KR20090091732A - 이온 빔 진단 - Google Patents

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제프리 리딩
테어도어 에이치. 스믹
타카오 사카세
마빈 파레이
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 이온 빔의 특성 예컨대, 이온 빔 전류 프로파일 또는 이온 빔의 이미턴스를 측정하는 방법에 관한 것이다. 이온 빔 전류 센서들의 에레이를 포함하는 패러데이 어레이가 채용된다. 어레이는 어레이의 평면에서의 이온 빔 전류 프로파일을 제공한다. 또한, 패러데이 어레이는 패러데이 어레이의 상류로 이온 빔을 통과하여 이동될 수 있는 차단 엘리먼트와 연계하여 사용되며, 패러데이 어레이로부터 이온 빔의 부분들을 차폐 변경한다. 패러데이로부터의 신호들의 적절한 조작은 차단 엘리먼트의 평면을 위하여 그리고 또한, 결정해야 할 차단 엘리먼트의 평면에서의 이온 빔의 이미턴스를 위하여 이온 빔 전류 프로파일의 결정을 허용한다.

Description

이온 빔 진단{ION BEAM DIAGNOSTICS}
본 발명은 이온 주입기 및 이온 빔의 특성을 측정하는 방법에 관한 것이다. 특성은 예컨대, 빔 전류 또는 이미턴스(emittance)일 수 있다.
이온 주입기는 공지되어 있으며, 일반적으로 다음과 같이 공통된 설계를 따른다. 이온 소스는 프리커서 기체 등으로부터 이온들의 혼합 빔을 생성한다. 기판으로의 주입을 위해 단지 특정 종의 이온들 예컨대, 반도체 웨이퍼로의 주입을 위한 특정 도펀트가 통상 필요하다. 필요한 이온들은 질량-분해 슬릿(mass-resolving slit)과 관련하여 질량-분석 마그네트(mass-analysing magnet)를 이용하여 혼합 이온 빔에서 선택된다. 따라서, 필요한 이온 종을 거의 배타적으로 포함하는 이온 빔이 질량-분해 슬릿으로부터 나와 프로세스 챔버로 이송되며, 프로세스 챔버에서 이온 빔은 기판 홀더에 의해 이온 빔 경로내의 적소에 지지되어 있는 기판에 입사된다.
종종, 이온 빔의 종단면은 주입이 행하여지는 기판보다 작다. 예컨대, 이온 빔은 하나의 축 방향으로 기판보다 작은 리본 빔이거나 또는 양 축 방향으로 기판보다 작은 스폿 빔일 수 있다. 기판 전역에 걸쳐 이온 주입을 확실히 행하기 위하여, 이온 빔이 전체 기판 표면을 스케닝할 수 있도록 이온 빔 및 기판은 상호 상대 적으로 이동한다. 이는 (a) 고정된 위치에 지지되어 있는 기판을 가로질러 스캐닝하도록 이온 빔을 편향시키거나, (b) 이온 빔 경로를 고정된 상태로 유지하면서 기계적으로 기판을 이동시키거나, 또는 (c) 이온 빔의 편향과 기판의 이동의 조합에 의해 달성될 수 있다. 스폿 빔에 있어서, 이온 빔이 기판 상의 래스터 패턴을 추적하도록 일반적으로 상대적 운동이 수행된다.
본 출원인의 미국 특허 번호 6,956,223은 상술한 일반 설계에 따른 이온 주입기를 기술하고 있다.
반도체 산업에서 현재 요구하는 엄격한 공차 내에서 원하는 주입을 달성하는 것은 주입될 웨이퍼 상의 투사 점까지, 이온 주입기를 통한 이온 빔의 매우 우수한 제어성을 필요로 한다. 따라서, 이온 주입기를 통해 그 경로를 따라 하나 이상의 점들에서 이온 빔의 특성을 아는 것이 바람직하다. 특히, (종종 이온 빔 전류로서 측정되는) 그 단면을 가로지르는 이온 빔의 세기 및 일반적으로, 이미턴스(emittance)로서 알려진, 이온 빔의 단면에서의 이온들의 방향 전개를 측정하는 것은 유용하다. 이미턴스는 빔의 혼동 정도 즉, 얼마나 큰 각 변동이 이온 빔내에 존재하는지의 척도이다. 이상적인 이온 빔에 대하여, 각 변동은 최소이며 그에 따라 이미턴스는 낮다.
종종, 이미턴스는 도 1에 나타낸 바와 같이, 그래프로 나타낸다. 이온 빔의 중심으로부터의 거리는 y 좌표로서 가로 축 상에 기입되며, 길이 축으로부터 측정된 각, y'는 세로 좌표 상에 기입된다. 도 1은 플롯 상에서 좌측 하단으로부터 우측 상단으로의 사선을 생성하는 전형적인 이온 빔 발산의 플롯(plot)을 나타내고 있다. 이러한 그래프에서, 십자 기호들은 획득한 값들 즉, 빔 y에서의 특정 위치에서 측정된 각 y'를 가리킨다. 도시된 바와 같이, 십자 기호들은 일반적으로 타원을 그리고 있다. 특정 y 값에서 수직으로 자른 슬라이스(slice)는 이온 밤 내에서 특정 위치에서의 이온들의 각도의 범위를 제공한다. 따라서, 타원이 넓어 질 수 록, 각들의 확장은 커지며 그에 따라, 이온 빔들 내에서의 혼동은 보다 커진다.
이온 빔 내의 상이한 위치들에서의 각들 뿐 만 아니라, 각이 영향을 주는 세기를 측정하는 것이 또한 유용하다. 그러한 측정들은 도 2에 도시된 것과 같은, 윤곽선(contour) 플롯을 실현되게 하며, 그리고 그것은 이온 빔의 이미턴스에 관한 상세한 정보의 편리하게 나타낸다. 도 2는 그 중심에 그 세기의 대부분을 갖는 발산 이온 빔을 도시한 도면이다. 따라서, 세기를 나타내는 윤곽선들은 좌측 하단으로부터 우측 상단으로 연장되는 긴 언덕을 명확히 보여준다.
이러한 종래기술과 대조적으로, 그리고 제 1 관점으로부터, 본 발명은 이온 빔의 생성을 동작가능한 이온 소스; 이온 빔 경로를 따라 상기 이온 빔의 안내를 실시 가능한 이온 광학기; 상기 이온 빔 경로에서 센서들의 어레이를 홀딩하기 위하여 관련된 홀더를 갖는 상기 센서들의 어레이, 각 센서는 그 상부에 입사되는 이온 빔 전류의 측정을 동작가능하며; 상기 센서들의 어레이의 상류에 위치하는 가동 엘리먼트; 및 상기 이온 빔 경로를 가로질러 상기 가동 엘리먼트를 이동시키기 위해 배치되어, 상기 가동 엘리먼트가 상기 이온 빔을 관통함에 따라 상기 이온 빔의 상이한 부분들이 상기 센서들의 어레이에 노출시키는 작동기(actuator)를 포함하는 이온 주입기이다.
상기 이온 빔의 어레이를 홀딩하기 위한 홀더는 고정된 위치에서 상기 어레이를 홀딩하거나 또는 상기 어레이가 상기 이온 빔 경로의 안과 밖으로 이동할 수 있게 하기 위하여 상기 홀더는 이동가능할 수 있다.
상기 가동 엘리먼트는 상기 이온 빔의 상이한 부분들이 상이한 방식들로 상기 센서들의 어레이에 노출되게 할 수 있다. 예컨대, 상기 가동 엘리먼트들은 상기 이온 빔을 순차적으로 차단하기 위해 상기 이온 빔을 관통할 수 있다. 대안적으로, 상기 가동 엘리먼트는 상기 이온 빔을 순차적으로 노출시키도록 관통될 수 있다. 바람직하게는 선형인, 엣지가 상기 가동 엘리먼트 상에 제공될 수 있다. 추가적인 배열이 그곳에 형성되는 개구를 갖는 스크린을 포함하도록 상기 가동 엘리먼트를 위해 존재한다. 상기 스크린은 이온 빔의 벌크를 막기위해 이용될 수 있으며, 상기 개구는 이온 빔의 작은 부분이 상기 센서들의 어레이에 연속되게 한다. 상기 가동 엘리먼트는 이어 이온 빔의 다른 부분들이 상기 센서들의 어레이에 도달하도록 상기 이온 빔에 관통될 수 있다.
