KR20090091130A - 인-시튜 마스크를 사용하여 이온 주입 장치들의 성능을 매칭시키기 위한 기술 - Google Patents

인-시튜 마스크를 사용하여 이온 주입 장치들의 성능을 매칭시키기 위한 기술 Download PDF

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KR20090091130A
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피터 디. 누난
브렛 더블유. 아담스
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

인-시튜 마스크를 사용하여 이온 주입 장치들의 성능을 매칭시키기 위한 기술이 개시된다. 일 실시예에 있어서, 이온 주입 공정은 기판의 일부 상에 수행되고 나머지는 마스킹된다. 이어서, 상기 기판은 제2 주입기 장치로 이동된다. 이어서 주입 공정이 상기 제2 주입기 장치를 사용하여 동일한 기판의 다른 부분 상에 수행되고 상기 기판의 나머지는 마스킹된다. 상기 제2 이온 주입 공정 이후에, 파라미터 테스트가 상기 제1 및 제2 부분들 상에 수행되어 이러한 소자들에서 하나 또는 그 이상의 성능 특성들의 변화가 있는지를 결정한다. 변화들이 발견되면, 상기 주입기 장치들 중 하나의 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터들에 대한 변경들이 제안되어 상기 제조 설비 내에서 주입기들의 성능 변화를 감소시킬 수 있다.

Description

인-시튜 마스크를 사용하여 이온 주입 장치들의 성능을 매칭시키기 위한 기술{TECHNIQUE FOR MATCHING PERFORMANCE OF ION IMPLANTATION DEVICES USING AN IN-SITU MASK}
본 발명은 기판 처리 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 인-시튜 마스크를 사용하여 이온 주입 장치들의 성능 매칭을 위한 기술에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서, 이온 주입은 기판 일부들의 물질 특성들을 변화시키기 위해 사용된다. 실제로, 이온 주입은 반도체 웨이퍼들로 도전성-변경 물질들을 주입하여 다양한 반도체-기반 제품들을 형성하기 위한 일반적인 기술이 되어 왔다. 주입 공정은 생성된 매립 막들(halo implants)에 대해 도전성-변경 불순물들을 도입하여 결정 표면들을 변경(예비-비정질화)하고, 오염원들을 위한 수집 사이트들을 생성시키고, 확산 방지막들(F 및 C 주입)을 생성한다. 또한, 이온 주입은 합금 금속 컨택 영역을 위한 비-트랜지스터 응용들을 위한 반도체들, 평판 패널 디스플레이 제조 및 표면 처리에서 사용될 수 있다. 이러한 모든 이온 주입 응용들은 일반적으로 물질 특성 변경 영역을 형성하는 것으로 분류될 수 있다.
이온 주입 공정에 있어서, 원하는 불순물 물질은 전형적으로 이온 소스에서 이온화되며, 상기 이온들은 가속되어 소정의 에너지를 갖는 이온 빔을 형성하고, 상기 이온 빔은 반도체 웨이퍼의 표면을 향하게 된다. 상기 이온 빔의 에너지화된 이온들은 벌크 반도체 물질을 투과하고 상기 웨이퍼의 상기 벌크 반도체 물질의 결정격자에 일체화되어 원하는 도전 영역을 형성한다.
이온 주입 시스템들은 일반적으로 가스 또는 고체 물질을 잘 정의된 이온 빔으로 변환시키기 위한 이온 소스를 포함한다. 상기 이온 빔은 질량 분석되어 원하지 않는 종들을 제거하고, 소정의 에너지로 가속화되고, 이어서 타겟 영역, 전형적으로, 반도체 물질의 웨이퍼 표면 상으로 향하게 될 수 있다. 상기 이온 빔은 빔 스캐닝, 타겟 영역 이동, 또는 빔 스캐닝과 타겟 영역 이동의 조합에 의해 상기 타겟 영역 상에서 분포될 수 있다. 종래의 이온 주입기들의 예들은, 엔게(Enge)에게 1981년 6월 30일에 허여된 미국특허공보 제4,276,477; 터너(Turner)에게 1981년 8월 11일에 허여된 미국특허공보 제4,283,631호; 프레이트시스(Freystsis)에게 1990년 2월 6일에 허여된 미국특허공보 제4,899,059호; 베리안(Berrian) 등에게 1990년 5월 1일에 허여된 미국특허공보 제4,922,106호; 및 화이트(White) 등에게 1994년 9월 27일에 허여된 미국특허공보 제5,350,926호에 개시되어 있다.
반도체 제조자의 이윤은 높은 수율을 유지하는 능력에 직접적으로 영향을 받는다. 제조자의 수율은 사용가능한 마이크로전자 소자들(프로세서들, 메모리 셀들, 또는 다른 트랜지스터-기반 소자, 반도체 구성요소들)로 성공적으로 처리된 실리콘 웨이퍼 면적의 비율을 나타낸다. 실리콘 웨이퍼들의 고 비용 및 처리 장비의 높은 지출에 의해, 제조자들이 높은 수율을 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 단일 의 웨이퍼는 300개의 소자들을 지지하고, 각 소자가 150달러의 도매가를 갖는 경우에, 전체 사용 가능한 표면 면적이 사용 가능한 소자들로 처리될 수 있다면, 즉 100%의 수율이라면, 하나의 처리된 웨이퍼의 가격은 45,000 달러가 될 수 있다. 일반적으로, 제조자는 이윤 또는 유지를 위해 약 70% 이상의 수율을 유지하여야 하고, 수율에서의 약간의 증가는 이윤에서의 상당한 증가를 의미할 수 있다. 반도체 제조 산업에 있어서, 더욱 좋게 제조하는 것, 즉 각 웨이퍼 상에서 사용 가능한 제품들을 만드는 것이 비교적 적게 비용이 증가되므로 주된 목적은 수율을 최대화하는 것이다.
수율에 크게 영향을 주는 한 가지 요인은 제조자의 공정 제어이다. 그러므로, 제조 장비가 일관적이고 정확한 작동 파라미터들에서 작동하는 것을 확보하는 것이 중요하다. 공정 변화들(process variations)을 제거하는 것은 일반적으로 수율을 증가시키고 이상적으로 최대화하는 것이다.
이온 주입 장치의 경우에 있어서, 반도체 제조자가 일반적으로 조절하는 네 개의 소자 파라미터들이 있다: 이온 빔 각도, 이온 함량(ion dose), 이온 종들(ion species) 및 이온 에너지. 추가적으로, 조정될 수 있는 주입 장비 설정에 있어서, 이러한 조정 가능한 파라미터들은 반도체 소자 성능에 영향을 주고 이온 주입 장치마다 변화한다. 현재 기술들은 개별적인 주입기들의 개별적인 설정들을 교정하고, 시스템 설정들을 측정하거나, 비-소자 블랭킷(blanket) 웨이퍼들을 사용하는 것을 포함한다. 주입기들을 한번에 하나씩 교정하는 것에 초점을 맞추고 있는 이러한 기술들을 사용하므로, 정교하게 교정하는 것은 불가능하다. 더욱이, 한번에 하나씩 주입기들을 교정하는 것은 시간 소비적이고, 비용적으로 웨이퍼들을 요구하고, 수율과 관련시키는 것이 어렵다.
