KR20130038327A - 가변 개구를 이용하는 것에 의한 주입 방법 및 주입기 - Google Patents

가변 개구를 이용하는 것에 의한 주입 방법 및 주입기 Download PDF

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KR20130038327A
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돈 배리앤
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어드밴스드 이온 빔 테크놀로지 인크.
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Abstract

개구 장치 내의 가변 개구는 이온 빔이 기판에 주입되기 전에 이온 빔을 형성하기 위해, 특히 기판의 바로 전면에 배치된 이온 빔을 최종적으로 형성하기 위하여 사용된다. 따라서, 기판의 상이한 부분 또는 상이한 기판은 다수의 고정 개구를 사용하거나 또는 매회 이온 빔으로 되돌아갈 필요없이 상이한 형상의 이온 빔에 의해 각각 주입될 수 있다. 즉, 고비용(다수의 고정 개구 장치 사용)없이 또 복잡한 작동(매회 이온 빔으로 되돌아감) 없이 맞춤화된 이온 빔에 의해 각각 상이한 주입을 달성할 수 있다. 또한 가변 개구의 조절이 기계적 작업에 의해 간단히 달성될 수 있기 때문에 주입하기 위한 특정 이온 빔을 얻기 위한 빔 튠 공정이 가속되어서 다수의 고정 개구 및/또는 이온 빔을 매회 되돌아가게 하는 것에 비하여 더 빠르게 된다.

Description

가변 개구를 이용하는 것에 의한 주입 방법 및 주입기{Implant method and implanter by using a variable aperture}
본 발명은 일반적으로 기판에 이온 빔을 주입하기 위한 주입 방법 및 주입기(implanter)에 관한 것이고, 더욱 자세하게는 1 이상의 기판의 바로 전면에 배치된 가변(variable) 개구에 의해 각기 상이한 맞춤형(customized) 이온 빔을 이용하는 것에 의해 1 이상의 기판의 상이한 부분을 주입할 수 있는 주입 방법 및 주입기에 관한 것이다.
일반적으로, 도 1a에 도시된 바와 같이, 주입기는 적어도 1개의 이온 소스 (101) 및 분석 자석(102)을 갖는다. 이온 빔(103)은 이온 소스(101)에 의해 생성되고, 이어 분석 자석(102)에 의해 분석되어 바람직하지 않은 전하대질량비(charge-mass ratio)를 갖는 이온을 선별해 낸다(screen out). 그 이후에, 이온 빔(103)은 기판(104)(웨이퍼 또는 패널과 같은)에 주입된다. 보통, 분석자석(102)으로부터 나온 이온 빔(103)의 품질은 기판(104)을 효과적으로 주입할 만큼 양호하지 않다. 예를 들어, 이온 빔(103)의 단면 상에서 이온 빔 전류 분포는 파상일 수 있거나 또는 긴 꼬리를 가질 수 있다. 이어, 기판(104) 상에서 이온 빔(103)의 주입은, 기판(104)에 주입된 이온(또는 원자 및/또는 분자)의 분포를 향상시키기 위해 추가의 단계/장치가 이용되지 않는다면, 불균일할 수 있다. 예컨대, 이온 빔(103)의 소정 종류에 따른 특정 빔 전류 및/또는 에너지 범위에서, 빔 형상, 크기 또는 단면은 스펙 요건(spec requirements)에서 떨어지는 것이 보통이다. 이어, 기판(104) 상의 1 이상의 도즈 영역(dose region)에 대한 도즈 분포 제어는 최적화될 수 없다. 예컨대, 도즈 스플릿(dose split) 또는 기타 불균일 주입의 경우, 기판(104)의 상이한 부분은 상이한 도즈를 필요로 한다. 이어, 고정된 이온 빔(103)의 품질이 1개 도즈 영역에 대해 충분히 자격을 갖춘다하더라도, 상이한 부분은 여전히 고정된 이온 빔(103)을 사용하는 것에 의해 상이한 도즈를 제공하도록 상이하게 주입되어야 한다. 이것은 전형적으로 사용되는 빔 유형인 스팟 이온 빔 및 리본 이온 빔의 경우에 사실임에 주목한다.
도 1b에 도시된 바와 같은 1개 종래 기술은 분석 자석(102)과 기판(104) 사이의 위치에서 빔(103)을 변조(변형, 시준(collimating) 및/또는 편향)시키기 위해 빔 광학을 더욱 향상시키기 위하여 자석 어셈블리(105)를 이용하는 것에 의해 상기 결점을 개선시킨다. 통상, 자석 어셈블리(105)는 1 이상의 자석을 갖고, 각 자석은 균일한 또는 불균일한 자계를 제공할 것이다. 그러나, 자석 어셈블리(105)의 상세한 내용은 제한되지 않는다. 여기서, 예를 들어, 자석 어셈블리(105)는 이온 빔(103)의 궤적 주변에 배치되어, 이온 빔(103)의 각 이온 이동은 자석 어셈블리(105)에 의해 생성된 자계에 의해 직접적으로 변조된다. 따라서, 자석에 인가된 전류를 조절하거나 또는 상이한 자석 사이의 상대적 기하학적 관계를 조절하는 것과 같이 자석 어셈블리(105)의 작동을 적합하게 조절하는 것에 의해, 이온 빔(103)은 상응하게 변조되므로, 기판(104) 상에서 이온 빔(103)의 투사 영역이 상응하게 조절될 수 있다. 그러나, 자석 어셈블리(105)의 비용이 높고, 자계의 정확한 조절이 어려우며, 또 자계에 의한 이온 빔 변조 공정은 복잡하고 시간 소모적이다.
