KR20110025775A - 수소화 붕소 임플란트 시 반도체 웨이퍼 상 입자 제어 - Google Patents

수소화 붕소 임플란트 시 반도체 웨이퍼 상 입자 제어 Download PDF

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KR20110025775A
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앤디 레이
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액셀리스 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

이온 임플란트 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법이, 이온 비임(210)을 통해 작업물(228) 내로 이온을 임플란트하기 위한 임플란트 시스템(200)을 제공하는 것을 포함하는데, 상기 임플란트 시스템에서 하나 이상의 구성요소가 선택적인 진공 하에 있고, 상부에 배치된 제1 상태에 있는 하나 이상의 오염물을 포함한다. (260에서) 상기 임플란트 시스템으로 가스가 도입되는데, 상기 가스가 대체로 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부와 반응하여서 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 제2 상태로 변형한다. 상기 제2 상태에 있는 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부가 상기 하나 이상의 구성요소들 상에 잔존하고, 상기 하나 이상의 오염물의 제2 상태의 적어도 일부가 대체로 상기 하나 이상의 작업물 상에 입자 오염물을 생성하지 아니한다.

Description

수소화 붕소 임플란트 시 반도체 웨이퍼 상 입자 제어 {CONTROL OF PARTICLES ON SEMICONDUCTOR WAFERS WHEN IMPLANTING BORON HYDRIDES}
관련 출원의 참조
본 출원은 2008년 5월 30일에 출원되고 발명의 명칭이 "CONTROL OF PARTICLES ON SEMICONDUCTOR WAFERS WHEN IMPLANTING BORON HYDRIDES"인 미국 가출원 일련 번호 No. 61/057,485에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 상기 가출원 전체는 인용에 의하여 본 명세서에 완전히 기재된 것처럼 본 명세서에 병합된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 이온 임플란트 시스템에 관한 것이며 보다 구체적으로는 이온 임플란트 시스템 내 미립자 오염물(particulate contamination)의 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
반도체 장치 및 다른 제품들의 제조에 있어서, 도펀트 원소로서 알려진 불순물을 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 또는 다른 작업물(workpiece) 내로 주입하기 위해 이온 임플란트 시스템이 사용된다. 통상적인 이온 임플란트 시스템 또는 이온 임플란트 기기(임플란트 기기)는 이온 비임으로 작업물을 처리해서 n-타입 도핑된 영역 또는 p-ㅌ타입 도핑된 영역을 생성하거나 작업물 내에 희생층(passivation layers)을 형성한다. 반도체를 도핑하는 데에 사용될 때, 이온 임플란트 시스템은 희망하는 불순물 물질(extrinsic material)을 생성하기 위해 선택된 이온 종(ion species)을 분사한다. 예를 들면, 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소오스 물질로부터 생성된 임플란트 이온이 n-타입 불순물 물질 웨이퍼를 초래한다. 이와 달리, 붕소, 갈륨, 또는 인듐과 같은 물질로부터 생성된 임플란트 이온은 반도체 웨이퍼 내 p-타입 불순물 물질을 생성한다.
통상적인 이온 임플란트 시스템은 희망하는 도펀트 원소를 이온화하는 이온 소오스를 포함하는데, 도펀트 원소는 이후 규정된 에너지의 이온 비임을 형성하기 위해 가속된다. 이온 비임이 작업물의 표면에 지향되어 작업물에 도펀트 원소를 임플란트한다. 이온 비임의 에너지틱 이온(energetic ion)이 작업물의 표면을 침투하고그 결과, 작업물 물질의 결정 격자 내로 임베드되어서 희망하는 전도성을 가지는 영역을 형성한다. 임플란트 프로세스는 일반적으로 고진공 프로세스 챔버 내에서 수행되는데, 고진공 프로세스 챔버는 잔여 가스 분자의 충돌로 인한 이온 비임의 분산(dispersion)을 방지하고 공기로 운반되는 입자(airborne particulates)에 의한 작업물의 오염의 위험을 최소화한다.
이온 선량(dose) 및 에너지는 이온 임플란트를 정의하는데에 흔히 사용되는 두 변수들이다. 이온 선량은 주어진 반도체 물질에 대한 임플란트된 이온의 농도와 결부된다(associated with). 일반적으로, 고전류 임플란트 기기(일반적으로 10 mA 보다 큰 이온 비임 전류)가 고선량 임플란트에 사용되고, 한편 중간 전류 임플란트 기기(일반적으로 약 1 mA 까지의 빔 전류가 가능함)가 저선량 어플리케이션에 사용된다. 이온 에너지는 반도체 장치 내 접합 깊이(junction depth)를 제어하는 데에 사용된다. 이온 비임을 구성하는(make up) 이온의 에너지는 임플란트된 이온의 깊이의 정도(degree of depth)를 결정한다. 반도체 장치 내 퇴행성 우물(retrograde well) 형성에 사용되는 것과 같은 고에너지 프로세스는 일반적으로 수백만 전자 볼트(a few MeV)까지의 임플란트를 요구하는 한편, 얕은 접합은 단지 1천 전자볼트(1 keV)보다 작은 에너지를 요구할 뿐이다.
점점 더 작은 반도체 장치로의 계속되는 경향은 저에너지에서 높은 비임 전류를 전달할 수 있는 이온 소오스에 의한 임플란트 기기를 요구한다. 높은 비임 전류는 필요한 선량 레벨을 제공하는 반면, 낮은 에너지 레벨은 얕은 임플란트를 허용한다. 예를 들면 CMOS 장치 내 소오스/드레인 접합이 이러한 고전류, 저에너지 어플리케이션을 요구한다.
고체 형태로부터 이온화를 위한 원자를 얻기 위한 일반적인 이온 소오스는 한 쌍의 기체화 기기(vaporizer)와 이온화 챔버를 포함한다. 고체 원소 또는 화합물이 위치되고 히터 코일에 의해서 가열되어서 고체 소오스 물질이 기화되는 도가니(crucible)가 각각의 기체화 기기에 제공된다. 기화된 소오스 물질이 노즐을 거쳐 지나가거나 또는 압축 가스가 이온화 챔버 내로 직접 공급될 수 있는데, 가스상/기화된 소오스 물질은 열이온적으로(thermionically) 전자를 방출하도록 가열되는 아크 챔버 필라멘트에 의해서 이온화된다.
통상적인 이온 소오스는 이온화가능한 도펀트 가스를 이용하는데, 상기 이온화가능한 도펀트 가스는 압축 가스의 소오스로부터 직접 얻어지거나 또는 기화된 고체로부터 간접적으로 얻어진다. 일반적인 소오스 원소는 붕소(B), 인(P), 갈륨(Ga), 인듐(In), 안티몬(Sb) 및 비소(As)이다. 이들 원소들 중 대부분은 붕소를 제외하고는 흔히 고체 형태 및 가스 형태에서 사용되지만, 붕소는 예를 들어 BF3(boron trifluoride)와 같이 거의 가스 형태로서만 제공된다.