전술한 관점에서, 알려진 시스템들의 상술한 불충분한 점들 및 결점들의 일부 또는 전부를 극복하는 장치 대 장치 성능 변화를 감소시킬 수 있는 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
인-시튜 마스크를 사용하여 이온 주입 장치들의 성능을 매칭시키는 기술이 개시된다. 일 실시예에 있어서, 상기 기술은 단일의 웨이퍼의 일부만을 단일의 이온 주입기로 처리하고 나머지 웨이퍼를 마스킹한 후, 또 다른 이온 주입기를 사용하여 상기 웨이퍼의 또 다른 부분을 처리하고, 다중의 이온 주입기들을 사용하여 반복하고, 상기 웨이퍼의 특정 부분만을 각각 처리한 후 각각의 주입기로 처리된 상기 웨이퍼의 부분들 상에 파라미터 테스트를 수행하여 다른 주입기들에 의해 제조된 소자들에 성능 변화가 있는지를 결정함으로써 이온 주입 설비의 장치 대 장치 공정 변화를 감소시키기 위한 방법으로서 실현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 제1 관점에 따르면, 반도체 제조 장치들 사이의 성능 매칭 방법이 제공된다. 이러한 관점에 따른 방법은 기판의 제1 부분을 제1 장치로 처리하는 단계, 상기 기판을 상기 제1 장치로부터 제2 장치로 이동시키는 단계, 상기 기판의 제2 부분을 상기 제2 장치로 처리하는 단계, 상기 제1 및 제2 부분들을 상기 각각의 제1 및 제2 장치들과 관련시키는 단계, 및 상기 제1 부분의 하나 또는 그 이상의 특성들을 상기 제2 부분의 하나 또는 그 이상의 대응하는 특성들과 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예의 다른 관점에 따르면, 이온 주입 장치의 인-시튜 성능 매칭 방법이 제공된다. 이러한 관점에 따른 방법은 기판의 제1 부분을 노출시키는 제1 애퍼쳐를 갖는 제1 마스크를 상기 기판에 적용하여 상기 기판의 제1 부분 상에 제1 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계, 상기 기판의 제2 부분을 노출시키는 제2 애퍼쳐를 갖는 제2 마스크를 상기 기판에 적용하여 상기 기판의 제2 부분 상에 제2 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계, 상기 제1 및 제2 부분들 각각의 적어도 하나의 특성 값을 측정하는 단계, 상기 제1 및 제2 부분들의 상기 각각의 특성 값의 비교를 수행하는 단계, 및 상기 비교에 기초하여 상기 제1 주입기 또는 상기 제2 주입기의 조정 가능한 파라미터에 적어도 하나의 조정을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예의 또 다른 관점에 따르면, 다수개의 이온 주입기들로 이루어진 반도체 제조 설비 환경에 있어서, 장치 대 장치 성능 변화의 감소 방법이 제공된다. 이러한 관점에 따른 방법은 기판의 제1 부분을 노출시키는 제1 애퍼쳐를 갖는 제1 마스크를 상기 기판에 적용하는 단계, 상기 기판 상에 제1 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계, 상기 기판을 제2 주입기로 이동시키는 단계, 상기 기판의 제2 부분을 노출시키는 제2 애퍼쳐를 갖는 제2 마스크를 상기 기판에 적용하는 단계, 상기 기판 상에 제2 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계, 상기 제1 및 제2 부분들 각각의 적어도 하나의 특성 값을 측정하는 단계, 상기 제1 및 제2 부분들 각각의 상기 특성 값을 비교하는 단계, 상기 비교에 기초하여 상기 제1 주입기 또는 상기 제2 주입기의 적어도 하나의 조정 가능한 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예들에 있어서 본 출원에 전체적으로 병합되며 본 출원의 동일한 양수인에게 허여된 "Methods and Apparatus for Enabling Multiple Process Steps on a Single substrate"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제11/327,761호(이하에서는, '761 출원이라 함)에 개시된 하나 또는 그 이상의 방법들에 따른 마스킹을 수행하는 것을 포함할 것이다.
일 실시예에 있어서, 상술한 '761 출원에 설명된 마스킹 공정은 하나의 장치 상에서 실험 계획법(design of experiments, DOE)을 수행하는 데 사용되어 상기 주입 장치의 최적 파라미터들을 설정할 수 있다. 이어서, 이렇게 설정된 "마스터(master)" 설정들은 각각의 장치를 매칭시키고 더 나아가 재-교정하는 데 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, '761 출원에서 설명된 이러한 마스킹 공정은 비용 절감이 매우 크고 대안적 방법들의 복잡성 때문에, 다중 장치들을 매칭하는 데 최상으로 효과적이다.
다양한 실시예들에 있어서, 이러한 마스킹 공정은 소자들의 성능 결과들에 기초하여 최적의 성능 장치를 선택하는 데 사용되어, 이러한 장치들을 매칭시키거나 (경험적으로 "마스터"로 만들거나) 특정 응용분야들에서 "최적의" 장치를 체리-픽킹(cherry-picking)할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 이러한 마스킹 공정은 도 3과 관련하여 설명되는 바와 같은 최적화를 사용하지 않고 모든 장치들이 제어 내에서 작동하고 있는 지를 확인하는 데 사용될 수 있다. 가정이라기보다는, "통계적 공정 제어" 목적들을 위해, 단일의 웨이퍼는 다중의 장치들을 통해 처리되어 장치 대 장치에서 변화가 일어나지 않는지를 보증할 수 있다. 본 방법에 의해 "정규적" 변화를 설정하고 장치들이 문제가 생길 때 처리할 수 있다. 이와 다르게, 본 방법은 마스크 없이 상기 빔을 정전기적으로, 자기적으로 또는 상기 웨이퍼를 이동시켜, 상기 웨이퍼의 일부만을 가로질러 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 상기 웨이퍼의 상기 영역들을 정밀하게 차단하는 것이 불가능하지 않더라도 어렵기 때문에 덜 효과적이다.
본 발명의 다양한 실시예들은 어떤 표면 변경 응용, 니켈 실리사이데이션 (NiSi) 공정을 개선하기 위하여 니켈(Ni)에 실리콘(Si)과 같은 어떤 도펀트 응용 등과 같은 아직 사용되지 않지만 상기 주입 공정에서 사용되는 다른, 도핑되지 않는, 비-트랜지스터 주입들의 최적화를 가능하게 한다.
본 발명의 다양한 실시예들은 금속 표면 처리들, 평탄 패널 디스플레이 응용들, 디스크 드라이브들에서 사용되는 자기저항(magneto-resistive) 헤드들 등과 같은 비-반도체 주입 응용들의 최적화를 가능하게 한다.
