KR20090106534A - 플라즈마-기반 이온 주입에서 개선된 차단 링을 사용하는 기술 - Google Patents
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Abstract
플라즈마-기반 이온 주입에서 개선된 차단 링을 이용하는 기술이 개시된다. 하나의 특정 모범 실시예에서, 상기 기술은 라디오 주파수 플라즈마 도핑(RF-PLAD)과 같은 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치 및 방법으로 실현될 수 있다. 상기 장치 및 방법은, 표적 웨이퍼와 동일 평면에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레 주변에 위치하는 차단 링으로, 적어도 하나의 구경의 영역을 정의하는 구경-정의 장치를 포함하는 차단 링, 상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵, 및 이온 도즈 비율을 계산하기 위해 상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 구경은 원형, 호선형, 슬릿형, 환형, 직사각형, 삼각형 및 타원형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 구경-정의 장치는 규소, 탄화규소, 탄소 및 흑연 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로는 플라즈마-기반 이온 주입 및, 더 구체적으로는, 플라즈마-기반 이온 주입에서 개선된 차단 링을 사용하는 기술에 관한 것이다.
이온 주입은 가압된 이온으로 기판에 직접적으로 충격을 가함으로써 기판에 화학 종을 퇴적하는 공정이다. 반도체 제조에서, 이온 주입기는 주로 표적 물질의 도전성의 종류 및 수준을 변경하는 도핑 과정에 사용된다. 집적 회로(IC) 기판 및 이의 박막 구조 내의 정확한 도핑 프로파일은 대개 적합한 IC 성능에 결정적이다. 희망하는 도핑 프로파일을 달성하기 위해서는, 하나 이상의 이온 종이 상이한 도즈(doses)로 그리고 상이한 에너지 수준으로 주입될 수 있다. 이온 종, 도즈 및 에너지의 상세 사항이 이온 주입 레시피라 불린다.
전통적인 이온 주입에서는, 이온들이 플라즈마 소스에서 추출되고, 기판으로 인도하기 전에 다수의 정전/동력학적 렌즈들을 통해서 전형적으로(예를 들어 질량, 전하, 에너지 등에 대해) 여과, 가속 및/또는 감속, 및 시준된다. 이에 비해서, 플라즈마-기반 이온 주입에서는, 기판이 플라즈마 내에 담긴다. 음의 전압이 기판에 인가되고 이온들이 기판과 플라즈마 사이에서 그 뒤의 쉬스(sheath)를 통해 추출된 다.
몇 종류의 플라즈마 소스가 존재하는데, 이들 중 몇 개를 말하자면, 용량-결합 플라즈마(CCP), 유도-결합 플라즈마(ICP), 글로우 방전(GD) 및 할로우 캐소드(HC)가 있다. 이들 예 중에서, CCP에 비교하여 전자 온도가 낮고 전자 밀도가 높기 때문에 ICP가 전형적으로 이온 주입에 더 적절하다. ICP의 한 예로는 라디오 주파수(RF) 플라즈마가 있다.
전형적인 라디오 주파수 플라즈마 도핑 시스템(RF-PLAD)(100)의 단면도를 도 1에서 도시하고 있다. 플라즈마 도핑 시스템(100)은 플라즈마 챔버(102) 및 챔버 상부(104)를 포함한다. 챔버 상부(104)는 도전성 상부 섹션(116), 제1 섹션(106) 및 제2 섹션(108)을 포함한다. 상부 섹션(116)은 공정 가스가 유입할 수 있는 가스 입구(118)를 가진다. 공정 가스가 상부 섹션(116)의 가스 입구(118)를 통과하면, 챔버(102)에서 균일하게 분포되기 전에 배플(baffle, 126)의 상측에서 흐른다. 챔버 상부(104)의 제1 섹션(106)은 일반적으로 수평 방향으로 뻗어있다. 챔버 상부(104)의 제2 섹션(108)은 제1 섹션(106)에서 일반적으로 수직 방향으로 뻗는다. 다수의 회전을 갖는 나선형 코일 안테나(112)가 제2 섹션(108) 주위를 감싼다. 다수의 회전을 갖는 평면 코일 안테나(114)는 전형적으로 제1 섹션(106) 상에 놓이고 제2 섹션(108)을 둘러싼다. 제1 및 제2 섹션들(106, 108)은 전형적으로 RF 전력을 챔버(102) 내의 플라즈마로 전달하는 유전체 물질(110)로 형성된다.
RF 소스(130), 예컨대 RF 전원 장치는, RF 소스(130)에서 RF 안테나(112, 114)로 전달되는 전력을 최대화하는 임피던스 정합 네트워크(132)에 의하여, 나선 형 코일 안테나(112) 및 평면 코일 안테나(114) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. RF 소스(130)가 RF 안테나(112, 114)에서 RF 전류를 공진시킬 때, RF 안테나(112, 114)는 챔버(102)로 RF 전류를 유도하여 챔버(102)에서 플라즈마를 생성하기 위해 공정 가스를 여기시키고 이온화한다.