이온 빔의 상이한 부분들을 센서들의 어레이에 도달하게 하는 것은 측정할 상기 이온 빔의 특성들을 경정하기 위해 플렉서블한 배열을 제공한다. 또한 상기 센서들의 어레이에 의해 제공되는 데이터는 상기 이온 빔의 상이한 특성들을 결정하기 위해 상이한 방식으로 조정될 수 있다.
옵션으로, 상기 센서들의 어레이는 센서들의 선형 어레이를 포함하며, 상기 작동기가 상기 선형 어레이의 길이 방향으로 상기 가동 엘리먼트를 이동시킬 수 있도록 배치된다. 이러한 배열은 상기 가동 엘리먼트가 상기 이온 빔을 통과하여 관통됨에 따라 상기 어레이에 입사되는 상기 이온 빔의 부분이 어떻게 가변되는지의 결정을 허용한다. 가동 엘리먼트가 긴 개구를 포함하는 곳에서, 상기 개구는 바람직하게는 상기 선형 어레이의 길에 대해 대략적으로 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 상기 작동기가 상기 이온 빔 경로를 가로질러 상기 가동 엘리먼트를 이동시킴에 따라 상기 이온 빔을 뚫고 지나가도록 나타나는 엣지를 포함하는 곳에서, 상기 엣지는 바람직하게는 상기 센서들의 선형 어레이의 길이에 대략적으로 수직으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 엣지의 개구는 상기 센서들의 선형 어레이의 길이와 정렬될 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서들의 어레이는 옵션으로 열들과 행들로 선형으로 배치되는 2차원 어레이를 포함한다. 상기 가동 부재는 상기 열들의 방향 및 상기 행들의 방향 양쪽으로 이동 가능할 수 있다. 이는 추가적인 작동기를 이용하여 성취될 수 있거나 또는 양방향 이동은 단일의 작동기를 이용하여 달성될 수 있다.
상기 가동 엘리먼트는 긴 개구의 쌍을 포함하며, 그 한 개구는 센서들의 열들의 방향으로 연장되며, 다른 한 개구는 센서들의 행의 방향으로 연장된다. 대안적으로, 상기 이온 주입기는 상기 센서들의 열들의 방향으로 연장된 개구를 가지며 상기 행들의 방향으로 이동가능한 하나의 가동 엘리먼트, 및 상기 센서들의 어레이의 상류에 위치하고, 상기 행들의 방향으로 연장되는 개구를 가지며, 상기 열들의 방향으로 이동가능한 다른 가동 엘리먼트를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 가동 엘리먼트는 그 하나가 상기 센서들의 열들과 정렬되며, 그 나머지 하나가 상기 센서들의 행들에 정렬되는, 선형 엣지들의 쌍을 포함하며, 상기 엣지들은 상기 작동기가 상기 가동 엘리먼트를 한 방향으로 상기 이온 빔 경로를 가로질러 이동시킴에 따라 한 엣지는 상기 이온 빔을 뚫고 지나가고, 상기 작동기가 상기 가동 엘리먼트를 다른 방향으로 상기 이온 빔 경로를 가로질러 이동시킴에 따라 다른 한 엣지가 상기 이온 빔을 뚫고 지나가도록 상기 엣지들이 나타난다.
비록 패러데이 컵들이 바람직하지만, 상기 센서들은 많은 상이한 형태들을 가질 수 있다.
상기 가동 부재 및 센서들의 어레이는 상기 이온 주입기를 통해 상기 이온 빔 경로를 따라 전략적으로 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 이온 주입기는 질량-분석 마그네트를 더 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 질량-분석 마그네트의 상류에 위치될 수 있으며, 상기 센서들의 어레이는 상기 질량-분석 마그네트의 하류에 배치될 수 있다. 상기 이온 주입기는 4극자형 이온 렌즈를 더 포함하며, 상기 가동 엘리먼트는 상기 4극자형 이온 렌즈의 상류에 위치하며, 상기 센서들의 어레이는 상기 4극자형 이온 렌즈의 하류에 배치되는 추가적인 가능성이 있다.
제 2 관점으로부터, 본 발명은 이온 소스, 이온 광학기, 차단(occluding) 엘리먼트, 및 센서들의 어레이를 포함하는 이온 주입기에서 이온 빔을 측정하는 방법에 있어서, 상기 이온 소스를 이용하여 이온 빔을 발생시키는 단계; 상기 센서들의 어레이에 충돌하도록 상기 이온 주입기를 통해 상기 이온 빔을 안내하기 위하여 상기 이온 광학기를 이용하는 단계; 상기 이온 빔의 상이한 부분들이 상기 센서들의 어레이에 도달하도록 상기 이온 빔을 통과하여 상기 센서들의 어레이의 상류로 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계; 및 상기 이온 빔 내의 상기 차단 엘리먼트의 일련의 알려진 측정 위치들에서 그곳에 입사된 이온 빔 전류를 측정하기 위하여 각 센서를 이용하는 단계를 포함하는 방법이다.
옵션으로, 상기 센서들의 어레이는 선형 어레이를 포함하며, 상기 방법은 상기 선형 어레이의 길이의 방향으로 상기 이온 빔을 통해 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계는 상기 이온 빔을 통과하게 상기 차단 엘리먼트의 긴 개구를 관통(drive)시키는 단계를 포함하며, 상기 개구는 상기 선형 어레이의 길이에 대략적으로 수직으로 연장되며, 상기 개구는 상기 이온의 샘플링된 부분으로부터의 이온이 통과되게 하며, 각 측정 위치에서 각 센서로 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 전류 값들을 제공한다. "이온 빔의 샘플링된 부분"으로써, 현재 관심의 이온 빔의 부분을 의미한다. 개구를 이용하는 본 실시예에 있어서, 상기 샘플링된 부분에 대응하는 것은 바로 그 개구를 통과하는 이온 빔의 부분이다.
다른 예시적인 실시예에서, 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계는 상기 이온 빔을 통과하게 상기 차단 엘리먼트의 엣지를 관통시키는 단계를 포함하며, 상기 엣지는 상기 선형 어레이의 길이에 대해 대략적으로 수직으로 정렬되며, 상기 차단 엘리먼트는 상기 이온 빔의 일부분으로부터 이온들이 통과할 수 있도록 하며, 각 측정 위치에서 각 센서에 의해 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 이온 빔의 일부분에 대한 전류 값들을 제공한다.
"이온 빔의 일부분"은 "이온 빔의 샘들링된 부분"과 동일하지 않음을 주지해야 한다. 상기 "일부분"은 상기 센서들의 어레이로 상기 차단 엘리먼트에 의해 통과되도록 현재 허용된 상기 이온 빔의 부분을 의미한다. 위에서 주지된 바와 같이, "이온 빔의 샘들링된 부분"은 현재 관심의 이온 빔의 부분을 말한다. 상기 이온 빔을 통해 엣지를 관통시킬 때, 현재 관심의 이온 빔의 부분은 실지로 이전의 측정 위치로부터 현재의 측정 위치로의 상기 차단 엘리먼트의 이동에 의해 막 커버되거나 또는 막 언커버된 상기 이온 빔의 부분이다. 샘플링된 부분에 대한 전류 값들은 이전에 측정 위치 및 현재의 측정 위치 사이의 차이들을 사용함으로써, 여전히 얻을 수 있다.
예컨대, 상기 방법은 상기 이온 빔을 순차적으로 언커버하기 위해 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계, 및 현재의 측정 위치로부터 이전의 측정 위치에서 얻은 상기 이온 빔의 상기 일부분에 대한 상기 전류 값들을 감산하는 단계를 포함하며, 상기 감산하는 단계에 의해, 상기 이전의 측정 위치로부터 상기 현재의 측정 위치로 상기 차단 엘리먼트를 이동시킴으로써 노출된(uncovered) 상기 이온 빔의 일부분에 대응하는 상기 이온 빔의 샘플링된 부분의 전류 값들을 얻게 된다. 대안적으로, 상기 방법은 상기 이온 빔을 순차적으로 커버링하기 위해 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계를 포함하며, 이 경우에 있어서, 현재의 측정 위치에서 얻은 상기 이온 빔의 상기 일부분에 대한 상기 전류 값들을 상기 이전 측정 위치에 대한 값들로부터 감산해야 한다.