BF3를 임플란트하는 경우에, 1가 하전 붕소(singly charged boron, B+) 이온을 포함하는 플라즈마가 생성된다. 비임의 에너지 레벨이 인자(factor)가 아니라면, 충분히 높은 붕소 선량을 생성하고 기판 내로 임플란트하는 것은 통상 문제되지 아니한다. 그러나 낮은 에너지 어플리케이션들에 있어서, 붕소 이온 비임은 "비임 블로우-업(beam blow-up)"으로 알려진 상황(condition)을 겪게 되는데, 비임 블로우-업은 이온 비임 내 유사 하전된 이온들이 서로 밀어내려는 경향을 지칭한다. 이러한 서로 밀어냄(mutual repulsion)은 전달(transport) 동안 이온 비임의 직경 증가를 야기하고 이것은 비임 라인 내 다수의 틈(multiple apertures)에 의한 비임의 비네팅(vignetting)을 초래한다. 이것은 비임 에너지의 감소에 따라서 비임 전달(transmission)을 급격하게 감소시킨다.
데카보레인(B10H14)은 붕소 임플란트를 위한 공급 물질의 훌륭한 소오스인 화합물인데 각각의 데카보레인 분자(B10H14)가 기화 및 이온화되면, 10개의 붕소 원자를 포함하는 분자 이온을 제공할 수 있기 때문이다. 이러한 소오스는 특히 얕은 접합을 생성하는 데에 사용되는 높은 선량/낮은 에너지 임플란트 프로세스에 적절한데, 분자 데카보레인 이온 비임이 단일원자 붕소 원자 비임이 할 수 있는 단위 전류당 붕소 선량의 10배를 임플란트할 수 있기 때문이다. 또한 데카보레인 분자가 작업물 표면에서 원래 비임 에너지의 대략 1/10을 가진 개별 붕소 원자들로 분해되기 때문에, 선량-등가 단일원자 붕소 이온 비임의 에너지의 10배로 비임이 전달될 수 있다. 이러한 기술적특징(feature)은 분자 이온 비임으로 하여금 일반적으로 낮은 에너지 이온 비임 전달에 의해서 야기되는 전달 손실을 피할 수 있도록 한다.
예시적인 이온 임플란트 시스템(10)이 도 1에 도시되는데, 이온 임플란트 시스템은 터미널(12)과, 비임라인 조립체(14)와, 엔드 스테이션(16)을 포함한다. 터미널(12)은 전력 소오스(22)에 의해서 전력에 공급되는 적절한 이온 소오스(20)를 포함하는데, 터미널은 분자 데카보레인 이온 비임(24)을 생성하여 비임라인 조립체(14)를 거쳐 궁극적으로 엔드 스테이션(16)으로 지향시키도록 구성된다. 비임라인 조립체(14)는 예를 들어 비임가이드(26)와 그에 결부된 질량 분석기(28)를 포함하는데, 적절한 단위질량 당 전하량 비율을 가진 이온들만이 틈(30)을 거쳐 비임가이드(26)의 출구단에서 엔드 스테이션(16) 내에 배치된 작업물(32)(예를 들어 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)까지 지나가도록 쌍극 자장(dipole 자기장)이 설정된다.
그러나 작업물(32) 내로의 분자 데카보레인 이온 임플란트 동안, 일반적으로 시간에 따라서 분자 데카보레인 이온 비임(24)으로부터 다양한 오염물들(미도시)이 생성되고 그리고 비임 경로에 따라 배치된 틈과 같은 다양한 구성요소들(34)과 페러데이(Faradays)(36) 상에 충돌하고 부착되거나 쌓인다(deposit). 이온들의 다양한 구성요소들(34)과의 충돌은 예를 들면 비임 경로에 따라 위치된 다른 표면들(38) 상으로 오염물들(미도시)를 추가적으로 스퍼터링할 수 있다. 그런데, 데카보레인 이온 소오스의 임플란트는, 데카보레인 분자의 분리(dissociation)와 B10Hx + 희망하는 부모 이온(parent ion)의 분열(fragmentation)이 발생할 수 있기 때문에 독특한 입자 오염물 이슈를 야기하고, 그리고 후속하여 다량의 입자들이 이온 임플란트 시스템(10) 내 다양한 구성요소들(34) 및 표면들(38) 상에 빠르게 축적될 수 있다.
통상적으로, 구성요소들(34) 및 표면들(38)의 수작업 세정(manual cleaning)에 의해서 이온 임플란트 시스템으로부터 오염물이 제거되는데, 다양한 구성 요소들이 제거되고 세정되고 이어서 교체된다. 이러한 세정은 일반적으로 이온 임플란트 시스의 스케줄링된 유지보수(maintenance) 동안 작업자(operator)에 의해서 행해진다. 수작업 세정은 일반적으로 작업자에 소요되는 시간 및 작업량의 관점에서 뿐만 아니라 유지보수와 결부된 비가동 시간(down-time)의 증가에 기인한 이온 임플란트 시스템(10)의 효율 및 수율(yield) 감소 관점에서 비용이 많이 든다.
대안으로서, 오염물과 에칭 가스 간의 화학 반응에 의한 오염물 제거의 시도로서, 고 반응성 할로겐화물 또는 불소 가스와 같은 에칭 가스가 이온 임플란트 시스템(10) 내로 도입된다. 그런데 이러한 해결책은 이온 임플란트 기기(10) 내 가스의 변경(change)을 요구하는데, 작업물(30) 내로 이온을 임플란트하기 위해 사용되는 소오스 물질 가스가 이온 임플란트 기기로부터 퍼지되고 이어서 오염물 제거를 위해 에칭 가스가 사용되고 이어서 다른 작업물의 처리를 위해 소오스 물질 가스가 다시 도입되기 전에 임플란트 기기로부터 에칭 가스가 추가적으로 퍼지된다. 이러한 에칭 가스는 오염물의 일부나 전부를 제거할 수 있지만, 에칭 가스의 사용은 일반적으로 가스를 도입하기 위한 상당한 양의 시간 뿐만 아니라 에칭 가스로 하여금 오염물과 반응하고 오염물을 에칭시킬 시간과 일단 에칭이 완료되면 이온 임플란트 시스템으로부터 에칭 가스를 제거하기 위해 소비되는 시간을 허용하기 위한 상당한 양의 시간을 필요로 한다. 따라서 이러한 에칭 가스의 사용은 이온 임플란트 시스템(10)의 효율을 떨어뜨릴 수 있고 이에 의해서 임플란트 기기의 처리율(throughput)을 감소시킨다.
이에 본 발명의 목적은 시간-효율적인 방식으로 분자 이온 비임라인 조립체 내 입자 오염물을 충분히 감소시키는 장치 및 방법으로 제공하는 것인데, 이에 의해서 효율적인 오염물 저감(mitigation)이 용이해질 수 있고 높은 처리율과 작업물 내로의 매우 신뢰성 있는 분자 이온 임플란트가 성취될 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 종래 기술의 한계들을 극복하기 위해 분자 이온 임플란트 시스템 내 입자 오염물 감소 방법을 제공하는데, 오염물이 이온 임플란트 시스템으로부터 반드시 제거될 필요가 있는 것이 아니라 변형된다(transformed). 따라서, 이하는 본 발명의 몇몇 양태(aspects)의 기본적인 이해를 제공하기 위한 본 발명의 단순화된 요약을 제시한다. 이러한 요약은 본 발명의 외연적인 개관(extensive overview)이 아니다. 상기 요약은 본 발명의 핵심이 되거나 중요한 요소들을 확인시키거나 본 발명의 범주(scope)를 경계짓도록 의도되지 아니하였다. 이러한 요약의 목적은 후술할 본 발명의 보다 상세한 설명에 대한 도입부(prelude)로서 단순화된 형태로 본 발명의 몇몇 컨셉을 제시하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 임플란트 시스템 내 입자 오염물을 변형하기 위한 가스를 사용하여 이온 임플란트 시스템 내 입자 오염물을 감소시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 분자 이온 비임과 같은 이온 비임을 매개로 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하기 위한 이온 임플란트 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 이온 비임은 예를 들어 데카보레인 또는 옥타데카보레인과 같은 수소화 붕소를 포함한다. 이온 임플란트 시스템은 예를 들어 선택적인 진공 하의 하나 이상의 구성요소를 포함하는데, 하나 이상의 구성요소는 상부에 배치된 이온 비임의 형성과 결부된 하나 이상의 오염물을 구비하고, 그리고 하나 이상의 오염물은 일반적으로 제1 상태에 있다.