본 발명의 다양한 실시예들은 또한 유사하게 웨이퍼의 전방에서 마스크를 사용하여 상기 웨이퍼의 부분들을 처리하는 것을 방지할 수 있고 이어서 상기 마스크를 사용하여 다른 주입기들로 다른 부분들을 노출시킴으로써, 장치 대 장치 매칭을 가능하게 하는 이온 주입 이외의 응용들에 적용 가능할 수 있다. 예를 들면, 상기 장치로 들어와서 한번에 상기 웨이퍼의 작은 부분만을 유사하게 노출시키기 전에, 수동으로 또는 다른 일부 방법으로 상기 웨이퍼에 부착된 포토-레지스트 또는 고체 마스크를 이용하여 이를 반복하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 특징들 및 기타 이점들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세하게 기술함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 제1 이온 주입 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 또 다른 이온 주입 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 기판 이온 주입 장치들의 장치 대 장치 성능 변화를 감소시키기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 기판 마스킹 장치를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예들에 설명되는 모든 조합들(combinations)이 본 발명에 있어서 필수 불가결한 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 제1 이온 주입 시스템(100)의 블록도가 도시되어 있다. 이온 주입 시스템(100)은 빔(102)을 발생시켜 반도체 웨이퍼(103)를 향하도록 하는 빔 발생기(101)를 포함한다. 빔 발생기(101) 는 원하는 특성들을 갖는 빔(102)을 발생시키는 다양한 형태의 구성요소들 및 시스템을 포함할 수 있다. 빔(102)은 반도체 웨이퍼(103)에 이온 주입하기 위해 사용되는 에너지화된 이온 빔과 같은 대전된 입자 빔의 형태일 수 있다. 반도체 웨이퍼(103)는 평탄한 표면 지형을 갖는 일반적인 원형의 디스크 형태와 같은 다양한 물리적 형태들을 가질 수 있다. 반도체 웨이퍼(103)는 빔(102)을 사용하여 주입될 수 있는 반도체 물질 또는 다른 물질의 형태를 포함할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 도 3에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 시스템(100)은 또한 반도체 웨이퍼(103)의 특정 표면 영역들에 이온 주입을 제한하도록 제한된 하나 또는 그 이상의 마스킹 장치들을 포함한다.
빔 전류, 즉 웨이퍼(103)에 운반되는 빔(102) 입자들의 전하량은 함량 제어를 유지하기 위하여 검출기(104)에 의해 측정될 수 있다. 검출기(104)는 빔 전류의 레벨을 측정하는 장치 형태일 수 있다. 예를 들면, 검출기(104)는 당해 기술분야에서 알려진 패러데이 컵 또는 또 다른 장치일 수 있다. 검출기(104)는 고정되거나 이동 가능하도록 설치될 수 있고, 도 1에서 도시된 바와 같이 웨이퍼(103)에 인접하게 또는 웨이퍼(103) 뒤에 웨이퍼(103)에 대한 빔(102)의 경로를 따라서 위치되는 것과 같이 다양한 방법들로 위치될 수 있다. 열량 측정(calorimetry) 또는 빔-유도 자기장 측정을 사용하는 장치들과 같은, 빔 전류를 측정하는 다른 형태의 장치들이 필요하다면 검출기(104)로 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 검출기(104)는 제어부(105)로 검출된 빔 전류를 나타내는 신호를 출력한다. 제어부(105)는 원하는 입력/출력 및 다른 기능들을 수 행하도록 프로그램된 일반적 목적의 컴퓨터 또는 이들의 네트워크이거나 이를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 제어부(105)는 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 지시 코드들로 프로그램된 데이터 프로세서일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 제어부(105)는 빔 발생기(101), 검출기(104), 웨이퍼 구동부(106), 진공 시스템(107) 및 가스 소스(108)를 포함하는 다양한 시스템 구성요소들에 대한 파워 및/또는 데이터 연결부를 포함할 수 있다. 제어부(105)는 또한 주문형 집적회로들(예를 들면, ASICs), 다른 하드웨어에 내장되거나 프로그램가능한 전자 장치들, 이산 요소 회로들, 프로그램가능한 반도체(field programmable gate arrays, FPGAs) 등과 같은 다른 전자 회로 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 제어부(105)는 또한 사용자 입력/출력 장치들(키보드, 터치스크린, 사용자 포인팅 장치, 디스플레이, 프린터 등), 통신 장치들, 데이터 저장 장치들, 기계적 구동 시스템 등을 포함하여 원하는 기능을 수행할 수 있다.
제어부(105)는 빔(102)에 대하여 웨이퍼(103)를 이동시킬 수 있는 웨이퍼 구동부(106)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 구동부(106)는 빔(102)을 가로질러 웨이퍼(103)를 스캐닝하여 이온들이 웨이퍼(103)의 표면 상에 주입될 수 있도록 한다. 웨이퍼 구동부(106)는 원하는 방법으로 웨이퍼(103)를 물리적으로 이동시키는 다양한 장치들 또는 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 구동부(106)는 당해 기술분야에서 잘 알려진 서보 구동 모터, 솔레노이드, 스크류 구동 메커니즘, 기계적 링크, 로봇 암 또는 다른 구성요소들을 포함하여 웨이퍼(103)를 이동시킬 수 있다.
빔(102)은 진공 시스템(107)에 의해 공정 챔버 하우징(109)에 형성된 비교적 고 진공 환경에서 빔 발생기(101)로부터 웨이퍼(103)로 수송된다. 고 진공에 의해, 공정 챔버 하우징(109)에는 저진공이 존재함을 의미한다. 반대로, 저 진공은 하우징(109)에서의 비교적 더 높은 압력을 의미한다. 하우징(109)에서의 진공은 진공 펌프들, 진공 아이솔레션 밸브들, 압력 센서들 등과 같은 잘 알려진 시스템들을 사용하여 유지될 수 있다. 진공 시스템(107)은 제어부(105)와 연결되어, 예를 들면 하우징(109)의 하나 또는 그 이상의 부분들에서 현재 진공 레벨과 관련된 정보를 제어부(105)에 제공할 수 있다. 진공 시스템(107)은 또한 하우징(109)의 압력을 모니터하고 압력 측정값들을 제어부(105)에 제공하는 하나 또는 그 이상의 압력 센서들을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 이러한 센서들은 진공 시스템(107)으로부터 분리되어 제어부(105)와 직접 연결될 수 있다.
도 1에서는 빔(102)이 빔 발생기(101)로부터 웨이퍼(103)로의 일직선의 통로를 따르도록 도시되어 있다. 그러나, 도 2의 주입 시스템(200)에 도시된 바와 같이, 빔(102)은 발생기(101) 내부 및/또는 빔 발생기(101) 및 웨이퍼(103) 사이의 하나 또는 그 이상의 편향기들과 함께 굴곡진 통로를 따를 수 있다. 예를 들면, 빔(102)은 하나 또는 그 이상의 자석들, 렌즈들 또는 다른 빔 형상 장치들에 의해 편향될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 있어서, 이온 주입 전에, 웨이퍼 구동부(106)는 웨이퍼(103)를 빔(102)으로부터 멀어지도록 이동시켜 빔(102)이 웨이퍼(103) 상에 입사되지 않도록 한다. 빔 발생기(101)는 이어서 빔(102)을 발생시키고 검출 기(104)는 하우징(108) 내부의 진공 레벨이 원하는 레벨 및/또는 안정한 상태로 유지되도록 빔 전류를 위한 기준 레벨을 검출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 진공 레벨에서 상기 빔 전류의 기준 레벨이 결정되고 상기 진공 레벨은 하우징(109) 내부의 진공 시스템(107)에 의해 발생되는 가장 높은 진공 레벨일 수 있다. 물론, 상기 빔 전류를 위한 상기 기준 레벨은 하우징(109) 내부의 다른 진공 레벨들에 대해서도 결정될 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 검출기(104)는 상기 빔 전류를 위한 상기 기준 레벨로서 제어부(105)에 의해 사용될 수 있는 신호를 제어부(105)로 출력하거나, 제어부(105)는 상기 신호를 처리하여 상기 빔 전류를 위한 기준 레벨을 생성할 수 있다. 예를 들면, 검출기(104)는 수많은 검출된 이온들을 나타내는 아날로그 신호를 출력할 수 있고, 상기 제어부(105)는 상기 아날로그 신호를 변환하여 제어부(105)에 저장되는 디지털 숫자로 변환할 수 있다. 상기 저장된 디지털 숫자는 상기 빔 전류를 산출할 수 있는 기준 레벨로서 사용될 수 있다.
