KR20140085599A - 이온 주입 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 이온 주입 툴의 내부 구성요소를 세척하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 다음 단계를 포함하는 반도체 제조 툴(semiconductor manufacturing tool)의 진공챔버(vacuum chamber), 적어도 하나의 구성요소, 또는 그 조합의 세척 방법에 관한 것이다:
(a) 에천트 가스를 에천트 용기로부터 진공챔버로 도입하는 단계;
(b) 진공챔버에서 미리 결정된 압력의 도달시 진공챔버로 에천트 가스의 도입을 종료하는 단계; 및
(c) 진공챔버의 내부, 거기에 포함된 적어도 하나의 구성요소, 또는 그 조합으로부터 적어도 부분적으로 잔여물을 제거하기에 충분한 시간 동안 진공챔버에서 잔여물과 에천트 가스를 반응시키는 단계;
여기서, 상기 에천트 가스는 진공챔버의 내부, 거기에 포함된 구성요소 또는 그 조합과 본질적으로 반응하지 않는 반면, 진공챔버에서 잔여물, 거기에 포함된 구성요소의 잔여물 또는 그 조합과 선택적으로 반응하도록 선택된다.

Description

이온 주입 시스템{NOVEL METHODS FOR CLEANING ION IMPLANTER COMPONENTS}

본 발명은 마이크로 전자공학 장비의 제조에서 사용되는 이온 주입 시스템의 진공 챔버(vacuum chamber) 및 빔라인(beamline)을 세척하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 퍼지 저항 유출 물질(purge resistant effluent material)을 제거하기 위한 크라이오 펌프의 제자리 세척(in situ cleaning)에 대한 방법에 관한 것이다.

이온 주입(ion implantation)은 집적 회로 제조에서 도판트(dopant) 불순물의 조절된 양을 정확하게 반도체 웨이퍼로 도입하기 위하여 사용되고, 이는 마이크로 전자공학/반도체 제조에서 중요한 공정이다. 이러한 주입 시스템에서, 이온소스는 원하는 도판트 성분 가스를 이온화시키고, 상기 이온은 원하는 에너지의 이온 빔(ion beam)의 형태로 소스로부터 추출된다. 추출은 상기 추출된 빔의 통과를 위한 개구를 포함하는 적절한 형태의 추출 전극에 높은 전압을 적용하여 수행된다. 이온 빔은 그 후 제품에 도판트 성분을 주입하기 위하여, 반도체 웨이퍼와 같은 제품의 표면에 유도된다. 상기 빔의 이온은 원하는 전도성의 영역을 형성하도록 제품의 표면에 침투한다.

이온 소스의 여러가지 형태는, 서모일렉트로드(thermoelectrodes)를 이용하고 전기 아크(electric arc)에 의해 동력이 공급된 프리맨(Freeman) 및 버나스(Bernas) 형태, 마그네트론(magnetron)을 이용한 마이크로웨이브(microwave) 형태, 간접적으로 가열된 캐소드 소스 및 RF 플라스마 소스(RF plasma sources)를 포함하여, 이들 모두는 진공에서 전형적으로 작동하며, 상업적인 이온 주입 시스템에서 공통적으로 이용된다. 상기 이온 소스는 도판트 가스{공통적으로 "공급원료 가스(feedstock gas)"로 칭함}로 채워진 진공 챔버(vacuum chamber)로 전자를 도입함으로서 이온을 발생시킨다. 상기 가스에서 전자와 도판트 원자 및 분자의 충돌은 양 도판트이온 및 음 도판트이온으로 구성된 이온화된 플라스마의 생성을 초래한다. 음 또는 양 바이어스(bias)를 지닌 추출전극은 제품 쪽으로 가속화되는 콜리메이트 이온 빔(collimated ion beam)으로서 이온소스의 바깥 및 개구를 통하여 통과하는 양 또는 음이온을 각각 허용한다. 공급원료 가스는 BF₃, B₁₀H₁₄, B₁₂H₂₂, PH₃, AsH₃, PF₅, AsF₅, H₂Se, N₂, Ar, GeF₄, SiF₄, O₂, H₂, 및 GeH₄를 포함하나 이에 제한되지 않는다.