본 발명에 의하면, 수증기 함유 가스가 이온 임플란트 시스템 내로 선택적으로 도입되는데, 상기 가스는 일반적으로 하나 이상의 오염물의 적어도 일부와 반응한다. 따라서, 하나 이상의 오염물의 적어도 일부는 일반적으로 제2 상태로 변형된다. 예를 들면, 데카보레인 오염물은 일반적으로 붕산(boric acid) 및 B2H6 가스(diborane gas) 중 하나 이상으로 변형된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 이어서 이온 임플란트 시스템이 비워지는데, 제2 상태에 있는 하나 이상의 오염물의 적어도 일부가 상기 하나 이상의 구성요소들 상에 배치된 채로 유지된다. 예를 들면, 붕산은 일반적으로 하나 이상의 구성요소들 상에 남겨지는 반면 B2H6 가스가 일반적으로 이온 임플란트 시스템으로부터 비워질 수 있다. 붕산은 예를 들면 일반적으로 하나 이상의 작업물 상에 입자 오염물을 생성하지 아니한다.
수증기 함유 가스는 예를 들어 이온 임플란트 시스템 내로 계속해서 유입될 수 있고 반면 이온이 하나 이상의 작업물 내로 임플란트된다. 대안적으로 프로세스 lot(processing lots)와 시스템 유지보수 간과 같은 비-생산 시간(non-production times) 동안 가스가 이온 임플란트 시스템 내로 선택적으로 유입될 수 있다.
전술한 목적 및 관련된 목적을 성취하기 위해서, 본 발연은 이하에서 완전하게 기술되고 청구항들에서 구체적으로 지시되는 기술적 특징들을 포함한다. 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면은 본 발명의 특정한 예시적인 실시예들을 상세하게 개시한다. 그러나 이들 실시예들은 본 발명의 원리가 채택될 수 있는 다양한 방식들 중 몇몇(a few)을 나타낼 뿐이다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 기술적 특징이 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 통상적인 이온 임플란트 시스템의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 이온 임플란트 시스템의 시스템-레벨 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 이온 임플란트 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키기 위한 예시적인 방법의 블록도이다.
본 발명은 일반적으로 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 방법은 수소화 붕소 화학물(chemistries)로부터 이온을 생성할 수 있는 수소화 붕소 이온 임플란트 시스템으로 수증기 함유 비-에칭 가스를 도입하는 것을 제공하는데, 여기서 오염물은 일반적으로 이온 임플란트 시스템으로부터 제거되는 것이 아니라 변형된다. 따라서, 이하 본 발명이 도면들을 참조하여 설명될 것인데, 도면들에 걸쳐서 유사한 참조 번호들은 유사한 요소들을 가리키기 위해 사용된다. 이들 양태들에 대한 설명은 단지 설명을 위한 것이며 본 발명을 제한하는 것으로서 취해져서는 아니됨을 이해할 수 있을 것이다. 이하의 상세한 설명에 있어서, 설명의 목적으로, 본 발명의 온전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정된 상세들이 개시된다. 그러나 본 발명이 이러한 특정한 상세들 없이도 실행될 수 있음은 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
본 발명에 대한 보다 나은 이해를 돕기 위해서, 도 2는 블록도 형태로 나타낸 예시적인 이온 임플란트 시스템(100)을 도시하는데, 상기 예시적인 이온 임플란트 시스템은 본 발명의 하나 이상의 양태들을 구현하기에 적합하다. 이온 비임 경로(P)를 따라서 이동(travel)하도록 동작가능하여서 작업물(104)(예를 들어 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등) 내로 이온을 임플란트하기 위한 이온 비임(103)을 형성하는 다수의(a quantity of) 이온들을 생성하기 위한 이온 소오스(102)를 포함하는 이온 임플란트 장치(101)를 상기 시스템(100)이 포함한다. 이온 소오스(102)는 예를 들면, 일반적으로 플라즈마 챔버(105)와 프로세스 가스 소오스(106)와 전력 소오스(108)를 포함하는데, 전력 소오스로부터의 전력의 인가에 의해서 양으로 하전된 이온들이 플라즈마 챔버 내에서 프로세스 가스로부터 생성된다. 프로세스 가스 소오스(106)는 이온화가능한 가스 또는 기화된 고체 소오스 재료 또는 이전에 기화된 종과 같은 소오스 물질을 포함할 수 있다. 작업물(104) 내로의 n-타입 임플란트에 대하여, 예를 들어, 소오스 물질은 붕소, 갈륨, 또는 인듐을 포함할 수 있다. p-타입 임플란트에 대하여, 예를 들어, 소오스 물질은 비소, 인, 또는 안티몬을 포함할 수 있다.
이온 소오스(102)는 내부에 결부된 추출 조립체(109)를 더 포함하는데, 추출 전력(VExtract) 인가 시 하전된 이온들이 이온 소오스로부터 추출된다. 추출 전력 소오스(110)는 추출 전력(VExtract)을 제공하도록 동작가능하고, 추출 전력은 추가적으로 변조될 수 있다. 또한 비임라인 조립체(112)가 이온 소오스(102)의 하류에 제공되는데, 비임라인 조립체는 일반적으로 하전 이온들을 수용한다. 비임라인 조립체(112)는, 예를 들어, 비임가이드(116), 질량 분석기(118) 및 틈(aperture)(120)과 같은 하나 이상의 구성요소들(114)을 포함하고 하나 이상의 구성요소들은 이온 비임(103)을 형성하고 형상화하도록(shape) 동작가능하다.
질량 분석기(118)는 예를 들어 자석(미도시)와 같은 장 생성 부품을 더 포함하는데, 질량 분석기가 일반적으로 이온 비임(104)에 걸쳐 자기장을 제공하고 이로써 이온의 단위질량 당 전하량 비율에 따라서 이온 비임으로부터의 이온들을 가변 궤적들(varying trajectories)에서 편향시킨다. 예를 들면, 자기장을 통해 지나가는 이온들은 희망하는 단위질량 당 전하량 비율을 가지는 개별 이온들을 비임 경로(P)를 따라서 지향시키고 원치않는 단위질량 당 전하량 비율을 가지는 이온들을 상기 비임 경로로부터 멀어지게 편향시키는 힘을 경험한다. 일단 질량 분석기(118)를 거치면, 이온 비임(103)은 틈(120)을 통과하도록 지향되는데, 이온 비임은 일반적으로 작업물(104) 내로의 임플란트를 위한 간결한(concise) 비임을 생성하도록 제한된다.