상기 이온 빔을 차단할 때 엣지들가 또는 개구들이 이용되던 간에, 상기 방법은 각 측정 위치에서 상기 이온 빔의 상기 샘들링된 부분에 대한 전류 값들을 합산하는 단계를 더 포함한다. 총 전류 값들은 상기 차단 엘리먼트의 평면에 상기 이온 빔 전류의 프로파일로서 제시된다. 추가적이고 선택적인 기술은 각 측정 위치에서 전류를 수신하는 상기 센서들을 확인하기 위해 각 측정 위치에서 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 상기 전류 값들을 이용하는 단계, 및 전류를 수신하는 각 센서에 도달하는 이온들의 발산 또는 수렴 각도를 결정하기 위해 상기 차단 엘리먼트의 측정 위치를 이용하는 단계를 포함한다. 각 측정 위치에 대한 상기 결정된 각도들은 예컨대, 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 이온 빔의 이미턴스 플롯으로서 제시될 수 있다. 게다가, 각 센서로부터 상기 이온 빔의 샘들링된 부분에 대한 전류 값들은 예컨대, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 이온 빔의 상기 이미턴스의 윤곽선 플롯을 제시하기 위해 사용될 수 있다.
상기 이온 빔을 통과하는 2개의 방향으로 도시하는 것을 허용하기 위해, 상기 센서들의 어레이는 일련의 선형 어레이들을 포함하며, 각 선형 어레이는 열들 및 행들로 배열된 센서들의 2차원 어레이의 행을 형성한다. 이어, 위의 방법들은 상기 이온 빔을 통해 상기 센서들의 열들의 길이 방향으로 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 동안 반복될 수 있다. 이는 상기 센서들의 행들의 방향 및 상기 센서들의 열들의 방향 둘다에서 상기 이온 빔에 관한 정보를 제공한다. 상기 방법은
(a) 상기 차단 엘리먼트가 상기 행들의 방향으로 이동하고 있을 때 각 열내의 센서들에 의해 수신되는 상기 전류 값들을 부가함으로써 또는, (b) 상기 차단 엘리먼트가 상기 열들의 방향으로 이동하고 있을 때 각 행내의 센서들에 의해 수신되는 상기 전류 값들을 부가함으로써, 상기 차단 엘리먼트를 이동시킬 때 일차원 어레이로서 상기 센서들의 2차원 어레이를 간주(treat)하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 또한 이온 주입기용 제어기, 및 컴퓨터, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 판독가능 매체, 위의 방법들의 구현과 관련된 모두까지 확장된다.
본 발명을 보다 잘 이해할 수 있게 하기 위하여, 첨부된 도면들을 참조로 바람직한 실시예를 설명한다:
도 1은 발산하는 이온 빔의 이미턴스를 도시한 그래프이다;
도 2는 이온 빔의 측정된 이미턴스를 도시한 윤곽선 플롯이다;
도 3은 통상의 이온 주입기의 개략적인 대표도이다;
도 4는 본 발명에 따라 차단 엘리먼트 및 패러데이 어레이를 원근법으로 도시한 개략도이다;
도 5는 본 상세한 설명에서 사용되는 라벨을 붙이는 약조를 표시하는 도 4의 패러데이 어레이의 센서 엘리먼트들의 개략도이다;
도 6은 차단 엘리먼트의 개구를 통과하는 빔 조각의 발산을 나타내는 도 4의 장치의 단면도이다;
도 7은 본 발명에 따른 차단 엘리먼트의 추가적인 실시예를 원근으로 도시한 개략도이다;
도 8은 도 7의 장치와 연계하여 사용되는 센서 엘리먼트들로부터의 전형적인 전류 판독값들을 나타낸 그래프이다;
도 9는 이온 빔에서 발산의 각도들을 결정하는데에 사용되는 기하학적 관련을 나타내는 도 7의 장치를 통한 단면도이다;
도 10은 도 4 및 도 7의 패러데이 어레이의 각 센서 엘리먼트를 형성하는 부분들을 설명하는 단면도이다;
도 11은 센서 엘리먼트로부터의 신호를 제공하기 위한 샘플링 회로를 나타낸 개략도이다; 및
도 12a 및 12b는 본 발명에 따라 패러데이 어레이 내에서 센서 엘리먼트들의 2개의 가능한 배열들을 도시한 도면이다.
본 발명의 정황을 제공하기 위하여, 비록 단지 본 발명의 응용의 예이며, 이에 제한되지 않는 것을 이해할 수 있지만, 예시적인 응용을 도 3에 나타내었다.
도 3은 반도체 웨이퍼(12)에 이온들을 주입시키기 위한 공지의 이온 주입기(10)을 도시한 도면이다. 이온들은 이온 소스(14)에 의해 발생되어 추출되고, 본 실시예에서는, 질량 분석 스테이지(30)를 통과하는 이온 경로(34)를 따라간다. 원하는 질량의 이온들이 질량-분해 슬릿(32)을 통과하고 이어, 반도체 웨이퍼(12)에 충돌하도록 선택된다.
이온 주입기(10)는 펌프(24)에 의해 진공되는 진공 챔버(15) 내에 위치하여 원하는 종의 이온 빔을 발생시키기 위한 이온 소스(14)를 포함한다. 이온 소스(14)는 일반적으로 그 일단에 위치한 캐소드(20)를 수용하는 아크 챔버(16)를 포함한 다. 이온 소스(14)는 애노드가 아크 챔버(16)의 벽들에 의해 제공되도록 작동될 수 있다. 캐소드(20)는 열 전자들을 발생하도록 충분히 가열된다.
캐소드(20)에 의해 방출되는 열 전자들은 애노드로 유인되고, 이 경우에는 이웃한 챔버 벽들(18)로 유인된다. 열 전자들이 아크 챔버(16)를 가로지름에 따라 가스 분자들을 이온화시켜, 플라즈마를 형성시키고 원하는 이온들을 발생시킨다.
열 전자들이 따르는 경로는 챔버 벽들(18)까지 가장 짧은 경로를 단순히 따르는 전자들을 방지할 수 있도록 제어될 수 있다. 마그네트 어셈블리(46)는 열 전자들이 아크 챔버(916)의 반대편 엣지에 위치한 카운터(counter)-캐소드를 향해 아크 챔버(16)의 길이를 따라 나선형 경로를 따르도록, 아크 챔버(16)를 통해 확장하는 자기장을 제공한다. 가스 공급(22)은 주입할 종 또는 프리커서 기체 종으로 아크 챔버(16)를 채운다. 아크 챔버(16)는 진공 챔버(15) 내에서 감소된 압력으로 유지된다. 아크 챔버(16)를 통과해 진행하는 열 전자들은 아크 챔버(16)에 존재하는 가스 이온들을 이온화시키고 분자들을 깰 수(crack)도 있다. 플라즈마 내에서 생성된 이온들(이온들의 혼합을 포함할 수 있음)은 (예컨대, 챔버 벽들(18)의 재료로부터 발생되는) 오염 물질 이온들의 극소량들을 함유할 수도 있다.
아크 챔버(16) 내의 이온들은 (접지에 대해) 음-바이어스된 추출 전극(26)을 이용하여, 아크 챔버(16)의 전면 판에 제공되는 출구(28)를 통해 추출된다. 전위차가 전원 공급 장치(21)에 의해 이온 소스(14) 및 다음의 질량 분석 스테이지(30) 사이에 인가되어 추출된 이온들을 가속시킨다. 이 때, 이온 소스(14) 및 질량 분석 스테이지(30)는 절연체(도시하지 않음)에 의해 상호 전기적으로 격리되어 있다.