챔버 상부(104)의 제1 및 제2 섹션들(106, 108)의 외형 및 RF 안테나(112, 114)의 구성은 균일한 플라즈마가 생성되도록 선택된다. 또한, 코일 조절 장치(134)로 정전기 결합을 조절해서 생성된 플라즈마의 균일성을 개선할 수 있다.
플래튼(또는 E-클램프)(124)은 챔버(102)에서 배플(126) 아래에 위치한다. 배플(126)은 접지되거나 플로팅일 수 있다. 표적 웨이퍼(120)는 플래튼(124)의 표면에 위치하는데, 전압 전원 장치(128)에 의해서 바이어스될 수 있어서, 생성된 플라즈마의 이온들이 표적 웨이퍼(120)로 끌어 당겨진다.
차단 링(144)은, 환형 모양일 수 있으며, 표적 웨이퍼(120)의 동일 평면 및 바깥 둘레 주변에 위치한다. 차단 링(144)은 전형적으로 고체 물질, 즉 알루미늄으로 형성되는데, 면적을 정의하는 구경(146)을 하나 이상 가질 수 있다. 표적 웨이퍼(120) 아래의 평면 상에, 차단 링(144)의 하나 이상의 구경(146)의 하측에 그리고 플래튼(124)에 인접하여 하나 이상의 패러데이 컵(140)이 위치할 수 있다.
플라즈마 도핑 시스템(100)의 이온 도즈 비율의 측정은 하나 이상의 패러데이 컵(140)을 사용하여 달성될 수 있다. 입사 이온 유량이 하나 이상의 패러데이 컵(140)에 의해 전류로서 측정될 수 있다. 표적 웨이퍼(120)의 이온 도즈 비율은 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)에 의해 측정한 전류를 하나 이상의 패러데이 컵(140) 상측의 차단 링 구경(146)의 면적으로 나누어서 계산될 수 있다. 그러므로, 차단 링 구경(146)의 면적은 이온 도즈 비율을 계산하는데 결정적인 파라미터이다.
그러나 차단 링 구경(146)의 면적은 시간이 흐르면서 변한다. 이러한 변화의 한 요인은, 예를 들어서, 플라즈마 도핑(PLAD) 작용 도중 NF3 플라즈마의 노출에 의한 변질(또는 에칭)이라 할 수 있다. NF3 세척 공정이 챔버(102) 내의 공정 제어 조건들을 만족스럽게 유지하기 위해서 정기적으로 이용된다. 하지만, 이는 종종 차단 링(144)의 재료를 에칭하는 원하지 않는 효과를 일으키고, 그 결과, 하나 이상의 차단 링 구경(146)의 면적을 넓힌다.
상기 하나 이상의 차단 링 구경(146)의 면적이 특정 크기에 도달하였을 때, 예컨대 하나 이상의 차단 링 구경(146)의 면적이 하나 이상의 패러데이 컵(140)의 개구 면적보다 클 때, 하나 이상의 패러데이 컵(140)이 과도한 양의 신호(또는 전류)로 포화되어, 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)이 이온 도즈 비율을 부정확하게 계산할 수 있다.
차단 링(144)를 자주 교체하여 하나 이상의 차단 링 구경(146)이 명확한 면적을 유지하도록 하는 것이 임시 방편일 수 있다. 하지만, 차단 링을 교체하는 것은 대개 비용이 많이 들고, 불편하며, 귀찮아 진다.
앞서 말한 것을 고려하여, 플라즈마-기반 이온 주입에서 개선된 차단 링을 이용하는 기술을 제공하여 상기 기술된 부족한 점 및 결점들을 극복하는 것이 바람 직할 것이다.
플라즈마-기반 이온 주입에서 개선된 차단 링을 이용하는 기술이 개시된다. 하나의 특정 모범 실시예에 따르면, 상기 기술은 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치로 실현될 수 있다. 상기 장치는, 표적 웨이퍼와 동일 평면에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레 주변에 위치하는 차단 링으로, 적어도 하나의 구경의 영역을 정의하는 구경-정의 장치를 포함하는 차단 링, 상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵, 및 이온 도즈 비율을 계산하기 위해 상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함할 수 있다.
상기 특정 모범 실시예의 다른 태양들에 따르면, 상기 장치는 라디오 주파수 플라즈마 도핑(RF-PLAD)에서의 이온 주입을 위한 것이다.