이온 임플란트 시스템(100)은 엔드 스테이션(124)을 더 포함하는데, 엔드 스테이션에 일반적으로 작업물(104)이 존재한다. 집적 회로 장치, 디스플레이 패널 및 다른 제품의 제조에 있어서, 일반적으로 작업물(104)의 전체 표면에 걸쳐서 도펀트 종을 균일하게 임플란트하는 것이 바람직하다. 따라서 이온 임플란트 장치(101)는 하나의 작업물(104) 내로 이온들을 임플란트하도록 (예를 들어 "씨리얼" 이온 임플란트 기기) 구성될 수 있는데, 상기 작업물은 일반적으로 엔드 스테이션(124) 내에 위치된 받침대(pedestal) 또는 척(미도시) 상에 존재한다. 대안적으로 이온 임플란트 장치(101)은 다수의 작업물들(104) 내로 이온들을 임플란트하도록 (예를 들어, "배치" 이온 임플란트 기기) 구성될 수 있는데, 엔드 스테이션(124)은 회전 플래터(platter)(미도시)를 포함하고 회전 플래터 상에서 수 개의(several) 작업물들이 이온 비임(103)에 대하여 병진 운동한다(translated). 이온 소오스로부터 이온들을 추출하고 하나 이상의 작업물 내로 그들을 임플란트하도록 동작가능한 임의의 이온 임플란트 장치가 본 발명의 범주를 벗어나지 아니하면서 고려될 수 있음을 유의해야 한다.
이온 임플란트 장치(101)는, 일 예시에서 일반적으로 이온 비임(103)의 경로(P)를 따라 위치하는 배리어(126)를 더 포함한다. 일 예시에 있어서, 배리어는 일반적으로 비임라인 조립체(112)와 엔드 스테이션(124) 사이에 존재한다. 배리어(126)는 예를 들어 이온 비임(103)이 엔드 스테이션(124)을 들어가는 것을 선택적으로 막도록 동작가능하다. 예를 들면, 배리어(126)는 이온 비임 경로(P) 내로 및 상기 경로 밖으로 병진하거나 회전하도록 동작가능한데, 일반적으로 이온 비임(103)이 엔드 스테이션(124)에 들어가거나 작업물(104) 상에 충돌하는 것이 막아진다. 대안적으로, 배리어(126)는 엔드 스테이션(124) 내에 위치되고, 배리어는 일반적으로 작업물(104)의 하류인 위치에서 이온 비임 경로(P)를 따라 존재한다. 배리어(126)는 하나 이상의 역할을 수행할 수 있는데, 이온 비임(103)을 실질적으로 막거나 및/또는 이온 비임 분석을 위한 계측 부품(예를 들어 패러데이)을 제공한다.
이온 임플란트 시스템(100)은 제어기(128)를 더 포함하는데, 상기 제어기는 이온 임플란트 장치(101)를 제어하도록 동작가능하다. 예를 들면, 제어기(128)는 이온 생성을 위한 전력 소오스(108)와 추출 전력 소오스(110)를 제어하도록 동작가능한데, 여기서 이온 비임 경로(P)가 일반적으로 제어된다. 제어기(128)는 무엇보다도 질량 분석기(118)와 결부된 자기장의 세기 및 방향을 조정하도록 추가적으로 동작가능하다. 다른 예시에 있어서, 제어기(128)는 이온 비임 경로(P)에 대한 배리어(126)의 위치와 이온 임플란트 장치(101) 내 작업물(104)의 위치를 제어하도록 추가적으로 동작가능하다. 제어기(128)가 프로세서, 컴퓨터 시스템, 및/또는 시스템(100)의 전체적인 제어를 위한 조작자(예를 들어 조작자에 의한 입력이 동반되는 컴퓨터 시스템)을 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이제 도 3을 참조하면, 도 2에서의 장치(101)와 같은 예시적인 이온 임플란트 장치(200)가 도시되는데, 예시적인 이온 임플란트 장치가 보다 상세하게 도시된다. 비록 이온 임플란트 장치(200)가 일 예시로서 도시되었을지라도 높은 에너지 시스템, 낮은 에너지 시스템 또는 다른 임플란트 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 이온 임플란트 장치 및 시스템을 사용하여 본 발명이 실행될 수 있고 이러한 모든 시스템들은 본 발명의 범주를 벗어나지 아니함을 다시 한번 유의해야 한다.
이온 임플란트 시스템(200)은, 예를 들어, 터미널(212), 비임라인 조립체(214), 엔드 스테이션(216)을 포함하는데, (예를 들어, 집합적으로 프로세스 챔버로 명명됨), 상기 이온 임플란트 시스템은 일반적으로 하나 이상의 진공 펌프들(218)에 의해서 진공 하에 두어진다. 예를 들어 터미널(212)은 소오스 전력원(222)에 의해 전력이 제공되는 이온 소오스(220)와 추출 전력원(226)에 의해 전력이 제공되는 추출 조립체(224)를 포함하는데, 추출 조립체는 이온 소오스(220)로부터 이온들을 추출하고 추출된 이온 비임(210)을 비임라인 조립체(214)로 제공한다. 추출 조립체(224)는, 비임라인 조립체(214)와 함께, 예를 들면, 주어진 에너지 레벨에서 그 임플란트를 위하여 엔드 스테이션(216) 내 지지부(support)(229) 상에 안착된 작업물(228)을 향하여 이온들을 지향시키도록 동작가능하다.
일 예시에 있어서, 이온 소오스(220)는 플라즈마 챔버(미도시)를 포함하고 프로세스 물질(Msource)의 이온들은 높은 양 전위(Vsource)에서 에너자이징된다. 비록 본 발명이 소오스(220)에 의해 음 이온들이 생성되는 시스템들에도 적용가능하지만, 일반적으로 양 이온들이 생성됨을 유의해야 한다. 추출 조립체(224)는 플라즈마 전극(230)과 하나 이상의 추출 전극(232)을 더 포함하는데, 플라즈마 전극은 하나 이상의 추출 전극에 대하여 바이어싱되지만, 이온 소오스(220) 내 플라즈마에 대하여 플로팅된다(예를 들어 플라즈마 전극은 일반적으로 접지되는 작업물에 대하여 120 kV를 가짐). 하나 이상의 추출 전극(232)은, 예를 들어, 플라즈마 전극(230)의 전압보다 작은 전압에서 바이어스된다(예를 들어 추출 전압(VExtract)은 0-100 kV임). 플라즈마에 대한 하나 이상의 추출 전극(232)의 음의 상대 전위는 양이온들을 추출하고 이온 소오스(220) 밖으로 가속시키도록 동작가능한 정전기장을 생성한다. 예를 들면, 하나 이상의 추출 전극(232)은 내부에 결부된 하나 이상의 추출 틈(234)을 포함하는데, 양으로 하전된 이온들이 하나 이상의 추출 틈을 지나 이온 소오스(220)를 빠져나가 이온 비임(210)을 형성하고, 추출된 이온들의 속력은 일반적으로 하나 이상의 추출 전극들에 제공된 전위(VExtract)에 의해서 결정된다.
