KR20110044242A - 이온 주입시 비임 각도 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

이온 비임 각도 검출 장치는 프로파일러 상판 내에 형성된 프로파일러 구멍 및 프로파일러 센서 조립체를 포함하는 가변 프로파일러 조립체에 고정적으로 부착되는 선형 드라이브 조립체, 및 마스크 구멍을 갖춘 가변 각도 마스크를 포함하며, 상기 가변 프로파일러 조립체에 단단하지 않게 부착되는 가변 각도 마스크 조립체를 포함하며, 상기 마스크 구멍은 상기 가변 프로파일러 조립체에 단단히 부착된 마스크 선형 드라이브를 활성화함으로써 상기 프로파일러 구멍에 대해 이동가능하며, 상기 프로파일러 구멍은 상기 이온 비임의 긴 길이보다 더 긴 길이를 통해 이동가능하다.

Description

이온 주입시 비임 각도 측정 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MEASUREMENT OF BEAM ANGLE IN ION IMPLANTATION}
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템에 관한 것이며, 구체적으로는 이온 비임의 비임 각도 분포를 측정하기 위한 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 및 기타 제품의 제작에 있어서, 이온 주입은 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널, 또는 기타 피가공재(workpiece)를 불순물로 도프시키는데 사용된다. 이온 주입기 또는 이온 주입 시스템은 피가공재를 이온 비임으로 처리하여 피가공재 내에 n형 또는 p형 도프 영역을 생성한다. 반도체를 도프하기 위해 사용될 때, 이온 주입 시스템은 소정의 외인성(extrinsically) 도프 재료를 생성하기 위해 선택된 이온 종을 주입하며, 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소오스 재료로부터 생성된 이온 주입 이온들은 n형 외인성 도프 재료가 되며, 붕소 또는 인듐과 같은 이온 주입 재료들은 반도체 웨이퍼 내에 p형 외인성 재료 부분을 형성한다. 이온 주입 챔버 내에서 실리콘 웨이퍼는 이온 비임과 물리적으로 충돌한다.
실리콘 웨이퍼의 이온 주입을 위한 하나의 방법은 웨이퍼의 최대 직경 보다 넓은 광폭(broad) 이온 비임과 상기 비임의 광폭 방향에 수직한 방향으로 웨이퍼를 기계적으로 스캔 또는 이동시키기 위한 기구와의 조합 방법을 사용한다. 상기 광폭 비임은 이온 소오스로부터 연속적이고 정적인 "리본(ribbon) 비임"으로서 생성되거나, 피가공재를 가로지르도록 비임 스캐닝 기구에 의해 전후로 스캔되는 "펜슬" 비임의 결과일 수 있다. 상기 광폭 비임은 이론적으로, 이온 통로와 피가공재 표면 사이의 각도(즉, 입사각)가 피가공재 상의 모든 지점에서 동일해지도록 웨이퍼와 충돌하게 되어 있다. 그러나, 이온들은 모두가 웨이퍼의 전폭에 걸쳐서 동일한 방향으로 이동되지 않는데, 이는 예를 들어 광폭 형태의 리본 비임의 생성 및 포커싱에서의 고유한 문제점이기 때문이다. 그 결과에 따른 이온의 비평행 경로들은 이온 주입 각도의 에러를 초래한다. 이온 각도를 측정하는 방법은 적합한 공정이 보장되도록 이온 주입을 수행하기 이전에 이온 주입 각도 에러가 특정 값이나 특정 범위 내에 있는지를 확인하는데 요구된다.
통상적으로, 다중 구멍을 갖는 마스크는 비임의 광폭을 가로지르는 규정된 위치에 있을 때만 이온의 통과를 허용하는 프로파일러(profiler)로서 공지된 비임 전류 측정 장치의 정면에 놓인다. 이온 모두가 동일한 방향으로 이동되면, 프로파일러는 이온이 비임의 광폭 방향으로 마스크 뒤로 이동할 때 각각의 구멍 위치와 동일한 프로파일러 경로를 따라 소조사선(beamlet) 위치를 기록할 것이다. 또한, 마스크가 프로파일러에 대해 교정되면, 이온의 전체 방향이 측정될 수 있는데, 이는 프로파일러가 마스크 구멍 바로 뒤에 위치될 때 전류의 피크 측정값이 발생되어야 하기 때문이다. 그러나, 이온의 경로가 서로에 대해 모두 평행하지 않다면, 프로파일러는 이온이 마스크의 다중 구멍 뒤로 가로지를 때 변화하는 소조사선 위치를 측정할 것이다. 이러한 방법에 있어서의 하나의 특별한 문제점은 프로파일러가 각각 규정된 구멍 위치에서만 비임 각도를 측정한다는 점이다. 다른 단점은 측정하는데 필요한 리본 비임만큼 넓은 마스크를 필요로 한다는 점인데, 이는 통상적으로 크고 고가인 조립체를 초래한다.