그 후, 추출 이온들의 혼합물은 자기장의 영향 하에 곡선의 경로를 돌도록 질량 분석 스테이지(30)를 통과한다. 이온에 의해 이동하는 곡률 반경은 그 질량, 대전 상태 및 에너지에 의해 결정되며, 자기장은 설정된 빔 에너지에 대해, 단지 원하는 질량 대 대전 비율 및 에너지를 갖는 이온들이 질량-분해 슬릿(32)과 일치하는 경로를 따라 배출되도록, 제어된다. 그 후, 출현하는 이온 빔은 목표 즉, 주입할 기판 웨이퍼(12) 또는 목표점에 웨이퍼(12)가 없는 경우의 빔 스톱(38)가 배치되는 빔 프로세스 챔버(40)로 운송된다. 다른 모드들에서, 빔은 또한 질량 분석 스테이지(30) 및 웨이퍼 위치 사이에 위치하는 렌즈 어셈블리에 의해 가속되거나 또는 감속될 수 있다.
반도체 웨이퍼(12)는 웨이퍼 홀더(36) 상에 장착되며, 웨이퍼들(12)은 예컨대, 로드 록(도시하지 않음)을 통해, 웨이퍼 홀더(36)에/로부터 연속적으로 이송된다.
이온 주입기(10)는 적절히 프로그램된 컴퓨터(50)와 같은, 제어기의 관리하에 작동한다. 컴퓨터(50)는 원하는 스캐닝 패턴들을 달성하기 위해 이온 빔(34)을 통해 웨이퍼(12)의 스캐닝을 제어한다. 이러한 스캐닝 패턴들은 공지된 바와 같이, 비월 패턴들을 포함하는 래스터 스캔들을 포함할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 것과 같은 이온 주입기(10)에서 이온 빔(34)을 측정하기 위한 제 1 장치(52)를 나타낸 도면이다. 제 1 장치(52)는 차단 엘리먼트(56)의 아래에 이온 빔(34) 내에 위치한 패러데이 어레이(54)를 포함한다. 패러데이 어레이(54)는 이온 빔(34)에 직면하는 센서 엘리먼트들(58)의 이차원 어레이를 포함하 며, 센서 엘리먼트들(58)은 행과 열로 배열된다. 각 센서 엘리먼트(58)는 그 상부에 입사하는 이온 빔 전류를 측정한다. 그 전류는 차단 엘리먼트(56)가 이온 빔(34)을 관통함에 따라 변한다.
측정은 패러데이 어레이(54)가 전혀 이온들을 수신하지 못하도록 이온 빔(34)을 완전히 가리는 차단 엘리먼트(56)의 아래 부분(60)에서 시작된다. 차단 엘리먼트는 이어 이온 빔(34)보다 넓은 수평 개구(62)가 이온 빔(34)을 통과하도록, 수직으로 관통된다. 차단 엘리먼트(56)는 개구(62)가 이온 빔(34)이 없을 때까지 하향으로 관통되어, 이온 빔(34)을 이번에는 차단 엘리먼트(56)의 윗 부분(64)에 의해, 한 번 더 전체적으로 차단한다.
도 4에 도시된 부분들의 보다 상세한 설명을 아래에서 진술하지만, 아래에는 도 4의 장치(52)에 의해 측정될 수 있는 이온 빔(34)의 특성들에 관한 설명을 진술한다.
단독으로 이용될 때, 패러데이 어레이(54)는 페러데이 어레이(54)의 평면에서 이온 빔(34)을 가로지르는 전류의 프로파일을 얻는데 이용될 수 있다. 예컨대, 각 센서 엘리먼트(58)에 의한 전류 측정이 그러한 프로파일을 나타내도록 그래프로 제시될 수 있다. 프로파일의 분해능은 패러데이 어레이(54) 내의 센서 엘리먼트들 사이의 이격에 의존한다. 추가 계산은 보다 많은 데이터를 추출하기 위해 수행될 수 있으며, 예컨대, 보간법이 센서 엘리먼트들(58)에 의해 제공되는 데이터 포인트들의 어레이로부터 이온 빔 전류 프로파일의 윤곽선 플롯을 추정하기 위해 사용될 수 있다. 패러데이 어레이(54)의 평면에서 전류 프로파일을 결정하기 위해 데이터 를 취할 때, 차단 엘리먼트(56)는 이온 빔(34) 없이 유지된다.
물론, 차단 엘리먼트(56)의 평면에서의 이온 빔(34)의 프로파일은 패러데이 어레이(54)의 평면으로 투사된다. 따라서, 차단 엘리먼트(56)를 이온 빔(34)에 관통시키고, 패러데이 어레이(54)를 이용하여 투영된 이미지에서 변화를 관찰하는 것은 차단 엘리먼트(56)의 평면에서의 이온 빔(34)에 대한 정보를 결정하는 방식이다. 게다가, 패러데이 어레이(54)에 대한 차단 엘리먼트(56)의 기하학적 배열을 알게 됨에 따라, 각 정보는 추론되며 그에 따라, 이온 빔(34)의 발산 및 이미턴스와 같은 그 밖의 특성들을 추론할 수 있다.
도 5는 도 4의 패러데이 어레이(54)의 센서 엘리먼트들의 열과 행으로의 배열을 나타내고 있으며, 각 열은 열개의 센서 엘리먼트들(58)을 그리고 각 행은 열개의 센서 엘리먼트들(58)을 갖는다. 10×10 센서 엘리먼트들(58)의 어레이는 단지 예이며, 보다 많거나 적은 센서 엘리먼트들(58)이 패러데이 어레이(54)에 사용될 수 있다. 물론, 달성 가능한 분해능은 센서 엘리먼트들(58)의 수 및 그들의 간격에 의존한다. 각 센서 엘리먼트(58)는 Fi,j로서 구분할 수 있으며, 여기서 i는 행 수를 그리고 j는 열 수를 가리킨다. F1,1은 하단 좌측의 센서 엘리먼트(58)이며, 따라서, F10,10은 상단 우측의 센서 엘리먼트(58)이다. 도 6에서, 센서 엘리먼트 F7,6는 하이라이트된다.
도 6은 이온 빔(34)을 통과하는 그 움직임의 중도 위치에 있는 차단 엘리먼트(56)을 나타낸 도면이다. 차단 엘리먼트(56)는 도시된 바와 같이, 개구(62)를 통 과하는 일부분을 제외하고 이온 빔을 막는다. 도 6은 약한 이온 빔(34)에 대응하며, 여기서 발산 및 혼선이 설명을 위해 과장했다. 따라서, 개구(62)에서 나오는 빔 조각들의 집합은 z축에 수직으로 이동하는 이온들의 각도들의 확대로 인해 발산되어, 패러데이 어레이(54) 내의 센서 엘리먼트들(58)의 하나 이상의 열 j에 입사된다. 이온 빔(34)의 이미턴스가 커질 수록, 빔 조각들의 집합은 넓어진다. 차단 엘리먼트(56)가 이온 빔(34)에 관통됨에 따라, 나타나는 빔 조각들은 또한 패러데이 어레이(54)를 가로질러 아래로 스캐닝될 것이다. 게다가, 개구(2)는 상이한 y 위치들(수직에 대응하는 y축)에서 이온 빔(34)을 샘플링하고 있으며, 그에 따라, 나타나는 빔 조각들의 모양은 이미턴스가 이온 빔(34) 전역에 걸쳐 가변됨에 따라 변경된다.
차단 엘리먼트56)의 평면에서의 이온 빔 전류의 프로파일을 결정하기 위해 차단 엘리먼트(56) 및 패러데이 어레이(54)의 사용으로 돌아가서, 이는 다음과 같이 결정될 수 있다. 개구(62)가 이온 빔(34)을 지나 아래로 내려감에 따라, 일련의 연속적인 측정 위치들에서의 측정이 센서 엘리먼트들(58)에 의해 수행된다. 모든 센서 엘리먼트들(58)의 측정들은 그 측정 위치에서 개구(62)를 나오는 이온 빔(34)의 샘플링된 부분을 대한 총 이온 빔 전류를 산출하기 위해 I(y)=Ej Ei Ii,j (y)로서 각 측정 위치에서 합산된다.
