KR20110123777A - 플라즈마 이온 주입 동안 도펀트 농도를 측정하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
일반적으로 본 발명의 실시예들은 플라즈마 도핑 프로세스들 동안 미리결정된 도펀트 농도들에서 엔드 포인트 검출을 위한 방법들을 제공한다. 일 실시예에서, 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계, 기판 위로 플라즈마를 생성하는 단계 및 플라즈마에 의해 생성된 광을 기판으로 투과시키는 단계 ―광은 기판의 상면으로 진입하여 후면으로 배출됨―, 및 기판 아래에 위치된 센서에 의해 광을 수신하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하는 단계, 도핑 프로세스 동안 기판을 도펀트로 주입하는 단계, 도핑 프로세스 동안 센서에 의해 수신되는 광의 감소량에 비례하는 다수의 광 신호들을 생성하는 단계, 일단 기판이 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 도핑 프로세스를 중단하는 단계를 제공한다.
Description
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 방법들에 관한 것으로, 특히 도핑 프로세스 동안 기판의 도펀트 농도를 측정하기 위한 방법들에 관한 것이다.
[0002] 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(PE-CVD) 프로세스, 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착(HDP-CVD) 프로세스, 플라즈마 침지 이온 주입 프로세스(P3I), 및 플라즈마 에치 프로세스와 같은 플라즈마 프로세스들 동안 이온 도즈량(ion dosage)을 제어하는 것은 중요하다. 특히 집적회로 제조에서의 이온 주입 프로세스들은 반도체 기판상에 원하는 이온 도즈(ion dose)를 달성하기 위한 계측(instrumentation) 및 제어를 요구한다.
[0003] 일반적으로 이온 주입시 도즈는 프로세싱되는 기판의 표면 평면을 통과하는 단위 면적당 전체 이온들의 수로 간주된다. 주입된 이온들은 기판의 볼륨을 통해 자체적으로 분포된다. 주입된 이온 밀도 주요 변동은 통상적으로 기판 표면에 대해 직교(수직) 방향인 이온 플럭스의 방향을 따라 발생한다. 수직 방향을 따르는 이온 밀도(단위 볼륨당 이온들)의 분포는 이온 주입 깊이 프로파일로서 간주된다. 이온 주입 도즈(단위 면적당 이온들)를 조절하기 위한 계측 및 제어 시스템들은 때로 선량측정계(dosimetry)로서 간주된다.
[0004] 이온 주입은 이온 빔 주입 장치 및 플라즈마 침지 이온 주입 장치에서 수행될 수 있다. 기판의 표면 위로 래스터-스캔(raster-scanned)되어야 하는 좁은 이온 빔을 생성하는 이온 빔 장치는 통상적으로 한번에 하나의 원자 종만을 주입한다. 이러한 장치에서 이온 전류가 측정되고 실제 도즈를 계산하기 위해 시간에 따라 적분된다(integrated). 전체 이온 빔이 기판에 충돌하고 빔의 원자 종이 인지되기 때문에, 이온 주입 도즈가 정확하게 결정될 수 있다. 이는 이온 빔 주입 장치에서 중요하며, 이는 이온 빔 주입 장치가 출력 전류에서의 상당한 드리프트를 겪는 DC 이온 소스, 및 (콤포넌트 표면들 상에 증착된 물질의 축적물에 대한 DC 소스의 자화율(susceptibility)로 인해) 마찬가지로 빔 주입 머신 드리프트에 사용되는 다양한 그리드들 및 전극들을 사용하기 때문이다. 따라서, 정확한 선량측정계는 이온 빔 주입 장치에서 필수적이다. 정확하게 모니터된 이온 빔 전류는 순간적인 전류 주입 도즈를 계산하기 위해 시간에 따라 적분되며, 도즈가 미리결정된 목표값에 도달하자마자 프로세스는 중단된다.
[0005] 반대로, 플라즈마 침지 이온 주입 반응기들은 선량측정계에서 난해한 문제를 제시한다. 통상적으로, 기판상에 입사하는 이온들의 원자량은 정확하게 검출될 수 없으며, 이는 이러한 반응기가 원하는 이온 주입 종들 뿐만 아니라 다른 종들도 함유하는 프리커서 가스를 사용하기 때문이다. 예를 들어, 통상적으로 붕소의 플라즈마 침지 이온 주입은 프리커서 디보란과 같은 다중원소 화합물을 사용하여, 붕소 및 수소 이온들 모두가 기판상에 입사될 수 있다. 결과적으로, 측정된 전류로부터 붕소 도즈를 결정하는 것은 어렵다. 플라즈마 침지 이온 주입 반응기에서 선량측정을 구현하는 데 있어 또 다른 문제점은 플라즈마 이온들이 전체 기판에 연속적으로 충돌하여, 기판 위에서는 기판에 대한 전체 이온 전류의 직접 측정을 실시하기 어렵다는 것이다. 대신, 도즈는 매우 작은 면적에서 취해진 측정치들로부터 비간접적으로 추론되어야 한다. 이는 특히 RF(무선 주파수) 플라즈마 소스 전력 및 RF 플라즈마 바이어스 전력을 사용하는 반응기들에서 그러하다.
[0006] 따라서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 미리결정된 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 방법이 요구된다.
[0007] 본 발명의 실시예들은 플라즈마 도핑 프로세스들 동안 미리결정된 도펀트 농도들에서 엔드 포인트 검출을 위한 방법들 및 장치들을 제공한다. 일 실시예에서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에서 도핑 농도를 검출하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계 ―기판은 상면(topside) 및 후면(backside)을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버내의 기판 위로 플라즈마를 생성하는 단계, 플라즈마에 의해 생성된 광을 기판으로 투과시키는 단계 ―광은 상면으로 진입하여 기판의 후면으로 배출됨―, 및 기판 아래에 위치된 센서에 의해 광을 수신하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하는 단계, 도핑 프로세스 동안 기판에 도펀트를 주입하는 단계, 도핑 프로세스 동안 센서에 의해 수신되는 광의 감소량에 비례하는 다수의 광 신호들을 생성하는 단계, 일단 기판이 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 기판의 도펀트 주입을 중단하는 단계를 제공한다.
[0008] 일부 실시예들에서, 상기 방법은 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 다수의 신호들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마에 의해 생성된 광은 적외선광, 가시광, 자외선광, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일례로, 광은 적외선광을 포함한다. 통상적으로, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판의 온도는 도핑 프로세스 동안 약 0℃ 내지 약 90℃ 범위 이내, 바람직하게는 약 25℃ 내지 약 45℃일 수 있다.