도면에 도시되지 않은 다른 종래 기술은 이온 소스(101) 및/또는 분석 자석 (102)의 작동을 조절함으로써, 상기 분석 자석(102)으로부터 나온 이온 빔(103)이 잘 변조되게 하여 상기 결점을 개선한다. 그러나, 그 비용이 높고 또 작업이 복잡하며, 또 이온 빔(103)을 조절하기 위한 공간도 제한된다. 도면에 도시되지 않은 다른 종래 기술은 스캔 통로 피치 및 스캔 속도와 같은 스캔 변수를 조절하는 것에 의해 동일 이온 빔(103)에 의해 상이한 주입이 상이하게 달성되도록 하는 것에 의해 상기 결점을 개선한다. 유사하게, 그 비용이 비싸고 작업이 복잡하며 스캔 변수를 조절하기 위한 공간이 제한된다.
도 1c에 도시된 바와 같은 1개 종래 기술은 이온 빔(103)이 기판(104)에 주입되기 전에 이온 빔(103)의 모양을 형성하기 위하여 고정 개구(107)를 갖는 개구 장치(106)를 이용하는 것에 의해 상기 결점을 개선한다. 합리적으로, 고정 개구(107)를 적절히 선택하는 것에 의해, 이온 빔(103)은 이온 빔(103) 자체를 변조하지 않고 형성될 수 있다. 다시 말해, 종래 기술은 분석자석(102)으로부터 나온 이온 빔(103)을 자계/전계에 의해 더 이상 변조할 필요가 없고 또 이온 소스(101) 및/또는 분석자석(102)의 작동을 조절할 필요가 없다. 또한, 고정 개구는 이온 빔(103)을 형성할 수는 있지만, 이온 빔(103)의 단면 상에서 이온 빔 전류 분포를 조절하는 것과 같이 이온 빔(103)을 조절할 수 없다. 따라서, 도 1d에 도시된 바와 같은 다른 종래 기술은 개구 장치(106) 내의 고정 개구(107)를 빔 광학의 단부 및 기판(104)의 바로 전면에 배치시킨다. 따라서, 이온 빔(103)이 빔 광학에 의해 변조된 후, 이온 빔(103)은 고정 개구(107)에 의해 더 형성될 수 있어 기판(104) 상에서 이온 빔(103)의 투사 영역을 더 잘 형성할 수 있다. 즉, 고정 개구(107)를 사용하는 것에 의해, 빔 광학에 의해 제공된 이온 빔(103)의 필요한 조절은 개구를 사용하지 않는 빔 광학에 의해 제공된 이온 빔의 필요한 조절에 비하여 덜 엄격할 수 있다. 그러나, 상기 2개 종래 기술은 주요한 결점이 있다. 즉, 가변성(flexibility)의 부족이다. 고정 개구(107)의 형상과 크기가 고정되면, 이온 빔(103)에 대하여 수직한 방향을 따라 개구 장치(106)를 시프팅하거나 및/또는 경사(tilt) 또는 트위스트 메카니즘을 통하여 개구 장치(106)와 이온 빔(103)의 교차 지점에서의 3차원 공간에서 다른 방향 주변으로 개구 장치(106)를 회전시키는 것에 의해 이온 빔(103)과 고정 개구(107) 사이의 중첩이 변하더라도, 이온 빔(103) 모양을 조절하기 위한 공간은 한정된다. 따라서, 상이한 고정 개구(107)를 갖는 다수의 개구 장치(106)가 필요하므로 1 이상의 기판(104) 상에서 주입은 상이한 주입을 달성하기 위하여 상이한 고정 개구(107)를 사용하는 다수의 개구 장치(106)를 교체하기 위하여 수회 중단될 수 있다.
따라서, 상술한 결점을 개선하고, 특히 간단하고 저렴한 방법을 개발하기 위하여 상이한 방법을 개발할 것이 요청되고 있다.
본 발명의 목적은 이온 빔이 기판에 주입되기 전에 이온 빔 모양을 형성할 수 있는 주입 방법 및 주입기를 제공하는 것이다.
본 발명은 이온 빔이 기판에 주입되기 전에 이온 빔 모양을 형성할 수 있는 주입 방법 및 주입기에 관한 것이다. 여기서, 가변 개구를 갖는 개구 장치를 이용하여 이온 빔을 형성하므로, 이온 빔의 형상 및/또는 크기는 가변 개구에 의해 한정되고 변조되게 한다. 따라서, 가변 개구를 단순히 조절하는 것에 의해, 또한 가변 개구를 시프팅, 경사주기(tilting) 및/또는 트위스팅하는 것에 의해 상이한 형상의 이온 빔을 상이하게 제공할 수 있다. 즉, 제안된 가변 개구의 가변성이 아주 높다.