본 발명의 예시적인 일 양태에 따르면, 비임라인 조립체(214)는 비임가이드(235)와 질량 분석기(238)를 포함하는데, 비임가이드(235)는 이온 소오스(220) 근처의(예를 들어 추출 틈(234)과 결부된) 입구와 해상 플레이트(resolving plate)(236)를 구비하는 출구를 포함하고, 그리고 질량 분석기(238)는 추출된 이온 비임(210)을 수용하고 적절한 단위질량 당 전하량 비율 또는 그 범위를 가지는 이온들만이 (예를 들어 희망하는 질량 범위의 이온들을 가지는 질량 분석된 이온 비임) 엔드 스테이션(216)에 위치된 작업물(228)로 지나가도록 하기 위한 쌍극 자기장을 생성한다. 이온 소오스(220) 내 소오스 물질의 이온화는 희망하는 원자 질량을 가진 양으로 대전된 이온들의 종을 에너자이징한다. 그러나, 희망하는 이온들의 종에 더하여, 이온화 프로세스는 또한 다른 원자 질량을 가지는 일정한 수의(a proportion of) 이온들을 더 생성할 것이다. 적절한 원자 질량보다 크거나 작은 원자 질량을 가진 이온들은 임플란트에 적절하지 아니하며 원치않는 종으로서 지칭된다. 질량 분석기(238)에 의해서 생성된 자기장은 일반적으로 이온 비임(210) 내 이온들로 하여금 곡선 괘적 내에서 이동하도록 할 수 있고 따라서 단지 원하는 이온 종들의 원자 질량과 동일한 원자 질량을 가지는 이온들만이 엔드 스테이션(216)까지 비임 경로(P)를 건너가도록(traverse) 자기장이 설정된다.
본 발명의 예시적인 다른 양태에 의하면, 이온 임플란트 장치(200)는 거기에 피벗가능하게 커플링된 배리어(239)를 포함하는데, 이온 비임의 특성들을 계측하기 위해 및/또는 이온 비임이 엔드 스테이션(216)에 들어가는 것을 실질적으로 막기 위해, 상기 배리어는 이온 비임(210)의 경로(P)를 선택적으로 절단하게 피벗되도록 동작가능하다. 예를 들면, 배리어는 비임 경로(P)를 절단하게 피벗될 수 있는 플래그 패러데이(flag Faraday)를 포함하는데, 도 2의 제어기(128)는 이온 비임의 특성들이 이온 임플란트를 위해 충족되는지 여부를 결정하도록 동작가능하다. 이러한 결정이 행해진 후에, 작업물(124) 내로의 이온들의 이온 임플란트와 간섭하지 아니하도록 하기 위해, 제어기(128)가 플래그 패러데이를 병진시키도록 동작가능하다. 대안적으로, 도 3의 배리어(239)는 엔드 스테이션(216)과 결부된 패러데이 컵(Faraday cup)(미도시)를 포함하는데, 상기 이온 비임(210)은 작업물(228)의 부재 시 패러데이 컵을 때리도록 동작가능하다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 도 3의 비임가이드(235)의 출구에 있는 해상 플레이트(236)가 질량 분석기(238)과 함께 동작하여 원하는 이온 종들의 원자 질량과 유사하지만 동일하지 않은 원자 질량을 가진 원치 않는 이온 종들을 이온 비임(210)으로부터 제거한다. 해상 플레이트(236)는 예를 들어 유리질 그래파이트(vitreous graphite) 또는 텅스텐 또는 탄탈륨과 같은 다른 물질로 구성되고 하나 이상의 신장된(elongated) 틈(240)을 포함하는데, 이온 비임(210) 내 이온들은 그들이 비임가이드(235)를 빠져나갈 때 상기 틈을 통과해 지나간다. 해상 플레이트(236)에서, 이온 비임(210)의 경로(P)로부터의 이온들의 분산(dispersion)(예를 들어, P'에서 도시됨)은 그 최소값이고, 이온 비임 (P'-P')의 폭은 최소이며 여기서 이온 비임(210)이 해상 플레이트(240)을 통과해 지나간다.
전술한 바와 같이, 도 3의 질량 분석기(238)의 자기장의 세기 및 방향 그리고 이온 소오스(220)으로부터 추출된 이온들의 속력은, 일반적으로 단지 원하는 종들의 원자 질량(또는 단위질량 당 전하량 비율)과 같은 원자 질량을 가지는 이온들만이 기결정되고 희망되는 이온 비임 경로(P)를 건너가 엔드 스테이션(216)까지 이르도록, 도 2의 제어기에 의해서 설정된다. 희망되는 이온 원자 질량보다 훨씬 크거나 훨씬 작은 원자 질량을 가지는 원치 않는 이온 종들이 크게 편향되고 도 3의 비임가이드(235)의 하우징(245)와 충돌한다.
그러나, 원치 않는 이온의 원자 질량이 희망하는 종들의 원자 질량과 대략 근접한다면, 원치 않는 이온의 궤적은 희망되는 비임 경로(P)로부터 단지 약간 편향될 것이다. 따라서, 희망되는 비임 경로(P)로부터 단지 약간 편향된 원치 않는 이온은 해상 플레이트(236)의 상류 대면 표면(upstream facing surface)(242)에 충돌하는 경향을 가질 것이다. 시간에 걸쳐서, 해상 플레이트(236)과 충돌하는 이러한 원치 않는 이온 종들은 해상 플레이트 상에 축적될 것이다.
이온 임플란트 장치(200)의 동작 동안, 이온 소오스(220)으로부터의 도펀트 물질 뿐만 아니라 해상 틈(236), 비임가이드(235) 등으로부터 스퍼터링된 탄소 및 원치 않는 이온 종들과 같은 오염물질은 이온 비임(210)에 인접한 임플란트 기기 구성요소들(252)의 표면들(250) 상에 축적될 것이다. 예를 들면, 해상 플레이트(236)의 상류 대면 표면(242)은 작업물(228) 내로의 반복된 이온 임플란트 후에 오염물(미도시)를 축적하는 경향을 가질 것이다. 또한, 작업물(228)로부터의 포토레지스트 물질은 그 자체가 이온 임플란트 장치(200)의 내부 표면 상에 축적될 수 있다.
해상 플레이트(236)과 같은 구성요소들(252)의 표면들(250) 상 오염물질의 축적은 임플란트 동안 결국 떼어내질(flake off) 경향을 가지고 이로써 불이익한 전기 방전 및 미립자 문제를 생성한다. 나아가, 해상 틈(240) 부근의(예를 들어 도 4a 및 도 4b의 해상 플레이트(236)의 상류 대면 표면(242)에서의) 오염물 축적은 비임 경로(P')의 외부 극단들(outer extremities) 근처에서 바람직한 이온들로 하여금 축적된 오염물을 때리고 떼어지도록(dislodge) 할 수 있다. 떼어진 오염물은 작업물(228)의 표면까지 더 이동될 수 있고 이로써 결과적인 임플란트된 작업물에 다양한 원치 않는 영향을 잠재적으로 일으킬 수 있다.
트랜지스터 피처(features)(미도시)는 작업물(228) 상에 형성된 피처 중 하나 인데, 기술이 진보하면서 피처 사이즈가 점점 더 작아지면서, 제조된 트랜지스터가 작업물의 표면에 매우 가깝게 형성된다. USJ(Ultra Shallow Junctions)의 형성은 예를 들면 일반적으로 단지 수 keV(a few keV) 내지 수백 볼트(a few hundred volts)의 에너지에서 이온 임플란트가 실시될 것을 요구한다. 그런데 이들 에너지에서의 이온 비임 전달(transport)은 공간 전하 효과(pace charge effects)에 의해서 제한되어서 따라서 제조(production)를 제한한다. 작업물(228)에 매우 근접한 이온 비임 감속과 같은 저감 툴들(mitigating tools)이 이용되고 있지만; 처리율에 불이익이 생기거나 프로세스 결과가 이러한 툴의 사용에 기인하여 절충될 수 있다. 이들 문제들의 몇몇은 분자 임플란트의 사용에 의해서 해결된다. 예를 들면, 프로세스 물질(Msource)로서 큰 수소화 붕소 분자(예를 들어, 옥타데카보레인, B18H22)를 이용하는 것은, 단일 분자 내 다수의 붕소 원자들을 전달하는 것(delivering)에 의해서 이온 임플란트 기기의 생산 처리율을 향상시키는데, 여기서 분자는 하나의 이온 전하 상태로 고양된다(elevated). B18H22와 같은 분자들을 다룰 수 있는 시스템의 설계는 생산 이점을 줄 수 있다. 예를 들면, 공동-양도된 미국 특허 번호 6,958,481은 분자 비임들의 생성을 위한 이온 소오스 시스템을 기술하는데, 상기 특허의 내용은 인용에 의하여 본 명세서에 병합된다.