종래기술에 따른 예시적인 비임 각도 측정 시스템은 이온 비임 내의 다양한 위치에서 이온 비임의 전류와 입사각을 측정함으로써 반도체 소자의 제작을 돕는다. 가변 검출기는 (예를 들어, 확인 과정 중에 인 시츄(in situ) 교정을 수행하도록)이온 주입 이전에 균일한 측정을 제공하도록 작동한다. 다양한 측정에 기초하여, 이온 비임의 생성은 균일도를 개선하도록 변경될 수 있다. 이온 주입은 보다 엄밀한 공정 제어와 개선된 균일도로 수행될 수 있다.
도 1에 도시된 종래 기술에 따른 도면은 단일 웨이퍼 이온 주입 시스템(100)의 간략한 개략도이다. 종래 기술 시스템(100)은 이온 챔버(102), 이온 비임 발생 기구(104), (도 5에서와 같이 이동될 수 있어야 하는)균일도 검출기(106), 및 피가공재/웨이퍼(108)를 일시적으로 파지하기 위한 받침대 또는 선반(110)을 포함한다. 이온 비임 발생기구(104)는 비임 전류, 입사각 등을 포함하는 특징들을 갖는 리본 이온 비임(112)을 정상적으로 발생시킨다. 이온 비임(112)이 웨이퍼(108) 표면에 실질적으로 수직한 것으로 도시되어 있지만, 이온 비임(112)은 피가공재(108)의 표면에 대해 다른 입사각을 가질 수 있다. 받침대(110)는 바람직한 이온 주입을 달성하도록 제어된 속도로 이온 비임(112)을 통해 웨이퍼(108)로 이동할 수 있다. 이온 주입은 리본 이온 비임(112)을 통해 웨이퍼의 단일 통과로 수행될 수 있다. 전체 웨이퍼(108)가 대략 동일한 비율로 이온 비임(112)을 통해 이동하기 때문에 균일한 이온 주입이 얻어진다.
균일도 검출기는 사용될 때까지 통상적으로 이온 비임의 외측에 놓여 진다. 이러한 종래 기술에 따른 장치는 어떤 적합한 수의 검출기, 다른 위치에 놓인 검출기, 및 가변 검출기를 포함할 수 있다. 검출기(106)는 웨이퍼(108)와 실질적으로 동일한 평면에 놓일 수 있다. 검출기(106)는 이온 비임(112)의 폭에 걸친 비임 전류의 균일도를 측정한다. 통상적으로 웨이퍼만큼 넓은 각도 마스크와 조합되고 단지 몇몇 소조사선이 마스크를 통과하도록 비임 내에 위치될 때, 종래 기술에 따른 검출기(106)는 한정된 수의 위치에서 이온 비임(112)에 대한 입사각 측정값을 얻을 수 있으며 상기 비임 전류 균일도 및 입사각 측정값은 균일도를 개선하기 위해 이온 비임(112)을 조절하는데 사용될 수 있다. 또한, 이들 측정값들은 측정값들이 소정의 특성값으로부터 상당히 이탈되었을 때 웨이퍼에 대한 잠재성 손상을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 접근 방법에 따른 난점들 중의 하나는 마스크가 예정된 수의 슬롯을 가짐에 따라 입사각이 전체 비임(112)이 아닌, 이온 비임의 일부만을 따라 측정될 수 있다는 점이다.
특허 제 6,989,545 호에 기재된 다른 예시적인 검출기는 구멍 및 한 쌍의 비임 전류 센서를 각각 포함하는 일련의 구성요소들을 포함한다. 상기 구멍은 소조사선으로 지칭되는 이온 비임(112)의 단지 일부분만을 통과시킴으로써 한 쌍의 비임 전류 센서와 충돌할 수 있게 한다. 한 쌍의 센서 각각에 의해 측정된 비임 전류의 총량은 구멍 위치에서 전체 비임 전류를 결정하는데 사용되며, 상기 소조사선의 입사각은 각각의 센서의 비임 전류의 차이값으로부터 계산될 수 있다. 따라서, 상기 구성요소로부터의 측정값들은 이온 비임의 균일도를 결정하는데 사용되며 구성요소 각각은 이온 비임(112) 전체에 걸친 입사각 측정값을 얻는데 사용될 수 있다.
이들 각도 측정값에 기초하여, 이온 비임(208)의 각도 균일도를 개선하기 위해 보정 작동이 실시될 수 있다.
전술한 시스템들은 보정 작동과 관련된 문제점들을 가진다. 종래 기술에 따른 도 1은 마스크 내의 슬롯의 위치에서만 비임 각도를 측정한다. 도 2에 따른 특별한 문제점들 중에 하나는 규정된 각각의 구멍 위치에서만 비임 각도를 측정할 수 있으며 그 비임 각도가 연속적으로 측정되지 않는다는 점이다.
그러므로, 종래 기술에 있어서 전술한 문제점들을 대체로 감소시킬 수 있으며 비임의 광폭 방향에 따른 어떤 지점에서도 비임 각도를 측정할 수 있는 방법 및 시스템이 요구된다.