제안된 가변 개구의 가능한 적용은 기판의 주입을 최적화하는 것과 관련된다. 여기서, 가변 개구는 가변적으로 조절되므로 기판에 대한 이온 빔의 투사 영역의 크기와 형상, 심지어 이온 빔의 품질이 최적화된다. 예컨대, 가변 개구는 이온 빔을 되돌려보내거나 또는 이온 빔을 조절하기 위해 사용된 하드웨어를 교체할 필요없이 상이한 형상의 이온 빔을 사용하여 상이한 도즈 영역을 주입하도록 가변적으로 조절될 수 있다. 본 발명의 다른 가능한 적용은 이온 빔의 단면 상의 이온 빔 전류 분포에 따라 가변 개구를 가변적으로 조절하여 이온 빔의 소망하는 부분 만이 기판에 주입된다. 여기서, 소망하는 부분은 상수값 유사(constant-value-like) 중앙부 또는 가우시안 분포 유사 중앙부일 수 있다. 예컨대, 이온 빔이 긴 꼬리를 가지면, 즉 그의 단면 상에 긴 꼬리를 가지면, 긴 꼬리를 적절하게 절단하도록 가변 개구를 가변적으로 임의로 조절하여서 기판 상에서 주입의 제어가 긴 꼬리에 의해 나쁜 영향을 받지 않게 한다. 제안된 가변 개구의 다른 가능한 적용은 도즈 영역의 필요한 도즈, 도즈 영역의 형상 및 상기 도즈 영역의 크기 중의 적어도 하나에 따라 기판 상에서 각 도즈 영역을 주입하기 위한 이온 빔을 형성하도록 가변 개구를 가변적으로 조절하는 것이다. 합리적으로, 가능한 적용은 도즈 스플릿에 더욱 적합한데, 이는 상이한 도즈 영역을 주입하는데 필요한 상이한 형상의 이온 빔은 가변 개구를 조절하는 것만으로 효율적으로 획득될 수 있기 때문이다. 본 발명의 다른 가능한 적용은 1 이상의 기판 상에서 상이한 주입을 달성하기 위한 상이한 이온 빔을 제공하기 위하여 빔 튠(beam tune) 공정을 가속하는 것이다. 처음에, 이온 소스에 의해 생성된 이온 빔은 빔 광학(분석 자석 및 자석 어셈블리와 같은)에 의해 변조되므로, 이온 빔의 단면의 적어도 특정 부분이 충분히 양호한 품질을 갖는다. 이어, 가변 개구를 가변적으로 조절하는 것에 의해, 이온 빔의 특정 부분은 개별적으로 형성되어 이온 빔 자체를 변조함없이 필요한 상이한 이온 빔을 형성한다.
본 발명의 일 구체예는 기판에 이온 빔을 주입하기 위한 주입 방법이다. 먼저, 이온 빔과 기판을 제공한다. 이어, 개구 장치 내의 가변 개구를 조절하여 가변 개구에 의해 형상이 형성된 이온 빔이 기판에 주입된다. 여기서, 가변 개구의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상은 조절가능하다. 효율을 향상시키기 위하여, 개구 장치 내의 가변 개구는 빔 광학의 단부와 기판의 바로 전면에 배치된다. 따라서, 이온 빔의 단면 상에서 전류 분포가 빔 광학에 의해 잘 조정된 후, 이온 빔은 빔 광학 상에서 더 이상 조절함없이 가변 개구를 조절하는 것만으로 간단히 형성될 수 있다. 경우에 따라, 가변 개구는 기판에 주입된 후 및 상이한 기판에 주입되기 전에 조절되므로, 상이한 기판은 상이한 형상의 이온 빔이 주입된다. 경우에 따라, 가변 개구는 기판의 상이한 부분이 상이한 형상의 이온 빔이 주입되도록 기판 상에서 주입하는 동안 적어도 2회 조절된다.
본 발명의 다른 구체예는 기판에 이온 빔을 주입하기 위한 주입 방법이다. 먼저, 이온 빔과 기판을 제공한다. 이어, 이온 빔이 기판에 주입되기 전에 개구 장치 내의 가변 개구에 의해 이온 빔의 모양을 형성하고, 이때 가변 개구의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상은 가변적으로 조절가능하다. 여기서, 효율을 증가시키기 위하여, 개구 장치 내의 가변 개구는 빔 광학의 단부 및 기판의 바로 전면에 배치된다. 따라서, 이온 빔의 단면 상에서 전류 분포가 빔 광학에 의해 잘 조정된 후, 이온 빔은 빔 광학을 더 이상 조절하지 않고도 가변 개구를 조절하는 것만으로 간단히 형성될 수 있다. 경우에 따라, 가변 개구는 기판에 주입된 후 및 상이한 기판에 주입되기 전에 조절되므로, 상이한 기판은 상이한 형상의 이온 빔이 주입된다. 경우에 따라, 가변 개구는 기판 상에서 주입되는 동안 적어도 2회 조절되므로 기판의 상이한 부분은 상이한 형상의 이온 빔이 주입된다.
본 발명은 가변 개구를 갖는 개구 장치의 기계적 디자인을 제한하지 않음을 주목한다. 예컨대, 이것은 각각 개구를 갖는 일부 이동가능한 플레이트, 또는 개구를 갖는 고정 플레이트와 개구를 갖지 않는 이동가능한 플레이트의 조합일 수 있다.
본 발명은, 기판의 상이한 부분 또는 상이한 기판은 다수의 고정 개구를 사용하거나 또는 매회 이온 빔으로 되돌아갈 필요없이 상이한 형상의 이온 빔이 각각 주입될 수 있다. 즉, 고비용(다수의 고정 개구 장치 사용)없이 또 복잡한 작동(매회 이온 빔으로 되돌아감) 없이 맞춤화된 이온 빔에 의해 각각 상이한 주입을 달성할 수 있다. 또한 가변 개구의 조절이 기계적 작업에 의해 간단히 달성될 수 있기 때문에 주입하기 위한 특정 이온 빔을 얻기 위한 빔 튠 공정이 가속되어서 다수의 고정 개구 및/또는 이온 빔을 매회 되돌아가게 하는 것에 비하여 더 빠르게 된다.
도 1a 내지 도 1d는 일부 통상의 주입기의 필수 메카니즘을 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 2개 구체예에 따른 주입기의 필수 메카니즘을 개략적으로 도시한다.
도 2c 내지 도 2e는 상이한 형상의 이온 빔이 어떻게 생성되는지 또 통상의 고정 개구의 사용에 따른 상응하는 플로우차트를 도시한다.
도 2f 내지 도 2h는 상이한 형상의 이온 빔이 어떻게 생성되는지 및 본 발명의 일 구체예에 따른 상응하는 플로우차트를 도시한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 2개 구체예에 따른 주입 방법을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 기판에 주입될 이온 빔의 실제 이온 빔 전류 분포가 본 발명의 일 구체예에 따라 어떻게 변조되는지를 나타내는 개략도를 도시한다.