종래의 고전류 단일종 이온 임플란트 시스템과 비교할 때, 분자 비임들이 상대적으로 생산적이지만, 분자 비임들은 이온 임플란트 시스템(200) 내 미립자 오염물에 관한 특정한 난관들(challenges)을 제기할 수 있다. 예를 들면 반도체 장치 제조에서 현재 사용되는 대부분의 일반적인 이온 임플란트 시스템(이온 임플란트 기기로도 지칭됨)은 이온화 이전에 초기 도펀트 물질 또는 소오스 가스로서 제공되는 수소화물(예를 들어, PH3, AsH3, 등)과 같은 이온 소오스 프로세스 물질(Msource)로서 가스상 종에 의존한다. 일반적인 프로세스 물질(Msource)의 다른 예시는 가스상 BF3이다. 대안적으로, 수소화붕소 분자화학물들(moleculeschemistires)의 이온화를 위해 사용되는 것들과 같은 이온 소오스 프로세스 물질들(Msource)은, 예를 들어 고체 형태로 제공될 수 있는데, 고체 소오스 물질은 이온화를 위해 이온 소오스(220) 내로 가스로서 도입되기 전에 가열된 도가니 내에서 승화된다. 일반적인 승화 온도는 90 내지 150 ℃ 단위이다. 그런데 이온 소오스(220) 내 이온화 프로세스는 종종 10% 보다 작은 효율을 가지며 잔여 가스는 그것이 (이온화 챔버로서도 명명되는) 이온 소오스(220)의 추출 틈(234) 또는 호 슬릿(arc slit)를 지나가도록 펌핑됨에 따라서 원치 않는 오염물이 된다. 잔여 가스가 냉각됨에 따라서, 거기에 결부된 잔여 물질은 이온 임플란트 시스템(200) 곳곳의 구성요소들(252)의 표면들(250) 상에 부착(deposit)된다. 표면들(250)으로부터 잔여 물질을 화학적으로 에칭하기 위해서 종래 기술에서 세정 기법들이 도입되었는데, 상기 표면들로부터 잔여 물질을 적어도 부분적으로 제거하고 진공 펌프(218)에 의해서 시스템 밖으로 펌핑될 수 있는 가스를 형성한다.
예를 들면, 옥타데카보레인(B18H22) 분자를 사용할 때 채택되는 통상적인 일 세정 방법은 원자 불소의 생성과 이온 임플란트 시스템(200) 내로의 불소의 후속 도입을 수반하는데, 여기서 잔여 물질이 결부된 구성요소(252)의 표면(250) 상에서 고화된다. 따라서 불소는 표면(250)으로부터 잔여 물질을 에칭하고 후속하여 하나 이상의 진공 펌프(218)에 의해서 시스템(200) 밖으로 펌핑된다. 이러한 세정 기법은 이온 소오스(220)의 예방적인(preventative) 유지보수 간의 시간을 연장하는 목적으로 오염물을 제어하는 것에 있어서 적절하게(moderately) 효과적이지만, 프로세스 동안 작업물(228)까지의 그 경로(way)를 찾기 위한 입자 오염물의 제어에 있어서는 효과적이지 아니하였다. 지금까지, 일반적인 세정 방법 또는 기법은 시스템(200)("진공 시스템"으로서도 명명됨) 내 표면(250)으로부터 잔여 코팅 또는 입자 오염물을 떼거나 제거하는 것을 용이하게 했다. 그러나, 이온 임플란트에 대한 중요한 파라미터는 임플란트되는 작업물(228) 상에 실제 증착되는 입자들의 수이며, 여기서 작업물을 오염시키지 아니하는 진공 시스템(200)내 코팅들 및 입자들을 프로세스 상의 이슈가 아니라는 것을 발명자들은 이제 이해했다.
작업물(228) 상 입자들의 증착 메커니즘은 가변적이고 분석하기가 어려울 수 있다. 입자가 작업물(228) 상에 증착되거나 작업물(228)로 전달될 가능성은 다양한 전달 메커니즘에 의존할 수 있는데, 어떤 편향 장의 존재 여부와, 입자들의 양, 크기, 및 위치(location)와 입자들 또는 막들의 기판에의 부착 품질(adhesion quality), 이온 비임(210)의 존재 및 이온 비임에의 근접성(proximity), 입자의 하전될 수 있는 능력, 그리고 입자 및/또는 작업물의 시스템(200) 내 다른 기계적인 부품들에 대한 관계에 의존할 수 있다. 미립자 오염물 제어를 위한 이전의 노력은, 미리자 오염물의 세정 및 제거, 작업물 또는 기판의 디자인에 의한 부착 향상 또는 작업물로의 입자 전달을 줄이기 위한 전자기장의 제어를 통해서, 시스템 내 입자들의 양을 감소시키는 것에 초점이 두어졌었다.
본 발명은 이러한 노력에 덧붙여 입자들의 실제적인 제거에 의존하지 아니하면서도 반응 프로세스 또는 변형 프로세스를 통해 입자들의 조성을 간단히 바꾸는 것이 이로울 수 있음을 제공한다. 예를 들어, 분자 임플란트를 위한 소오스 물질(Msource)로서 옥타데카보레인(B18H22)이 사용될 때, 고체 옥타데카보레인이 결국 붕산(H3BO3) 및 B2H6 가스로 및/또는 물의 지속적인 존재 하에서(in the continuous presence of) 다른 화합물들로 분해되거나 변형될 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 수증기와 같은 가스 또는 수증기 함유 공기(예를 들어 기결정된 양의 수증기 또는 알려진 습도)가 가스 소오스(260)을 매개로 하여 하나 이상의 밸브들(262)을 통해 이온 임플란트 시스템(200)으로 도입되는데, 오염물 또는 표면(250) 상에 증착된 오염물 또는 입자들의 적어도 일부가 제1 상태(예를 들어 주로 옥타데카보레인 또는 데카보레인와 같은 고체 수소화 붕소)로부터 제2 상태(예를 들어 붕산 및 B2H6 가스)로 변형된다. 이러한 변형은 본 발명자들에 의해서 오염물의 안정화 또는 패시배이션(passivation)으로서도 지칭된다. 가스 소오스(260) 및 하나 이상의 진공 펌프들(218)이 터미널(212), 비임라인 조립체(214), 및 엔드 스테이션(216) 중 하나 이상과 선택적으로 유체 소통할 수 있음을 유의해야 한다.