상기 특정 모범 실시예의 또 다른 태양들에 따르면, 상기 구경-정의 장치는 상기 차단 링의 구경 하부 및 패러데이 컵의 상부에 위치한 삽입품(insert)을 포함하며, 상기 삽입품은 저-에칭 물질로 만들어진다.
상기 특정 모범 실시예의 추가 태양들에 따르면, 상기 구경-정의 장치는 상기 차단 링의 구경의 상측에 위치 맞춤된 렌즈 덮개를 포함하며, 상기 렌즈 덮개는 저-에칭 물질로 만들어진다.
상기 특정 모범 실시예의 또 다른 태양들에 따르면, 상기 구경-정의 장치는 상기 차단 링의 구경의 하측 및 상기 패러데이 컵의 상측에 위치하는 스프링-장전 장치(spring-loaded device)를 포함하며, 상기 스프링-장전 장치는 저-에칭 물질로 만들어진다.
상기 특정 모범 실시예의 다른 태양들에 따르면, 상기 적어도 하나의 구경 영역의 형태가 원형, 호선형, 슬릿형, 환형, 직사각형, 삼각형 및 타원형 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 특정 모범 실시예의 추가 태양들에 따르면, 상기 구경-정의 장치는 규소, 탄화규소, 탄소 및 흑연 중 적어도 하나를 포함한다.
또 다른 모범 실시예에 따르면, 상기 장치는, 표적 웨이퍼와 동일 평면에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레의 주변에 위치하는 차단 링으로 벌크(bulk) 물질을 포함하고 영역을 정의하는 적어도 하나의 구경을 갖는 차단 링, 상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵, 및 이온 도즈 비율을 계산하기 위해 상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함할 수 있다.
또 다른 모범 실시예에 따르면, 상기 장치는, 표적 웨이퍼와 동일 평면에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레의 주변에 위치하는 차단 링으로 영역을 정의하는 적어도 하나의 구경을 포함하는 차단 링, 상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵, 및 상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함할 수 있으며, 상기 도즈 집계 전자제품은 구경 영역 변화를 보정하는 것에 기초하여 이온 도즈 비율을 계산하기 위한 계산 모듈을 포함한다.
본 개시가 이제 첨부되는 도면들에서 보이는 것과 같이 모범 실시예들에 관하여 더 자세하게 기술될 것이다. 본 개시가 모범 실시예들에 관하여 아래에서 기술되고 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않음을 이해해야 할 것이다. 당해 분야에서 통상적인 기술을 가지고 여기에서의 가르침들에 접근할 수 있는 자들은, 다른 이용 분야뿐만 아니라, 추가적인 실행 방법, 변형 및 실시예들을 인지할 것인데, 그것들은 여기서 기술된 바와 같이 본 개시의 범위 내에 있고, 또한 그것들과 관련하여 본 개시가 중요한 유용성을 지닐 수 있다.
본 개시의 더 완전한 이해를 돕기 위해서, 이제 첨부되는 도면들을 참조할 것이며, 유사한 요소들은 유사한 숫자로 표시된다. 이 도면들을 본 개시를 제한하게 해석해서는 안 되며, 오직 한 예로서만 받아들여야 한다.
도 1은 전통적인 RF-PLAD 이온 주입 시스템을 나타낸다.
도 2a 내지 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링 구성을 나타낸다.
도 3a 내지 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링 구성을 나타낸다.
도 4a 내지 4c는 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링 구성을 나타낸다.
도 5a 내지 5c는 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링 구성을 나타낸다.
도 6a 내지 6d는 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링 구성을 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링(244)의 측면도가 도시되어 있다. 차단 링(244)은 환형 형태일 수 있으며, 표적 웨이퍼(120)와 동일 평면 및 그것의 바깥 둘레 주변에 위치할 수 있다. 차단 링(244)은 영역을 정의하는 하나 이상의 차단 링 구경(246)을 가질 수 있다. 하나 이상의 패러데이 컵(140)이 표적 웨이퍼(120)의 하측 평면 상에, 하나 이상의 차단 링 구경(246)의 하측에 그 리고 플래튼(또는 E-클램프)(124)에 인접하여 위치할 수 있다. 도 2b는 차단 링(244)의 평면도를 도시하고 있다.
본 실시예에서, 하나 이상의 차단 링 구경(246)의 영역은 링(244) 아래의 하나 이상의 패러데이 컵(246)의 개구 영역보다 작다. 일 실시예에서, 차단 링(244)은 알루미늄과 같이 저-에칭율을 가진 열 및 전기 전도성 물질로 형성되고, 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 흑연, 또는 이외의 유사한 저-에칭 코팅으로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 차단 링(244)은 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 또는 흑연과 같은 벌크(고체) 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 단결정 규소, 다결정 규소 등, 탄화규소(SiC)의 다양한 종류들 또한 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 벌크(bulk) 물질로 만들어진 차단 링(244)은 개선된 에칭 내성을 위하여 도핑될 수 있다. 코팅 및 도핑은 차단 링(244)의 재료에 따라서 다양한 두께들을 포함할 수 있다. 벌크 물질로 차단 링(244)를 형성하는 과정은 소결(가열), 화학 기상 증착(CVD)(층 형성) 및 다른 유사 기술들을 포함할 수 있다.