이후에, 본 발명의 몇몇 일면들에 대한 기본 이해를 제공하기 위해 본 발명에 대한 간략한 개요를 제공한다. 이러한 개요는 본 발명에 대한 광범위한 개요를 제공하는 것이 아니며, 본 발명에 대한 핵심 또는 임계적 요소들을 밝히고자 하는 것도 본 발명의 범주를 결정하고자 하는 것도 아니다. 오히려, 본 발명의 개요의 목적은 후에 제공되는 상세한 설명에 대해 간략한 형태로 본 발명에 대한 일부 개념을 배타적으로 제시하기 위한 것이다.
본 발명은 이온 주입 시스템, 스캐닝 시스템, 및 스캔된 이온 비임을 피가공재에 제공하는 방법에 관한 것으로서, 여기서 이온 비임의 하나 또는 그보다 많은 포커싱 특성들은 스캐닝 기구의 시간에 따라 변화하는 포커싱 특성을 보상하기 위해 동력학적으로 조절 또는 보정된다. 본 발명은 어떤 형태의 이온 주입 적용에도 유용하며 스캔 방향에 따른 입사 비임 편차들을 경감시킴으로써 이온 주입된 피가공재 내의 이온 주입 균일도를 개선하는데 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일면에 따른 이온 비임 각도 검출 장치는 프로파일러 상판 내에 형성된 프로파일러 구멍 및 프로파일러 센서 조립체를 갖춘 프로파일러를 포함하는 가변 프로파일러 조립체에 단단히 부착되는 선형 드라이브 조립체, 및 마스크 구멍을 갖춘 가변 각도 마스크를 포함하며, 상기 가변 프로파일러 조립체에 단단하지 않게 부착되는 가변 각도 마스크 조립체를 포함하며, 상기 마스크 구멍은 상기 가변 프로파일러 조립체에 단단히 부착된 마스크 선형 드라이브를 활성화함으로써 상기 프로파일러 구멍에 대해 이동가능하며, 상기 프로파일러 조립체는 리본 이온 비임의 폭 보다 큰 길이에 걸쳐서 x-축선으로 이동가능하다.
본 발명의 다른 일면에 따른 이온 주입 시스템은 추출된 이온 비임을 생성하도록 작동할 수 있는 이온 소오스와, 상기 이온 소오스로부터 추출된 이온 비임을 수용하고 소정의 질량 범위의 이온을 포함하는 질량 분석된 이온 비임을 제공하는 질량 분석기와, 프로파일러 상판 내에 형성되는 프로파일러 구멍 및 프로파일러 센서 조립체를 갖춘 프로파일러를 포함하는 가변 프로파일러 조립체에 단단히 부착되는 선형 드라이브 조립체를 포함하는 이온 비임 각도 검출 장치와, 마스크 구멍을 갖춘 가변 각도 마스크를 포함하며, 상기 프로파일러 조립체에 단단하지 않게 부착되는 가변 각도 마스크 조립체, 및 비임라인 시스템으로부터 상기 질량 분석된 이온 비임을 수용하고 질량 분석되고 중성화된 이온 비임을 사용하여 이온 주입시키기 위해 통로를 따라 하나 이상의 피가공재를 지지하는 엔드 스테이션을 포함하며, 상기 마스크 구멍은 상기 가변 프로파일러 조립체에 단단히 부착된 마스크 선형 드라이브를 활성화함으로써 상기 프로파일러 구멍에 대해 이동가능하며, 상기 프로파일러 구멍은 상기 이온 비임의 긴 길이보다 큰 길이를 통해 이동가능하다.
본 발명의 또 다른 일면에 따른 실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법은 리본 이온 비임의 시작 에지에 프로파일러 조립체를 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 프로파일러는 프로파일러에 대해 전후로 마스크를 신속히 이동시키는 동안 상기 리본 이온 비임을 가로질러 이동된다. 프로파일러 신호들은 상기 프로파일러의 이동 중에 시간 함수로서 수집된다. 상기 이온 비임에 대해 조절이 수행된다. 측정된 입사각이 수용 불가능하다면 상기 방법은 처음 단계로 복귀하거나, 그렇지 않다면 상기 방법은 종료한다.
이후의 설명과 첨부 도면은 본 발명의 예시적인 일면들과 실시예들을 상세히 설명한다. 이들은 본 발명의 원리들이 사용될 수 있는 다양한 방식들을 단지 일부만 나타낸 것이다.
도 1은 (검출기가 도 5의 프로파일러로 대체되고 마스크가 추가된) 종래 기술에 따른 연속식 웨이퍼 이온 주입 시스템의 측면도이며,
도 2는 종래 기술에 따른 비임 각도 측정 장치를 사용하는 연속식 웨이퍼 이온 주입 시스템의 이온 비임 측면도이며,
도 3은 본 발명의 적어도 하나의 일면에 따른 비임 각도 측정 장치를 사용하는 연속식 웨이퍼 이온 주입 시스템의 평면도이며,
도 4는 본 발명의 다른 일면에 따른 이온 주입 시스템의 이온 비임 각도 검출 장치의 간략한 개략도이며,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 일면에 따른 이온 비임 각도 검출 장치의 변형예를 도시하느 부분 측면도이며,
도 8은 본 발명의 또 다른 일면에 따른 이온 비임 각도 측정 방법을 설명하는 기능적인 블록 선도이다.