현재, 기술장비 수준의 제조에서는 10-15 이상의 주입단계가 있다. 더 나은 공정 컨트롤, 낮은 에너지에서 하이 빔 전류(high beam currents)의 이송, 및 고장 사이 평균 시간(MTBF, mean time between failures)의 감소와 관련하여, 증가하는 웨이퍼 크기, 감소하는 임계치수(critical dimensions) 및 증대하는 회로 복잡성(circuit complexity)은 이온 임플란트 툴(ion implant tool)에 대한 더 많은 수요를 요구한다.

최고의 관리를 요하는 이온 주입기 툴(ion implanter tool)의 부분은 다음을 포함한다:

작동 조건에 따라, 작동의 약 100시간 후 제공되어야만 하는 이온 소스(ion source);

일반적으로 작동의 수 백시간 후 세척을 요하는 추출 전극 및 고전압 절연체; 및

극저온의 펌프(cryogenic pump).

이상적인 경우에는, 모든 공급원료 분자가 이온화되고 추출되지만, 실제로는 특정량의 공급원료의 분해가 발생하고, 이는 진공 챔버 및 빔라인 상의 침전과 진공 챔버 및 빔라인의 오염을 초래한다. 예를 들어, 붕소 잔여물은 이온 소스 영역의 표면상에 쉽게 침전된다. 상기 잔여물은 열전자(thermionic electrons)를 생산하기 위하여 필요한 아크를 방해할 수 있는 전기의 단락(short circuits)을 유발하는 이온 소스에서 저전압 절연체를 형성할 수 있다. 이런 현상은 일반적으로 "소스 글리칭(source glitching)"으로 알려져 있고, 이는 이온 빔 불안정의 주요 원인이며, 결국 소스의 조기결함을 유발한다. 상기 잔여물은 또한, 소스 절연체 또는 강력한 고전압 스파킹을 유발하는 추출전극의 표면과 같은 이온 주입기의 고전압 구성요소를 형성한다. 이러한 스파크는 빔 불안정에 대한 다른 원인이고, 이러한 스파크에 의해 방출된 에너지는, 증가된 장치 고장 및 형편없는 MTBF를 유도하는 민감한 전자 구성요소를 손상시킬 수 있다. 무 할로겐화물-함유 소스 물질을 이용한 이온 주입 시스템에 대한 이온 소스 예상수명은 일반적으로 약 168시간인 반면, GeF₄와 같은 할로겐화물-함유 물질을 이용하는 이온 소스의 예상수명은, 소스 조작상에 잔여물 침전의 불리한 효과로 인해 10시간 정도로 줄어들 수 있다.

현재, 진공 챔버는 NF₃ 및 다른 질소-함유 가스 뿐만 아니라 산화 종(oxidizing species)과 같은 가스를 이용하여 세척된다. 예를 들어, Graf et al.의 미국 특허 제6,135,128은 NF₃ 가스를 이용한 이온소스의 세척에 관한 것이다. 그러나, NF₃ 세척 가스는 이온 소스 영역에서 모든 구성요소를 공격하여, 방출시에 매우 공격적 경향이 있는 불소원자를 방출하기 위한 에너지원을 요구한다. 게다가, 요구되는 에너지원, 예를 들어, 플라스마는 소유비용(COO, cost of ownership)을 증가시킨다. Tripsas et al.의 미국 특허 제6,355,933호는 침전 형성 종과 반응하기 위한 이온 소스로 산소처리 가스의 도입에 관한 것이다. 비록 산화가스가 탄소를 포함한 종의 제거에 대하여 유용한 것이 증명되었더라도, 진공 챔버 또는 빔라인의 어떠한 구성요소가 탄소/흑연 물질로부터 제조된다면 불리하다. 게다가, 진공 챔버로의 산화종 도입은 대부분의 금속 구성요소 상에 표면 산화물층, 또는 "녹(rust)"의 형성을 촉진시키고, 상기 표면 산화물층은 미립자 형성, 가스 분자의 인트랩먼트(entrapment), 단락(shorts), 및 필라멘트(filament)의 조기결함을 잠재적으로 야기하기도 한다.