[0009] 일부 실시예들에서, 도펀트는 붕소, 인(phosphorous), 아세닉, 안티몬, 질소, 산소, 수소, 탄소, 게르마늄, 또는 이들의 조합물들일 수 있다. 도펀트의 최종 농도는 약 1x1014 cm-2 내지 약 1x1018 cm-2, 바람직하게는 약 5x1015 cm-2 내지 약 1x1017 cm-2이다. 일례로, 도펀트는 붕소이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로보란, 디보란, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들과 같은 붕소 프리커서에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 도펀트는 인이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로포스핀, 포스핀, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들과 같은 인 프리커서에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 도펀트는 아세닉이며 도핑 프로세스는 기판을 아세닉, 이의 플라즈마들, 또는 이의 유도체들과 같은 아세닉 프리커서에 노출하는 단계를 포함한다.
[0010] 또 다른 실시예에서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에서 도핑 농도를 검출하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계 ―기판은 상면 및 후면을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버내의 기판 위로 플라즈마를 생성하는 단계, 기판으로 광을 투과시키는 단계 ―광은 기판의 후면으로 진입하여 상면으로 배출되며, 광은 기판 아래에 위치된 광원에 의해 생성됨―, 및 기판 위에 위치된 센서에 의해 광을 수신하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하는 단계, 도핑 프로세스 동안 기판에 도펀트를 주입하는 단계, 도핑 프로세스 동안 센서에 의해 수신되는 광의 감소량에 비례하는 다수의 광 신호들을 생성하는 단계, 일단 기판이 도펀트의 최종 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 기판의 도펀트 주입을 중단시키는 단계를 제공한다.
[0011] 광원이 적외선 레이저와 같은 레이저일 수 있는 실시예들이 제공된다. 광은 적외선광, 가시광, 자외선광, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일례로, 센서는 프로세스 챔버 내의 샤워헤드 어셈블리 상에 배치되거나 또는 상기 샤워헤드 어셈블리와 접속될 수 있다. 광원은 기판 지지 어셈블리에 접속되거나, 기판 지지 어셈블리 내에 있거나 또는 기판 지지 어셈블리 상에 배치된다. 기판 지지 어셈블리는 정전기 척을 포함할 수 있다.
[0012] 특정 예에서, 센서는 샤워헤드 어셈블리 상에 또는 내부에 배치되며 실질적으로 센서를 향해 광을 지향하도록 광원이 위치된다. 광원은 레이저 빔을 방출하는 레이저 소스와 같은 원격 광원에 접속된 광 케이블일 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 광 신호의 크기는 교정(calibration) 단계 동안 광 신호의 크기로부터 차감될 수 있다.
[0013] 또 다른 실시예에서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에서 도핑 농도를 검출하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계 ―기판은 상면 및 후면을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버내의 기판 위로 플라즈마를 생성하는 단계, 및 기판으로 광을 투과시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 광을 수신하는 단계, 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 초기 신호를 생성하는 단계, 도펀트 프로세스 동안 기판에 도펀트를 주입하는 단계, 센서에 의해 수신되는 광을 증가하는 도펀트 농도에 비례하게 변조시키는 단계, 기판이 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 기판의 도펀트 주입을 중단하는 단계를 제공한다.
[0014] 일례로, 광은 플라즈마에 의해 생성되고, 센서에 의해 수신되는 광은 증가하는 도펀트 농도에 비례하게 감소되며, 센서는 기판 아래에 위치된다. 또 다른 예에서, 광은 기판 아래에 위치된 광원(이를 테면, 레이저 소스)에 의해 생성되며, 센서에 의해 수신되는 광은 증가하는 도펀트 농도에 비례하게 감소되며, 센서는 기판 아래에 위치된다. 또 다른 예에서, 기판 위에 위치된 광원에 의해 광이 생성되며, 센서에 의해 수신되는 광은 증가하는 도펀트 농도에 비례하게 증가하며, 센서는 기판 위에 위치된다.
[0015] 또 다른 실시예에서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에서 도핑 농도를 검출하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계―기판은 상면 및 후면을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버내의 기판 위에 플라즈마를 생성하는 단계, 상기 기판 위에 위치된 광원에 의해 광을 생성하는 단계, 광원으로부터 기판의 상면으로 광을 투과시키는 단계, 및 기판 위에 위치된 센서를 향해 상면으로부터 광을 반사시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하는 단계, 도핑 프로세스 동안 기판에 도펀트를 주입하는 단계, 도핑 프로세스 동안 센서에 의해 수신되는 광의 증가량에 비례하는 다수의 광 신호들을 생성하는 단계, 일단 기판이 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 기판의 도펀트 주입을 중단하는 단계를 제공한다.
[0016] 광이 기판의 상면을 가로질러 연장되는 평면에 대해 약 45°내지 약 90°범위 내의 각도로 기판의 상면을 향해 광을 비출 수 있는 실시예들이 제공된다. 바람직하게, 각도는 약 75°내지 약 90°이내, 보다 바람직하게는 실질적으로 약 90°일 수 있다. 일례로, 광원은 샤워헤드 어셈블리에 접속되거나 또는 샤워헤드 어셈블리 내에 있을 수 있고, 센서는 샤워헤드 어셈블리 상에 배치되거나 또는 샤워헤드 어셈블리와 접속될 수 있으며, 광원은 기판으로부터 센서를 향해 광을 반사시키도록 위치될 수 있다.
[0017] 또 다른 실시예에서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에서 도핑 농도를 검출하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계―기판은 상면 및 후면을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버내의 기판 위로 플라즈마를 생성하는 단계, 기판의 상면으로부터 광을 반사시키는 단계, 및 센서에 의해 광을 수신하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 초기 신호를 생성하는 단계, 도펀트 프로세스 동안 기판에 도펀트를 주입하는 단계, 증가하는 도펀트 농도에 비례하게 센서에 의해 수신되는 광을 증가시키는 단계, 일단 기판이 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 기판의 도펀트 주입을 중단하는 단계를 제공한다.
[0018] 앞서 개시된 본 발명의 특징들을 상세히 이해할 수 있는 방식으로, 본 발명의 상세한 설명 및 상기 간략한 요약은 일부가 첨부되는 도면들에 개시된 실시예들을 참조할 수 있다. 그러나, 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예만을 예시한 것으로 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주해서는 안된다는 것을 주목해야 하며, 본 발명은 다른 등가적인 유효 실시예들을 허용할 수 있다.
[0019] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 플라즈마 챔버의 등축(isometric) 단면도를 개략적으로 도시한다;
[0020] 도 2는 도 1의 플라즈마 챔버의 등축 상부도를 개략적으로 도시한다;
[0021] 도 3은 본 발명의 실시예들에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트(end point)를 검출하기 위한 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다;
[0022] 도 4는 본 발명의 실시예에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 또 다른 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다;
[0023] 도 5는 도 1에 도시된 플라즈마 챔버에 제공된 광학 센서로 기판의 도펀트 농도가 실시간 어떻게 제어되는지를 나타내는 간략화된 다이어그램이다;
[0024] 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 또 다른 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다;
[0025] 도 7은 플라즈마 이온 주입 프로세스의 엔드 포인트를 검출하기 위해 광학 센서를 사용하는 대안적 실시예를 도시한다;
[0026] 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 또 다른 프로세스를 개시하는 흐름도를 도시한다; 그리고
[0027] 도 9a-9b는 플라즈마 이온 주입 프로세스의 엔드 포인트를 검출하기 위해 광학 센서를 사용하는 또 다른 대안적 실시예들을 도시한다.