본 발명은 이후, 동일한 참조 부호들이 동일한 구성요소들을 지칭하는데 사용되며, 도시된 구성들이 척도에 따라 도시될 필요가 없는 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명은 입사각 이온 비임 각도 검출기를 통해서 각도를 모니터링하고 보정함으로써 반도체에 이온 주입을 용이하게 한다. 실제 비임 각도는 예를 들어, 마스크의 최종 형상 및 프로파일러 구멍으로부터 계산될 수 있다. 또한, 본 발명에 설명된 방법은 이온 비임 궤적에 대해 피가공재(workpiece) 처리 장치를 교정함으로써 실제 웨이퍼에 대한 이온 주입의 측정 없이 반도체 장치의 제작을 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 소위 연속식 엔드 스테이션을 갖춘 시스템과 관련하여 이후에 설명되지만, 본 발명은 배치식 엔드 스테이션을 갖춘 이온 주입 시스템에도 사용될 수 있으며, 그러한 모든 변형 실시예들은 본 발명의 범주 및 첨부된 특허청구범위 내에 포함된 것으로 이해해야 한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이온 비임 각도 검출 장치를 사용하는 것과 같은 통상적인 이온 주입 시스템(300)이 도시되어 있다. 이온 주입 시스템(300)은 이온 비임에 대해 피가공재(330)(예를 들어, 반도체 기판 또는 웨이퍼)를 스캔하여 이온을 피가공재(330) 내측에 주입한다. 도 4는 이온 비임(456)의 넓은 방향을 따른 어떤 지점에서 비임을 측정하기 위한 가변 각도 마스크 조립체(450)와 함께 가변 프로파일러 조립체를 사용하는 이온 비임 각도 검출 장치(440)의 개략도이다.
상기 장치(300)(도 3)는 모듈러 박스(302,306), 및 가스 박스 원격 세정 제어 패널(308)을 포함한다. 가스 박스(302,306)는 다른 것들 중에서도, 도펀트 물질의 하나 또는 그보다 많은 가스를 포함하며, 상기 박스(304,306)는 시스템(300) 내의 이온 소오스(322) 내측으로 가스(들)의 선택적인 분배를 촉진하며, 상기 이온 소오스 내에서 가스는 상기 시스템(300) 내측으로 선택적으로 이동되는 웨이퍼 또는 피가공재(330) 내측으로의 주입에 적합한 이온을 발생시키도록 이온화될 수 있다. 가스 박스 원격 제어 패널(308)은 필요에 따라 또는 바람직하게 시스템(300)으로부터 가스 또는 다른 물질들의 배출 또는 세정을 촉진시킨다.
다른 것들 중에도, 고전압 터미널 배전기(312) 및 고전압 절연 변환기(314)가 가스로부터 이온을 생성하기 위해 에너지를 도펀트 가스에 부여하여 전기적으로 여기시키도록 포함된다. 이온 소오스(322)로부터 이온을 추출하고 질량 분석 마그네트(320)를 포함하는, 괄호 기호로 나타낸 비임라인(318) 영역 내측으로 이온들을 가속시키기 위한 이온 비임 추출 조립체(316)가 포함된다. 질량 분석 마그네트(320)는 부적절한 전하-대-질량 비율을 갖는 이온들을 분류해 내거나 또는 거부하도록 작동할 수 있다. 특히, 질량 분석 마그네트(320)는 질량 분석 마그네트(320)의 마그네트에 의해 생성된 하나 또는 그보다 많은 자기장에 의해 비임가이드를 통해 전파될 때 바람직한 질량-대-전하 비율을 갖는 이온들이 충돌하는 측벽을 갖춘 가이드를 포함한다.
부품(324)은 스캔된 이온 비임(456)의 각도를 제어하는데 도움을 주도록 포함될 수 있다(도 4). 이는 다른 것들 중에도, 스캔 각도 보정 렌즈를 포함할 수 있다. 가속/감속 컬럼(326)은 이온 비임 내의 이온에 대한 제어 및 조절, 및/또는 포커싱을 촉진시킨다. 최종 에너지 필터와 같은 오염 입자를 여과해내도록 작동하는 부품(328)도 에너지 오염 입자들이 피가공재(330)와 접촉하는 것을 완화시키도록 본 발명의 하나 또는 그보다 많은 일면에 따라 포함된다.
웨이퍼 및/또는 피가공재(330)는 이온으로 선택적인 주입을 위해 엔드 스테이션 챔버(332) 내측에 로딩된다. 기계식 스캔 드라이브(334)는 이온 비임과의 선택적인 접촉을 촉진시키도록 챔버(332) 내의 피가공재(330)를 조정한다. 웨이퍼 또는 피가공재(330)는 예를 들어, 하나 또는 그보다 많은 기계식 또는 로봇식 아암(337)을 포함할 수 있는 피가공재 취급 시스템(336)에 의해 엔드 스테이션 챔버(332) 내측으로 이동된다. 작동자 콘솔(338)은 시스템(300,340)의 하나 또는 그보다 많은 부품을 선택적으로 제어함으로써 작동자가 이온 주입 공정을 조절할 수 있게 한다. 최종적으로, 전력을 전체 시스템(300)에 제공하기 위한 배전 박스(339)가 포함된다.