이온 주입 동안, 빔(102)은 웨이퍼(103)의 적어도 일부 상에 입사된다. 빔(102)은 웨이퍼(103)를 가로질러 스캐닝되고/되거나 웨이퍼(103)가 웨이퍼 구동부(106)에 의해 빔(102)을 가로질러 이동될 수 있거나, 이러한 두 가지의 조합들이 가능할 수 있다. 예를 들면, 빔(102)이 일 방향으로 빔 발생기(101)에 의해 스캐닝되고 한편 웨이퍼(103)는 다른 방향으로 이동될 수 있다. 빔(102) 및 웨이퍼(103)는 동일한 평면 또는 서로 다른 평면들에서 이동될 수 있다.
웨이퍼(103) 내부 또는 웨이퍼(103)의 표면 상의 포토레지스트와 같은 웨이 퍼(103) 상의 물질들은 빔(102)의 입자들에 의해 충격을 받을 때 배출(outgas)되거나 이와 다르게 물질들을 생성할 수 있다. 이것은 하우징(108) 내부의 진공 변동(vacuum fluctuation)을 유발하여 웨이퍼(103) 근처와 상기 빔 라인을 따라서 상기 진공 레벨이 감소될 수 있다. 이러한 진공 레벨의 감소는 웨이퍼(103)로 이동하는 빔(102)에서의 입자들에서 일어나는 전하 교환 충돌들(charge exchanging collisions)의 개수 증가를 유발할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 전하 교환 충돌들, 즉, 빔(102)에서의 에너지화된 입자들 및 웨이퍼(103)에서의 배출(out gassing) 또는 휘발화(volatilization)에 의해 방출된 물질들 사이의 충돌들은, 빔(102)에서의 개별적인 입자들의 전하를 변화시키게 된다. 예를 들면, 빔(102)에서 단독으로 양으로 대전된 이온들은 상기 빔 라인을 따라 충돌들에 의해 중성화되거나, 상기 양으로 대전된 이온들은 이중으로 양으로 대전될 수 있다. 상기 이온들의 전하가 변경될 수 있을지라도, 상기 입자들의 에너지는 실질적으로 변경되지 않는다. 그러므로, 일부 입자들의 전하는 변경되어 검출기(104)가 상기 입자들의 존재를 검출하지 못할지라도, 상기 입자들은 여전히 웨이퍼(103)에 충격을 가하여 상기 웨이퍼의 전체 불순물 함량에 기여를 할 수 있다. 이에 따라, 검출기(104)는 이온 주입 동안 웨이퍼(103)의 전체 함량이 영향을 받지 않을지라도 빔 전류의 감소를 나타내는 신호를 출력할 수 있다.
제어부(105)는 인식, 즉, 가정에 기초하여 동작하여 검출된 빔 전류의 감소, 또는 검출된 빔 전류의 감소의 일부가 이온 주입 동안 진공 변동들에 의해 유발된 것이나, 웨이퍼(103)에 주입된 전체 함량은 영향을 받지 않는 것으로 인식할 수 있 다. 이에 따라, 제어부(105)는 검출된 빔 전류의 감소에 기초하여 진공 변동을 검출할 수 있다. 상기 빔 전류는 이온 소스 변화들과 같은 다른 요인들에 의해 주입 동안 변화할 수 있으며, 이러한 경우들에 있어서, 제어부(105)는 검출된 빔 전류 감소의 일부가 진공 변동들에 의해 유발된 것인 반면 상기 감소의 다른 부분은 예를 들면, 상기 이온 소스에서의 변화들과 같은 다른 요인들에 의해 유발된 것임을 결정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 제어부(105)는, 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이, 어떤 주입 파라미터들을 조정하여 진공 변동들에 의하지 않는 빔 전류의 변화들을 교정할 수 있다. 추가적으로, 배출(out gassing)은 시간에 따라 변화할 수 있으며, 제어부(105)는 다른 요인들에 비해 검출된 빔 전류 감소에 대한 진공 변동의 기여가 주입 동안 시간에 따라 변화될 수 있음을 결정할 수 있다. 이러한 경우들에 있어서 제어부(105)는, 주입을 제어하기 위한 목적으로, 다른 요인들의 기여가 아닌, 진공 변동의 기여만을 반영하는 조정된 측정 빔 전류를 사용할 수 있다.
제어부(105)는 빔 전류의 감소를 감지하지만 빔(102) 스캐닝 변화율, 웨이퍼(103) 스캐닝 변화율 등과 같은 특정한 주입 파라미터들을 필요적으로 조절할 수 없다. 대신에, 제어부(105)는, 진공 압력의 상승이 검출되고 따라서 하우징(108) 내부의 진공 레벨이 조절되어야 함을 나타내는 신호를 진공 시스템(107)에 출력할 수 있다. 진공 시스템(107)에 제공되는 이러한 신호는 압력 센서들에 의해 제공된 측정된 진공 레벨 신호들과 함께 진공 시스템(107)에 제공될 수 있다. 이에 따라, 제어부(105)로부터의 상기 신호에 기초하여, 진공 레벨의 감소가 상기 진공 시스 템(107)과 관련된 압력 센서들에 의해 검출되기 전에 진공 시스템(107)이 하우징(108) 내부의 상기 진공 레벨을 조절하는 것을 시작함으로써 안정된 진공 압력을 유지할 수 있다.