극저온의 진공 펌프(크라이오 펌프)는 고압진공 응용에서 광범위하게 사용된다. 크라이오 펌프는 상기 크라이오 펌프 내부에 차가운 표면상에 가스를 크라이오컨덴싱(cryocondensing) 및/또는 크라이오 소빙(cryosorbing)함으로써 진공 챔버로부터 가스를 제거하는 원리를 기초로 한다. 크라이오 컨덴싱(cryocondensation)에서, 가스 분자는 미리 응축된 가스 분자 상에 응축되고, 두꺼운 응축층이 형성되어서, 많은 양의 가스를 펌핑할 수 있다. 크라이오 소빙(cryosorption)은 크라이오 펌프의 표준조작온도에서 응축하기 어려운 펌프 가스에 주로 이용된다. 이러한 경우, 활성화된 숯과 같은 흡착제 물질은 전형적으로 크라이오 정렬(cryoarray)의 두번째 단계인, 크라이오 펌프에서 가장 차가운 표면에 부착된다. 가스 미립자와 흡착 표면사이의 결합 에너지는 가스 미립자 자체의 결합 에너지보다 크기 때문에, 응축될 수 없는 가스 미립자는 흡착제 물질에 대한 접착에 의하여 진공 시스템으로부터 제거된다.

현재, 이온 임플란트 크라이오 펌프는 극저온으로 포획된 가스 분자 및 공정 싸이클 동안 누적된 공정 잔여물을 퍼지(purge)하기 위하여 비활성 가스, 예를 들어 N₂를 사용한다. 상기 비활성 가스 퍼지는 크라이오 펌프를 대기온도로 유도하도록 보조하고, 수증기, 수소 및 유기화합물을 함유하고 방출되어 미리 크라이오 흡착된 가스 분자를 충분히 퍼지한다. 비활성 가스 퍼지는, 그러나 이하 누적공정 유출물이라고 지칭되는 모든 공정 유출물을 제거하지는 않고, 이 중 몇몇은 크라이오 펌프의 웜-업(warm-up)동안 비-휘발성 종을 형성하는 반응을 일으키고 그리고/또는 상기 펌프의 금속 구성요소에 접착된다. 현재, 누적 공정 유출물 제거의 유일한 방법은 크라이오 펌프 유지를 통해서이다.

크라이오 펌프 유지 산물(maintenance evolutions)의 두 종류로 진공 사이드 리빌드(vacuum side rebuild) 및 디스플레이서 사이드 리빌드(displacer side rebuild)가 있다. 상기 유지의 두 가지 형태는 주입기로부터 크라이오 펌프의 제거를 포함한다. 상기 진공 사이드 리빌드는 펌프가 분해, 세척, 재결합 및 기능적으로 테스트됨을 필요로 하고, 연 1회 기초(annual basis)하여 OEM에 의해 추천된다. 디스플레이서 사이드 유지는 분해, 세척, 재결합 및 크라이오 펌프의 디스플레이서의 기능적인 테스팅(가스 흐름 냉각, 메카니즘 작용)을 포함하고, 연 3회 기초하여 OEM에 의해 추천된다.

이온 주입기 및 크라이오 펌프에서 잔여물에 의해 유발된 조작상의 어려움에 더하여, 구성요소가 세척을 위하여 제거될 때 독성의 방출 또는 부식성의 증기로 인하여 중요한 인명 안전 문제가 또한 있다. 안전문제는 잔여물이 존재하는 곳은 어디라도 발생하지만, 이온소스가 이온 주입기의 가장 빈번하게 유지되는 구성요소이기 때문에 진공 챔버의 이온 소스 영역에 특별하게 관계한다. 중단시간을 최소화 하기 위하여, 오염된 이온 소스는 증기의 방출을 증가시키고 안전문제를 악화시키는 실온 상당히 이상의 온도에서, 주입기로부터 종종 제거된다.