도 4는 본 발명의 일면에 따른 이온 비임 각도 검출 장치(440)의 간략한 개략도이다. 상기 장치(440)는 배기 처리 챔버(442), 이온 비임 발생기(444), 마스크 구멍(448)을 갖는 가변 각도 마스크(446), 및 프로파일러 구멍(454), 프로파일러 상판(455) 및 프로파일러 센서 조립체(557)를 갖춘 프로파일러(452)(도 5)를 구비한 가변 프로파일러 조립체(450)를 포함한다. 마스크 구멍(446)의 폭(WMAM)은 마스크 구멍 폭(WMA)을 갖는 마스크 구멍(448)을 통해 프로파일러 상판(455)으로 통과하는 소조사선(beamlet)(458: 도 4)의 예상 변위보다 큰 거리에 걸친 이온 비임(456)의 통행을 방지하기에 충분하다. 도 5에 도시된 이온 비임 각도 검출 장치(540)는 설명 목적으로 제공된 것이며 이온 비임 각도 검출 장치(540)의 모든 일면, 구성 요소, 및 특징들을 포함하도록 의도된 것은 아니다. 대신에, 상기 장치(540)는 본 발명의 추가 이해를 돕기 위해 묘사된 것이다.
이후 도 5를 참조하면, 이온 비임 발생기(444)는 전술한 바와 같이 이온 비임(456), 예를 들어 리본 비임을 생성한다. 이온 비임(456)은 다수의 특징들, 예를 들어 주어진 표면에 충돌하는 이온의 총수, 플라즈마 밀도, 횡단면적 형상, 이온 종, 이온 분량, 비임 전류, 세기, 방출, 이온 비임 스폿 크기, 입사각 및 이온 비임 에너지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이온 비임(456)은 프로파일러(452)의 프로파일러 상판(455)에 대략 직교하는 것으로 도시되어 있으며, 이온 비임(456)은 상판(455)의 x-z 평면에 대해 상이한 입사각(예를 들어, 0도보다 큰 각도(δ), 여기서 0도는 프로파일러 상판(455) 평면 x-z 표면에 수직한 통로로 이동하는 이온 비임 또는 이온 소조사선으로 정의된다)을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 피가공재 선반은 바람직한 이온주입 결과를 달성하기 위해 제어된, 지시된 또는 미리 특정된 비율로 (도시된 바와 같이)고정 이온 비임(556)을 통해 (도시 않은)피가공재를 이동시킬 수 있다. 다른 일면에서, 이온 비임(456)은 다시 제어되고 지시되거나 미리 특정된 비율로 1회 통과 또는 다중 통과 방식으로 피가공재를 횡단하여 이동될 수 있다. 본 발명의 본 실시예에서 이온 비임 각도 검출 장치(540)는 피가공재의 이온 주입을 실행하기 이전에 이온 비임(456)을 특징짓게 하는데 사용된다. 환언하면, 이온 비임 각도 검출 장치(540)는 이온 비임 특징, 예를 들어 입사각을 특징짓게 하고나서 이온 비임(456) 특징들이 피가공재의 이온 주입 이전에 장치(540)에 의해 다시 조절되고 측정될 수 있다. 상기 장치(540)는 이온 주입 공정을 위해 이온 비임(456)의 통로로부터 이동될 수 있다.
본 예에서 프로파일러(452)는 드라이브 조립체(560) 및 프로파일러 조립체(450)에 의해 가변 각도 마스크(446)에 단단히 부착된다. 드라이브 조립체(560)는 선형 스테이지(562), 선형 스테이지 모터(580) 및 선형 스테이지(562)에 단단히 부착된 마스크 드라이브(564)를 포함한다. 본 발명의 다른 일면들은 어떤 적합한 수의 선형 드라이브, 다른 위치에 놓인 검출기, 가변 검출기 등을 포함한다고 이해해야 한다. 예를 들어, 검출기 또는 검출기들은 프로파일러(452) 내측에, 그리고 선택적으로 이온 비임 각도 검출 장치(540), 예를 들어 가변 각도 마스크 조립체(446) 및 실질적으로 피가공재(도시 않음)와 동일한 평면 상의 어떤 곳에도 통합될 수 있다. 검출기는 임의의 수의 위치에서 이온 비임(456)을 가로지르는 비임 전류의 균일도를 측정하며, 또한 이온 비임(456)의 형상을 나타낸다. 이는 별개의 위치에 각도를 측정하는 현재의 프로파일러에 비해서, 본 발명은 이온 비임(456)의 전체 길이를 따라 이온 비임을 결정할 수 있다는 점은 현저히 개선된 점이다. 또한, 검출기는 비임(456)의 직선 방향으로의 다수의 위치에서 이온 비임(456) 및/또는 이온 소조사선(458)의 입사각을 측정할 수 있다.