도 5는 도즈 스플릿 상황이 어떻게 본 발명의 일 구체예에 따라 적합하게 달성되는지 나타내는 개략도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 빔 튠 공정이 본 발명의 일 구체예에 따라 어떻게 가속되는지를 나타내는 개략도를 도시한다.
본 발명의 특정 구체예에 대해 자세하게 살펴본다. 이들 구체예의 예는 첨부 도면에 자세하게 도시되어 있다. 본 발명은 이들 특정 구체예와 조합하여 기재되지만, 본 발명은 이들 구체예에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 실제로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 정신과 범위에 포함되는 한, 여러 변화, 변형 및 등가물을 포괄하는 것이다. 이하의 기재에서, 다수의 특정 상세 내용은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 제공된다. 본 발명은 적어도 1개의 특정 내용없이도 실시될 수 있다. 다른 예로서, 잘 공지된 공정 작업은 본 발명을 불명확하게 하지 않도록 그 상세한 내용을 기재하지 않았다.
도 2a는 본 발명의 일 구체예에 따른 주입기의 필수 메카니즘을 개략적으로 도시한다. 여기서, 이온 소스(201)는 이온 빔(203)을 생성하고 또 분석 자석(202)은 이온 빔(203)으로부터 바람직하지 않은 전하대질량 비를 갖는 이온을 선별제거한다. 이온 소스(201) 및 분석 자석(202)은 이온 빔 생성 어셈블리로 볼 수 있다. 기판(204)이 주입되기 전에, 이온 빔(203)은 개구 장치(206) 내의 가변 개구(207)에 의해 형성되므로, 기판(204)(웨이퍼 및 패널과 같은)에 주입될 이온 빔(203)의 형상 및 크기의 하나 또는 그 이상은 분석 자석(202)으로부터 나온 이온 빔(203)의 그것에 비하여 상이할 수 있다. 도 2a를 도 1c와 비교하는 것에 의해, 상기 구체예의 1개 주요 특징은 가변 개구(207)이다. 종래 기술에서는, 고정 개구(107)의 형상 및 크기 가 모두 고정되므로, 이온 빔(103)의 단면 역시 고정된 형상과 크기를 갖는다. 이와 대조적으로, 본 구체예에서는, 가변 개구(207)의 형상 및 크기는 다양한 범위로 변화될 수 있다. 따라서, 이온 빔(203)의 단면의 형상 및 크기는 다양한 범위로 가변적일 수 있다. 여기서, 가변 개구(207)의 형상 및 크기는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 가변 개구(207)의 형상은 계란형, 타원형, 원형 또는 이온 빔의 매끈한 이온 빔 전류 분포를 확실하게 할 수 있는 기타 형상일 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 구체예에서와 같이, 필요한 이온 빔을 획득하는 효율을 향상시키기 위하여, 개구 장치(206) 내의 가변형 개구(207)는 기판(204)의 바로 전면 및 빔 광학(분석 자석(202) 및 자석 어셈블리(205)의 조합과 같은)의 단부에 배치된다. 여기서, 빔 광학의 상세한 내용은 생략하며, 이는 잘 공지된 빔 광학일 수 있기 때문이다. 또한, 개구 장치(206)는 이온 빔(203)에 수직한 방향을 따라 시프트될 수 있거나 및/또는 경사 및/또는 트위스트 메카니즘을 통하여 이온 빔(203)의 교차부에서의 3차원 공간에서 다른 방향 주변으로 회전될 수 있으므로, 이온 빔(203)과 가변 개구(207) 사이의 중첩은 더욱 변화될 수 있고 또 이온 빔 모양을 조절하기 위한 공간이 증가된다. 개구 장치(206)의 시프트/경사/트위스 메카니즘은 종래 기술에서 개구 장치(106)의 시프트/경사/트위스트 메타니즘과 동일할 수 있으므로, 관련된 상세한 내용은 이후에 논의하지 않는다.
도 2c 내지 도 2e는 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같은 통상의 고정 개구를 사용하여 상이한 형상의 이온 빔을 사용하여 상이한 도즈 영역을 어떻게 주입하는지를 도시하고, 또 도 2f 내지 도 2h는 제안된 가변 개구를 사용하여 상이한 형상의 이온 빔을 사용하여 상이한 도즈 영역을 어떻게 주입하는지를 도시한다. 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이, 상이한 고정 개구(1071/1072)를 갖는 상이한 개구 장치(1061/1062)는 개별적으로 사용되어 기판(104)의 상이한 부분과 같이 상이한 도즈 영역을 개별적으로 주입하기 위한 상이한 형상의 이온 빔을 형성하기 위한 동일 이온 빔(203)을 형성한다. 상응하는 방법은 도 2e에 도시한다. 여기서, 주된 단계는 제1 고정 개구를 갖는 제1 개구 장치를, 제1 고정 개구와는 상이한 제2 고정 개구를 갖는 제2 개구 장치로 교체하는 블록(212)이다. 대조적으로, 도 2f 및 도 2g에 도시된 구체예에서와 같이, 가변 개구(207)를 갖는 1개 및 오직 1개의 개구장치(206)는 기판(204)의 상이한 부분과 같이 상이한 도즈 영역을 개별적으로 주입하도록 상이한 형상의 이온 빔을 형성하기 위해 동일 이온 빔(103)을 형성하기 위해 사용된다. 상응하는 방법은 도 2h에 도시되어 있다. 여기서, 주된 단계는 가변 개구(207)의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상이 조절되도록 개구 장치(206)가 조정되는 블록(215)이다. 물론, 상기 주된 내용은 상이한 도즈 영역을 주입하기 이한 상이한 형상의 이온 빔을 어떻게 제공하는가에 관한 것이고, 도즈 영역을 어떻게 분포시키는가에 대한 것이 아니다. 즉, 도 2e 내지 도 2h에 도시된 구체예는 상이한 기판(204)이 상이한 필요 도즈를 갖지만, 각 기판(204)은 1개 및 오직 1개의 도즈 영역을 갖는 경우를 포함하는 것으로 확대될 수 있다.