[0019] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 플라즈마 챔버의 등축(isometric) 단면도를 개략적으로 도시한다;
[0020] 도 2는 도 1의 플라즈마 챔버의 등축 상부도를 개략적으로 도시한다;
[0021] 도 3은 본 발명의 실시예들에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트(end point)를 검출하기 위한 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다;
[0022] 도 4는 본 발명의 실시예에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 또 다른 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다;
[0023] 도 5는 도 1에 도시된 플라즈마 챔버에 제공된 광학 센서로 기판의 도펀트 농도가 실시간 어떻게 제어되는지를 나타내는 간략화된 다이어그램이다;
[0024] 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 또 다른 프로세스를 나타내는 흐름도를 도시한다;
[0025] 도 7은 플라즈마 이온 주입 프로세스의 엔드 포인트를 검출하기 위해 광학 센서를 사용하는 대안적 실시예를 도시한다;
[0026] 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하기 위한 또 다른 프로세스를 개시하는 흐름도를 도시한다; 그리고
[0027] 도 9a-9b는 플라즈마 이온 주입 프로세스의 엔드 포인트를 검출하기 위해 광학 센서를 사용하는 또 다른 대안적 실시예들을 도시한다.
[0028] 본 발명의 실시예들은 플라즈마 이온 주입 시스템에서 광학 센서를 사용하여 도핑 농도를 측정하기 위한 방법들 및 장치들을 제공한다. 이로써 플라즈마 이온 주입의 엔드 포인트가 효과적인 방식으로 제어될 수 있다.
[0029] 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 챔버(100)의 등축 단면도를 개략적으로 도시한다. 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(PE-CVD) 프로세스, 고밀도 플라즈마 화학적 기상 증착(HDP-CVD) 프로세스, 플라즈마-강화 원자층 증착(PE-ALD) 프로세스, 이온 주입 프로세스, 에치 프로세스, 및 다른 플라즈마 프로세스들을 위해 구성될 수 있다.
[0030] 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 챔버(100)의 바디(102)에 접속되는 토로이달 플라즈마 소스(100)를 포함한다. 바디(102)는 내부 볼륨(110)의 경계를 정하는 리드(lid)(106) 및 바닥부(108)에 접속되는 측벽들(104)을 포함한다. 플라즈마 챔버(100)의 다른 예들은 본 발명에 참조로 통합되는 미국 특허 출원 제 6,939,434호 및 제 6,893,907호에서 찾을 수 있다.
[0031] 내부 볼륨(120)은 가스 분배 어셈블리(121)와 기판 지지 어셈블리(123) 사이에 형성된 프로세싱 영역(125)을 포함한다. 펌핑 영역(122)은 기판 지지 어셈블리(123)의 일부를 둘러싼다. 펌핑 영역(122)은 바닥부(128)에 형성된 포트(127)내에 배치된 밸브(126)를 통해 진공 펌프(124)와 선택적으로 연통된다. 일 실시예에서, 밸브(126)는 내부 볼륨(120)으로부터 포트(127)를 통해 진공 펌프(124)로의 가스 또는 증기의 흐름을 제어하도록 적응된 트로틀 밸브(throttle valve)이다. 일 실시예에서, 밸브(126)는 O-링들을 사용하지 않고 동작하며, 2005년 4월 26일자로 출원되었으며 미국 공개 번호 제 2006-0237136호로서 공개된 미국 일련 번호 제 11/115,956호에 추가로 개시되었으며, 이는 본 발명에 참조로 통합된다.
[0032] 토로이달 플라즈마 소스(101)는 바디(110)의 리드(106) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 토로이달 플라즈마 소스(101)는 일반적 "U"자 형상을 가지는 제 1 도관(150A) 및 일반적 "M"자 형상을 가지는 제 2 도관(150B)을 포함한다. 제 1 도관(150A) 및 제 2 도관(150B) 각각은 적어도 하나의 안테나(170A, 170B)를 포함한다. 안테나들(170A, 170B) 각각은 각각의 도관들(150A/150B)의 내부 영역(155A/155B) 내에서 유도적으로 접속된 플라즈마를 형성하도록 구성된다. 도 2에 도시된 것처럼, 각각의 안테나(170A/170B)는 RF 플라즈마 전력원(171A/172A)과 같은 전력원에 접속되는 와인딩(winding) 또는 코일일 수 있다. 또한, RF 임피던스 매칭 시스템들(171B/172B)이 각각의 안테나(170A/170B)에 접속될 수 있다. 헬륨, 아르곤, 및 다른 가스들과 같은 프로세스 가스들이 각각의 도관들(150A, 150B)의 내부 영역(155A, 155B)에 각각 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 가스들은 각각의 도관(150A/150B)의 내부 영역들(155A/155B)에 공급되는 도펀트 프리커서 가스들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 가스들은 가스 패널(136)로부터 토로이달 플라즈마 소스(101)로 전달될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로세스 가스들은 플라즈마 챔버(100)의 바디(110)에 형성된 포트(130)에 연결되는 가스 패널로부터 가스 분배 어셈블리(121)를 통해 전달될 수 있다.
[0033] 일 실시예에서, 도관들(150A/150B)의 각각의 대향 단부는 플라즈마 챔버(100)의 리드(106)에 형성된 각각의 포트들(131A-131D)(본 도면에서는 131A 및 131B만이 도시됨)에 접속된다. 프로세싱 동안, 각각의 도관들(150A/150B)의 내부 영역(155A/155B)에 프로세스 가스가 공급되고, 포트들(131A-131D) 및 프로세싱 영역(125)을 지나 이동하는 순환 플라즈마 경로를 생성하기 위해 RF 전력이 각각의 안테나(170A/170B)에 인가된다. 특정하게, 도 1에서, 순환 플라즈마 경로는 가스 분배 어셈블리(121)와 기판 지지 어셈블리(123) 사이의 프로세싱 영역(125)을 거쳐, 포트(131A)를 지나 포트(131B)로 이동하거나 또는 그와 반대일 수 있다. 각각의 도관(150A/150B)은 도관(150A/150B)의 각각의 단부들과 포트들(131A-131D) 사이에 접속된 플라즈마 채널링 수단(140)을 포함한다. 일 실시예에서, 플라즈마 채널(140)은 각각의 도관들(150A/150B) 내에 형성된 플라즈마 경로가 분할 및 넓어지도록 구성된다.