이와 다르게, 제어부(105)는 이온 주입 동안 검출기(104)에 의해 제공된 검출된 빔 전류 레벨을 상기 빔 전류를 위한 상기 저장된 기준 레벨과 비교하고 상기 두개의 값들 사이의 차이를 사용하여 빔(102), 웨이퍼 구동부(106) 또는 둘 다를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(105)는 (저장된 정보에 기초하여) 이온 주입 동안 검출기(104)에 의해 검출된 빔 전류의 감소가 대체적으로 상기 빔 라인을 따라서 발생한 진공 변동들에 의해 기인한 것임을 결정할 수 있다. 더욱이, 제어부(105)는 상기 검출된 전하 교환 충돌들에 의한 빔 전류의 감소의 일부가 웨이퍼(103)로 전달된 전체 함량에 영향을 미치지 않는 반면 상기 검출된 빔 전류의 감소의 또 다른 일부는 웨이퍼(103)에 전달된 상기 전체 함량의 감소에 기인한 것임을 결정할 수 있다. 예를 들면, 약간의 전하 교환 충돌들은 상기 입자들의 운동 에너지에 영향을 미치지 않으면서 빔 입자들을 중성화시킬 수 있다. 상기 중성화된 입자들은 검출기(104)에 의해 검출되지 않지만, 웨이퍼(103)에 주입되는 상기 전체 함량에 영향을 준다. 상기 진공 변동에 의해 유발되는 다른 충돌들은 입자의 전하 및 운동 에너지를 변경시키거나, 상기 입자가 웨이퍼(103)에 주입되는 것을 방해하는 궤적을 따르게 할 수 있다. 이러한 후자의 충돌들은 검출된 빔 전류의 감소를 유발하고, 또한 웨이퍼(103)에 주입되는 상기 전체 함량의 감소를 유발한다. 제어부(105)는 상기 검출된 빔 전류 및 상기 빔 전류를 위한 상기 기준 값 사이의 차이 값을 스케일링하여, 웨이퍼(103)에 전달된 전체 함량이 원하는 레벨로 조절되도록 할 수 있다. 상기 차이 값은 또한, 예를 들면, 상기 차이 값을 상기 기준 값으로 나눔으로써 정규화될 수 있다. 예를 들면, 제어부(105)는 웨이퍼 구동부(106)를 제어하여 웨이퍼(103)가 상기 스케일링되고 정규화된 기준 값에 기초하여 상기 빔 경로를 가로질러 더욱 느리게 이동하게 할 수 있다. 제어부(105)에 의해 사용되는 상기 스케일링 요인들은 경험적으로 결정되고 제어부(105)에서 저장될 수 있다. 이에 따라, 특정 차이 값이 제어부(105)에 의해 결정될 때, 이에 대응하는 스케일링 요인은 검색되고 사용되어 상기 차이 값을 빔(102), 웨이퍼(103)의 이동 또는 둘 다를 적절히 제어하도록 조정될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 또 다른 이온 주입 시스템의 블록도가 도시되어 있다. 도면의 주입기 시스템(200)은 굴곡진 이온 빔을 이용하며, 도 1에 도시된 것과 다른 위상 기하학을 갖는다. 도 2의 시스템에 있어서, 이온 빔 발생기(210)는 원하는 종들, 즉, 가스 소스의 형태의 이온 빔을 발생하고 상기 이온 빔의 이온들을 원하는 에너지들로 가속시키고, 상기 이온 빔의 질량/에너지 분석을 수행하여 에너지 및 질량 오염원들을 제거하고 낮은 레벨의 에너지 및 질량 오염원들을 갖는 에너지화된 이온 빔(212)을 제공한다. 스캐닝 시스템(216)은 스캐너(220), 각도 교정기(224) 및 스캔 발생기(도시되지 않음)를 포함하고, 이온 빔(212)을 편향시켜 평행하거나 거의 평행한 이온 궤적들을 갖는 스캐닝된 이온 빔(230)을 발생시킨다.
엔드 스테이션(232)은 스캐닝된 이온 빔(230)의 통로에서 반도체 웨이 퍼(234) 또는 다른 공작물을 지지하는 플레이튼(236)을 포함하여 상기 원하는 종들의 이온들이 반도체 웨이퍼(234)로 주입됨으로써 마스킹되지 않은 부분들의 물질 특성들을 변화시킨다. 엔드 스테이션(232)은 또한 이온 빔 함량 및 함량 균일성을 모니터하기 위한 패러데이 컵(238) 또는 다른 함량 검출기를 포함할 수 있다.
도 2의 이온 빔 발생기(210)는 이온 빔 소스(260), 소스 필터(262), 가속/감속 컬럼(264) 및 질량 분석기(270)를 포함한다. 소스 필터(262)는 이온 빔 소스(260)에 매우 근접하게 위치한다. 가속/감속 컬럼(264)은 소스 필터(262) 및 질량 분석기(270) 사이에 위치한다. 질량 분석기(270)는 이중극 분석 자석(272) 및 분해 애퍼쳐(276)를 갖는 마스크(274)를 포함한다.
스캐너(220)는 정전기적 스캐너일 수 있으며, 이온 빔(212)을 편향시켜 스캔 원점(280)으로부터 분기하는 이온 궤적들을 갖는 스캐닝된 이온 빔을 생성한다. 스캐너(220)는 상기 스캔 발생기에 연결되는 이격된 스캔 플레이트들을 포함할 수 있다. 상기 스캔 발생기는 상기 스캔 플레이트들 사이의 전기장에 따라 상기 이온 빔을 스캐닝하기 위한 삼각 파형과 같은 스캔 전압 파형을 제공한다. 상기 이온 빔은 일반적으로 수평 평면에서 스캐닝된다.
각도 교정기(224)는 상기 스캐닝된 이온 빔의 이온들을 편향시켜 평행한 이온 궤적들을 갖는 스캐닝된 이온 빔을 생성시킴으로써, 상기 스캐닝된 이온 빔을 초점화시킨다. 구체적으로, 각도 교정기(224)는 갭을 정의하는 이격된 자극 피스들(pieces) 및 파워 공급기(도시되지 않음)에 연결되는 자석 코일을 포함할 수 있다. 상기 스캐닝된 이온 빔은 상기 자극 피스들 사이의 갭을 통과하고 상기 갭에서 의 자기장에 따라 편향된다. 상기 자기장은 상기 자석 코일을 통해 전류를 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
동작 중에, 스캐닝 시스템(216)은 수평 방향으로 이온 빔(212)을 타겟 웨이퍼(234)를 가로질러 스캐닝하고, 기계적인 이동 시스템(240)은 플레이튼(236) 및 웨이퍼(234)를 스캐닝된 이온 빔(230)에 대하여 수직하게 이동시킨다. 이온 빔(212)의 전자적 스캐닝과 웨이퍼(234)의 기계적인 이동의 조합은 상기 이온 빔을 웨이퍼(234)의 표면 상부에서 분산시킨다. 상술한 바와 같이, 상기 이온 빔 전류는 플레이튼(236)이 하부 위치에 있을 때 패러데이 컵(238)에 의해 측정되고, 상기 이온 빔 전류를 나타내는 신호는 시스템 제어부(도시되지 않음)로 제공된다. 상기 전자적 스캔 속도는 수평 빔 위치의 함수로서 변화되어 함량 균일성을 달성할 수 있다.
도 1 및 도 2가 두개의 알려진 주입 장치들을 나타내고 있지만, 본 발명에 따른 다양한 시스템들 및 방법은 도 1 및 도 2의 주입기들 또는 다른 적당한 기판 처리 장치와 함께 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이에 따라, 도 1 및 도 2의 주입기들은 단지 예시적이며 본 발명의 다양한 실시예들을 제한하는 것으로 해석되지는 않는다.
상술한 바와 같이, 이온 주입 장치들은 일반적으로 적어도 4개의 조절가능한 파라미터들: 이온 빔의 입사각도, 이온 함량, 이온 종들 및 이온 에너지 레벨을 갖는다. 특정의 반도체 장치를 위한 제조 "레시피(recipe)"는 상기 장치의 "레시피"에서의 각각의 이온 주입 단계를 위한 타이밍 정보에 함께 이러한 파라미터들 각각 에 대한 값들로 구성될 것이다. 두개의 외관상으로 동일한 이온 주입기 장치들은 실제 응용에 있어서 서로 다른 성능 특성들을 나타낼 수 있다는 것이 본원 발명의 발명자들에 의해 관찰되었다. 즉, 제조 설비에서 두개 또는 그 이상의 주입기들이 동일한 "레시피"로 작동되고 조절가능한 파라미터들(각도, 함량, 종들, 에너지)이 동일한 값들로 설정될지라도, 하나 또는 그 이상의 이러한 파라미터들의 실제 값들은 다를 수 있다. 예를 들면, 주입기는 상기 레시피가 요구하는 것보다 더 높은 함량을 전달할 수 있고 상기 검출 시스템은 이러한 더 높은 함량을 읽지 못할 수 있다. 이러한 종류의 변화는 동일한 제조 설비에서 다른 주입기들과는 대조적으로 부정확한 주입기에 의해 제조되는 반도체 장치들의 다른 성능 파라미터들을 초래할 가능성이 있다.