이온 임플란트 시스템(200)으로 도입된 가스는 예를 들어 바람직하게는 불소와 같은 에칭 가스와 비교할 때 비-에칭 가스를 포함한다. 생성된 B2H6 가스는 예를 들어 하나 이상의 진공 펌프들(218)에 의해서 이온 임플란트 시스템 또는 진공 펌프(200)로부터 펌핑될 수 있는 반면, 붕산은 이온 임플란트 시스템 내 제 위치에서 그대로 남겨질 수 있다. 대안적으로, B2H6 가스(또는 변형의 다른 산물들)이 특히 시스템으로부터 펌핑되지 아니하면서 이온 임플란트 시스템(200) 내에 남겨질 수 있다. 이렇듯, 표면(250) 상에 (또는 시스템 내에) 남아 있는 하나 이상의 오염물의 제2 상태의 적어도 일부(예를 들어 붕산)이 대체로 하나 이상의 작업물 상 입자 오염물을 생성하지 아니한다는 것을 통찰한다. 예를 들면, 하나 이상의 오염물의 제2 상태의 적어도 일부의 크기 또는 부착 특성과 같은 기계적 성질이, 하나 이상의 오염물의 제2 상태의 적어도 일부로 하여금, 후속 이온 임플란트에 악영향을 미치지 아니하면서 이온 임플란트 시스템(200) 내에 잔존하는 것을 허용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 수증기의 도입 후에 수소화 붕소의 분해 산물이 예를 들어, 상기 분해 산물이 전술한 전달 메커니즘 중 하나 이상에 대하여 상이한 특성을 가질 수 있다는 점에서, 입자 제어에 이로울 수 있다는 것을 통찰한다. 변형 프로세스를 개시하기 위해서, 가스가 이온 임플란트 시스템(200)의 진공 챔버로 지속적으로 도입되거나 또는 예방적인 유지보수 또는 무부하 시간(idle time) 동안과 같은 시스템의 활동(activity)에 따라서 도입될 수 있는데, 여기서 하나 이상의 밸브(262) 및/또는 가스 소오스(260)의 제어가 상기 제어기(128)를 통해 추가적으로 제어될 수 있다.
연속적으로 가스가 도입되는 예시에 있어서, 유속(flow rate)은 선량 쉬프트(dose shift)와 같은 다른 프로세스 영향을 가지지 아니할 정도로 충분히 낮게 제공될 수 있다. 일 예시에 있어서, 오염물의 대다수(예를 들어 50% 초과)가 이온 임플란트 시스템 내에 잔존할 수 있지만, 오염물이 변경된(altered) 상태에 있을 수 있음을 유의해야 한다. 또한 가스 소오스(260)는 다른 물 함유 가스를 포함할 수 있고 이러한 모든 가스는 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 고려됨을 유의해야 한다. 또한 가스의 도입을 통한 이온 임플란트 시스템(200) 내 잔여 수소화 붕소 오염물의 안정화 또는 패시베이션이 다수의 형태의 수소화 붕소에 적용가능함을 유의해야 한다. 다른 수소화 붕소의 예시는 C2B10H12와 같은 카보레인(carboranes) 그리고 B10H14, B18H22, B20H24를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 BnHx +, 및 BnHx - 을 사용하는 이온 임플란트 시스템(여기서 10 < n < 100 및 0 <= x <= n+4)과 그리고 세 원소들을 가지는 분자 QnBnHx .를 사용하는 시스템(여기서 Q는 추가적인 원소)에 적용가능하다. 이러한 원소들의 예시가 C2B10H12이다.
따라서 본 발명의 다른 양태에 따르면, 도 4는 분자 수소화 붕소(예를 들어, 옥타데카보레인) 이온 임플란트에 의해서 야기되는 것과 같은 이온 임플란트 시스템 내 입자 오염물을 감소시키는 방법(300)을 나타낸다. 예시적인 방법들이 도시되고 일련의 행위 또는 사건이 기술되지만, 본 발명이 이러한 행위 또는 사건의 도시된 순서에 의해서 제한되지 아니하며, 본 발명에 의하면 몇몇 단계들이 순서를 달리하여 발생할 수 있으며 및/또는 도시되고 기술된 것과는 다른 단계들이 함께 발생할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해서 반드시 도시된 모든 단계들이 필요한 것은 아닐 수 있다. 더욱이, 방법들이 본 명세서에 도시되고 기술된 시스템들은 물론 기술되지 아니한 다른 시스템들과 결부되어 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방법(300)은 행위 305에서 이온 임플란트 시스템을 제공하는 것으로 시작하는데, 이온 임플란트 시스템은 도 2 및 도 3의 이온 임플란트 시스템(100 또는 200)과 같이, 이온 비임을 통해 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하도록 구성된다. 특정한 일 예시에 있어서, 이온 임플란트 시스템은 하나 이상의 작업물 내로 다양한 형태의 수소화 붕소를 임플란트하도록 구성된다. 이온 임플란트 시스템은 선택적인 진공 하에서 하나 이상의 구성요소들을 포함하는데, 하나 이상의 구성요소들은 상부에 배치된 이온 비임의 형성과 결부된 하나 이상의 오염물을 구비한다. 처음에, 하나 이상의 오염물은 대체로 제1 상태에 있다.
행위 310에서, 이온 임플란트 시스템 내로 가스가 도입되거나 벤팅되는데, 가스는 대체로 하나 이상의 오염물의 적어도 일부와 반응한다. 예를 들어 가스는 수증기로 구성되거나 대안적으로 수증기를 함유하는 비-에칭 가스를 포함한다. 따라서 가스는 대체로 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 제2 상태로 변형한다. 제2 상태는 예를 들어 붕산 및 B2H6 가스 중 하나 이상을 포함한다.
행위 315에서, 이온 임플란트 시스템이 대체로 비워지는데, 제2 상태에 있는 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부가 상기 하나 이상의 구성요소 상에 잔존하고, 상기 하나 이상의 오염물의 제2 상태의 적어도 일부가 바람직하게는 하나 이상의 작업물 상에 입자 오염물을 생성하지 아니한다. 예를 들면, 붕산이 하나 이상의 구성요소 상에 잔존할 수 있고, 반면 B2H6 가스는 하나 이상의 진공 펌프들에 의해서 제거된다.
행위 201의 가스의 도입은 연속적으로(예를 들어 행위 315의 비움과 동시에), 또는 일렬로 수행될 수 있음을 유의해야 한다. 연속적으로 수행된다면, 예를 들어, 상기 하나 이상의 작업물의 프로세스에 상당한 영향을 미치지 아니하도록 가스의 유동이 추가적으로 제어될 수 있다.
또한 수소화 붕소 분자(예를 들어, B18H22 옥타데카보레인 분자)가, 미국 특허 번호 6,013,332; 6,107,634; 6,288,403; 6,958,481 ; 6,452,338; 7,185,602; 및 6,013,332에 개시된 것과 같은, 수소화 붕소 또는 보레인 클러스터를 핸들링하기에 적합한 임의의 이온 임플란트 장치를 사용하여 구현될 수 있음을 유의해야 한다. 특정한 이온 임플란트 장치에 의해서 생성된 이온 비임이 스폿 비임 기계식 스캔(spot beam mechanical scan)으로서 구성되거나 - 이 경우 스폿 비임의 특성에 따르는 특정한 직경의 대략 원형인 단면을 가지는 대략 정적인 스폿 비임에 직교하는 두 방향으로 상기 작업물이 기계식으로 스캔됨 - ; 리본 비임(ribbon beam)으로서 구성되거나 - 이 경우 상기 비임이 작업물을 가로지르는(across) 한 방향으로 고정되고 한편 작업물이 직교하는 방향으로 기계식으로 스캔되고 그리고 상기 리본 비임은 큰 폭/높이 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있고 적어도 작업물만큼 넓을 수 있음 - ; 또는 직교하는 방향으로 기계식으로 스캔되는 작업물을 가로지르는(across) 한 방향으로 스캔되는 전자기식 또는 정전기식 스캔 비임으로서 구성될 수 있다. 예시적인 이온 임플란트 장치는 스폿 비임 2-차원 기계식 스캔을 제공하도록 구성된 Axcelis Technologies, Inc로부터 상업적으로 이용가능한 OPTIMA HD(TM) 이온 임플란트 장치이다.