[0034] 가스 분배 어셈블리(121)는 환형(annular) 벽(122) 및 천공 플레이트(perforated plate)(132)를 포함한다. 환형 벽(122), 천공 프레이트(132) 및 리드(106)는 플레넘(134)을 한정한다. 천공 플레이트(132)는 대칭 또는 비대칭 패턴 또는 패턴들로 그를 관통하게 형성된 다수의 개구들(133)을 포함한다. 일 실시예에서, 도펀트 프리커서 가스들은 가스 패널(130A)에 연결된 가스 분배 어셈블리(121)로부터 프로세싱 영역(125)으로 전달될 수 있다. 도펀트 프리커서 가스들과 같은 프로세스 가스들은 포트(130)로부터 플레넘(134)에 제공될 수 있다. 일반적으로, 도펀트 프리커서 가스는 붕소(실리콘에서 p-형의 전도성 불순물) 또는 인(실리콘에서 n-형의 전도성 불순물)과 같이 원하는 도펀트 원소의 도펀트 프리커서를 포함한다. 붕소, 인 또는 아세닉, 안티몬과 같은 다른 도펀트 원소들의 불화물들 및/또는 수소화물들이 도펀트 프리커서 가스로 사용될 수 있다. 예를 들어, 붕소 도펀트를 주입하는 동안 도펀트 프리커서 가스는 트리플루오로보란(BF3) 또는 디보란(B2H6)을 포함할 수 있다. 가스들은 개구들(133)을 지나 천공 플레이트(132) 아래의 프로세싱 영역(125)으로 흐를 수 있다. 일 실시예에서, 프로세싱 영역(125)에 플라즈마를 생성 및/또는 유지하는 것을 돕기 위해 천공 플레이트(132)는 RF 바이어스된다.
[0035] 기판 지지 어셈블리(123)는 상부 플레이트(142) 및 캐소드 어셈블리(144)를 포함한다. 상부 플레이트(142)는 그 위의 기판을 지지하도록 구성된 평탄한(smooth) 기판 지지 표면(143)을 포함한다. 상부 플레이트(142)는 프로세스 동안 상부 플레이트(142)의 기판 지지 표면(143)과 기판 간에 정전기 인력(electrostatic attraction)을 조장하기 위해 DC 전력원에 접속되는 내장형(embedded) 전극(145)을 포함한다. 일 실시예에서, 내장형 전극(145)은 프로세싱 영역(125)에 용량성 RF 에너지를 공급하기 위한 전극으로 사용될 수도 있다. 내장형 전극(145)은 RF 임피던스 매칭 회로(147B)를 경유하여 RF 플라즈마 바이어스 전력(147A)에 접속될 수 있다.
[0036] 또한, 기판 지지 어셈블리(123)는 상부 플레이트(142) 위로 기판을 선택적으로 상승시키고 지지함으로써 하나 이상의 기판들을 전달하도록 구성된 다수의 리프트 핀들(162)을 포함하며 그 사이에 로봇 블레이드가 위치되도록 이격된 리프트 핀 어셈블리(160)를 포함할 수 있다.
[0037] 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 챔버(100)의 등축 상부도를 개략적으로 도시한다. 플라즈마 챔버(100)의 측벽(105)은 슬릿 밸브(미도시)에 의해 선택적으로 밀봉될 수 있는 기판 포트(107)를 포함한다. 포트(130)에 접속되는 가스 패널(130A)에 의해 프로세스 가스들이 가스 분배 어셈블리(121)에 공급된다. 가스 패널(130B)을 통해 토로이달 소스들(150A, 150B)에 하나 이상의 프로세스 가스들이 공급될 수 있다.
[0038] 다시 도 1을 참조로, 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 챔버(100) 내에서 수행되는 프로세스들을 모니터하고 제어하도록 구성된 제어기(170)를 더 포함한다. 제어기(170)는 하나 이상의 센서들과 접속되고 센서 데이터를 샘플링, 분석 및 저장하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(170)는 상이한 프로세스들에 대한 제어 업무들(tasks)을 수행하는 능력을 가질 수 있다. 제어기(160)는 플라즈마 챔버(100)의 동작 부품들에 접속되어 동작 부품들로 제어 신호를 전송할 수 있다. 제어기(170)는 원하는 프로세스 결과를 달성하기 위해 센서 데이터에 따라 프로세스 파라미터들을 조절함으로써 폐루프 제어 업무를 수행한다. 본 발명이 일 실시예에서, 제어기(170)는 하나 이상의 종들의 도즈량(dosage) 제어, 엔드 포인트 검출, 및 다른 제어 업무들을 수행하도록 구성될 수 있다.
[0039] 일 실시예에서, 광학 센서(730)는 기판 지지 표면(143) 아래에 장착되며 제어기(170)에 접속된다. 광학 센서(730)는 프로세싱 영역(125)에 발생된 플라즈마로부터 방출되는 미리결정된 파장 또는 주파수에서 광을 검출하도록 적응된다. 방출된 광은 적외선광, 가시광, 자외선광 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광학 센서(730)는 적외선광을 검출하도록 구성된다. 기판이 프로세싱 영역(125)에서 처리될 때, 방출된 광은 광학 센서(730)에 도달하기 이전에 기판 지지 표면(143) 상에 배치되는 기판으로 투과된다. 기판의 도펀트 농도가 낮을 때, 플라즈마로부터 방출된 광은 실질적으로 기판으로 투과되어 하부에 놓인 광학 센서(730)에 도달한다. 기판의 상부 표면에서의 도펀트 농도가 증가함에 따라, 기판의 상부 표면은 불투명해져, 적은 광이 광학 센서(730)에 도달하게 된다. 기판에서의 도펀트 농도와 기판으로 투과된 광의 검출된 양 간의 관계에 기초하여, 제어기(170)는 기판의 목표 도펀트 농도를 결정하도록 동작할 수 있다. 순차적으로, 이온 주입 프로세스가 종료될 수 있다.
[0040] 도 3은 본 발명의 실시예들에 개시된 것처럼, 플라즈마 이온 주입 프로세스의 엔드 포인트를 검출하는데 이용될 수 있는 프로세스(300)의 단계들을 도시하는 흐름도를 나타낸다. 도시된 방법은 도 4-9b에 도시된 임의의 실시예들에 적용될 수 있다.
[0041] 단계(302)에서, 처리될 기판(702)이 천공 플레이트(132)와 기판 지지 어셈블리(123) 사이의 프로세싱 영역(25)에 배치된다. 단계(304)에서, 광학 센서(730) 및 제어기(170)는 이온 주입 프로세스가 시작되기 전에 교정된다. 일 실시예에서, 기판(702)상에 입사하는 방사선을 생성하고, 광학 센서(730)에 의해 수신된 방사선의 양을 검출하고, 이어서 검출된 방사선의 양과 도펀트 농도 기준을 연관시킴으로써 교정이 수행될 수 있다. 단계(306)에서, 기판(702)에 도펀트를 주입하기 위해 플라즈마 이온 주입이 수행된다. 단계(308)에서, 이온 주입이 수행되는 동안, 제어기(170)는 광학 센서(730)에 의해 수신된 방사선의 양에 기초하여 기판(702)에 주입된 도펀트의 현재 도펀트 농도를 유추(derive)한다. 광학 센서(730)에 의해 검출된 방사선은 기판(702)으로 투과된 또는 기판(702)으로부터 반사된 방사선을 포함할 수 있다. 단계(310)에서, 도펀트 농도가 원하는 농도 또는 최종 농도에 도달할 때, 제어기(170)는 플라즈마 이온 주입 프로세스를 중단하기 위한 제어 신호를 출력한다.