비임 전류 균일도 및 입사각 측정은 이온 비임 균일도를 개선하기 위해 이온 주입 시스템(500)에 의해 생성된 이온 비임(456)을 변경시키는데 사용될 수 있다. 시간 제약에 의해 신속 측정에 대한 필요성이나 바람직함이 제한된다면, 프로파일러(452)는 연속 위치보다는 별개 위치에서 특징들을 측정할 수 있다. 그러나 본 발명의 중요한 일면은 일정한 위치에서 수행되는 표준 프로파일러의 별개의 측정과는 반대로 별개의 측정 위치들이 임의적이다는 점이다.
프로파일러(452)는 프로파일러 구멍(454)을 각각 포함하는 일련의 구성요소들을 포함한다. 상기 구멍(454)은 소조사선(458)으로서 언급된 이온 비임(456)의 단지 일부분만이 통과할 수 있게 한다. 센서에 의해 측정된 소조사선 전류는 소조사선(458), 그에 따라 이온 비임의 일부분의 입사각(δ)을 계산하는데 사용된다. 따라서, 각각의 측정은 입사각을 얻는데 사용될 수 있으며 구성 요소들의 측정은 이온 비임(456)을 통한 입사각의 균일도를 결정하는데 사용된다. 본 발명에 따른 적합한 검출기의 예 및 추가의 세부 사항은 아래에서 설명된다.
도 6 및 도 7은 가변 각도 마스크(446)를 구비한 가변 각도 마스크 조립체(420)를 포함하는 이온 비임 검출 장치(640)의 부분 측면도들이며, 여기서 가변 각도 마스크(446)의 폭(WMAM)은 마스크 구멍 폭(WMA)을 갖는 마스크 구멍(448)을 통해 프로파일러 상판(455)으로 통과하는 소조사선(458)의 예상 변위보다 큰 거리에 걸친 이온 비임(456)의 통행을 방지하기에 충분하다. 상기 가변 각도 마스크(446)는 마스크 드라이브(464)를 사용함으로써 프로파일러(452)에 대해 전후로 (프로파일러 속도의 2 내지 10배 범위의 속도로)신속히 이동될 수 있다. 상기 드라이브(464)는 액츄에이터, 회전 액츄에이터, 스텝퍼 모터, 펄스형 전력 액츄에이터 등 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로파일러(452)가 전체 비임 전류 균일도의 측정을 끝내면, 이온 비임 각도 검출 장치(604)는 입사 비임(456)의 통로로부터 완전히 이동될 수 있도록 충분히 이동된다. 선형 드라이브 조립체(460)도 이온 비임(456)의 전폭을 가로질러 그리고 바람직하다면, 이온 비임(456)의 통로로부터 완전히 프로파일러(452)를 이동시킬 수 있다. 환언하면, 전술한 바와 같이 이온 비임 검출 장치(640)는 이온 주입 시스템(300)을 회전시키기 위해 피가공재 이온 주입 사이에 사용될 수 있거나, 프로파일러(452)는 실시간으로 이온 비임 조사량과 x-y 평면 내의 이온 비임 각도를 조절하기 위해 (도시 않은)선반 상의 피가공재에 이온 주입을 하는 중에 또는 직전에 사용될 수 있다.
도 6은 이온 비임(456)이 가변 각도 마스크(446)에 대해 수직하지 않은 본 발명의 실시예를 도시하며, 여기서 프로파일러(452)는 가변 각도 마스크 구멍(448) 및 프로파일러 구멍(454)이 점선의 중심선(548)으로 나타낸 z 축선을 따라 수직으로 정렬되었을지라도, 그와 같은 극한 각도(δ)에 대한 제로 전류를 측정할 수 있다. 도 7은 이온 비임 통로가 가변 각도 마스크(446)에 수직하지 않은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하며, 여기서 프로파일러(452)는 가변 각도 마스크(446) 및 그에 따른 마스크 구멍(448)이 마스크 드라이브(464)에 의해 이동되어 소조 이선(458)이 도시한 바와 같이 마스크 구멍(448) 및 프로파일러 구멍(454)을 통과하기 때문에 그와 같은 극한 각도(δ)에 대한 전류를 측정할 수 있다. 프로파일러(452)는 상당히 저속(통상적으로 0.1 m/s, 그러나 1 m/s 정도로 빠를 수 있음)의 선형운동으로 이온 비임을 가로질러 이동하는 반면에, 마스크(446)는 프로파일러(452)에 대해 전후로 상당히 빠른(프로파일러 속도의 2 내지 10배) 운동으로 이동한다.