따라서, 주입기 도처에 침전된 원하지 않은 잔여물의 효과적이고 선택적인 제거를 위하여 제자리 세척공정을 제공하는 것은 이온 주입의 기술에서, 특히, 주입동안 진공 챔버의 이온 소스 영역에서 상당한 진보이다. 이러한 제자리 세척은 인명 안전을 강화하고, 주입장치의 안정되고 연속적인 조작에 기여한다.

제자리 세척에 대한 대안은 주입기로부터 제거된 오염된 구성요소는 그래파이트(graphite) 전극과 같은 정밀한 구성요소에 손상을 입히는 어떠한 기계상의 마모 없이 안전하게 제거될수 있는 분리된 세척장소를 제공하는 것이다. 따라서 또한 임플란트 시스템으로부터 이후의 제거로 선택적이고 비-파괴적으로 구성요소를 세척하도록 사용될 수 있는 오프-라인 세척 장소를 제공하는 것은 이온 주입의 기술에서 상당한 진보일 것이다.

또한, 크라이오 펌프로부터 누적 공정 유출물의 제거를 위한 제자리 세척공정을 제공하여 그에 따라 크라이오 펌프 유지의 횟수를 줄이거나 제거하는 것은 당해 기술분야에서 상당한 진보일 것이다.

본 발명은 일반적으로 이온 주입 툴의 내부 구성요소를 세척하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 진공 챔버 및 거기에 포함된 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간동안 충분한 조건하에서 진공 챔버 및/또는 구성요소와 기체상(gas-phase) 반응성 할로겐 화합물, 예를 들어, XeF₂의 접촉에 의한 잔여물의 제자리 제거에 관한 것이고, 이러한 방법으로 하는 것으로 잔여물은 이온 주입기의 구성요소가 조립된 물질과 관련하여 선택적으로 제거된다.

일 관점에서, 본 발명은 반도체 제조 툴(semiconductor manufacturing tool)의 진공 챔버, 적어도 하나의 구성요소, 또는 그 조합체의 세척 방법에 관한 것이며, 상기 방법은:

(a) 에천트(etchant) 가스를 에천트 용기로부터 진공 챔버로 도입하는 단계;

(b) 진공 챔버에서 미리 결정된 압력의 도달시 진공 챔버로 에천트 가스의 도입을 종료하는 단계; 및

(c) 진공 챔버의 내부, 상기 진공 챔버 내에 포함된 적어도 하나의 구성요소, 또는 그 조합체로부터 적어도 부분적으로 잔여물을 제거하기에 충분한 시간 동안 진공 챔버 내의 잔여물과 에천트 가스를 반응시키는 단계를 포함하며,

여기서, 상기 에천트 가스는 진공 챔버의 내부, 거기에 포함된 구성요소 또는 그 조합체와 본질적으로 반응하지 않는 반면, 진공 챔버 내의 잔여물, 상기 진공 챔버 내에 포함된 구성요소의 잔여물 또는 그 조합체와 선택적으로 반응하도록 선택된다. 바람직하게, 에천트 가스는 XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆, C₂F₆ 및 F₂로 구성된 그룹으로부터 선택되는 가스를 포함한다.

다른 관점에서, 본 발명은 반도체 제조 툴의 진공 챔버, 적어도 하나의 내부 구성요소 또는 그 조합체의 세척 방법에 관한 것이며, 상기 세척 방법은:

(a) 에천트 물질을 에천트 용기로부터 진공 챔버로 도입하는 단계와,

(b) 미리 결정된 압력의 도달시 진공 챔버로 에천트 물질의 도입을 종료하는 단계와,

(c) 상기 진공 챔버에 위치된 플라스마 소스(plasma source)를 이용하여 진공 챔버에서 에천트 물질을 반응성 할로겐 화합물 종(halide species)으로 분해하는 단계와,

(d) 진공 챔버, 적어도 하나의 내부 구성요소 또는 그 조합체로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간 동안 진공 챔버 내의 잔여물과 반응성 할로겐 화합물 종을 반응시키는 단계를 포함한다.