[0042] 도 4는 본 발명의 실시예들에서 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하는데 이용될 수 있는 프로세스(400)를 나타내는 흐름도를 도시한다. 단계(402)에서, 기판은 프로세스 챔버 내에 위치될 수 있으며, 여기서 기판은 상면 및 후면을 포함한다. 단계(404)에서의 도핑 프로세스 동안, 기판은 가열 또는 냉각에 의해 약 250℃ 미만의 온도, 바람직하게는 약 0℃에서 약 90℃ 범위 내로, 보다 더 바람직하게는 약 25℃에서 약 45℃ 범위내로 유지될 수 있다. 단계(406)에서, 프로세스 챔버 내의 기판 위로 플라즈마가 생성된다. 플라즈마에 의해 생성된 광은 단계(408) 동안 기판으로 투과된다. 광은 적외선광, 가시광, 자외선광 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일례로, 광은 적외선광을 포함한다. 광은 기판의 상면으로 진입하여 후면으로 배출된다. 이후, 단계(410) 동안 기판 아래에 위치된 센서에 의해 광이 수신될 수 있다.
[0043] 프로세스(400)는 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하기 위한 단계(412)를 추가로 제공한다. 프로세스(400)는 도 5에 구성된 것처럼 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있다. 통상적으로, 상기 방법은 도펀트의 증가하는 농도에 비례하는 다수의 신호들을 생성하는 단계를 포함한다. 단계(414) 동안, 기판은 도핑 프로세스 동안 도펀트로 주입된다. 도핑 프로세스 동안 단계(416)에서 센서에 의해 수신되는 광의 감소량에 비례하는 다수의 광 신호들이 생성된다. 일단 기판이 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호가 단계(418)에서 생성된다. 순차적으로, 일단 기판이 원하는 최종 도펀트 농도를 함유하면, 단계(420)에서 도핑 프로세스가 중단된다.
[0044] 기판은 붕소, 인, 아세닉, 안티몬, 질소, 산소, 수소, 탄소, 게르마늄 또는 이들의 조합물들과 같은 도펀트로 도핑될 수 있다. 기판의 최종 도펀트 농도는 약 1x1014 cm-2 내지 약 1x1018 cm- 2범위 이내 바람직하게는 약 5x1015 cm-2에서 약 1x1017 cm-2일 수 있다. 일례로, 도펀트는 붕소이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로보란, 디보란, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들과 같은 붕소 프리커서에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 도펀트는 인이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오르포스핀(trifluorophosphine), 포스핀, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들과 같은 인 프리커서에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 도펀트는 아세닉이며 도핑 프로세스는 기판을 아세닉, 이의 플라즈마들, 또는 이의 유도체들과 같은 아세닉 프리커서에 노출하는 단계를 포함한다.
[0045] 도 5는 도펀트 농도들을 측정하면서 도핑 프로세스의 엔드 포인트를 결정하기 위한 장치를 도시한다. 광학 센서(730)를 포함하는 상기 장치는 도 1의 플라즈마 챔버(100) 내에 통합되며 프로세스(400)를 수행하는데 이용될 수 있다. 기판(702)은 천공 플레이트(132)와 기판 지지 어셈블리(123) 사이에서 발생된 플라즈마(704)에 노출된다. 도시된 것처럼, 천공 플레이트(121)는 접지될 수 있으며, 기판 지지 어셈블리(123)는 RF 임피던스 매칭 회로(147B)를 통해 RF 플라즈마 바이어스 전력(147A)에 접속될 수 있다. 플라즈마(704)는 RF 플라즈마 바이어스 전력(147A)에 의해 공급되는 RF 전력에 의해 발생된다. 제어기(170)에 접속되는 광학 센서(730)는 기판(702) 아래에 위치된다.
[0046] 기판(702)은 약 250℃ 미만의 온도, 바람직하게는 약 100℃ 미만, 보다 특정하게는 약 0℃에서 약 90℃ 범위내, 바람직하게는 약 25℃에서 약 45℃ 범위내의 온도에서 처리될 수 있다. 플라즈마 환경에서 기판(702)이 처리됨에 따라, 플라즈마(704)로부터 방출된 방사선(706)은 기판(702)으로 투과되며 광학 센서(730) 상에 가격된다. 일 실시예에서, 기판(702)은 약 250℃ 미만의 온도 환경에서 방사선에 대해 투명하다. 검출된 방사선에 응답하여, 광학 센서(730)는 검출된 방사선의 감소된 양에 비례하는 해당 측정 신호를 발행한다.
[0047] 동작 동안, 기판(702)을 도핑하도록 이온 불순물들이 공급될 수도 있다. 사용되는 도펀트들의 예들로는, 제한되지 않고 붕소, 인, 아세닉, 인티몬, 질소, 산소, 수소, 탄소, 게르마늄, 및 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 예로써 플라즈마 프리커서로서 디보란(B2H6)을 사용하는 플라즈마 주입 동안 기판(702)에 붕소 도펀트가 주입될 수 있다. 따라서, 플라즈마는 기판(702)의 상부 표면 상에 입사하는 붕소 이온 종들을 포함할 수 있다. 기판(702)에 주입되는 붕소 도펀트들의 도즈량을 제어하기 위해, 제어기(170)는 광학 센서(730)에 의해 제공되는 신호 측정치에 기초하여 주입된 붕소 도펀트들의 도펀트 농도를 유추한다(derive). 이온 주입이 진행되는 동안, 제어기(170)에 의해 실시간 유추되는 기판(702)의 붕소 도펀트들의 도펀트 농도는 적은(less) 방사선이 기판(702)으로 투과됨에 따라 증가한다. 원하는 또는 최종 도펀트 농도가 도달될 때, 제어기(170)는 플라즈마 프리커서의 공급을 중단하기 위한 제어 신호를 출력하여, 이오 주입 프로세스가 종료된다. 일 실시예에서, 타겟 도펀트 농도는 약 1x1014cm- 2 에서 약 1x1018cm- 2범위내, 보다 바람직하게는 약 5x1015cm-2에서 약 1x1017cm- 2범위내이다.