제안된 가변 개구는 빔 튠 공정을 촉진하기 위하여 이용될 수 있다. 예컨대, 상이한 기판이 상이한 균일 도즈를 가질 수 있도록 상이한 다수의 기판에 이온 빔을 주입하기 위해서는 상이하지만 유사한 형상의 이온 빔이 필요할 수 있다. 이러한 상황에서, 빔 광학을 적절하게 조절하는 것에 의해 원래의 이온 빔을 얻은 후, 가변 개구를 반복적으로 조절하는 것에 의해 상이한 형상의 이온 빔을 개별적으로 얻을 수 있다. 먼저, 가변 개구는 제1 형상 및 제1 크기를 갖도록 설정되므로 제1 이온 빔은 원래의 이온 빔 모양을 형성하기 위한 가변 개구를 사용하는 것에 의해 생성될 수 있다. 이어, 제1 도즈를 갖는 일부 기판이 모두 주입된 후, 가변 개구는 제2 형상 및 제2 크기를 갖도록 조절되므로, 제2 이온 빔은 동일한 원래의 이온 빔을 형성하기 위한 가변 개구를 조절하는 것에 의해 생성될 수 있다. 상기 단계를 반복하는 것에 의해, 상이한 도즈를 갖는 상이한 기판은 원래의 이온 빔을 개별적으로 형성하기 위한 가변 개구를 조절하는 것만으로 주입될 수 있다. 즉, 빔 광학, 심지어 이온 소스는 상이한 도즈에 의해 상이한 기판에 이온 빔을 주입하기 위해 상이한 이온 빔을 제공하도록 반복적으로 조절될 필요가 없다. 또한 상이한 도즈를 이용하여 상이한 기판에 이온 빔을 주입하는 기간 동안 가변 개구를 갖는 개구 장치를 교환할 필요가 없다. 따라서, 상기 빔 튠 공정은 상기 종래 기술을 이용한 다른 빔 튠 공정에 비하여 가속되어 더 신속하다.
합리적으로, 이온 빔의 조절에 대한 동일 공간을 달성하기 위하여, 가변 개구(207)를 갖는 개구 장치(206)는 개별 고정 개구(107)를 각각 갖는 일부 개구 장치(106)를 교환할 수 있으므로, 전체 하드웨어 비용이 감소되고 또 이온 빔의 모양을 조절하는 가변성도 증가된다. 또한 상이한 고정 개구(107)를 갖는 다수의 개구장치(106)를 교체하는 단계는 개구장치(206) 내의 가변 개구(207)를 조절하는 단계에 의해 교체되므로, 상이한 형상의 이온 빔을 제공하기 위해 사용된 시간 소모가 감소된다. 또한, 보통, 이들 상이한 개구 장치(106)는 챔버 크기를 줄이기 위하여 주입기 챔버 밖에 저장되므로, 상이한 개구장치(106)를 교체하기 위해서는 진공 배기 공정 및 진공 펌핑 공정이 바람직하다. 대조적으로, 주입기 챔버 내부에 배치된 개구 장치(206)의 조절은 어떠한 진공 배기 공정이나 진공 펌핑 공정없이 달성될 수 있다. 따라서, 상기 작동은 단순화되고 또 오염의 우려가 감소된다.
기타 구체예는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 기판에 이온 빔을 주입하는 2개 방법을 포함한다. 이전의 구체예에서는, 블록(301)에 도시된 바와 같이 이온 빔과 기판을 제공하고; 및 블록(302)에 도시된 바와 같이 개구 장치 내의 가변 개구를 조절하므로, 기판은 가변 개구에 의해 형성된 이온 빔이 주입된다. 이 구체예의 1개의 주요한 특징은 가변 개구를 조절하는 단계이다. 후자의 구체예에서, 볼록(303)에 도시된 바와 같이 이온 빔과 기판을 제공하고; 및 블록(304)에 도시된 바와 같이, 이온 빔이 기판에 주입되기 전에, 개구 장치 내의 가변 개구에 의해 이온 빔의 형상을 형성하고, 이때 가변 개구의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상은 가변적으로 조절될 수 있다. 이 구체예의 1개 주요한 특징은 가변 개구의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상이 가변적으로 조절될 수 있다는 제한일 것이다. 또한, 양쪽 구체예의 경우, 가변 개구는, 기판이 완전히 주입된 후 다시 및 다른 기판에 주입되기 전에, 다시 조절될 수 있다. 따라서, 상이한 기판은 상이한 형상의 이온 빔이 순차적으로 주입될 수 있다. 유사하게, 양쪽 구체예의 경우, 가변 개구는 기판에 이온 빔을 주입하는 동안 적어도 2회 조절될 수 있다. 따라서, 기판의 상이한 부분은 상이한 형상의 이온 빔이 주입될 수 있다.
