이 전류가 저압에서 획득/측정되는 블록(702)에서 시작한다. 이들 값들은 패러데이 전류가 완전 전류에 더욱 가깝게 근접되도록 기체 방출 없이 저압에서 결정될 수 있다.
블록(704)에 계속해서, 터미널 리턴 전류와 패러데이 전류 사이의 관련성이 저압에서 결정되며 초기 터미널 리턴 전류와 패러데이 전류 값을 포함한다. 예를 들어, 전류 측정값을 위한 스케일링 인수, 필터링 특징, 추가 공식, 임피던스 정합 등과 같은 다른 특징들도 유도될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 전류/전하 측정값이 이온 주입 중에 블록(706)에서 얻어진다. 하나 또는 그 이상의 전류 측정값은 비임 가이드 외피 전류, 억제 전극 전류 등을 포함한다. 또한, 전류 측정값은 질량 분석용 마그네트의 하류에 위치되는 외피 또는 구조물로부터의 단일 측정값을 포함하거나 단일 측정값으로 구성된다. 리졸빙 구멍은 플라즈마 전자 플러드 및/또는 2차 전자의 영향을 감소시키는데 선택적으로 사용될 수 있다.
터미널 리턴 전류는 블록(708)에서 하나 또는 그 이상의 전류 측정값으로부터 유도된다. 유도 단계는 일 예로서, 전류 측정값의 스케일링, 임피던스 정합, 전류 측정값의 필터링, 및 전류 측정값의 추가 단계를 포함할 수 있다. 상기 유도 단계는 고속 스캔의 말기에서, 고속 스캔 중의 다양한 지점 등에서 연속적으로 수행될 수 있다. 추가로, 터미널 리턴 전류는 이전의 터미널 전류값으로 평균화되거나 고속 스캔 등에 대해 평균화될 수 있다.
저속 및 고속 스캔에 대한 스캐닝 비율 또는 속도는 블록(710)에서 유도된 터미널 전류에 따라 조정된다. 일 예에서, 스캐닝 시스템의 저속 스캔에 대한 제어 신호는 블록(702)에서 얻어진 초기 패러데이 전류 곱하기 블록(706)에서 유도된 터미널 리턴 전류에 따라 설정되며 블록(702)에서 얻어진 초기 터미널 리턴 전류에 나누어진다. 다른 예에서, 제어 신호는 유도된 터미널 리턴 전류와 상기 초기 패러데이 전류에 추가된 초기 터미널 리턴 전류 사이의 차이값에 따른 설정 또는 조절된다. 또 다른 예에서, 제어 신호는 압력 보상 인자, 초기 터미널 리턴 전류, 상기 전류 유도된 터미널 리턴 전류, 및 초기 패러데이 전류에 따라 설정된다. 다른 적합한 제어 기구가 본 발명에 고려될 수 있으며 고속 및 저속 스캔에 대한 스캔 속도의 조절을 포함한다. 또한, 본 발명의 다른 특징은 유도된 터미널 리턴 전류에 따라 적어도 부분적으로 이온 소오스에 의해 생성되는 이온 비임의 선량을 조절할 수 있다. 방법(700)은 추가의 측정 및 조정을 위해 블록(704)에서 다시 계속될 수 있다.
방법(700)의 일부분들은 생략될 수 있으며 다른 추가의 작동들이 본 발명의 다른 특징에 따라 실시될 수 있다고 이해해야 한다. 또한, 실시 순서도 어떻게 도입되는냐에 따라 변경될 수 있다.
본 발명이 하나 또는 그 이상의 실시예에 따라 설명되고 도시되었지만, 변경예 및/또는 변형예들이 다음의 사상 및 범주로부터 이탈함이 없이 도시된 예들로부터 창안될 수 있다. 특히 전술한 성분 또는 구조물(블록, 유닛, 엔진, 조립체, 장치, 회로, 시스템 등)에 의해 수행되는 다수의 기능들과 관련하여, 그러한 성분들 을 설명하는데 사용된 ("수단"으로 언급한 것을 포함한)용어들은 비록 본 발명의 예시적인 실시예들에서의 기능을 수행하는 전술한 구조물과 구조적으로 동등하지 않더라도 다른 언급이 없는 한, 전술한 성분들의 특정 기능(예를 들어, 기능적으로 동등한 기능)을 수행하는 임의의 성분이나 구조물에 대응하는 것이라 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 특징이 여러 실시예들 중 단지 하나의 실시예에 대해 설명하였더라도, 그러한 특징은 전술한 바와 같은 다른 실시예들의 하나 또는 다른 특징 및 임의로 주어지거나 특정 적용에 있어서의 장점들과 조합될 수 있다. 본 발명에서 사용된 "예시적인"이란 용어는 최선 또는 우수한과 대치되는 예를 의미하는 것이라 이해해야 한다. 또한, 상세한 설명이나 청구의 범위에 사용된 "포함하는(including)", "포함한다", "가지다", "구비한" 또는 이의 파생어와 같은 용어들은 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 해석될 수 있다고 이해해야 한다.

Claims (4)

  1. 이온 주입 시스템으로서,
    비임 통로를 따라 이온 비임을 생성하는 이온 소오스와,
    상기 이온 소오스로부터 하류에, 그리고 상기 비임 통로를 따라 외피의 내부에 배열되는 비임 가이드와,
    고속 및/또는 저속 방향으로 상기 이온 비임을 제어가능하게 스캔하며 상기 비임 가이드의 하류에 배열되는 스캐닝 시스템과,
    상기 비임 가이드의 하류에 배열되는 타겟 웨이퍼와,
    패러데이 전류 측정값을 제공하는 패러데이 컵, 및
    터미널 리턴 전류를 제공하며 상기 터미널 리턴 전류에 따라 상기 스캐닝 시스템에 의한 스캐닝을 변경하는 터미널 리턴 전류 시스템을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터미널 리턴 전류 시스템은 하나 또는 그 이상의 개별적인 상류 전류를 측정하며 상기 하나 또는 그 이상의 개별적인 상류 전류로부터 상기 터미널 리턴 전류를 유도하는,
    이온 주입 시스템.
  3. 이온 주입 시스템의 작동 조정 방법으로서,
    하나 또는 그 이상의 전류 측정값을 얻는 단계와,
    하나 또는 그 이상의 스케일링 인수만큼 상기 하나 또는 그 이상의 전류 측정값을 스케일링하는 단계와,
    상기 하나 또는 그 이상의 스케일링된 전류 측정값을 필터링하는 단계와,
    터미널 리턴 전류를 유도하도록 상기 필터링된 전류 측정값을 가산하는 단계, 및
    상기 터미널 리턴 전류에 따라 선량을 조정하는 단계를 포함하는,
    이온 주입 시스템의 작동 조정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선량을 조정하는 단계는 저속 스캔 속도를 조정하는 단계를 포함하는,
    이온 주입 시스템의 작동 조정 방법.
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