코팅된 차단 링 또는 벌크 물질로 만들어진 차단 링을 이용하는 것의 이점은, 상기 기술된 것처럼, 웨이퍼(120)의 가장자리에 정상적인 이온 입사각을 유지하도록 웨이퍼 가장자리를 넘어 균일하게 연장하는 효과적인 플라즈마 쉬스(sheath)를 생성하는 능력을 포함할 수 있다. 코팅된 차단 링 또는 벌크 물질로 만들어진 차단 링을 이용하는 것의 또 다른 이점은, 웨이퍼(120)로의 이온 유량의 정확한 측정을 위해 이온 유량이 하나 이상의 자기적으로 억제된 패러데이 컵(140)에 충돌하도록 허용하는 치수적으로 명확한 구경을 제공 및 유지하는 능력을 포함 할 수 있다. 궁극적으로, 이는 더욱 정밀한 공정 제어, 최소 오염 수위 및 플라즈마 도핑(PLAD) 시스템의 대량 생산과 관련하여 소모품 비용(예: 고가의 차단 링의 귀찮은 교체의 결과 비용)의 감소를 제공할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링(344)의 측면도가 도시되어 있다. 도 2a 내지 2b에 도시된 바와 같이, 차단 링(344)은 전통적인 차단 링(144) 또는 저-에칭 물질로 만들어진 차단 링(244)일 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 하나 이상의 차단 링 구경(346)의 영역은 차단 링(344) 아래의 하나 이상의 패러데이 컵(140)의 개구 영역보다 클 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 차단 링 구경(346)의 확대된 영역에 대한 요인은, 예를 들어서, 플라즈마 도핑(PLAD) 작용 도중 NF3 플라즈마의 노출에 의한, 변질(또는 에칭)의 결과일 수 있다. 차단 링 구경(146)의 영역이 하나 이상의 패러데이 컵(140)의 개구 면적보다 크면, 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)가 이온 도즈 비율을 부정확하게 계산할 수 있다.
그러므로, 소형 삽입 구경(310)을 구비하는 저-에칭 삽입품(300)이 하나 이상의 확대된 차단 링 구경(346)의 하측에 그리고 하나 이상의 패러데이 컵(140) 상측에 위치할 수 있다. 삽입품(300)의 소형 삽입 구경(310)은 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)이 표적 웨이퍼(120) 상의 이온 도즈 비율을 정확하게 계산하도록 치수가 명확한 영역을 제공할 수 있다. 그 결과, 삽입품(300)이 이온 도즈 비율 측정을 위한 정의 구경(310)을 포함하기 때문에, 하나 이상의 확대된 차단 링 구경(346)을 가진 차단 링(344)의 교체 기간을 줄일 수 있다. 결과적으로, 이는 더욱 정확한 공정 제어, 오염 수위의 최소화 및 플라즈마 도핑(PLAD) 시스템의 대량 생산 도중의 잦은 차단 링 교체와 관련된 소모품 비용의 감소를 제공할 수 있다.
삽입품(300)은 알루미늄과 같이 저-에칭율을 가진 열 또는 전기 전도성 물질로 형성되고, 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 흑연, 또는 이외의 유사한 저-에칭 코팅으로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 삽입품(300)은 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 또는 흑연과 같은 벌크(고체) 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 단결정 규소, 다결정 규소 등, 탄화규소(SiC)의 다양한 종류들이 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 벌크 물질로 만들어진 삽입품(300)은 개선된 에칭 내성을 위하여 도핑될 수 있다. 코팅 및 도핑은 삽입품(300)의 재료에 따라서 다양한 두께를 포함할 수 있다. 벌크 물질로 삽입품(300)을 형성하는 과정은 소결(가열), 화학 기상 증착(CVD)(층 형성) 및 다른 유사 기술들을 포함할 수 있다.
도 4a를 참조하면. 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링(444)의 측면도가 도시되어 있다. 도 4b는 차단 링(444)의 평면도를 나타낸다.