1개의 다른 구체예는 제안된 가변 개구의 가능한 적용이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 이온 빔의 단면 위에서 이상적인 이온 빔 전류 분포는 매끈한 비-파상 부분과 상기 매끈한 비-파상 부분의 단부에 위치하는 짧은 꼬리를 갖는 대칭적 곡선일 수 있다. 여기서, 용어 "매끈한 비-파상 부분"은 스캔 변수가 조절될 때 기판 상에서 하나 또는 그 이상의 스캔 후 더욱 균일한 도즈 분포를 초래하는 빔 프로파일을 일반적으로 지칭한다. 그러나, 도 4b에 도시된 바와 같은 실질적인 세계에서, 이온 빔의 단면에서 실제 이온 빔 전류 분포는 비대칭적일 수 있고 및/또는 긴 꼬리를 가질 수 있다. 실제 분포와 이상적인 분포 사이의 차이는 통상 이온 빔의 크기에 비례하며, 또 통상 이온 빔 전류 분포의 단부에 분포된다. 실제 분포와 이상적 분포 사이의 차이는 또한 시간 의존적일 수 있고 또 상이한 필요한 이온 빔 전류 및 이온 빔 전압에 따라 상이할 수 있다. 따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 가변 개구(207)를 갖는 제안된 개구 장치(206)를 사용하는 것에 의해, 상기 이온 빔은 가변적이고 효율적으로 형성될 수 있으므로, 이온 빔의 품질은 이상적인 이온 빔 전류 분포와 실제의 이온 빔 전류 분포 사이의 차이에 의해 영향을 거의 받지 않는다. 예컨대, 실제의 이온 빔 전류 분포가 빔 프로파일러에 의해 검출된 후, 가변 개구는 실제 이온 빔 전류 분포의 필요한 매끈한 비-파상 부분에 상응하는 특정 크기 및 특정 형상을 갖도록 가변적으로 조절될 수 있다. 이온 빔을 형성하기 위하여 조절된 가변 개구를 사용하는 것에 의해, 실제 이온 빔의 필요한 부분만이 기판에 이온 빔을 주입하기 위해 사용될 것이다. 도 4c는 이온 빔의 크기와 형상이 조절된 가변 개구(207)의 그것과 완벽하게 동일한 이상적 도면이다. 실제로, 적어도 공간 전하 효과로 인하여, 이온 빔의 기판 상에서 투사 영역의 크기 및 형상은 조절된 가변 개구(207)의 크기와 형상보다 상이해야 한다. 그러나, 가변 개구(207)가 기판에 아주 가까이 배치되는 것으로 인하여, 가변 개구(207)의 효과는 그에 의해 실질적으로 저하되지 않는다.
다른 구체예는 제안된 가변 개구의 가능한 적용이다. 가능한 적용은 도즈 스플릿에 관한 것이고, 특히 동일 기판 상의 상이한 도즈 영역이 상이한 도즈를 필요로 하는 상황에 관한 것이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상이한 크기/형상을 갖는 2개의 도즈 영역(501/502)은 개별적으로 기판(500) 상에 배치된다. 가변 개구(207)를 갖는 개구장치(206)를 이용하는 것에 의해, 2개의 이온 빔은 2개의 도즈 영역(501/502)을 주입하기 위해 각각 사용된다. 2개의 영역(501/502)이 상이한 도즈를 필요로 하는 상황의 경우, 2개의 이온 빔은 상이한 크기(상이한 길이 및/또는 상이한 폭)를 가질 것이다. 분명히, 기판(500) 상의 상이한 형상의 이온 빔의 투사 영역은 상이한 크기를 가질 것이므로, 상이한 형상의 이온 빔의 주입 영역은 상이한 형상의 이온 빔이 동일 스캔 속도로 동일 스캔 통로를 따라 이동하더라도 상이할 것이다. 이온 빔이 더 넓을수록, 주입된 영역이 더 크다. 따라서, 스캔 변수값(스캔 통로 및 스캔 속도와 같은)은 기판(500) 위로 균일하게 분포(도즈 영역(501/502) 상에서 적어도 균일하게 분포됨)되며, 상기 2개 도즈 영역(501/502)은 상기 도즈 영역(501/502)이 상이한 형상의 이온 빔에 의해 완전히 스캐닝된 후 상이한 도즈를 가질 것이다.
다른 구체예는 제안된 가변 개구의 가능한 적용이다. 도 5에서, 도즈 영역(501/502) 각각의 형상은 단순하고 또 규칙적이다. 그러나, 때때로, 도즈 영역은 불규칙 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 이전의 퇴적(deposition) 공정이 불완전하게 실시되어 불균일 두께를 갖는 퇴적 필름이 기판 상에 형성된다. 퇴적 필름의 에칭속도는 퇴적된 필름의 품질이 주입된 원자/분자/이온에 의해 변경되면 변화될 수 있음에 주목한다. 따라서, 불균일 주입 공정은 불균일하게 실시되어 후자의 균일한 에칭 공정이 실시되기 전에 퇴적 필름의 품질을 변화시킨다. 여기서, 퇴적된 층의 부분의 두께가 더 높을수록, 퇴적된 층의 상기 부분에서 주입 도즈는 더 낮다. 따라서, 상기 구체예의 일개 이점이 현저하다. 가변 개구의 형상 및/또는 크기는 기판을 통하여 이온 빔을 스캐닝하는 기간 동안 연속적으로 조절될 수 있으므로, 상기 이온 빔은 불균일하게 퇴적된 필름의 상응하는 상이한 부분의 상이한 도즈 영역의 형상에 맞도록 연속적으로 조절될 수 있다.