바람직하게, 비활성 가스 소스로부터 비활성 가스는 에천트 물질을 분해하기 이전에 진공 챔버로 도입된다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 반도체 제조 툴의 진공 챔버, 적어도 하나의 내부 구성요소 또는 그 조합체의 세척 장치로서,

(a) 에천트 물질이 내부에 배치되고, 진공 챔버와 연결되어 진공 챔버의 상류에 위치되는 에천트 물질 소스와,

(b) 에천트 물질 소스와 진공 챔버 사이의 밸브를 포함하는, 상기 세척 장치에 있어서,

(Ⅰ) 상기 에천트 물질 소스를 가열하기 위한 가열기와,

(Ⅱ) 비활성 가스가 내부에 배치되고, 에천트 물질 소스와 연결되어 에천트 물질 소스의 상류에 위치되는 비활성 가스 소스 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치에 관한 것이다.:

바람직하게, 에천트 물질은 XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆, C₂F₆ 및 F₂로 구성된 그룹으로부터 선택되는 가스를 포함한다.

추가적인 관점에서, 본 발명은 반도체 제조 툴의 진공 챔버, 적어도 하나의 구성요소, 또는 그 조합체의 세척 방법에 관한 것이며, 상기 세척 방법은:

(a) 에천트 가스를 에천트 용기로부터 진공 챔버로 도입하는 단계와,

(b) 에천트 가스의 계속적인 흐름을 달성하도록 진공펌프를 사용하여 진공 챔버로부터 복수의 가스종(gas species)을 빼내는 단계와,

(c) 에천트 가스와 잔여물을 반응시켜 진공 챔버 및/또는 상기 진공 챔버 내에 포함된 적어도 하나의 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간 동안 에천트 가스를 진공 챔버를 통하여 유입시키는 단계를 포함하고,

상기 에천트 가스는 XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆, C₂F₆ 및 F₂로 구성된 그룹으로부터 선택되는 가스를 포함하고, 상기 에천트 가스는 진공 챔버의 내부 또는 상기 진공 챔버 내에 포함된 구성요소와는 본질적으로 반응하지 않는 반면, 진공 챔버 내의 잔여물과 선택적으로 반응하도록 선택된다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 크라이오 펌프(cryopump)의 내부로부터 누적공정 유출물(accumulated process effluent)을 세척하는 방법으로서, 적어도 두 개의 퍼지가스(purge gases)로 크라이오 펌프를 퍼징하는 단계를 포함하며, 상기 퍼지가스는 산소, 오존, 산화질소, 제자리(원위치/장소)에서 산소 래디칼(oxygen radicals)을 발생하는 종, 및 이들의 조합체로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반응성 가스와 질소를 포함하는, 상기 세척 방법에 있어서,

(Ⅰ) (a) x시간 동안 본질적으로 순수 질소로 퍼징(purging)하고,

(b) y시간 동안 본질적으로 순수한 적어도 하나의 반응성 가스로 퍼징하는 단계와,

(Ⅱ) (a) 시간 제로(zero)에서 본질적으로 순수한 질소로 퍼징하고,

(b) 본질적으로 순수한 질소와 적어도 하나의 반응성 가스를 혼합하는 단계로서, 상기 질소 및 적어도 하나의 반응성 가스는 더이상 본질적으로 순수하지 않은, 혼합 단계와,

(Ⅲ) (a) 질소 및 적어도 하나의 반응성 가스의 혼합물로 퍼징하는 단계, 퍼징 단계 중 적어도 하나에 의한 것을 특징으로 하며,

여기서, 누적공정 유출물은 크라이오 펌프의 내부로부터 실질적으로 제거된다.