주입기 성능의 가장 정확한 측정은 상기 웨이퍼 상에서 형성된 실제 장치들의 성능을 측정하는 것이다. 동일한 "레시피"가, 예를 들면, 플래시 메모리 칩과 같은 특정의 반도체 장치를 제조하기 위한 두개의 주입기들에 적용된다면, 부정확한 주입기에 의해 제조된 기판 상에 형성된 칩들은 다른 주입기 상에 형성된 칩들과 다른 성능 파라미터를 나타낼 수 있다. 주어진 칩은 어떤 임계 전압에서 스위칭을 시작하고 특정 속도로 스위칭 되어야 한다. 상술한 주입기들에 의해 제조된 칩들은 일부는 수용 가능한 변화 임계값들보다 낮은 이러한 파라미터들에 대한 서로 다른 값들을 가짐으로써, 다이들을 낭비시키고 수율을 감소시키게 된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 기판 주입 장치들의 장치 대 장치 성능 변화(tool-to-tool performance variation)를 감소시킬 수 있는 방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 상기 방법은 단계 300에서 시작하고 상기 타겟 기판이 마스킹되는 단계 305로 진행한다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 실리콘 웨이퍼를 제1 주입기 장치로 삽입 제공하고 웨이퍼를 도 4에 도시된 바와 같은 상기 웨이퍼의 일부만을 노출시키는 애퍼쳐를 갖는 마스킹 장치로 마스킹하는 단계를 포함할 것이다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼는 플레이튼과 같은 유지 메커니즘 상에 기계적 또는 정전기력에 의해 클램프된다. 이이서, 상기 마스크는 상기 클램프된 웨이퍼 및 상기 이온 빔 사이에 위치한다. 상기 마스크는 상기 기판 표면의 일부에 상기 이온 빔이 도달되고 나머지 부분은 보호하는 개구 또는 애퍼쳐를 가질 것이다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 마스크는 상기 웨이퍼 상부의 마스킹 위치 및 비-마스킹(non-masking) 위치 사이에서 이동 가능하다. 상기 비-마스킹 위치는 상기 주입기의 공정 챔버의 내부 또는 외부의 저장 위치일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 주입기는 자동화된 마스킹 로딩 및 언로딩 메커니즘을 사용한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 마스크는 상기 주입기의 작업자에 의해 수동으로 상기 마스킹 위치에 설치될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서 본 단계는 전체적으로 본 출원에 병합되는 '761 출원에서 개시된 하나 또는 그 이상의 방법들에 따른 마스킹을 수행하는 것을 포함할 것이다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼이다.
도 4의 흐름도를 계속하여 참조하면, 단계 305 이후에, 상기 주입 공정이 제1 주입 장치를 사용하여 상기 마스킹된 기판 상에 수행되는 단계 310으로 진행한다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 주입 공정은 이온 주입기를 이용하는 것과 같 은 이온 주입 공정을 포함한다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 이온 주입 공정은 전체로서 본 출원에 병합되는 미국 특허 출원 번호 제2005/0260354호에 개시된 바와 같은 플라즈마 주입기를 사용하여 수행된다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 주입기는 일반적인 공정 조건들 하에서 소자 제조 공정의 일부가 아닌 상기 주입기의 성능을 설명하도록 설계된 테스트 공정을 수행할 것이다. 이온 주입이 완료된 후에, 상기 기판은 단계 315에서 제2 주입 장치로 이동된다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 하나의 주입 장치로부터 기판을 잡고 또 다른 주입 장치로 이동시킬 수 있는 웨이퍼 구동 장치와 같은 기계 제어를 사용하여 수행될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 작업자가 상기 제1 주입기로부터 상기 기판을 물리적으로 제거하여 상기 제2 주입 장치의 웨이퍼 구동 시스템으로 이송시키는 것을 요구한다. 이어서, 단계 320에서, 상기 기판은 마스킹 장치로 마스킹된다. 단계 305에서와 같이, 상기 기판을 마스킹하는 단계는 본 출원의 동일한 양수인에게 허여된 미국 출원 번호 제11/XXX,XXX호에 개시된 하나 또는 그 이상의 방법들 및/또는 장치들을 사용하여 마스킹하는 단계를 포함할 수 있다. 이어서, 단계 325에 있어서, 상기 기판은 상기 제2 장치를 사용하여 주입된다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 상기 기판의 다른 부분 상에서 상기 제2 주입 장치로 단계 310에서와 같은 동일한 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 소자 제조 공정에서의 후속적이거나 추가적인 하위 공정 단계와 같은 다른 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 지금까지 설명된 상기 공정은 상기 기판을 마스 킹하지 않고 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 스캐닝 빔, 즉 상기 기판 표면을 가로질러 이동하는 빔을 이용하는 이온 주입기들에 있어서, 상기 빔의 운동은 상기 웨이퍼의 일부만을 처리하도록 프로그래밍됨으로써 제1 및 제2 처리 부분들을 생성할 수 있다. 이와 다르게, 상기 빔이 고정되고 상기 웨이퍼를 이동시키는 주입기들에 있어서, 상기 웨이퍼 구동 시스템은 상기 이온 빔의 전방에서 상기 웨이퍼를 이동시키도록 프로그래밍되어 상기 제1 및 제2 주입기들 모두에서 상기 웨이퍼의 일부만이 노출될 수 있다. 또한 빔 이동과 웨이퍼 이동 모두를 이용하여 두개의 주입기들로 동일한 웨이퍼 상에 두개의 다른 처리 부분들에 영향을 미치도록 프로그램된 복합형 주입기를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 방법들은 동일한 웨이퍼의 다른 부분들을 처리함으로써 장치 대 장치 성능 매칭(matching)에 관련된 본 발명의 다양한 실시예들과 양립될 수 있다.
도 3의 방법을 계속하여 참조하면, 단계 330에서, 상기 주입 공정이 완료된 후에, 상기 기판은 상기 두개의 주입기에 의해 처리된 두개의 기판 부분들의 하나 또는 그 이상의 성능 특성들을 측정하도록 분석된다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 상기 이온 주입기에 의해 상기 제1 및 제2 부분들 각각에 형성된 소자의 성능 파라미터를 테스트하는 단계를 포함한다. 파라미터 테스트 단계는 임계 전압, 요구 전류, 스위칭 속도 등을 테스트하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 웨이퍼 프로브를 사용하여 제조된 소자들의 칩-레벨 테스트 또는 물질 특성 측정들을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM), 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy, TEM) 및 이차이온 질량 분석기(secondary ion mass spectrometry, SIMS)와 같은 기술들을 이용하여 상기 소자의 파괴적인, 단면 분석이 수행되어 예를 들면, 도펀트들의 실제 위치 및 기하학, 불순물 함량 레벨들 등과 같은 파라미터 변화(parameter variation)의 영향을 파악할 수 있다. 다양한 공정 제어 및 테스트 방법들과 장비가 반도체 제조 분야에서 알려져 있다. 예를 들면, 소자 제조에 있어서, 다음과 같은 하나 또는 그 이상의 특징들이 측정될 수 있다: 이온(또는 Idsat) - 상기 소자가 "온(on)" 상태일 때 (드레인 노드에서 측정된) "구동 전류"; 이온에서의 "스큐(skew)" - 소자 구조의 전방과 후방에서의 이온의 차이; Ioff(또는 Isubthreshold, 또는 Ileak) - 상기 소자가 "오프(off)" 상태일 때 (드레인 노드에서 측정된) 누설 전류; 이온 대 Ioff의 비율; Vt - "임계 전압", 상기 소자에 "on" 상태의 상당한 전류(예를 들면, 1 uA)가 흐를 때의 게이트 전압; 웰(기판)에 대해 역 바이어스가 가해졌을 때 드레인에 측정된 "역 바이어스 다이오드 누설(reverse bias diode leakage); Cov - 드레인과 게이트 사이의 "오버랩(overlap)" 커패시턴스 - 드레인 상부의 게이트 에지의 물리적 오버랩과 드레인 구조의 수평 접합 급변성(lateral junction abruptness)에 매우 민감함; Cd - 웰에 대한 드레인 커패시턴스 - 드레인 구조에서의 수직 도핑 프로파일의 급변성에 매우 민감함; St - "역 문턱전압 이하의 기울기(reverse subthreshold slope)" - 소자의 턴-온 특성의 민감성의 측정값; 그리고 링 오실레이터 딜레이(ring oscillator delay) (일반적으로 picoseconds) - 반복되는 순서로 모든 소자를 온 오프시키는 소자들의 링에서의 시간 지연 - Ion, Cov, Cd 파라미터들이 통합되여 회로 레벨에 서 의미 있는 파라미터. 일 실시예에 있어서, 파라미터 테스트가 수행되며, 상술한 바와 같이, 실제 소자 성능이, 이론적이라기보다는 상기 장치에 의해 실제로 제조된 상태를 나타내므로, 제조자에게 제공되는 가장 유용한 것이다.