본 발명을 특정한 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 보이고 기술하였지만, 이러한 상세한 설명 및 첨부된 도면을 읽고 이해함으로써 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자가 등가의 변형 또는 변경을 가할 수 있음을 명백하다. 특히 앞서 기술한 구성요소들(조립체들, 장치들, 회로들 등)에 의해서 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 이러한 구성요소들을 기술하기 위해 사용된 ("수단"에의 언급을 포함함)은 이와 달리 적시되지 않은 한, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 예시적인 실시예들에서 상기 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 등가가 아닐지라도, 기술된 구성요소의 특정된 기능을 수행하는(다시 말해서 기능적으로 등가인) 임의의 구성요소에 해당하도록 의도되었다. 또한, 본 발명의 특정한 기술적 특징(feature)이 단지 하나 또는 몇몇 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 이러한 기술적 특징은 임의의 주어진 어플리케이션 또는 특정한 어플리케이션에 대하여 바람직하거나 이로울 수 있다면 다른 실시예들의 하나 이상의 기술적 특징과 결합될 수 있다.

Claims (23)

  1. 이온 비임을 통해 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하기 위한 이온 임플란트 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 이온 임플란트 시스템은 선택적인 진공 하에서의 하나 이상의 구성요소를 포함하고, 상기 하나 이상의 구성요소는 상부에 배치된 이온 비임의 형성과 결부된 하나 이상의 오염물을 구비하고, 그리고 상기 하나 이상의 오염물이 대체로 제1 상태에 있는, 이온 임플란트 시스템 제공 단계; 그리고
    상기 이온 임플란트 시스템으로 가스를 도입하는 단계로서, 상기 가스가 대체로 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부와 반응하여서 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부를 제2 상태로 변형하고, 그리고 상기 제2 상태의 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부가 상기 하나 이상의 구성요소들 상에 잔존하고, 상기 하나 이상의 오염물의 제2 상태의 적어도 일부가 바람직하게는 상기 하나 이상의 작업물 상에 입자 오염물을 적게 생성하는, 가스 도입 단계;를 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가스는 수증기를 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가스는 공기를 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 공기는 기결정된 양의 수증기를 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 구성요소는 하나 이상의 패러데이(Faraday), 틈(aperture), 이온 임플란트 시스템의 측벽을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 이온 비임을 통해서 상기 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 것을 더 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 이온 비임은 분자 이온 비임을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 분자 이온 비임은 수소화 붕소를 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 분자 이온 비임은 데카보레인(B10H14) 또는 옥타데카보레인(B18H22)을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 이온 임플란트 시스템으로 가스를 도입하는 것은
    진공 하에서 상기 이온 임플란트 시스템 내로 가스를 대체로 계속해서 벤팅하는 것을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 이온 임플란트 시스템 내로의 가스의 유량(flow rate)을 제어하는 것을 더 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 이온 임플란트 시스템으로 가스를 도입하는 것은
    상기 이온 임플란트 시스템과 가스 소오스 사이에서 유체 소통하는 하나 이상의 밸브를 개방하는 것을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 이온 비임은 카보네인(carbonane)을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    제2 상태에 있는 상기 하나 이상의 오염물의 적어도 일부가
    붕산 및 B2H6 가스 중 하나 이상을 포함하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 이온 임플란트 시스템을 대체로 비운 후에, 상기 하나 이상의 오염물의 대부분이 상기 이온 임플란트 시스템 내에 잔존하는,
    하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  16. 적어도 수소화 붕소 화학물(chemistries)을 이온화하도록 동작가능한 이온 소오스;
    수소화 붕소 이온 소오스를 포함하는 하나 이상의 터미널, 상기 이온 소오스에 의해 생성된 이온들의 비임을 전달(transport)하는 비임라인 조립체, 그리고 엔드 스테이션을 구비하는 프로세스 챔버;
    작업물의 이온화를 위해 상기 이온들의 비임을 수용하도록 작업물을 수납하는 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버와 선택적으로 유체 소통하는 진공 소오스;
    상기 프로세스 챔버와 선택적으로 유체 소통하는 가스 소오스로서, 적어도 수증기를 함유하는 가스를 제공하는 것을 포함하는 가스 소오스; 그리고
    상기 가스 소오스로부터 상기 프로세스 챔버를 선택적으로 벤팅하도록 그리고 상기 가스 소오스 및 상기 진공 소오스를 각각 제어하는 것을 통해서 상기 프로세스 챔버를 선택적으로 비우도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 프로세스 챔버 내 가스와 수소화 붕소 간의 상호작용(interaction)에 의해서 상기 수소화 붕소 오염물이 대체로 저감되는,
    이온 임플란트 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버와 상기 가스 소오스 사이에 배치된 하나 이상의 밸브를 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 밸브를 제어하는 것을 통해서 상기 프로세스 챔버로의 가스의 유동을 제어하도록 상기 제어기가 추가적으로 구성된,
    이온 임플란트 시스템.
  18. 제16 항에 있어서,
    수소화 붕소 이온 소오스화학물이 데카보레인 또는 옥타데카보레인을 포함하는,
    이온 임플란트 시스템.
  19. 수소화 붕소 이온 비임을 통해 하나 이상의 작업물 내로 이온을 임플란트하기 위한 이온 임플란트 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 이온 임플란트 시스템이 선택적인 진공 하에서 하나 이상의 구성요소를 포함하고, 상기 하나 이상의 구성요소가 상부에 배치된 상기 수소화 붕소 이온 비임의 형성과 결부된 하나 이상의 수소화 붕소 오염물을 구비하는 이온 임플란트 시스템 제공 단계;
    상기 이온 임플란트 시스템으로 가스를 도입하는 단계로서, 상기 가스가 수증기를 함유하고, 상기 가스가 대체로 상기 하나 이상의 수소화 붕소 오염물의 적어도 일부와 반응하여서 대체로 상기 하나 이상의 수소화 붕소 오염물의 적어도 일부를 붕산 및 B2H6 가스로 변형하고, 그리고 상기 하나 이상의 작업물의 후속 임플란트 동안 이온 임플라트 내에서 대체로 붕산 및 B2H6 가스 중 하나 이상이 유지되는, 가스 도입 단계를 포함하는,
    이온들을 하나 이상의 작업물 내로 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 작업물 내로 수소화 붕소 이온을 임플란트하는 것을 더 포함하고,
    상기 가스는 상기 임플란트와 동시에 도입되는,
    이온들을 하나 이상의 작업물 내로 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 가스는 기결정된 양의 수증기를 함유하는 공기를 포함하는,
    이온들을 하나 이상의 작업물 내로 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 수소화 붕소 이온 비임은 분자 데카보레인 또는 옥타데카보레인 이온 비임을 포함하는,
    이온들을 하나 이상의 작업물 내로 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
  23. 제19 항에 있어서,
    상기 이온 임플란트 시스템으로부터 상기 B2H6 가스를 대체로 비우는 것을 더 포함하고,
    상기 붕산은 상기 하나 이상의 구성요소들 상에 대체로 배치된 채로 유지되는,
    이온들을 하나 이상의 작업물 내로 임플란트하는 동안 입자 오염물을 감소시키는 방법.
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