본 발명의 추가적인 관점은 다음 단계를 포함하는, 반도체 제조 툴의 적어도 하나의 구성요소의 현장 밖(ex situ) 세척 방법에 관한 것이며, 상기 방법은:

(a) 현장 밖의 진공 챔버에 구성요소를 위치시키는 단계와,

(b) 에천트 가스를 에천트 용기로부터 현장 밖의 진공 챔버로 도입하는 단계와,

(c) 진공 챔버에서 미리 결정된 압력의 도달시 진공 챔버로 에천트 가스의 도입을 종료하는 단계와,

(d) 내부에 포함된 적어도 하나의 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간 동안 진공 챔버 내의 잔여물과 에천트 가스를 반응시키는 단계를 포함하며,

여기서, 에천트 가스는 진공 챔버의 내부와 본질적으로 반응하지 않는 반면, 적어도 하나의 구성요소 상에 잔여물과 선택적으로 반응하도록 선택된다.

본 발명의 또 다른 관점은 여기에 기재된 독창적인 방법 및 시스템을 이용하여 반도체와 같은 마이크로 전자공학 장비를 제조하는 개선된 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 관점, 특징 및 구현은 이하의 명세서 및 첨부된 청구항으로부터 좀 더 충분하게 명백할 것이다.

도 1은 에천트 물질에 대한 세 개의 임의의 배치를 나타내는 간접적으로 가열된 음이온 소스의 개략도이며,
도 2는 여기에 기재된 직접의 분해적인 플라스마 배치의 개략도이며,
도 3은 잔여물 제거 반응의 부산물을 모니터하기 위해 사용되는 300 amu 잔여가스 분석기의 개략적인 다이아그램이며,
도 4는 알루미늄 기반 층(aluminum base layer)으로부터 붕소 잔여물 제거에서 XeF₂의 효능을 나타내는 시간의 함수로서 RGA 흔적을 나타내는 도면이며,
도 5는 XeF₂가 텅스텐 층과 반응하지 않음을 나타내는 시간의 함수로서 RGA 흔적을 나타내는 도면이다.

본 발명은 마이크로 전자공학 장비의 제조에 사용되는 이온 주입 시스템의 진공 챔버 및/또는 빔라인의 세척에 대한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이온 주입기의 진공 챔버 및 그것에 포함된 구성요소로부터 충분한 시간동안 충분한 조건하에서 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 상기 진공 챔버 및/또는 구성요소를 기체상의 반응성 할로겐 화합물 예를 들어, XeF₂, NF₃, F₂, XeF₆, XeF₄, SF₆, C₂F_{6 ,} IF₅, 또는 IF₇ 와 접촉시킴으로써 잔여물을 제자리 제거하는 방법에 관한 것이고, 이러한 방법으로 하는 것으로 잔여물은 이온 주입기의 구성요소가 조립된 물질과 관련하여 선택적으로 제거된다.

여기 사용된 것과 같이, "진공 챔버(vacuum chamber)"는 소스 진공 챔버와 소스 아크 챔버, 소스 절연체, 추출전극, 억제전극, 고전압 절연체, 소스 부싱(source bushing) 및 소스 터보분자 펌프를 포함하는 이온 소스 영역을 포함한다.

여기 사용된 것과 같이, "빔라인(beamline)"은 이온 소스 영역 및 빔라인 진공 챔버, 가속장치 칼럼(accelerator column), (정전 스티어러(electroststic steerers) 및 렌즈와 같은)내부 이온 광학 구성요소, 빔라인 터보분자 펌프와 진공 배기 라인(vacuum exhaust lines)을 포함하는 진공 시스템 내부에 다른 구성요소를 함유한다.

여기 사용된 것과 같이, "마이크로 전자공학 장비(microelectronic device)"는 반도체 기판, 평판 액정 표시 장치(flat panel displays), 및 마이크로 전자공학, 집적회로, 또는 컴퓨터 칩 응용에 사용을 위하여 제조되는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS)이 해당한다. 이는 "마이크로 전자공학 장비"란 용어가 어떤 방식에서 제한되지 않고, 결국 마이크로 전자공학 장비 또는 마이크로 전자공학 조립품이 될 어느 기판이라도 포함하는 것을 의미한다.