수직 개구를 갖는 차단 엘리먼트를 수평으로 관통시키는 동안, 상응하는 동작이 수행될 수 있다. 대안적으로, 차단 엘리먼트(56)는 수평 및 수직 개구들이 형 성될 수 있도록 보다 넓게 만들어 질 수 있다. 어떤 배열이 사용되어도, 측정하는 동안 이온 빔(34)으로 수평으로 수직 개구를 관통시키는 것은 이온 빔의 전류의 x-프로파일, I(x)를 제공한다. 적절한 x- 및 y-프로파일들의 조합은 차단 엘리먼트(56)의 평면에서의 이온 빔 전류의 전체 프로파일을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 패러데이 어레이(54)에 의해 수신되는 전류를 측정하는 동안, 이온 빔(34)으로 개구(62)의 스캐닝은 각 정보를 제공한다. 그러한 스캐닝에서 얻게되는 정보는 도 1 또는 2에서 나타낸 것과 유사한 이미턴스 플롯을 제공하데에 사용될 수 있다. 예컨대, 차단 엘리먼트(56)는 일련의 측정 위치들에서 패러데이 어레이(54)에 의해 측정되면서, 이온 빔(34)에 관통될 수 있다. 각 위치에서, 전류를 수신하는 센서 엘리먼트들(58)이 구분된다. 센서들의 열들 j는 함께 그룹화될 수 있으며 즉, 열 j의 어떤 센서 내의 전류는 그 열이 이온 빔(34)의 일부분을 수신하는 것을 알린다.
개구(62)의 위치를 포함하여, 차단 엘리먼트(56)의 크기를 알고, 차단 엘리먼트(56)의 위치를 인코더 등(또는 기타 다른 공지의 기술)을 이용하여 결정할 수 있게 됨으로서, 각 측정 위치에서 개구(62)에 의해 샘플링되는 이온 빔(34) 내의 위치 y를 결정할 수 있다. 또한, 패러데이 어레이(54)의 위치 및 기하학적 배열을 알고 있으므로, 전류를 수신하는 센서 엘리먼트들의 어떤 열 및 현재의 개구 위치 사이의 z축에 대한 각을 찾을 수 있다. 이러한 방식에서, 이온 빔 빔 위치 y(즉, 개구가 있었던 곳)를 각 y'과 연계하여 일련의 점들을 찾을 수 있게 된다 (즉, 전류를 수신하는 센서 엘리먼트들(58)의 각 열 j의 각을 기하학적으로 결정한다). 이 러한 방식으로 얻게되는 값들은 도 1과 같이, 이온 빔(34)의 이미턴스를 나타내기 위해 도시될 수 있다. 각 개구 위치에 대한 이온 빔 전류를 수신하는 센서 어레이들(34)의 최상단 및 최하단 열 만을 이용하는 것은 거의 동일한 정보를 또한 제공할 것이다.
게다가, 열 j 내의 각 센서 엘리먼트(58)에 의해 기록되는 전류 값들은 Ij(y)=Ei Ii,j(y)로서 합산될 수 있으며, 각 정보 뿐 만 아니라 세기 정보를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 도 2의 것과 유사한 이미턴스 및 세기를 나타내는 윤곽선 플롯을 얻을 수 있다.
유사한 기술이 수평으로 개구를 관통시킬 때 채용될 수 있으며, 그에 따라 x-방향의 이미턴스 플롯들을 얻는다(즉, x에 반해 x').
이제, 본 발명과 관련된 이온 빔(34)의 특성들을 결정하기 위한 기술들을 설명하며, 게다가, 이러한 기술들을 구현하는데에 사용될 수 있는 장치들의 세부 사항들을 이제 설명할 것이다.
도 4로 되돌아가, 이온 빔(34)을 측정하기 위한 제 1 장치(52)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 개구(62)가 형성된 차단 엘리먼트(56)의 하류의 이온 빔(34)의 경로 내에 위치하는 패러데이 어레이(54)를 포함한다.
차단 엘리먼트(56)는 지지 아암(68)에 장착되는 스크린(66)을 포함한다. 비록 도시하지는 않았지만, 지지 아암(68)은 화살표(7)로 나타낸 바와 같이, 스크린(66)을 수직으로 이동시키는 작동기에 장착된다. 따라서, 작동기는 이온 빔(34) 을 통해 수직으로 스크린(66)을 관통하도록 사용될 수 있다. 스크린(66)은 그 중심을 관통하는 개구(62)가 제공된다.
패러데이 어레이(54)는 지지 아암(74)에 장착된 센서 헤드(72)를 포함한다. 지지 아암(74)은 화살표(76)로 나타낸 바와 같이, 이온 빔(34)으로 및 그 밖으로 수평으로 센서 헤드(72)가 이동시키는 작동기에 연결된다. 센서 헤드(72)에는 상술한 10의 열들 및 10의 행들의 규칙적인 어레이에 배열된 센서 엘리먼트들(58)의 어레이가 제공된다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 엘리먼트들(58)의 어레이는 예상되는 이온 빔(34)보다 조금 더 넓다. 결과적으로, 센서 엘리먼트들(58)의 몇몇 특히, 어레이의 코너들 내의 것들은 늘 "어두울(dark)" 것이다.
이해되겠지만, 도 4의 차단 엘리먼트(56)는 단지 일 방향, 수직으로 이온 빔(34)의 측정을 허용한다. 상술한 바와 같이, 수평 방향으로의 측정이 예컨대, 스크린(82) 또는 개별의 차단 엘리먼트 상의 수직 개구를 제공함으로써, 수행될 수 있다. 물론, 연관된 작동기는 수직 개구를 갖는 스크린을 수평으로 이온 빔(34)에 관통시키는 능력을 요구할 것이다.
도 7은 택일적인 차단 엘리먼트(80)를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치(78)를 도시한 도면이다. 그 밖의 부분들은 도 4에 도시된 실시예와 동일하며, 동일한 참조 번호들이 동일한 부분들에 사용되었다.
차단 엘리먼트(80)는 차례로 작동기(도시하지 않음)에 장착되는 지지 아암(84)에 장착되는 블록(82)을 포함한다. 작동기는 도면 번호 86에 나타낸 바와 같이, 수평 및 수직으로 스크린을 이동시킨다. x-방향의 프로파일들을 위해 수평으로 그리고 y-방향의 프로파일들을 위해 수직으로, 블록(82)을 이온 빔(34)에 순차적으로 관통시킴으로써, 측정된다. 이러한 방식으로, 차단 엘리먼트(80)는 패러데이 어레이(54) 상에서 순차적으로 이동하는 음영(shadow)을 생성한다. 음영에 뚜렷하고 선형인 엣지를 보증하기 위해, 블록(82)에는 그 아래 부분에 테이퍼링(tapering) 수직 엣지(88) 및 그 우측에 테이퍼링 수직 엣지(90)가 제공된다. 따라서, 하부 엣지(88)는 차단 엘리먼트(80)가 이온 빔(34)을 통해 아래로 관통됨에 따라 전단을 형성하며, 우측 엣지(90)는 차단 엘리먼트(80)가 이온 빔(34)을 통해 우측으로 관통됨에 따라 전단을 형성한다.
도 8은 엣지(88)의 위치 y가 가변됨에 따라, 어떻게 상이한 센서 엘리먼트들(58)에 의해 측정되는 전류 I가 가변되는지를 나타낸 도면이다. 하이의 y 값들을 위하여 (즉, 여기서 차단 엘리먼트(80)는 이온 빔(34)의 위에서 유지된다), 도 5에 도시된 센서 엘리먼트 F7,6에 의해 측정되는 전류 I에 대응하는 실선을 보면, 전류 I는 초기에 하이이다. 엣지(88)가 낮아짐에 따라 전류 I는 하이를 유지하며, 엣지(88)가 위치 y2에 도달하고 센서 엘리먼트 F7,6에 도달하는 빔 조각(92)을 차단하기 시작할 때까지 y는 감소한다. 일단 y2에 도달하면, 전류 I는 처음에는 천천히 그러나 이어, 엣지(88)가 중심점 y에 접근함에 따라 점점 더 빠르게 떨어진다. 이어, 엣지(88)가 y2에 접근하여 전류 I가 제로(또는, 보다 유사하게, 센서 엘리먼트의 암전류에 대응하는 기본 노이즈 레벨)에 도달하는 어떤 점에서 빔 조각(92) 내의 모든 이온들을 차단함에 따라, 전류 I는 그러나 점점 감소하여 빠르게 떨어진다. 엣 지(88)가 보다 아래로 관통됨에 따라 전류 I는 제로를 유지한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상이한 센서 엘리먼트들 Fi,j를 위해 얻은 커브들은 그들의 위치에 따라 상이하다. 예컨대, 어레이에서 보다 위에 배치된 센서 엘리먼트(58) 즉, F7,9은 초기에 보다 낮은 전류를 수신할 것이며(이온 빔의 전류는 그 중심에서 가장 크다), 보다 큰 y 값에서 떨어지기 시작할 것이다. 반대로, 이온 빔(34)의 중심에 근접한 센서 엘리먼트(58) 즉, F7,4는 초기에 보다 큰 전류를 갖을 것이고, 단지 보다 낮은 y 값에서 떨어지기 시작할 것이다. 열 j을 따라 좌우의 센서 엘리먼트들(58)은 동일한 y 값에서 그들이 측정하는 전류의 감소를 알 수 있겠지만, 그들의 초기 전류 값은 이온 빔(34)의 중심으로 근접함에 따라 가변될 것이다.