이어서, 단계 335에서, 성능 테스트가 완료된 후에, 상기 기판의 두개의 처리 부분들이 하나 또는 그 이상의 확인 가능한 파라미터들에 따라 변화하는 지를 결정함으로써, 상기 제1 및 제2 주입 장치들 사이의 성능 변화를 나타낸다. 단계 335에서 수용 가능한 임계값 이상의 변화가 존재한다고 결정된다면, 블록 340으로 진행하여, 상기 주입 장치들 중 하나 또는 둘 다에서 하나 또는 그 이상의 조정 가능한 파라미터들이 조절된다. 다양한 실시예들에 있어서, 본 단계는 자동적으로 수행된다. 예를 들면, 다양한 실시예들에 있어서, 테스트 장비는 상기 제1 또는 제2 주입 장치의 제어부에 연결되어, 자동 조정을 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 테스트 장비는 상기 주입 장치의 하나 또는 그 이상의 파라미터들에 대한 추천되는 조정을 알려주는 메시지, 리스트, 출력 또는 다른 신호를 제공할 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 상기 조정은 기계 오퍼레이터에 의해 이루어질 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 단계 340 이후에, 단계 305로 다시 돌아가고 단계 335까지 변화가 존재하지 않을 때까지 반복적으로 계속된다. 이러한 상태가 결정된 후에, 단계 345로 진행하여 본 방법이 종료된다.
도 3의 흐름도에서 나타난 단계들은, 이온 주입기의 해당 문맥에서 개시되어 있을지라도, 증착 서브 공정들, 제거 서브 공정들, 패터닝 서브 공정들 및 기판 물질의 전기적 특성들의 변경을 수행하는 서브 공정들에서 사용되는 데 포함되는 다 른 반도체 처리 장비에서의 장치 대 장치 변화를 감소시키는 데 적용될 수 있다.
또한, 단지 두개의 주입기 장치들이 도 3의 실시예에서 기판의 각 부분들을 처리하는 사용될지라도, 두개 이상의 주입기들이 여기서 개시되는 기술들을 사용하여 조정될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 동시에 조정되는 다른 주입 장치들의 개수는 상기 타겟 기판 상에 정의되는 구분되는 부분들이 정의되고 나머지 부분들을 마스킹하여 각각의 장치가 상기 타겟 기판의 다른 부분을 처리한다면 그 개수에 제한되지는 않는다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 기판 마스킹 장치의 사시도가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들은 상기 기판의 일부만을 노출시키고 나머지 부분을 마스킹하여 동일한 기판이 두개의 다른 주입 장치들에 의해 처리되는 것에 기초한다. 이것은 마스킹을 사용하여 하나의 기판 상에 처리되는 분리된 영역들의 개수에 의존하므로, 각 주입기 하나로부터 요구되는 웨이퍼의 개수를 단지 하나로 감소시킨다.
도 4에 도시된 예시적인 기판 마스킹 장치(400)는 도 1 및 도 2에 도시된 이온 주입기에 의해 처리를 위한 반도체 웨이퍼(412)와 같은 기판을 지지하는 플레이튼 어셈블리(410)를 포함한다. 플레이트 어셈블리9410)는 스캔 시스템(414)에 의해 지지된다. 기판 마스킹 장치(400)는 또한 애퍼쳐(422), 마스크 로딩 메커니즘(430) 및 마스크(420)와 웨이퍼(412)의 위치의 상대 위치들을 변화시키는 위치 메커니즘(432)을 포함한다. 적어도 일 실시예에 있어서, 위치 메커니즘(432)은 도 1에 도시된 바와 같은 웨이퍼 구동 시스템의 일부인 웨이퍼 오리엔터(wafer orienter)일 수 있다.
도 4의 플레이트 어셈블리(410)는 플레이튼(440)을 포함하고 플레이튼(440)은 기판 웨이퍼(412)를 플레이튼(440)에 대해 지지할 수 있는 표면을 갖는다. 플레이튼 어셈블리(410)는 또한 공정 동안 웨이퍼(412)를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 및 중심에 대해 웨이퍼(412)를 회전시키는 메커니즘을 포함할 수 있다. 도 4의 실시예에 있어서, 플레이튼 어셈블리(410)는 또한 마스크 보유 구성요소들(442)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 마스크(420)는 마스크 보유 구성요소들(442)을 결합시키기 위한 핑거들(444)과 함께 구비될 수 있다.
플레이트 어셈블리 시스템(410)은 스캔 시스템(414)에 의해 지지된다. 스캔 시스템(414)은 각도 주입들을 위해 상기 이온 빔에 대해 플레이튼 어셈블리(410)를 기울이고 플레이튼 어셈블리(410)를 기판 웨이퍼 로드/언로드 위치로 회전시킨다. 추가적으로, 스캔 시스템(414)은 플레이튼 어셈블리(410)를 이온 주입 동안 수직적으로 이동시킬 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에 있어서, 마스크 로딩 메커니즘(430)은 마스크(420)를 결합시키기 위한 구성요소들(452)을 갖는 이송 암(450) 및 로드 위치와 저장 위치 사이에서 이송 암(450)을 이동시키기 위한 구동 시스템(454)을 포함한다.