[0048] 앞서 개시된 것처럼, 기판으로 투과된 방사선의 검출량은 기판의 도펀트 농도를 유추하는데 이용된다. 그러나, 기판의 타겟 도펀트 농도가 상대적으로 높을 경우, 플라즈마로부터 방출된 방사선의 세기는 기판이 불투명해짐에 따라 기판을 통과하기에 충분하지 않을 수 있다.
[0049] 도 6은 본 발명의 실시예들에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하는데 이용될 수 있는 프로세스(600)를 나타내는 흐름도를 도시한다. 프로세스(600)는 도 7에 구성된 것처럼 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있다. 단계(602)에서, 기판은 프로세스 챔버 내에 위치될 수 있으며, 기판은 상면 및 후면을 포함한다. 단계(604) 동안, 기판은 가열 또는 냉각에 의해 약 250℃ 미만, 바람직하게는 약 100℃ 미만, 보다 특정하게는 약 0℃에서 약 90℃, 바람직하게는 약 25℃에서 약 45℃ 범위내의 온도로 유지될 수 있다. 단계(606)에서, 플라즈마는 프로세스 또는 플라즈마 챔버 내에서 기판 위에 생성된다.
[0050] 광원(이를 테면, 레이저 소스)에 의해 생성된 광은 단계(608) 동안 기판으로 투과된다. 광원은 기판 아래에 위치되며 센서는 기판 위에 위치된다. 따라서, 광은 기판의 후면으로 진입하여 상면으로 배출된다. 단계(610) 동안 기판 위에 위치된 센서에 의해 광이 수신된다. 광은 적외선광, 가시광, 자외선광, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일례로, 광은 적외선 레이저와 같은 적외선 광을 포함할 수 있다.
[0051] 일부 예들에서, 센서는 프로세스 챔버 내의 샤워헤드 어셈블리에 배치 또는 결합될 수 있다. 또한, 광원은 기판 지지 어셈블리에 결합되거나, 기판 지지 어셈블리 내에 있거나, 또는 기판 지지 어셈블리 상에 배치될 수 있다. 일례로, 기판 지지 어셈블리는 정전기 척일 수 있다.
[0052] 특정 예에서, 센서는 샤워헤드 어셈블리 상에 또는 샤워헤드 어셈블리 내에 배치되며 광원은 광을 실질적으로 센서를 향해 지향하도록 위치된다. 광원은 레이저 빔을 방출하는 레이저 소스와 같은 원격 광원과 결합되는 광 케이블일 수 있다. 대안적 실시예에서, 플라즈마 광 신호는 플라즈마로부터 방출된 광으로부터 유도되며 센서에 의해 발생된다. 플라즈마 광 신호의 크기는 교정 단계 동안 광 신호의 크기로부터 차감될 수 있다.
[0053] 또한, 프로세스(600)는 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하기 위한 단계(612)를 제공한다. 통상적으로, 방법은 도펀트의 증가하는 농도에 비례하는 다수의 신호들을 생성하는 단계를 포함한다. 단계(614) 동안, 도핑 프로세스 동안 기판이 도펀트로 주입된다. 도핑 프로세스 동안 단계(616)에서 센서에 의해 수신되는 광의 감소량에 비례하는 다수의 광 신호들이 생성된다. 일단 기판이 기판의 최종 도펀트 농도를 갖게 되면, 단계(618)에서 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호가 생성된다. 순차적으로, 일단 기판이 원하는 도펀트 농도를 갖게 되면, 단계(620)에서 도핑 프로세스가 중단된다.
[0054] 기판은 붕소, 인, 아세닉, 안티몬, 질소, 산소, 수소, 탄소, 게르마늄 또는 이들의 조합물들과 같은 도펀트로 도핑될 수 있다. 기판의 최종 도펀트 농도는 약 1x1014cm-2에서 약 1x1018cm-2, 바람직하게는 약 5x1015cm-2에서 약 1x1017cm-2 범위 이내일 수 있다. 일례로, 도펀트는 붕소이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로보란, 디보란, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예로, 도펀트는 인이며(phosphorous) 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로포스핀, 포스핀, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 도펀트는 아세닉이며 도핑 프로세스는 기판을 아세닉, 이의 플라즈마들, 또는 이의 유도체들에 노출하는 단계를 포함한다.
[0055] 도 7은 도펀트 농도들을 측정하면서 도핑 프로세스의 엔드 포인트를 결정하기 위한 장치를 도시하며, 상기 장치는 프로세스(600)를 수행하는데 이용될 수 있을 뿐만 아니라 도 1의 플라즈마 챔버(100) 내에 통합될 수 있다. 상기 장치는 광 케이블(722)에 접속되는 레이저 소스와 같은 광원(720)을 포함한다. 광 케이블(722)은 기판 지지 어셈블리(123)를 통해 유도(guide)될 수 있다. 광학 센서(730)는 광 케이블(722)의 위치를 면하는 기판 지지 어셈블리(123)의 상부 표면 위에 배열된다. 일례로, 광학 센서(730)는 천공 플레이트(132)에 내장될 수 있다.
[0056] 동작시, 광 케이블(722)은 케이블 단부(723)로부터 기판(702)의 후면으로, 레이저 빔과 같은 광빔(724)을 방출한다. 광빔(724)은 적외선광, 가시광, 자외선광, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 방출된 광빔(724)은 기판(702)으로 투과된 다음 광학 센서(730)를 가격한다. 이온 주입 프로세스 동안, 광학 센서(730)에 의해 수신되는 광빔(724)의 투과된 부분(725)은 점진적으로 감소되며 이는 기판(702)이 기판 내의 도펀트 양의 증가로 인해 덜 투명해지기 때문이다. 광학 센서(730)에 의해 수신되는 투과된 레이저 방사선의 양에 기초하여, 제어기(170)는 기판(702)의 실제 도펀트 농도를 유추할 수 있다. 기판(702)에서의 타겟 도펀트 농도에 도달할 때, 제어기(170)는 이온 주입 프로세스를 종료하기 위한 제어 신호를 출력한다.
[0057] 도 8은 본 발명의 실시예들에 개시된 것처럼, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 최종 도펀트 농도에서 엔드 포인트를 검출하는데 이용될 수 있는 프로세스(800)를 나타내는 순서도를 도시한다. 프로세스(800)는 도 9a-9b에 구성된 것처럼 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있다. 단계(802)에서, 기판은 프로세스 챔버내에 위치될 수 있으며, 기판은 상면 및 후면을 포함한다. 단계(804) 동안, 기판은 가열 또는 냉각에 의해 약 250℃ 미만의 온도, 바람직하게는 약 100℃ 미만, 보다 특정하게는 약 0℃에서 약 90℃, 바람직하게는 약 25℃에서 약 45℃로 범위내로 유지될 수 있다. 단계(806)에서, 프로세스 챔버 내의 기판 위로 플라즈마가 생성된다.