차단 엘리먼트(80)의 평면에서의 이온 빔의 프로파일에 관한 동일한 정보는 개구(62) 또는 엣지들(88)을 갖는 차단 엘리먼트들(56, 80)을 위해 얻을 수 있다. 이는 위의 차단 엘리먼트(80)가 순차적으로 이온 빔(34)을 벗어나도록 수직으로 상부로 이동시키는 방법을 고려함으로써 매우 용이하게 실현된다. 이온 빔(34)을 전체적으로 차단하는 초기 위치가 선택되고, 이어 차단 엘리먼트(80)가 제 1 측정 위치로 상부로 짧은 거리 이동된다고 가정해 보자. 차단 엘리먼트(80)는 그 바닦에서 이온 빔(34)의 작은 부분을 노출시킨다. 실제로, 이것은 이러한 바닦 위치에 개구(62)를 위치시키는 것과 동일하며, 그에 따라 개구(62)의 경우에 관한 한은 측정들이 정확히 사용될 수 있다.
만일 차단 엘리먼트(80)가 제 2 측정 위치로 상부로 짧은 거리 이동한다면, 이온 빔(34)의 다소 더 많은 부분이 패러데이 어레이(54)에 노출된다. 그러나, 이전의 측정 위치로부터의 측정들을 뺀다면, 나머지는 제 1 로부터 제 2 측정 위치로 이동하는 동안 노출된 이온 빔(34)의 작은 부분으로부터의 기여에 대응한다. 이는 이러한 작은 부분에 위치한 개구(62)에 대응하며, 그에 따라 동일한 방식으로 정보가 이용될 수 있다. 물론, 이러한 과정은 이전의 측정 위치들로부터 총계 값들을 감산하도록 각 측정 위치를 위해 반복될 수 있다. 따라서, 각 측정 위치에서 감산 단계를 부가함으로써, 개구(62)를 갖는 차단 엘리먼트(56)을 이용하는 것과 마찬가지로 엣지들(88, 90)을 갖는 차단 엘리먼트(80)을 이용하여 동일한 정보를 얻을 수 있다.
비록, 이온 빔(34)의 순차적인 노출의 관점에서 이해하는 것이 용이하겠지만, 방법은 또한 아래에서 설명하는 바와 같이, 이온 빔(34)의 순차적인 커버링과 함께 수행된다.
도 9는 이온 빔(34)의 길이 방향으로의 단면도이며, 이온 빔(34)으로 어느 정도 관통된 그 수평 엣지(88)를 갖는 차단 엘리먼트(80)를 도시하고 있다. 또한, 도 5는 도 5에 나타낸 센서 엘리먼트 F7,6에 도달한 이온 빔(34)의 빔 조각(92)을 설명하는 기하학적 구조를 도시한 도면이다. 물론, 이러한 구조는 센서 엘리먼트들 Fi,j에 일반적으로 적용된다. 센서 엘리먼트 Fi,j의 중간-점은 이온 빔(34)의 중심 위로 수직 높이 Yj에 있으며, 높이들 Y1 및 Y2에서 상부 및 하부 엣지들을 각각 갖는 다. 수평 엣지(88)가 수직 위치 y에서 나타나며, 여기서 그것은 센서 엘리먼트 Fi,j의 중간-점 Yj에 음영을 드리운다. 수평 엣지(88)의 둘 이상의 위치들이 정의된다: 엣지(88)가 그렇지 않았다면 센서 엘리먼트 Fi,j에 도달하는 빔 조각(92) 내의 이온들을 막 차단하기 시작하는 Y2; 및 엣지(88)가 빔 조각(92) 내의 마지막 이온들을 차단하는 Y1.
차단 엘리먼트(80)의 평면에서 이온 빔 전류의 프로파일을 결정하기 위해, 차단 엘리먼트(80)이 이온 빔(34)을 아래로 관통함에 따라 일련의 연속적인 위치들에서 센서 엘리먼트들(58)로부터 측정들이 수행된다. 모든 센서 엘리먼트들의 측정들은 총 이온 빔 전류를 산출하기 위해 I(y)=Ej Ei Ii,j(y)로서 합산된다. 이러한 총 전류의 연속적인 값들 상이의 차이는 차단 엘리먼트(80)의 마지막 이동에 의한 차단되는 전류를 나타낸다. 따라서, 총 전류의 미분,
Figure 112009032342018-PCT00001
는 차단 엘리먼트(80)의 평면에서의 이온 빔의 전류의 y-프로파일을 산출한다. 동일한 작동이
Figure 112009032342018-PCT00002
및 그에 따른 이온 빔의 전류의 x-프로파일을 산출하기 위해 수평으로 차단 엘리먼트를 관통하는 동안 수행될 수 있다. 적절하게, x- 및 y-프로파일들의 조합은 이온 빔 전류의 전체 프로파일의 표시를 제공한다.
도 9에 나타낸 각 θ는 아래의 식에 의해 산출되며,
Figure 112009032342018-PCT00003
그에 따라, 패러데이 어레이(54)가 각 빔 조각(64)의 발산 또는 수렴을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 이온 빔(34) 내의 주어진 위치 y에 대해 각 빔 조각(64)의 각들을 조합하는 것은 이미턴스를 결정할 수 있게 한다.
실제로, 차단 엘리먼트(80)가 이온 빔(34)을 아래로 관통함으로서 연속적인 위치들에서의 센서들(58)로부터의 측정들이 수행된다. 각 위치에 대해, 각 열 j 내의 센서 엘리먼트들(58)로부터의 측정들은 10개의 열 전류들 I(y)=Ej Ei Ii,j(y)를 제공하기 위해 합산된다. 가장 늦은 측정 위치 y에서 센서 엘리먼트들(58)의 그 열 j에 의해 수용되고 있는 이온들을 나타내는 것은 연속적인 측정 위치들 사이의 열 전류들 Ij(y) 내의 영이 아닌 차들이며, 따라서 그 열 j에 대한 각 θ는 위치 y와 연관된다. 따라서,
Figure 112009032342018-PCT00004
로서 각 열의 전류 Ij(y)를 미분하여 이온 빔 내의 각 위치 y에 대한 이온 빔(64)의 각 분포를 얻는다. y와 대비하여 (y'로서) θ를 도시하는 것은 도 1의 것과 유사한 이미턴스 플롯을 달성하게 한다.
이해되는 바와 같이,
Figure 112009032342018-PCT00005
및 그에 따른 이온 빔(34)의 각 분포의 x-프로파일을 구하기 위해 이온 빔(34)을 통해 수평으로 수직 엣지(90)를 관통시키는 동안, 유사한 실행이 수행될 수 있다.
열 내의 각 센서 엘리먼트(58)로부터의 측정들을 각각 취급하는 것은 (즉,
Figure 112009032342018-PCT00006
및
Figure 112009032342018-PCT00007
을 산출하기 위해 미분함) 이온 빔(34)의 이미턴스의 상세한 그림을 얻을 수 있게 한다. 이러한 경우, 각 센서 엘리먼트(58)의 빔 조각(92)의 각의 개별 값이 산출된다.