시스템(400)의 동작 중에, 마스크 로딩 메커니즘(430)은 구동 시스템(454)의 동작에 의해 기판 웨이퍼(412)의 전방에서 마스크(420)를 상기 마스킹 위치로/로부터 이동시킨다. 상기 마스킹 위치에서, 마스크(420)는 마스크 보유 구성요소들(442)과 결합한다. 마스크 로딩 메커니즘(430)은 이어서 후진하고 스캔 시스 템(414)은 플레이트 어셈블리(410)를 상기 웨이퍼 로드/언로드 위치로 이동시킨다. 기판 웨이퍼(412)는 이어서 상기 웨이퍼 핸들링 시스템에 의해 마스크(420) 하부로 로딩된다. 웨이퍼(412)는 이어서 주입 또는 다른 처리를 위해 준비된다. 웨이퍼(412)는 마스크(420)의 애퍼쳐(422)에 정의된 제1 영역에서 주입된다. 상기 웨이퍼가 주입된 후에, 상기 웨이퍼 핸들링 시스템에 의해서 제거된다. 이 경우에 있어서, 작업자는 상기 웨이퍼를 제거하고 다른 주입 장치의 웨이퍼 핸들링 시스템으로 웨이퍼를 삽입할 수 있다. 이와 다르게, 상기 웨이퍼 핸들링 시스템은 웨이퍼(412)를 상술한 바와 같은 유사한 처리를 위한 상기 제2 주입 장치로 이송시킬 수 있는 컨베이어, 로봇 또는 다른 장치에 연결될 수 있다. 상기 제2 주입기에 있어서 상기 마스킹 위치는 상기 웨이퍼에 대하여 회전되어 상기 제1 장치에 의해 주입된 부분과 다른, 처리되지 않는 부분을 노출시킨다.
이에 따라, 본 발명의 다양한 실시예들을 통해서, 장치 대 장치 변화가 종래의 방법들에 비해 적은 비용 공정을 통해 효율적으로 확인되고 감소될 수 있다. 또한, 동일한 웨이퍼 상에 다른 주입기에 의해 처리된 소자의 파라미터 성능이 가능함으로써, 많은 다이들이 버려지고/거나 완성된 웨이퍼 스크랩 사건이 발생되기 전에 제조자들이 공정 변화를 빠르게 확인할 수 있게 된다. 실제 파라미터 성능을 측정함으로써 공정 변화들에 대한 마이크론 및 서브마이크론 선폭의 트랜지스터들의 민감성에 기인하여 더욱 정확한 공정 변화가 검출될 수 있다. 이에 따라, 주입기 장치들 사이의 성능 변화를 감소시키는 것은 수율을 증가시키고 이윤을 증가시킴으로써 제조 설비의 낭비를 감소시킬 것이다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 기판의 제1 부분을 제1 장치로 처리하는 단계;
    상기 기판을 상기 제1 장치로부터 제2 장치로 이동시키는 단계;
    상기 기판의 제2 부분을 상기 제2 장치로 처리하는 단계;
    상기 제1 및 제2 부분들을 상기 각각의 제1 및 제2 장치들과 관련시키는 단계; 및
    상기 제1 부분의 하나 또는 그 이상의 특성들을 상기 제2 부분의 하나 또는 그 이상의 대응하는 특성들과 비교하는 단계를 포함하는 반도체 제조 장치들 사이의 성능 매칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제1 부분을 처리하는 단계는 상기 기판의 제1 부분 상에 이온 주입을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 실리콘 기판의 제1 부분 상에 이온 주입을 수행하는 단계는 실리콘 웨이퍼의 제1 부분 상에 이온 주입을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 기판의 제1 부분 및 제2 부분을 처리하는 단계는 상기 기판 및 이온 소스 사이에 마스킹 장치를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 마스킹 장치를 적용하는 단계는 상기 각각의 제1 및 제2 부분들을 노출시키는 애퍼쳐를 갖고 상기 기판의 나머지 부분을 보호하는 마스킹 장치를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 각각의 제1 및 제2 부분들을 처리하는 단계는 상기 기판의 상기 제1 및 제2 부분들만을 스캐닝 이온 빔으로 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 각각의 제1 및 제2 부분들을 처리하는 단계는 상기 각각의 제1 및 제2 장치들의 고정된 이온 빔의 전방에서 상기 제1 및 제2 부분들을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부분들을 상기 각각의 제1 및 제2 장치들과 관련시키는 단계는 데이터 프로세서에 상기 제1 부분은 상기 제1 장치를 사용하여 주입되고 상기 제2 부분은 상기 제2 장치를 사용하여 주입되었다는 것을 확인시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 데이터 프로세서에 상기 제1 및 제2 장치들 각각의 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터들을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 부분의 하나 또는 그 이상의 특성들을 상기 제2 부분의 하나 또는 그 이상의 대응하는 특성들과 비교하는 단계는 상기 기판의 상기 제1 및 제2 부분들 각각에 형성된 적어도 하나의 반도체 소자의 파라미터 테스트를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 파라미터 테스트를 수행하는 단계는 상기 제1 및 제2 부분들 각각에 대해 (1) 이온 또는 Idsat, (2) 이온에서의 스큐(skew), (3) Ioff, (4) 이온 대 Ioff의 비율, (5) 임계 전압 Vt, (6) 웰에 대해 역 바이어스가 가해졌을 때 드레인에 측정된 역 바이어스 다이오드 누설(reverse bias diode leakage), (7) Cov, (8) Cd, (9) St, (10) 링 오실레이터 딜레이(ring oscillator delay), 및 (11) 이들의 조합으로부터 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 테스트를 수행하는 단계 및 상기 측정된 값들을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부분들 상에 제조된 반도체 소자들 사이의 상기 파라미터 테스트의 결과들을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 데이터 프로세서와 함께, 상기 측정된 값들의 비교에 기초하여 상기 제1 장치 또는 상기 제2 장치의 작동 파라미터에 적어도 하나의 조정을 확인시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 기판을 이동시키는 단계는 상기 기판을 자동화된 기판 핸들링 장치로 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 기판을 이동시키는 단계는 상기 기판을 상기 제1 장치로부터 상기 제2 장치로 수동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 성능 매칭 방법.
  16. 기판의 제1 부분을 노출시키는 제1 애퍼쳐를 갖는 제1 마스크를 상기 기판에 적용하여 상기 기판의 제1 부분 상에 제1 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계;
    상기 기판의 제2 부분을 노출시키는 제2 애퍼쳐를 갖는 제2 마스크를 상기 기판에 적용하여 상기 기판의 제2 부분 상에 제2 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계;
    상기 제1 및 제2 부분들 각각의 적어도 하나의 특성 값을 측정하는 단계;
    상기 제1 및 제2 부분들의 상기 각각의 특성 값의 비교를 수행하는 단계; 및
    상기 비교에 기초하여 상기 제1 주입기 또는 상기 제2 주입기의 조정 가능한 파라미터에 적어도 하나의 조정을 결정하는 단계를 포함하는 이온 주입 장치의 인-시튜 성능 매칭 방법.
  17. 제 17 항에 있어서, 조정 가능한 파라미터에 적어도 하나의 조정을 결정하는 단계는 이온 빔의 입사각도, 이온 함량 및 이온 에너지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 파라미터에 적어도 하나의 조정을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시튜 성능 매칭 방법.
  18. 기판의 제1 부분을 노출시키는 제1 애퍼쳐를 갖는 제1 마스크를 상기 기판에 적용하는 단계;
    상기 기판 상에 제1 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계;
    상기 기판을 제2 주입기로 이동시키는 단계;
    상기 기판의 제2 부분을 노출시키는 제2 애퍼쳐를 갖는 제2 마스크를 상기 기판에 적용하는 단계;
    상기 기판 상에 제2 이온 주입기를 사용하여 이온 주입 공정을 수행하는 단계;
    상기 제1 및 제2 부분들 각각의 적어도 하나의 특성 값을 측정하는 단계;
    상기 제1 및 제2 부분들 각각의 상기 특성 값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교에 기초하여 상기 제1 주입기 또는 상기 제2 주입기의 적어도 하나의 조정 가능한 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는, 다수개의 이온 주입기들로 이루어진 반도체 제조 설비 환경에 있어서, 장치 대 장치 성능 변화의 감소 방법.
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