본 실시예에서, 차단 링 구경(446)의 영역이 위에서 논의된 것과 유사한 이유 때문에 하나 이상의 패러데이 컵(140)의 개구 면적보다 클 수 있다. 그 결과, 본 실시예에서, 소형 렌즈 구경(410)을 지닌 렌즈 덮개(400)가 하나 이상의 확대된 차단 링 구경(446)의 상측에 위치할 수 있다. 도 4a에서 보이는 바와 같이, 렌즈 덮개(400)는 하나 이상의 확대된 차단 링 구경(146)의 변질(또는 에칭)된 부분들에 대해 맞는 테이퍼링된 측면들을 가질 수 있으며, 확대된 차단 링 구경(146)들 또한 테이퍼링될 수 있다. 렌즈 덮개(400)의 소형 렌즈 구경(410)은 도즈 집계 전자제 품(DCE)(142)이 표적 웨이퍼(120) 상의 이온 도즈 비율을 정확하게 계산하도록 치수가 명확한 영역을 제공할 수 있다.
렌즈 덮개(400)는 알루미늄과 같이 저-에칭율을 가진 열 및 전기 전도성 물질로 형성되고, 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 흑연, 또는 이외의 유사한 저-에칭 코팅으로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈 덮개(400)는 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 또는 흑연과 같은 벌크(고체) 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 단결정 규소, 다결정 규소 등, 탄화규소(SiC)의 다양한 종류들이 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 벌크 물질로 만들어진 렌즈 덮개(400)는 개선된 에칭 내성을 위하여 도핑될 수 있다. 코팅 및 도핑은 렌즈 덮개(400)의 재료에 따라서 다양한 두께를 포함할 수 있다. 벌크 물질로 렌즈 덮개(400)를 형성하는 과정은 소결(가열), 화학 기상 증착(CVD)(층 형성) 및 다른 유사 기술들을 포함할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 본 개시의 또 다른 실시예는 하나 이상의 계단 모양 차단 링 구경(446a)에 대해 장착될 하나 이상의 계단 모양 렌즈 덮개(400a)를 제공할 수 있다. 상기 하나 이상의 계단 모양 렌즈 덮개(400a)는, 많은 면에서, 위에서 논의된 하나 이상의 테이퍼링된 렌즈 덮개(400)와 유사하다. 그러나 차단 링 구경(446)들이 (테이퍼링된 부분을 형성하도록) 에칭 및 확대되기를 기다리는 것보다는, 차단 링(444)이 하나 이상의 계단 모양 렌즈 덮개(400a)에 장착될 하나 이상의 계단 모양 구경(446)을 포함할 수 있다. 이는 차단 링 교체 및 관련 소모품 비용을 감소하는 또 다른 방법을 제공할 수 있다. 이외의 다양한 장착 메커니즘 또한 제공할 수 있다.
다른 실시예에서는, 소형 렌즈 구경이 없는 렌즈 덮개(400)를 제공할 수 있다. 이 예에서, 렌즈 덮개는 구경(146)을 에칭되는 것으로부터 보호하는데 이용될 수 있다. 이러한 렌즈 덮개는 명확한 구경을 유지하는데 직접적으로 이용되지 않을 수도 있다. 대신에, 렌즈 덮개는 다수의 차단 링 구경을 가진 차단 링의 사용되지 않은 차단 링 구경을 보존할 수 있다. 이는 덮인 차단 링 구경의 영역 변화 대 덮이지 않은 차단 링 구경의 영역 변화를 간접적으로 계산하는데 유용할 수 있다. 상기 과정에 대해 아래에서 더 상세하게 기술한다.
도 5a를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 차단 링(544)의 측면도가 도시되어 있다. 도 5b는 차단 링(544)의 평면도를 나타낸다. 도 5c는 차단 링(544)의 하면도를 나타낸다.
본 실시예에서, 하나 이상의 차단 링 구경(546)의 영역은, 위에서 논의한 것과 유사한 이유들로 인해, 하나 이상의 패러데이 컵(140)의 영역보다 클 수가 있다. 본 개시의 일 실시예에서, 스프링-조정 구경(510)을 지닌 스프링-장전 기구(500)가 차단 링(544)의 하나 이상의 확대된 구경(510)의 하측에 그리고 하나 이상의 패러데이 컵(140)의 상측에 위치할 수 있다. 도 5c에서 보이는 바와 같이, 스프링-장전 기구(50)는 구경 정의 부분들(500a, 500b), 고정 부분들(502a, 502b), 스프링들(504) 및 구경 바들(aperture bars, 506a, 506b)을 포함할 수 있다. 스프링-장전 기구(500)를 하나 이상의 차단 링 구경(546)의 하측에 배치함으로써, 구경-정의 부분(500a, 500b)이 변질 및/또는 에칭 도중의 하나 이상의 차단 링 구경(546)의 영역을 정의할 수 있다. 구경 바(506a, 506b)는 저-에칭, 고도 저항성 물질로 형성될 수 있으며, 이는 스프링-조정 구경(510)의 치수를 정의하는 역할을 한다.