또한, 다른 구체예는 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 제안된 가변 개구에 의해 빔 튠 공정을 가속하는 방법에 관한 것이다. 먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 원래의 이온 빔(600) 및 개구 장치(61) 내의 가변 개구(62)가 제공된다. 여기서, 원래의 이온 빔(600)은 분석 자석으로부터 방출되고 또 빔 프로파일러를 사용하는 것에 의해 측정될 수 있는 원래의 이온 빔(600)의 단면에서 원래의 이온 빔 전류 분포(641)를 갖는다. 이어, 도 6b에 도시한 바와 같이, 원래의 이온 빔(600)은 이온 소스의 작동을 변경하는 것에 의해서 변조되며, 빔 광학의 부분인 자석 어셈블리(65)를 사용하는 것에 의해 더 변조된다. 따라서, 변조된 이온 빔(601)의 단면 상에 변조된 이온 빔 전류 분포(642)가 얻어진다. 여기서, 변조된 이온 빔 전류 분포(642)는 원래의 이온 빔 전류 분포(641)에 비하여 더 매끈하고 파상이 덜하며, 본질적으로 소망하는 중앙부 및 주변 꼬리를 갖는다. 여기서, 소망하는 부분은 상수값 유사 중앙부 또는 가우시안 분포 유사 중앙부일 수 있다. 보통, 변조된 이온 빔(601)의 형상 및 크기의 하나 또는 그 이상은 원래의 이온 빔(600)의 그것과는 상이하다. 이어, 도 6c에 도시한 바와 같이, 개구 장치(61)를 조절하여 가변 개구(62)는 소망하는 중앙부에 비하여 더 작거나 동일하게 된다. 마지막으로, 도 6d에 도시한 바와 같이, 개구 장치(61) 내의 가변 개구(62)를 조절하는 것에 의해 변조된 이온 빔(601)을 형성하여, 그의 단면 상에서 양호한 이온 빔 전류 분포(643)를 갖는 이온 빔(602)이 기판에 주입되게 한다. 따라서, 제안된 가변 개구(62)를 사용하는 것에 의해, 빔 튠 공정은 2개 단계로 단순화될 수 있다. 제1 단계로, 빔 광학에 의해 적어도 1개의 소망하는 부분을 갖도록 이온 빔(600)을 간단히 변조한다. 둘째 단계로, 소망하는 중앙부가 이온 빔(602)으로 되어 마지막으로 기판(66)에 주입되도록 가변 개구(62)를 가변적으로 조절한다. 합리적으로, 최종 형상의 이온 빔(602)을 직접적으로 획득하기 위해서가 아니라 단순히 원래의 이온 빔(600)을 간단히 변조하기 위해 빔 광학이 사용되면, 빔 광학의 변조는 현저히 단순화된다.
빔 광학 조절의 시간 소모가 감소될 뿐만 아니라 빔 광학의 필요한 정확한 조절이 단순화될 수 있다. 또한, 고정 개구를 사용하는 종래 기술과 비교되도록 가변 개구(62)는 이온 빔(600)의 조절에 필요한 대형 공간을 지지할 수 있다. 따라서 다수의 고정 개구의 비용이 절약될 뿐만 아니라, 상이한 고정 개구를 교체하는 단계 동안 시간 소모 및 오염이 감소될 수 있다. 따라서, 빔 튠 공정은 가변 개구의 사용에 의해 현저하게 가속된다.
또한, 제안된 가변 개구는 스팟 이온 빔 또는 리본 이온 빔의 형상이 어떻든 이온 빔을 형성하기 위하여 가변적으로 사용될 수 있다. 개구 장치는 부분적 이온 빔을 차단하여 부분적 이온 빔이 가변 개구를 통과하도록 한다. 여기서, 오염 가능성을 피하고 또 이온 빔과 개구 장치 사이의 충돌에 의해 야기되는 고온 문제를 극복하기 위하여, 개구 장치의 원료는 보통 흑연이다. 또한, 본 발명의 가변 개구를 사용하는 것에 의해 주입 품질을 더 향상시키기 위하여, 이온 빔이 기판 상에 투사되지 않을 때 가변 개구를 조절하여서, 적합하게 조절된 형상의 이온 빔만 기판에 주입될 것이다. 즉, 가변 개구를 조절하는 기간 동안, 이온 빔 및/또는 기판의 이동(시프팅, 경사주기 및/또는 트위스팅)은 보류될 수 있다. 예컨대, 기판이 이온 빔을 보지 못하는 위치에 있을 때 기판을 보류하여서, 이온 빔이 튜닝되거나 또는 가변 개구가 조절될 때 상이한 스캔 통로 지점 주변을 따라 스캔이 돌아감에 따라 기판을 보류한다. 예컨대, 오랜 지속 시간이 예측될 때 분석자석을 턴오프하거나 또는 냉각이 있는 이온 빔의 랜딩을 억제하는 것에 의해 이온 빔을 보류한다.
이온 빔의 단면 상에서 이온 빔 전류 분포를 변화시키기 위하여 이온 빔의 형상을 아무리 변화시켜도, 자계 및/또는 전계는 이온 빔을 변조하기에 충분하다. 따라서, 광 빔을 사용하여 이온 빔을 먼저 변조한 다음 상기 변조된 이온 빔은 개구 장치 내의 가변 개구를 이용하여 형상 면에서 순차적으로 변조되는 것이 대중적이다. 그러나, 제안된 가변 개구의 가능한 적용은 빔 광학의 사용에 독립적일 수 있고 또 제안된 가변 개구의 특징은 빔 광학의 다른 부분에 의해 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 개구 장치(206) 및 가변 개구(207)의 기계적 디자인의 상세내용을 제한하지 않는다. 예컨대, 개구 장치(206)는 각기 개구를 갖는 일부 이동가능한 플레이트를 가질 수 있다. 따라서, 이들 개구의 중첩은 가변 개구(207)를 형성할 수 있고, 또 이들 이동가능한 플레이트 중의 상대적 움직임은 중첩의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상을 조절할 수 있다(즉, 가변 개구(207)의 크기 및 형상의 하나 또는 그 이상). 예컨대, 개구 장치(206)는 서로에 대해 이동할 수 있는 일부 플레이트, 고정 플레이트 및 각 플레이트가 구멍을 갖는 이동가능한 플레이트의 조합, 또는 2개는 X-방향을 따라 이동가능하고 또 나머지 2개는 Y-방향을 따라 이동가능한 4개의 플레이트의 조합일 수 있다. 따라서, 가변 개구는 가변 개구를 정의하기 위해 사용된 하나 또는 그 이상의 플레이트 중에서 상대적 기하학적 관계를 변조하는 것에 의해, 또는 상기 가변 개구를 정의하기 위해 사용된 하나 또는 그이상의 플레이트를 움직이게 하여 조절될 수 있다.