게다가, 각 센서 엘리먼트(58)에서 (또는, 결합한다면, 센서 엘리먼트들(58)의 각 열) 수신되는 전류의 전형적인 값은 도 2에 도시된 것과 유사한 윤곽선 플롯을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 각 센서 엘리먼트(58: 또는 열)에 대한 피크 전류는 y(또는 x)에 대한 플롯에서의 이미턴스 외에 이온 빔(34)의 세기를 나타내기 위해 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 패러데이 어레이(54)는 그 평면에서의 이온 빔 전류의 프로파일을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 그에 따라, 이온 주입기(10)을 통해 이온 빔의 경로를 따라 관심 점들에 위치될 수 있다. 바람직한 하나의 위치는 프로세스 챔버(40)의 뒤에 제공되는 빔 스톱(38)에 있다. 이는 이온 빔 경로의 마지막 점이기때문에, 패러데이 어레이(54)는 이온 빔(34)의 밖으로 이동될 필요가 없으며, 그에 따라, 적당한 위치에 고정될 수 있다. 따라서, 지지 아암(74) 및 연관 작동기는 생략될 수 있다.
차단 엘리먼트(56 또는 80)는 관심 점들의 위치들에서의 전류 프로파일 또는 이미턴스를 측정하기 위해, 이온 주입기를 통해 이온 빔 경로를 따라 그러한 점들 에 위치될 수 있다. 바람직한 위치들은 웨이퍼(12) 인접 웨이퍼 지지(36)의 평면에서 그리고 질량-분석 마그네트(30)의 상류를 포함한다. 전자에 대해, 웨이퍼(12)의 평면에서 이온 빔(34)의 프로파일을 획득할 수 있다. 후자에서 측정하는 것은 질량-분석 마그네트(30)를 통해 이온 빔(34)의 행태를 연구할 수 있게 한다. 유사하게, 차단 엘리먼트(56 또는 80)는 그 엘리먼트가 어떻게 이온 빔(34)에 영향을 주는지를 알 수 있도록 어떤 이온 광학의 상류에 위치될 수 있다.
도 10은 보다 상세히 센서 엘리먼트(58)를 위해 사용될 수 있는 배열을 나타낸 도면이다. 센서 엘리먼트는 정면, 개구들(98a,b)이 또한 제공되는 전자 억제 판들(96a,b)의 쌍이 뒤따르는 개구(94)를 갖는 바닥 판(93)을 포함한다. 전자 억제 판들(96a,b)은 당업계에 공지된 바와 같이, 이차 전자들을 억제한다. 마지막으로, 패러데이 컵(100)은 센서 엘리먼트(58)를 완성한다. 개구들(94, 98a 및 98b)은 이온 빔(34) 및 패러데이 컵(100)의 내부 사이의 직선을 제공하기 위해 정렬된다.
3개의 판들(93, 96a 및 96b)의 개별 세트들이 패러데이 어레이(54) 내의 각 센서 엘리먼트(58)를 위해 제공될 수 있지만, 센서 엘리먼트들(58)의 전체 어레이을 커버하도록 3개의 단일 판들(93, 96a 및 96b)을 사용하는 것이 바람직하다. 각 단일 판(93, 96a 및 96b)은 그곳에 형성된 개구들(94, 96a 또는 96b)의 적절한 어레이를 갖는다.
도 11은 각 센서 엘리먼트(58)를 제어기(50)에 링크시키기 위해 사용될 수 있는 단순한 전기적인 연결을 나타낸 도면이다. 패러데이 컵(100)은 증폭기(102)를 경유하여 제어기(50)에 연결된다. 패러데이 컵(100) 및 증폭기(102) 사이의 경로는 또한 저항(103)을 통해 접지에 연결된다. 물론 다른 배열들도 가능할 수 있다. 예컨대, ADC들이 각 센서 엘리먼트(58)를 위해 포함될 수 있다. 대안적으로, 단일 ADC 또는 소수의 ADC들이 하나 이상의 센서 엘리먼트(50)에서 작동되도록 사용될 수 있다. 멀티플렉서들이 또한 센서 엘리먼트 출력들의 병렬보다는 직렬을 허용하기 위해 사용될 수 있다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 청구항들에 의해 한정된 바와 같이, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 위의 실시예들을 변경할 수 있다.
에컨대, 어떻게 차단 엘리먼트(56, 80)이 이동하는지는 변경될 수 있다. 명백한 바와 같이, 차단 엘리먼트(56, 80)은 위로 이동하던지 또는 아래로 이동하든지 간에, 좌 또는 우는 중요하지 않다. 또한, 두 개의 직각 방향들이 이용되는 것이 이점이 있지만, 차단 엘리먼트(56, 80)는 다른 방향드로 이동할 수 있다. 또한, 엣지(88, 90)가 이온 빔(34)을 관통하도록 차단 엘리먼트(56)가 사용되는 곳에서, 이러한 이동이 이온 빔을 순차적으로 차단하든지 또는 노출시키든지는 문제가 아니다.
패러데이 어레이(54)가 이온 빔(34)의 안으로 또는 밖으로 수평으로 이동할 필요는 없다; 다른 방향이 이용될 수 있다. 사실, 어떤 환경에서, 패러데이 어레이(54)는 전혀 이동할 필요는 없다. 예컨대, 패러데이 어레이(54)는 이온 빔 경로를 폐쇄시키는 빔 스톱(38)으로 사용되며, 이러한 경우에 패러데이 어레이(54)는 적절한 위치에 고정될 수 있다.
위의 실시예들 모두는 도 12a에 또한 도시된 바와 같이, 열들 및 행들로 배 열된 센서 엘리먼트들(58)의 규칙적인 어레이를 갖는 패러데이 어레이(54)를 채용한다. 도 12b에 나타낸 것과 같이, 센서 엘리먼트들958)의 그 밖의 배열들이 가능하다. 여기서, 센서 엘리먼트들(58)은 스태거형(staggered)의 열들로 배열된다. 그 밖의 기하학적인 패턴들로의 배열들이 가능하며(예컨대, 동심원), 다른 수의 센서 엘리먼트들(58)이 사용될 수 있다.

Claims (33)

  1. 이온 주입기로서,
    이온 빔을 생성하도록 동작가능한 이온 소스;
    이온 빔 경로를 따라 상기 이온 빔을 안내하도록 동작가능한 이온 광학기;
    센서들의 어레이 - 상기 센서들의 어레이는 상기 이온 빔 경로에서 상기 센서들의 어레이를 홀딩하기 위해 연동되는 홀더를 구비하고, 각각의 센서는 상부에 입사되는 이온 빔 전류를 측정하도록 동작가능함 -;
    상기 센서들의 어레이의 상류에 위치하는 가동(moveable) 엘리먼트; 및
    상기 이온 빔 경로에 걸쳐서 상기 가동 엘리먼트를 이동시키도록 배치되어, 상기 가동 엘리먼트가 상기 이온 빔을 관통함에 따라 상기 이온 빔의 상이한 부분들이 상기 센서들의 어레이에 노출될 수 있도록 하는 작동기(actuator)
    를 포함하는 이온 주입기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서들의 어레이는 센서들의 선형 어레이를 포함하는, 이온 주입기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작동기는 상기 선형 어레이의 길이 방향으로 상기 가동 엘리먼트를 이동시키도록 배치되는, 이온 주입기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 가동 엘리먼트는 상기 선형 어레이의 길이에 실질적으로 수직인 방향으로 연장하는 긴 개구를 포함하는, 이온 주입기.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 가동 엘리먼트는 상기 작동기가 상기 이온 빔 경로에 걸쳐서 상기 가동 엘리먼트를 이동시킴에 따라 상기 이온 빔을 관통시키도록 하기 위해 제공되는 엣지를 포함하는, 이온 주입기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 엣지는 선형이고 상기 센서들의 선형 어레이의 길이에 실질적으로 수직으로 정렬되는, 이온 주입기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서들의 어레이는 2차원 어레이를 포함하는, 이온 주입기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서들은 행들과 열들로 선형으로 배치되는, 이온 주입기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가동 부재는 상기 행들의 방향 및 상기 열들의 방향 둘다로 이동가능한, 이온 주입기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가동 엘리먼트는 긴 개구들의 쌍을 포함하며, 하나의 개구는 상기 센서들의 행들의 방향으로 연장하고, 다른 하나의 개구는 상기 센서들의 열들의 방향으로 연장하는, 이온 주입기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 가동 엘리먼트는 상기 센서들의 행들의 방향으로 연장하는 개구를 포함하고, 상기 가동 엘리먼트는 상기 열들의 방향으로 이동가능하며,
    상기 이온 주입기는 상기 센서들의 어레이의 상류에 위치되는 추가적인 가동 엘리먼트를 포함하고, 상기 추가적인 개구는 상기 열들의 방향으로 연장하여 상기 행들의 방향으로 이동가능한 개구를 포함하는, 이온 주입기.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가동 엘리먼트는 선형 엣지들의 쌍을 포함하고, 하나의 선형 엣지는 상기 센서들의 행들과 정렬되며, 다른 하나의 선형 엣지는 상기 센서들의 열들과 정렬되며,
    상기 작동기가 하나의 방향으로 상기 이온 빔 경로에 걸쳐서 상기 가동 엘리먼트를 이동시킴에 따라 하나의 엣지가 상기 이온 빔을 관통하고, 상기 작동기가 다른 방향으로 상기 이온 빔 경로에 걸쳐서 상기 가동 엘리먼트를 이동시킴에 따라 다른 엣지가 상기 이온 빔을 관통하도록, 상기 엣지들이 제공되는, 이온 주입기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서들의 어레이는 패러데이 센서들의 어레이를 포함하는, 이온 주입기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 주입기는 질량-분석 마그네트를 더 포함하며,
    상기 가동 부재는 상기 질량-분석 마그네트의 상류에 위치하고, 상기 센서들의 어레이는 상기 질량-분석 마그네트의 하류에 배치되는, 이온 주입기.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 주입기는 4극자형(quadrupole) 이온 렌즈를 더 포함하며,
    상기 가동 부재는 상기 4극자형 이온 렌즈의 상류에 위치하며, 상기 센서들의 어레이는 상기 4극자형 이온 렌즈의 하류에 배치되는, 이온 주입기.