[0058] 단계(808) 동안 기판 위에 위치된 광원(이를 테면, 레이저 소스)에 의해 생성된 광은 기판의 상면으로 투과되고 기판 상면부터 반사된다. 단계(810) 동안 반사된 광은 기판 위에 위치된 센서에 의해 수신된다. 광은 적외선광, 가시광, 자외선광 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일례로, 광은 적외선 레이저로부터의 적외선광을 포함한다.
[0059] 기판의 상면을 가로질러 연장되는 평면에 대해 약 45°에서 약 90°범위 내의 각도로 기판의 상면을 향해 광이 비춰질 수 있는 실시예들이 제공된다. 바람직하게, 상기 각도는 약 75°에서 약 90°범위 이내, 보다 바람직하게는 실질적으로 약 90°일 수 있다. 광원은 샤워헤드 어셈블리에 결합되거나 또는 샤워헤드 어셈블리 내에 있을 수 있으며, 센서는 샤워헤드 어셈블리 상에 배치되거나 또는 샤워헤드 어셈블리와 결합될 수 있으며, 광원은 광이 기판으로부터 반사되어 센서로 향하게 위치될 수 있다.
[0060] 광원은 레이저 빔을 방출하는 레이저 소스와 같은 원격 광원에 결합되는 광 케이블일 수 있다. 일례로, 기판 지지 어셈블리는 정전기 척일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 플라즈마 광 신호의 크기는 교정 단계 동안 광 신호의 크기로부터 차감된다.
[0061] 또한 프로세스(800)는 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 신호를 생성하기 위한 단계(812)를 제공한다. 통상적으로, 방법은 도펀트의 증가하는 농도에 비례하는 다수의 신호들을 생성하는 단계를 포함한다. 단계(814) 동안, 도핑 프로세스 동안 기판이 도펀트로 주입된다. 도핑 프로세스 동안 단계(816)에서 센서에 의해 수신되는 광의 증가량에 비례하는 다수의 광 신호들이 생성된다. 일단 기판이 기판의 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 단계(818)에서 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호가 생성된다. 순차적으로, 일단 기판이 원하는 도펀트 농도를 갖게 되면 단계(820)에서 도핑 프로세스가 중단된다.
[0062] 기판은 붕소, 인, 아세닉, 안티몬, 질소, 산소, 수소, 탄소, 게르마늄 또는 이들의 조합물들과 같은 도펀트로 도핑될 수 있다. 기판의 최종 도펀트 농도는 약 1x1014cm-2에서 약 1x1018cm-2, 바람직하게는 약 5x1015cm-2에서 약 1x1017cm-2 범위 이내일 수 있다. 일례로, 도펀트는 붕소이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로보란, 디보란, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예로, 도펀트는 인이며 도핑 프로세스는 기판을 트리플루오로포스핀, 포스핀, 이들의 플라즈마들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들에 노출하는 단계를 포함한다. 또 다른 예에서, 도펀트는 아세닉이며 도핑 프로세스는 기판을 아세닉, 이의 플라즈마들, 또는 이의 유도체들에 노출하는 단계를 포함한다.
[0063] 또 다른 실시예에서, 도 9a-9b는 기판의 상부 표면에서 도펀트 농도들을 측정하는 동안 도핑 프로세스의 엔드 포인트를 결정하기 위한 장치를 도시하며, 상기 장치는 프로세스(800)를 수행하는데 이용될 뿐만 아니라, 도 1의 프로세스 챔버(100) 내에 통합될 수 있다. 도 9a-9b에 도시된 것처럼, 광학 센서(730)처럼 기판의 동일 측면 상에는 대략적으로 기판 지지 어셈블리(123)의 상부 표면 위로 광원(720)이 배치된다. 기판(702)은 천공 플레이트(132)와 기판 지지 어셈블리(123) 사이에 생성된 플라즈마(704)에 노출된다.
[0064] 일 실시예에서, 광원(720)은 기판(702) 상면의 법선과 거의 수직인 입사 광빔(726), 이를 테면 레이저 빔을 방출하도록 구성된다. 광빔(726)은 광학 센서(730)에 도달하기 이전에 기판(702)의 상부 표면상에 비춰지고 상부 표면으로부터 반사된다. 기판(702)에 도펀트들이 주입될 때, 광학 센서(730)에 의해 수신된 입사 광빔(726)의 반사된 부분(728)은 기판(702) 내에서 점진적으로 증가하는 도펀트 농도에 의해 변조된다. 광학 센서(730)에 의해 검출된 반사된 부분(728)에 기초하여, 제어기는 기판(702)의 실제 도펀트 농도를 유추할 수 있다. 요구될 경우, 기판(702)의 최종 도펀트 농도가 도달되면, 제어기(170)는 이온 주입 프로세스를 종료하기 위한 제어 신호를 출력한다. 광빔(726)은 적외선광, 가시광, 자외선광, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다.
[0065] 도 9a는 기판(702) 위에 위치되는 광원(720) 및 광학 센서(730)를 도시한다. 광원(720) 및 광학 센서(730)는 독립적으로 챔버 벽들, 챔버 리드, 가스 분배 어셈블리, 이를 테면 천공 플레이트(132) 또는 플라즈마 챔버의 또 다른 내부 표면(미도시)과 결합되거나 또는 이들 상에 고정될 수 있다. 또한, 도 9b는 기판(702) 위에 위치되는 광원(720) 및 광학 센서(730)를 도시한다. 일 실시예에서, 광원(720)은 광 케이블(722)에 접속되는 레이저 소스와 같은 원격 광원일 수 있다. 광 케이블(722)은 천공 플레이트(132)를 통해 유도될 수 있다. 동작시, 광 케이블(722)은 광 케이블(722)의 케이블 단부(721)로부터 레이저 빔과 같은 광빔(726)을 방출한다.
[0066] 본 발명에 개시된 방법들 및 메커니즘들은 일반적으로 기판에 주입되는 도펀트들의 농도를 실시간 측정하는데 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 이는 교정 동안 특정한 한가지 형태의 도펀트와 적외선 방사선의 특정 레벨을 연관시킴으로써 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 다양한 도펀트들, 이를 테면 아세닉, 인, 수소, 산소, 불소, 실리콘 및 플라즈마 프로세스에 이용되는 다른 종들의 도즈량을 모니터하고 제어하는데 이용될 수 있다.
[0067] 또 다른 실시예에서, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면 상의 도펀트 농도를 검출하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계 ― 기판은 상면 및 후면을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버 내의 기판 위에 플라즈마를 생성하는 단계, 및 광을 기판으로 투과시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 광을 수신하는 단계, 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 초기 신호를 생성하는 단계, 도펀트 프로세스 동안 도펀트로 기판을 주입하는 단계, 센서에 의해 수신되는 광을 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 신호에 의해 변조시키는 단계, 일단 기판이 기판의 최종 도펀트 농도를 가지면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 도펀트에 의한 기판의 주입을 중단하는 단계를 제공한다.