설명의 목적으로, 이온 주입시 비임 각도를 측정하는 일반적인 방법이 도 8에 도시되어 있으며 도 4 내지 도 7과 관련하여 설명될 것이다. 이러한 방법이 일련의 거동 또는 단계로서 이후에 도시되고 설명되지만, 본 발명은 그러한 거동 또는 단계에 대한 설명된 순서에만 한정되는 것이 아니라고 이해해야 한다. 예를 들어, 몇몇 거동은 본 발명에서 도시되고 설명된 것과 상이한 다른 거동 또는 단계과 동일 및/또는 상이한 순서로 발생될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 또는 그보다 많은 일면 또는 실시예들에 따른 방법을 수행하는데 도시되지 않은 단계들이 요구될 수도 있다. 게다가, 본 발명에서 설명된 하나 또는 그보다 많은 거동들이 하나 또는 그보다 많은 별개의 거동 및/또는 단계들로 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 교시에 따른 이온 주입시 이온 비임의 측정 방법에 대한 하나의 예시적인 방법(800)을 도시한다. 상기 방법은 802 단계에서 시작되며, 상기 단계에서 프로파일러(452)는 리본 비임(456)의 시작 에지 또는 예를 들어, x축선 상의 예정된 시작 위치에 놓인다. 804 단계에서, 프로파일러(452)는 예를 들어, 저속(통상적으로 0.1 m/s, 그러나 1 m/s 정도로 빠름)으로 이온 비임(456)을 가로질러 이동된다. 806 단계에서, 마스크(446)는 프로파일러(452)에 대해 전후로 빠르게(프로파일러 속도의 2 내지 10배) 이동된다. 본 기술 분야의 당업자는 프로파일러(452) 및 마스크(446)의 속도가 조절될 수 있으며 모든 속도들이 본 발명에 고려될 수 있다고 이해할 것이다. 804, 806 및 808 단계들은 동시에 수행될 수 있다는 것도 이해할 것이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 소조사선(458) 또는 비임(456)의 실제 입사각도(δA)는 연속적인 위치보다는 리본 이온 비임에 따른 별개 위치에서 측정될 수 있다. 상기 방법(800)을 계속 진행하면, 808 단계에서 시간 함수로서의 프로파일러 신호(즉, 소조사선 전류)가 프로파일러(452)의 이동 중에 수집된다(예를 들어, 대략 사인 곡선). 프로파일러 신호에 기초하여 리본 비임(456)의 각도 분포가 결정될 수 있다.
810 단계에서, 실제 입사 각도(δA)가 특정된 허용 범위 내에 있지 않으면, 상기 방법은 측정된 입사 각도에 기초하여 이온 비임(456)을 조절하는 812 단계로 진행되고나서 802 단계로 복귀한다. 실제 입사 각도(δA)가 특정된 허용 범위 내에 있으면, 상기 방법(800)은 종료된다.
본 발명이 하나 또는 그보다 많은 실시예들에 대해 도시되고 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 이탈함이 없는 변형 및/또는 변경 예들이 설명된 예들에 따라 형성될 수 있다. 특히, 전술한 구성 요소 또는 구조물(블록, 유닛, 엔진, 조립체, 장치, 회로, 시스템 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그와 같은 구성요소들을 설명하는데 사용된 ("수단"으로 지칭된 용어를 포함한)용어들은 달리 표현하지 않는 한, 본 발명의 설명된 예시적인 실시예들에 있는 기능을 수행하는 전술한 구조물과 구조적으로 균등하지 않더라도, 전술한 구성요소의 특정 기능을 수행하는 (예를 들어, 기능적으로 균등한)임의의 구성 요소 또는 구조물과 대응한다고 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 특별한 특징이 여러 실시예들 중에 단지 하나의 실시예에 대해서만 설명되었더라도 그와 같은 특징은 어떤 주어진 또는 특정 적용에 바람직하고 유리한 한 다른 실시예들의 하나 또는 그보다 많은 특징들과 조합될 수 있다. 게다가, 용어 "포함하는(including)", "포함하다", "갖는", "가지다", "구비한", 또는 이의 파생어가 상세한 설명 또는 특허청구범위에 사용된 한, 그와 같은 용어들은 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 내포되는 것으로 이해해야 한다.

Claims (21)

  1. 이온 비임 각도 검출 장치로서,
    프로파일러 상판 내에 형성된 프로파일러 구멍 및 프로파일러 센서 조립체를 갖춘 프로파일러를 포함하는 가변 프로파일러 조립체에 고정적으로 부착되는 선형 드라이브 조립체, 및
    마스크 구멍을 갖춘 가변 각도 마스크를 포함하며, 상기 가변 프로파일러 조립체에 비-고정적으로 부착되는 가변 각도 마스크 조립체를 포함하며,
    상기 마스크 구멍은 상기 가변 프로파일러 조립체에 고정적으로 부착된 마스크 선형 드라이브를 활성화함으로써 상기 프로파일러 구멍에 대해 이동가능하며,
    상기 프로파일러 구멍은 상기 이온 비임의 선택된 길이에 걸쳐서 이동가능한,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    선형 액츄에이터는 기계식/볼 스크류 선형 액츄에이터, 형상 기억 합금(SMA) 액츄에이터, 랙과 피니언 액츄에이터, 직접 구동 선형 액츄에이터, 전자기계식 선형 액츄에이터 및 펄스 파워 선형 액츄에이터 중의 하나 이상을 포함하는,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 각도 마스크 구멍 치수는 상기 이온 비임의 폭보다 적은,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로파일러 구멍 치수는 상기 가변 각도 마스크를 통과하는 모든 소조사선을 수용하기에 충분히 큰,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍의 상대 운동은 이온 소조사선이 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍을 통과하여 상기 프로파일러 센서 조립체 내의 센서에 의해 검출되도록 조절가능한,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로파일러 조립체는 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍이 서로에 대해 이동될 수 있어서 x-축선 상의 비임 길이의 모든 또는 상당한 부분이 상기 프로파일러의 전체 선형 이동 중에 상기 프로파일러 구멍과 만나도록 구성되는,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 이온 비임의 전체 통로로부터 이동가능한,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 길이는 리본 비임의 길이보다 크거나, 상기 리본 비임의 길이와 같거나 그 미만인,
    이온 비임 각도 검출 장치.