  16. 이온 소스, 이온 광학기, 차단(occluding) 엘리먼트, 및 센서들의 어레이를 포함하는 이온 주입기에서 이온 빔을 측정하는 방법으로서,
    상기 이온 소스를 이용하여 이온 빔을 발생시키는 단계;
    상기 센서들의 어레이에 충돌하도록 상기 이온 주입기를 통과하게 상기 이온 빔을 안내하기 위해 상기 이온 광학기를 이용하는 단계;
    상기 이온 빔의 상이한 부분들이 상기 센서들의 어레이에 도달할 수 있도록, 상기 이온 빔을 통과하게 상기 센서들의 어레이의 상류로 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계; 및
    상기 이온 빔 내의 상기 차단 엘리먼트의 일련의 알려진 측정 위치들에서, 상부에 입사된 이온 빔 전류를 측정하기 위해 각각의 센서를 이용하는 단계
    를 포함하는 이온 빔 측정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서들의 어레이는 선형 어레이를 포함하며,
    상기 방법은 상기 선형 어레이의 길이의 방향으로 상기 이온 빔을 통과하게 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계를 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계는 상기 이온 빔을 통과하게 상기 차단 엘리먼트의 긴 개구를 관통(drive)시키는 단계를 포함하며,
    상기 개구는 상기 선형 어레이의 길이에 실질적으로 수직으로 연장하고, 상 기 개구는 상기 이온 빔의 샘플링된 부분으로부터 이온들이 통과할 수 있도록 하며,
    각각 측정 위치에서 각각의 센서를 통해 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 전류 값들을 제공하는, 이온 빔 측정 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계는 상기 이온 빔을 통과하게 상기 차단 엘리먼트의 엣지를 관통시키는 단계를 포함하며, 상기 엣지는 상기 선형 어레이의 길이에 실질적으로 수직으로 정렬되고, 상기 차단 엘리먼트는 상기 이온 빔의 일부분(fraction)으로부터 이온들이 통과할 수 있도록 하며, 각각의 측정 위치에서 각각의 센서를 통해 상기 이온 빔 전류를 측정하는 단계는 상기 이온 빔의 상기 일부분에 대한 전류 값들을 제공하는, 이온 빔 측정 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 이온 빔을 순차적으로 노출(uncover)시키기 위해 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계; 및
    현재의 측정 위치로부터 이전의 측정 위치에서 획득된 상기 이온 빔의 상기 일부분에 대한 상기 전류 값들을 감산하는 단계
    를 포함하며, 상기 감산하는 단계에 의해, 상기 이전의 측정 위치로부터 상 기 현재의 측정 위치로 상기 차단 엘리먼트를 이동시킴으로써 노출된 상기 이온 빔의 일부분에 상응하는 상기 이온 빔의 샘플링된 부분에 대한 전류 값들을 획득하는, 이온 빔 측정 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 이온 빔을 순차적으로 커버하기 위해 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 단계; 및
    이전의 측정 위치로부터 현재의 측정 위치에서 획득된 상기 이온 빔의 상기 일부분에 대한 상기 전류 값들을 감산하는 단계
    를 포함하며, 상기 감산하는 단계에 의해, 상기 이전의 측정 위치로부터 상기 현재의 측정 위치로 상기 차단 엘리먼트를 이동시킴으로써 커버되는 상기 이온 빔의 일부분에 상응하는 상기 이온 빔의 샘플링된 부분에 대한 전류 값들을 획득하는, 이온 빔 측정 방법.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 측정 위치에서 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 일련의 총 전류 값들을 획득하기 위해, 각각의 측정 위치에서 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 상기 전류 값들을 합산하는 단계를 더 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 차단 엘리먼트의 평면에서 상기 이온 빔 전류의 프로파일로서 상기 일련의 총 전류 값들을 표시하는 단계를 더 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  24. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 측정 위치에서 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 상기 전류 값들을 이용하여 각각의 측정 위치에서 전류를 수신하는 상기 센서를 식별하는 단계; 및
    상기 차단 엘리먼트의 측정 위치를 이용하여 전류를 수신하는 각각의 센서에 도달하는 이온들의 발산 또는 수렴 각도를 결정하는 단계
    를 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 이온 빔의 이미턴스 플롯(emittance plot)으로서 각각의 측정 위치에 대해 상기 결정된 각도들을 표시하는 단계를 더 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    각각의 센서로부터 상기 이온 빔의 상기 샘플링된 부분에 대한 상기 전류 값들을 이용하여 상기 이온 빔의 상기 이미턴스의 윤곽선 플롯(contour plot)을 표시하는 단계를 더 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  27. 제 17 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서들의 어레이는 일련의 선형 어레이들을 포함하며, 각각의 선형 어레이는 센서들의 2차원 어레이의 행을 형성하고, 상기 센서들은 행들과 열들로 배치되며,
    청구항 제 17 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항의 상기 방법은 상기 센서들의 열들의 길이 방향으로 상기 이온 빔을 통과하게 상기 차단 엘리먼트를 이동시키는 동안 반복되고, 이에 따라 상기 센서들의 행들의 방향 및 상기 센서들의 열들의 방향 둘다에서 상기 이온 빔에 대한 정보를 제공하는, 이온 빔 측정 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    (a) 상기 차단 엘리먼트가 상기 열들의 방향으로 이동하고 있을 때 각각의 행의 상기 센서들에 의해 수신되는 상기 전류 값들을 부가함으로써, 또는 (b) 상기 차단 엘리먼트가 상기 행들의 방향으로 이동하고 있을 때 각각의 열의 상기 센서들에 의해 수신되는 상기 전류 값들을 부가함으로써,
    상기 차단 엘리먼트를 이동시킬 때 상기 센서들의 2차원 어레이를 1차원 어레이로서 간주하는 단계를 더 포함하는, 이온 빔 측정 방법.
  29. 제 16 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항의 이온 빔 측정 방법을 구현하도록 배치된 이온 주입기를 위한 제어기.
  30. 제 16 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항의 이온 빔 측정 방법을 구현하도록 프로그래밍된 컴퓨터.
  31. 제 29 항의 제어기 또는 제 30 항의 컴퓨터를 포함하는 이온 주입기.
  32. 프로그램 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 프로그램 명령어들은 실행시 청구항 제 16 항 내지 28 항 중 어느 한 항의 이온 빔 측정 방법에 따라 이온 주입기가 작동하도록 하는,
    컴퓨터 프로그램.
  33. 제 32 항의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
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