상술한 방법 및 주입기의 변형도 당업자에 의해 실현될 수 있다. 본 발명의 특정 구체예를 들어 상기 방법과 주입기가 기재되었지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 기재되고 및/또는 설명된 구체예에서 다수의 부가적 변화가 당업자에 의해 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 구체예에 한정되지 않으며, 특이적으로 기재된 것 이외의 실시도 포함하며 또 법률하에서 폭넓게 허용되는 것으로 해석될 수 있다.
201: 이온 소스 202: 분석 자석
203, 600, 602: 이온 빔 204, 500, 66: 기판
205: 자석 어셈블리 206, 61: 개구 장치
207, 62: 가변 개구 501/502: 2개의 도즈 영역

Claims (5)

  1. 제1 도즈에 상응하는 제1 크기 및 제1 형상을 가지는 제1 도즈 영역과, 상기 제1 도즈와는 다른 제2 도즈에 상응하는 제2 크기 및 제2 형상을 가지는 제2 도즈 영역을 가지는 기판을 제공하는 단계;
    균일하게 분포되는 다수 개의 스캔 변수 값으로 상기 제1 도즈 영역 및 상기 제2 도즈 영역에 완전하게 이온빔을 스캐닝하는 단계;
    상기 제1 도즈 영역에 주입될 제1 이온 빔을 형성하기 위하여, 그리고 상기 제2 도즈 영역에 주입될 제2 이온 빔을 형성하기 위하여 개구 장치 내의 가변 개구를 사용하여 이온 빔을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되되,
    여기서, 상기 가변 개구의 크기와 형상 중 적어도 하나는 상기 제1 이온 빔과 제2 이온 빔을 각각 형성하기 위한 이온 빔을 형성하도록 조정되고,
    상기 제1 이온 빔과 상기 제2 이온 빔이 서로 상이한 크기를 가지며,
    상기 제1 이온 빔의 크기는 상기 제1 도즈 영역의 크기에 비례하고, 상기 제2 이온 빔의 크기는 상기 제2 도즈 영역의 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스캔 변수 값은 스캔 통로와 스캔 속도를 포함하되,
    상기 제1 크기에 대한 제1 스캔 속도는 상기 제1 도즈 영역 상의 제1 도즈 생성을 위하여 사용되며, 상기 제2 크기에 대한 제2 스캔 속도는 상기 제2 도즈 영역 상의 제2 도즈 생성을 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법은, 아래의 a), b), c) 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 더 포함하며,
    상기 a), b), c) 공정은;
    a) 원래의 이온 빔 전류 분포를 따르는 원래의 이온 빔(original ion beam)을 형성하는 공정,
    b) 상기 원래의 이온 빔을 원래의 이온 빔 전류 분포(641)에 비하여 각각 더 매끈한(smooth) 전류 분포를 갖는 제1 이온 빔과 제2 이온 빔으로 변조(modifying)하는 공정,
    c) 상기 개구 장치의 상기 가변 개구에 의해 제1 이온 빔과 제2 이온 빔을 형성하기에 앞서 간단히 상기 원래의 이온 빔을 튜닝하는 공정,
    임을 특징으로 하는 가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법.
  4. 불규칙한 형상으로 된 불규칙한 도즈 영역을 가지는 기판을 제공하는 단계;
    개구 장치 내의 가변 개구를 사용하여 이온 빔을 형성하는 단계;
    상기 불규칙한 도즈 영역에 완전하게 이온 빔을 스캐닝하는 단계;를 포함하며,
    여기서, 상기 가변 개구의 크기와 형상 중 적어도 하나는 연속적으로 조절되어, 상기 이온 빔이 상기 불규칙 도즈 영역의 서로 다른 부분들에 각각 맞추어 연속적으로 조절되어 질 수 있도록 하고,
    상기 불규칙한 도즈 영역의 서로 다른 부분들은 서로 상이한 크기를 가질 수 있으며,
    상기 이온 빔의 크기는 상기 이온 빔에 의해 상기 불규칙한 도즈 영역 중 어느 한 부분에 이온 주입이 될 때, 상기 이온 주입이 이루어지는 어느 한 부분의 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법은, 아래의 a), b), c), d), e) 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 더 포함하며,
    상기 a), b), c), d), e) 공정은;
    a) 상기 불규칙한 도즈 영역에 균일하게 분포되는 다수 개의 스캔 변수 값으로 완전히 이온 빔을 스캐닝하는 공정, 여기서, 스캔 변수는 스캔 통로와 스캔 속도를 포함하며,
    b) 원래의 이온 빔 전류 분포를 따르는 원래의 이온 빔(original ion beam)을 형성하는 공정,
    c) 상기 원래의 이온 빔의 빔 전류 분포가 매끄러운(smooth) 빔 전류 분포가 되도록 이온 빔을 변조(modifying)하는 공정,
    d) 상기 개구 장치의 상기 가변 개구에 의해 상기 이온 빔을 형성하기에 앞서 간단히 상기 이온 빔을 튜닝하는 공정,
    e) 상기 불규칙 도즈 영역상에 도즈를 생성하기 위하여 스캔 속도를 연속으로 조정하는 공정,
    중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 가변 개구를 이용하는 것에 의한 불균일 주입 방법.
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