[0068] 일례로, 광은 플라즈마에 의해 생성되며, 센서에 의해 수신되는 광은 증가하는 도펀트 농도에 비례하여 감소되며, 센서는 기판 아래에 위치된다. 또 다른 예로, 광은 기판 아래에 위치된 광원(이를 테면, 레이저 소스)에 의해 생성되며, 센서에의해 수신되는 광은 증가하는 도펀트 농도에 비례하여 감소하며, 센서는 기판 아래에 위치된다. 또 다른 예로, 광은 기판 위에 위치된 광원에 의해 생성되며, 센서에 의해 수신되는 광은 증가하는 도펀트 농도에 비례하여 증가하며, 센서는 기판 위에 위치된다.
[0069] 또 다른 예로, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면 상의 도펀트 농도를 검출하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 프로세스 챔버내에 기판을 위치시키는 단계― 기판은 상면 및 후면을 포함하며 약 250℃ 미만의 온도임―, 프로세스 챔버 내의 기판 위로 플라즈마를 생성하는 단계, 기판의 상면으로부터 광을 반사시키는 단계, 및 센서에 의해 광을 수신하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 초기 신호를 생성하는 단계, 도펀트 프로세스 동안 도펀트로 기판을 주입하는 단계, 센서에 의해 수신되는 광을 증가하는 도펀트 농도에 비례하게 증가시키는 단계, 일단 기판이 기판의 최종 도펀트 농도를 갖게 되면 센서에 의해 수신되는 광에 비례하는 엔드 포인트 신호를 생성하는 단계, 및 도펀트에 의한 기판의 주입을 중단하는 단계를 제공한다.
[0070] 또 다른 실시예에서, 다수의 광학 센서들이 기판 아래, 이를 테면 기판 지지 어셈블리 내에 배치되며, 광학 센서들은 기판 표면에 대한 도펀트 농도의 균일성을 모니터하도록 적응될 수 있다.
[0071] 지금까지는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들이 하기 청구항들에 의해 결정된 본 발명의 기본 사상 및 범주를 이탈하지 않고 고안될 수 있다.
Claims (20)
- 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치로서,
내부 볼륨(interior volume)을 둘러싸는 측벽들, 리드(lid), 및 바닥부를 갖는 바디(body)를 포함하는 플라즈마 챔버;
상기 바디 내에 배치되며 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 어셈블리;
상기 기판 지지 표면 위에 배치되며 천공 플레이트(perforated plate)를 포함하는 가스 분배 어셈블리 ―상기 내부 볼륨 내부에 프로세싱 영역이 위치되고 상기 프로세싱 영역은 상기 기판 분배 어셈블리와 상기 기판 지지 표면 사이에 배치됨―;
상기 바디와 결합되며 상기 내부 볼륨 내부에서 상기 기판 지지 표면 위로 유도적으로 결합되는 플라즈마를 형성하도록 구성되는 플라즈마 소스; 및
상기 기판 지지 표면 아래에 배치되며 제어기와 결합되는 광학 센서―상기 제어기는 상기 광학 센서에 의해 수신되는 방사선의 양과 관련한 현재 도펀트 농도를 유추(derive)하도록 구성됨―
를 포함하는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서는 상기 기판을 통해 투과되는 상기 방사선의 양을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 방사선의 양은 상기 유도적으로 결합된 플라즈마에 의해 생성되는 광이며 상기 광학 센서는 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 감소하는 양의 상기 광을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지 표면 위에 배치되는 레이저 소스를 더 포함하며, 상기 방사선의 양은 상기 레이저 소스에 의해 생성되는 광이며, 상기 광학 센서는 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 감소하는 양의 상기 광을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서는 상기 내부 볼륨 내에서 상기 기판 지지 표면 위에 생성되는 상기 유도적으로 결합되는 플라즈마로부터 방출되는 미리결정된 파장 또는 주파수에서의 광을 검출하도록 구성되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 방출된 광은 적외선광, 가시광, 자외선광 및 이들의 조합물들로 이루어진 그룹에서 선택되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 방출된 광은 적외선광인,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 소스는 토로이달(toroidal) 플라즈마 소스인,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 방사선의 양은 광이며 상기 제어기는 상기 광학 센서에 의해 수신되는 상기 광에 비례하는 초기 신호(initial signal)를 생성하도록 구성되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제어기는 도펀트 주입 프로세스 동안 도펀트를 상기 기판에 주입하도록 구성되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어기는 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 상기 광학 센서에 의해 수신된 광을 변조하도록 구성되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 기판이 상기 도펀트의 최종 농도를 갖게 되면, 상기 광학 센서에 의해 수신된 상기 광에 비례하는 엔드 포인트(end point) 신호를 생성하도록 구성되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 도펀트 주입 프로세스를 중단하도록 구성되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치로서,
내부 볼륨을 둘러싸는 측벽들, 리드, 및 바닥부를 갖는 바디를 포함하는 플라즈마 챔버;
상기 바디 내에 배치되며 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 어셈블리;
상기 기판 지지 표면 위에 배치되며 천공 플레이트를 포함하는 가스 분배 어셈블리 ―상기 내부 볼륨 내부에 프로세싱 영역이 위치되고 상기 프로세싱 영역은 상기 기판 분배 어셈블리와 상기 기판 지지 표면 사이에 배치됨―;
상기 바디와 결합되며 상기 내부 볼륨 내부에서 상기 기판 지지 표면 위로 유도적으로 결합되는 플라즈마를 형성하도록 구성되는 플라즈마 소스; 및
상기 기판 지지 표면 위에 배치되며 제어기와 결합되는 광학 센서―상기 제어기는 상기 광학 센서에 의해 수신되는 방사선의 양과 관련한 현재 도펀트 농도를 유추하도록 구성됨―
를 포함하는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 센서는 상기 기판으로부터 반사되는 상기 방사선의 양을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 방사선의 양은 상기 유도적으로 결합된 플라즈마에 의해 생성되는 광이며 상기 광학 센서는 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 증가하는 양의 상기 광을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 기판 지지 표면 위에 배치되는 레이저 소스를 더 포함하며, 상기 방사선의 양은 상기 레이저 소스에 의해 생성되는 광이며, 상기 광학 센서는 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 증가하는 양의 상기 광을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 기판 지지 표면 아래에 배치되는 레이저 소스를 더 포함하며, 상기 방사선의 양은 상기 레이저 소스에 의해 생성되는 광이며, 상기 광학 센서는 증가하는 도펀트 농도에 비례하는 감소하는 양의 상기 광을 수신하도록 위치되는,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 센서는 적외선광, 가시광, 자외선광 및 이들의 조합물들로 이루어진 그룹에서 선택되는 방출된 광을 검출하도록 구성되는(adapted),
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 방출된 광은 적외선광인,
플라즈마 도핑 프로세스 동안 기판 표면상에 배치된 물질을 도핑하고 도핑 농도를 검출하기 위한 장치.
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