구경-정의 부분들(500a, 500b)은 알루미늄과 같이 저-에칭율을 가진 열 및 전기 전도성 물질로 형성되고, 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 흑연, 또는 이외의 유사한 저-에칭 코팅으로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 구경-정의 부분들(500a, 506b)은 규소(Si), 탄화규소(SiC), 탄소(C), 또는 흑연과 같은 벌크(고체) 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 단결정 규소, 다결정 규소 등, 탄화규소(SiC)의 다양한 종류들이 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 벌크 물질로 만들어진 렌즈 덮개(400)는 개선된 에칭 내성을 위하여 도핑될 수 있다. 코팅 및 도핑은 구경-정의 부분(500a, 500b)의 재료에 따라서 다양한 두께를 포함할 수 있다. 벌크 물질로 구경-정의 부분들(500a, 506b)을 형성하는 과정은 소결(가열), 화학 기상 증착(CVD)(층 형성) 및 다른 유사 기술들을 포함할 수 있다.
하나 이상의 차단 링 구경(546)이 에칭됨에 따라, 스프링-장전 기구의 구경-정의 부분(500a, 500b) 또한 에칭에 노출될 수 있다. 구경-정의 부분(500a, 500b)이 노출되어 에칭되고 있을 때에도, 고정 부분(502a, 502b)에 장착된 스프링(504)이 구경-정의 부분(500a, 500b)을 구경 바(506a, 506b) 쪽으로 밀어서, 하나 이상의 차단 링 구경(546)의 크기(영역)을 유지할 수 있다. 그 결과, 스프링-장전 구경(510)은 동력학적 치수의 명확한 영역을 제공하여 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)이 표적 웨이퍼(120) 상의 이온 도즈 비율을 정확하게 계산하도록 할 수 있다. 그러므로 스프링-장전 기구(500)가 정확한 이온 도즈 비율 측정을 위한 정의 구 경(510)을 제공하기 때문에, 하나 이상의 확대된 구경을 가진 차단 링의 교체 기간을 감소할 수 있다.
본 개시의 상기 실시예들에서 예시된 바와 같이, 각 차단 링이, 각각 직사각형 단면을 갖는 2개의 차단 링 구경을 가진 것으로 도시되어 있지만, 이외의 개수, 형태 및 크기의 구경들 또한 고려할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어서, 도 6a에 나타낸 것처럼, 차단 링(644)은 하나 이상의 구경(646a), 예컨대 4개의 구경을 가질 수 있다. 일 실시예에서는, 각 구경(646a)이 또한 하나 이상의 별개 패러데이 컵(140a)과 대응할 수 있다.
또한, 도 6b 및 6d에서 나타낸 것처럼, 차단 링(644)은 상이한 형태, 예컨대 원형(646b) 또는 호선형(646d))을 가진 하나 이상의 차단 링 구경(646)을 포함할 수 있다. 삼각형, 타원형, 슬릿형 등과 같은 다른 형태들 또한 제공될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 패러데이 컵(640)은 또한 하나 이상의 차단 링 구경(646)과 상응하도록 상이한 형태들을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 하나 이상의 패러데이 컵(640b)은 하나 이상의 원형 구경(646b)과 상응하게 원형일 수 있고, 또는 하나 이상의 패러데이 컵(640d)이 하나 이상의 호선형 구경(646d)과 상응하게 호선형일 수도 있다. 다른 실시예에서는, 차단 링이 복수의 상이한 형태를 가진 하나 이상의 차단 링 구경을 포함할 수 있다. 이외의 변형 또한 제공될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 차단 링(644)은, 연속적인 환형의 구경(646c)으로 분할되는 외부 차단 링(644a)과 내부 차단 링(644b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, 패러데이 컵(640c)이 또한 구경(646c)과 상응하도록 환형일 수 있다. 환형의 구 경(646c)은, 입사 유량이 차단 링(644)의 전체에 걸쳐 평균화될 수 있기 때문에, 이온 도즈 비율을 측정하는데 더 큰 정확도를 제공할 수 있다. 다른 다양한 실시예들 또한 제공될 수 있다.
이온 도즈 비율 측정을 개선하기 위해서 명확한 구경을 유지하는 것과 더불어, 본 개시의 실시예들은 또한 에칭에 의해 유발되는 구경 영역 변화를 보정하는 과정을 제공할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에서는, 에칭에 의한 차단 링 구경의 영역 변화를 계산 및 보정하기 위한 과정이, 에칭율을 계산함으로써 제공될 수 있다. 주어진 물질의 에칭률이 주어진 여러 세척 조건들(예컨대, 전력, 압력, 유량, DC 바이어스, 펄스 폭 주파수 등)에서 예측 가능하기 때문에, 상기 에칭률이 도즈 집계 전자제품(DCE)(142) 내의 계산 모듈의 순수 레시피에 대입되어, 이온 도즈 측정 도중 구경의 영역을 자동으로 조절할 수 있다.