  9. 이온 주입 시스템으로서,
    추출된 이온 비임을 생성하도록 작동할 수 있는 이온 소오스와,
    상기 이온 소오스로부터 추출된 이온 비임을 수용하고 소정의 질량 범위의 이온을 포함하는 질량 분석된 이온 비임을 제공하는 질량 분석기와,
    프로파일러 상판 내에 형성되는 프로파일러 구멍 및 프로파일러 센서 조립체를 갖춘 프로파일러를 포함하는 가변 프로파일러 조립체에 고정적으로 부착되는 선형 드라이브 조립체를 포함하는 이온 비임 각도 검출 장치와,
    마스크 구멍을 갖춘 가변 각도 마스크를 포함하며, 상기 프로파일러 조립체에 단단하지 않게 부착되는 가변 각도 마스크 조립체, 및
    비임라인 시스템으로부터 상기 질량 분석된 이온 비임을 수용하고 질량 분석되고 중성화된 이온 비임을 사용하여 이온 주입시키기 위해 통로를 따라 하나 이상의 피가공재를 지지하는 엔드 스테이션을 포함하며,
    상기 마스크 구멍은 상기 가변 프로파일러 조립체에 고정적으로 부착된 마스크 선형 드라이브를 활성화함으로써 상기 프로파일러 구멍에 대해 이동가능하며,
    상기 프로파일러 구멍은 상기 이온 비임의 긴 길이보다 큰 길이에 걸쳐서 이동가능한,
    이온 주입 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    선형 액츄에이터는 기계식/볼 스크류 선형 액츄에이터, 형상 기억 합금(SMA) 액츄에이터, 랙과 피니언 액츄에이터, 직접 구동 선형 액츄에이터, 전자기계식 선형 액츄에이터 및 펄스 파워 선형 액츄에이터 중의 어느 하나를 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 각도 마스크 구멍 치수는 상기 이온 비임의 폭보다 적은,
    이온 주입 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍의 상대 운동은 이온 소조사선이 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍을 통과하여 상기 프로파일러 센서 조립체 내의 센서에 의해 검출되도록 조절가능한,
    이온 주입 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍의 상대 운동은 이온 소조사선이 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍을 통과하여 상기 프로파일러 센서 조립체 내의 센서에 의해 검출되도록 조절가능한,
    이온 주입 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로파일러 조립체는 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍이 서로에 대해 이동될 수 있어서 비임 길이의 모두가 상기 프로파일러의 전체 선형 이동 중에 상기 프로파일러 구멍과 만나도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 이온 비임의 전체 통로로부터 이동가능한,
    이온 주입 시스템.
  16. 실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법으로서,
    (a) 리본 이온 비임의 시작 에지에 프로파일러 조립체를 위치시키는 단계와,
    (b) 상기 리본 이온 비임을 가로질러 상기 프로파일러를 이동시키는 단계와,
    (c) 상기 프로파일러에 대해 전후로 마스크를 신속히 이동시키는 단계와,
    (d) 상기 프로파일러의 이동 중에 시간 함수로서 프로파일러 신호들을 수집하는 단계와,
    (e) 측정각이 수용가능한지 결정하는 단계와,
    (f) 측정된 입사각이 수용 불가능하다면 (a) 단계로 보내져 상기 이온 비임에 대한 조절을 수행하는 단계, 및
    (g) 측정된 입사각이 수용가능하다면 상기 방법을 종료하는 단계를 포함하는,
    실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    마스크 선형 액츄에이터는 기계식/볼 스크류 선형 액츄에이터, 형상 기억 합금(SMA) 액츄에이터, 랙과 피니언 액츄에이터, 직접 구동 선형 액츄에이터, 전자기계식 선형 액츄에이터 및 펄스 파워 선형 액츄에이터 중의 어느 하나를 포함하는,
    실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    마스크 선형 구멍 치수는 상기 이온 비임의 폭보다 적은,
    실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍의 상대 운동은 이온 소조사선이 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍을 통과하여 상기 프로파일러 센서 조립체 내의 센서에 의해 검출되도록 조절가능한,
    실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    프로파일러 조립체는 상기 가변 각도 마스크 구멍과 프로파일러 구멍이 서로에 대해 이동될 수 있어서 비임 길이의 모두가 상기 프로파일러의 전체 선형 이동 중에 상기 프로파일러 구멍과 만나도록 구성되는,
    실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 이온 비임의 전체 통로로부터 이동가능한,
    실제 이온 비임 입사각을 결정하는 방법.
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