다른 실시예에서, 에칭에 의한 구경 영역에서의 변화를 계산 및 보정하는 과정은 인-시투(in-situ) 광학 측정에 의하여 제공될 수 있다. 이 예에서, 구경 영역 변화는 이온 도즈 측정 도중 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)에서 광학적으로 측정되고 자동으로 보정될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 에칭에 의한 구경 영역 변화를 계산 및 보정하는 과정은, 별개의 이온 소스를 이용함으로써 또는 실질적으로 안정한 1차 플라즈마 생성 소스, 예컨대 RF 소스를 이용함으로써 제공될 수 있다. 이 예에서는, 공지의 이온 소스가 패러데이 계산 회로에서 응답을 생성하는데 이용될 수 있으며, 패러데이 계 산 회로로부터 구경 영역이 역으로 계산될 수 있다. 이 과정을 이용한 구경 측정이 도즈 집계 전자제품(DCE)(142)의 계산 모듈에 대입될 수 있으며, 빈번하게 및/또는 정기적으로 실시될 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시예에서는, 1차 플라즈마 생성 소스가 구경 측정을 하기에 충분히 안정되지 않을 경우 다른 과정이 제공될 수 있다. 이 예에서, 이중-채널 도즈 측정 과정이 제공될 수 있다. 일 실시예에서는, 제1 채널이 실시간 도즈 측정을 하고, 제2 채널은 오직 구경 측정을 실행하기 위해서 제거될 일정한 영역을 유지하기 위해 예를 들어 렌즈 덮개로 덮인 구경에 연결될 수 있다. 이리하여, 구경 측정 도중 제2 채널이 수득한 값을 제1 채널과 비교해서 영역에서의 차이 및 변화들을 계산할 수 있다.
다른 실시예에서는, 제1 채널이 특정 물리적 외형, 예컨대 원형을 가진 구경(또는 구경들의 세트)에 연결될 수 있다. 제2 채널은 다른 물리적 외형, 예컨대 슬릿형을 갖는 다른 구경(또는 구경들의 세트)에 연결될 수 있다. 플라즈마 노출에 대응하여 구경들이 에칭되면서, 제2 채널에 연결된 구경들과 비교하였을 때 제1 채널에 연결된 구경들의 경우 둘레 대 영역 비율이 상이하게 변화할 수 있다. 이 때문에, 비율 간의 차이가, 예를 들어 도즈 집계 전자제품(DCE)에 대입되고, 개선된 이온 도즈 비율 측정을 위하여 각 에칭된 구경의 실제 영역을 계산하는데 이용될 수 있다.
본 개시의 실시예들은 RF-PLAD에서 2차 전자들을 한정하도록 유도되지만, 다른 이행 방법 또한 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어서, 2차 전자들을 한정하기 위한 기술이, 글로우 방전 플라즈마 도핑(GD-PLAD) 시스템과 같은 플라즈마-기반 이온 주입 시스템들에 적용될 수 있다. 이 예에서는, 할로우 캐소드와 같은 추가 플라즈마 소스 또한 제공될 수 있다.
본 개시는 여기서 기술된 특정 실시예들의 범위에 제한되지 않는다. 실제로, 여기서 기술된 것에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예 및 변형들이 관련 분야에서 통상적인 기술을 지닌 자들에게 앞의 설명 및 첨부된 도면들로부터 명백할 것이다. 그러므로 당해 다른 실시예 및 변형들은 본 개시의 범위 내에 들어가야 한다. 또한, 본 개시가 여기서 특정 목적을 위해서 특정 환경에서의 특정 이행 방법에 관계되도록 기술되었으나, 당업자들은 이의 유용성이 이에 한정하지 않고 본 개시를 임의 개수의 목적을 위하여 임의 개수의 환경에서 유익하게 이용할 수 있다는 점을 알 것이다. 따라서, 하기 설명된 청구항들은 여기서 기술된 본 개시의 전체 범위 및 정신에 맞추어 해석되어야 한다.
Claims (24)
- 표적 웨이퍼와 동일 평면 상에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레의 주변에 위치하며, 적어도 하나의 구경의 영역을 정의하는 구경-정의 장치를 포함하는 차단 링;상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵; 및이온 도즈 비율을 계산하기 위해 상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 장치는 글로우 방전(GD) PLAD에서 이온 주입을 위한 것인 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 장치는 라디오 주파수(RF) PLAD에서 이온 주입을 위한 것인 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 구경-정의 장치는 규소, 탄화규소, 탄소 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 구경-정의 장치는, 상기 차단 링의 구경의 하측에 그리고 상기 패러데이 컵의 상측에 위치하는 삽입품을 포함하고, 상기 삽입품은 저-에칭 물질로 만들어진 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 구경-정의 장치는, 상기 차단 링의 구경의 상부에 위치 맞춤되고 저-에칭 물질로 만들어진 렌즈 덮개를 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 구경-정의 장치는, 상기 차단 링의 구경의 하측에 그리고 상기 패러데이 컵의 상측에 위치하는 스프링-장전 장치를 포함하고, 상기 스프링-장전 장치는 저-에칭 물질로 만들어진 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 적어도 하나의 구경 영역의 형태는 원형, 호선형, 슬릿형, 환형, 직사각형, 삼각형 및 타원형 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 표적 웨이퍼의 동일 평면 상에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레의 주변에 위치하며, 벌크 물질을 포함하고 영역을 정의하는 적어도 하나의 구경을 갖는 차단 링;상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵; 및이온 도즈 비율을 계산하기 위해 상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 9에 있어서,상기 벌크 물질은 규소, 탄화규소, 탄소 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 표적 웨이퍼의 동일 평면 상에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레의 주변에 위치하며, 영역을 정의하는 적어도 하나의 구경을 포함하는 차단 링;상기 적어도 하나의 구경의 하측에 위치하는 패러데이 컵; 및상기 패러데이 컵에 연결된 도즈 집계 전자제품을 포함하고,상기 도즈 집계 전자제품은 구경 영역 변화를 보정하는 것에 기초하여 이온 도즈 비율을 계산하기 위한 계산 모듈을 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 11에 있어서,상기 계산 모듈은 구경 영역 변화를 보정하는 것에 기초하여 이온 도즈 비율을 계산하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 12에 있어서,상기 계산 모듈은 상기 차단 링의 에칭률 정보에 기초하여 구경 영역 변화를 보정하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 12에 있어서,상기 계산 모듈은 구경 영역 변화의 인-시투 광학 측정에 기초하여 구경 영역 변화를 보정하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 12에 있어서,상기 계산 모듈은 별개의 이온 소스에 기초하여 구경 영역 변화를 보정하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 12에 있어서,상기 계산 모듈은 안정적인 1차 플라즈마 소스에 기초하여 구경 영역 변화를 보정하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 12에 있어서,상기 계산 모듈은 이중-채널 구경 측정에 기초하여 구경 영역 변화를 보정하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 17에 있어서,상기 이중-채널 구경 측정은 제1 채널 및 제2 채널을 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 18에 있어서,상기 제1 채널은 실시간 도즈 측정을 위해 적어도 하나의 구경에 연결되고, 상기 제2 채널은 덮인 적어도 하나의 구경에 연결되어, 덮이지 않았을 때 상기 제2 채널에 의해 수득되고 상기 제1 채널에 대비된 측정값들이 이온 도즈 비율을 계산하는데 이용되는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 청구항 18에 있어서,상기 제1 채널은 적어도 하나의 제1 외형을 가진 구경에 연결되고, 상기 제2 채널은 적어도 하나의 제2 외형을 가진 구경에 연결되어서, 상기 제1 채널에 연결된 적어도 하나의 구경의 둘레 대 면적의 제1 비율과 상기 제2 채널에 연결된 적어도 하나의 구경의 둘레 대 면적의 제2 비율의 측정 정보를 비교하여 이온 도즈 비율을 계산하는 데 이용하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 장치.
- 차단 링을 표적 웨이퍼와 동일 평면 상에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레 주변에 배치하는 것을 포함하되,상기 차단 링은 이온 도즈 비율을 계산하는 데에 이용하기 위한 패러데이 컵 상부에 적어도 하나의 구경의 영역을 정의하는 구경-정의 장치를 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 적어도 하나의 구경의 영역을 유지하기 위한 방법.
- 차단 링을 표적 웨이퍼와 동일 평면 상에 그리고 표적 웨이퍼의 바깥 둘레 주변에 배치하는 것을 포함하되,상기 차단 링은 저-에칭 벌크 물질로 만들어지고, 이온 도즈 비율을 계산하는 데에 이용하기 위한 패러데이 컵 상부에 영역을 정의하는 적어도 하나의 구경을 가지는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 적어도 하나의 구경의 영역을 유지하는 방법.
- 적어도 부분적으로 구경 영역 변화를 보정하는 것에 기초하여 이온 도즈 비율을 계산하는 것을 포함하되,상기 구경 영역 변화는 구경 영역 변화 정보에 기초하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 방법.
- 청구항 23에 있어서,상기 구경 영역 변화 정보는, 에칭률 정보, 구경 영역 변화의 인-시투 광학 측정 정보, 별개의 이온 소스에 기초한 정보, 안정적인 플라즈마 소스에 기초한 정보 및 이중-채널 구경 측정에 기초한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마-기반 이온 주입을 위한 방법.
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