여기 사용된 것과 같이, "잔여물(residue)"은 임플란트 가스의 사용되지 않은 부분(예를 들어, BF₃, PH₃, AsH₃, GeF₄ 등의 어떤 부분), 캐리어 가스 잔여물(예를 들어, 불소, 염소, 산소, 질소, 아르곤 등), 뿐만 아니라 스퍼터링/증착되는 챔버 물질(예를 들어, 텅스텐, 몰리브덴 및/또는 알루미늄-함유 종)이 해당한다. 예를 들어, 잔여물은 붕소(B), 비소(As), 인(P), 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및/또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 및 붕소, 비소, 인 및/또는 게르마늄 종과 텅스텐, 몰리브덴 및/또는 알루미늄 종 사이의 화합물 뿐만 아니라 구조의 물질의 치환을 함유하기도 한다. 잔여물은 전도성 또는 비-전도성이기도 하다. 바람직하게, 잔여물은 임플란트 가스의 비-도판트 물질이 결여된다.

반응성 할로겐화 가스는 예를 들어 XeF₂ 증기를 함유하기도 한다. XeF₂는 실온에서 승화될 것이나, 승화율을 증가시키기 위해서는 가열기를 사용하여 가열되기도 한다. XeF₂는 효과적인 실리콘 에천트로 알려져 있고, 이것은 SiO₂ 및 다른 유전체 물질에 선택적이기 때문에 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 장비 처리에서 선택적인 실리콘 에천트로서 사용된다. 특히, XeF₂는 이하의 반응에 따라 실리콘과 반응한다.

2 XeF₂(g) + Si(s) → 2 Xe(g) + SiF₄(g) (1)

중요하게, 실리콘/XeF₂ 반응은 활성화, 다시 말해 플라스마 또는 열 가열(thermal heating) 없이 발생할 수 있다.

이 출원에서, 금속의 붕소에 대한 에천트로서 XeF₂의 사용이 기재되어 있다. 학설에 속박되지 않기를 바람에도 불구하고, 붕소는 이하의 반응에 따라 에칭될 것으로 생각된다.

3 XeF₂(g) + 2 B(s) → 3 Xe(g) + 2 BF₃(g) (2)

비소, 인 및 게르마늄에 대한 에천트로서 XeF₂의 사용은 우리가 알고있는 바로는 보고된 것이 없다; 그러나, XeF₂는 또한 이하의 반응 (3)-(5)에 따라 이러한 물질에 대한 효과적인 에천트로 증명되기도 한다.

5 XeF₂(g) + 2 As(s) → 5 Xe(g) + 2 AsF₅(g) (3)

5 XeF₂(g) + 2 P(s) → 5 Xe(g) + 2 PF₅(g) (4)

2 XeF₂(g) + Ge(s) → 2 Xe(g) + GeF₄(g) (5)

실리콘/XeF₂ 반응과 유사하게, 여기 기재된 반응은 에너제틱 활성과 함께 또는 활성없이 발생하기도 한다.

중요하게, 여기에 개시된 방법 및 장치는 이온 주입기의 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 사용되고, 이러한 방법으로 하는 것으로 잔여물은 이온 주입기의 구성요소가 조립된 물질과 - 예를 들어, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴 등 - 관련하여 선택적으로 제거된다. 여기에 사용된 것과 같이, "적어도 부분적으로 제거"란 용어는 제거될 잔여물의 적어도 약 25wt%, 바람직하게는 적어도 약 50wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 75wt%, 및 가장 바람직하게는 적어도 약 90wt% 의 제거로서 정의된다. 잔여물 제거 및/또는 이온 주입기 구성요소 제거의 정도는 이 기술에서 함유하지만 제한되지 않는 잘 알려진 분석적인 기술 TRIR(temperature-programmed infrared spectroscopy), FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), EPM(electron paramagnetic spectroscopy), RGA(residual gas analysis), 질량 분광분석법(mass spectrometry) 및 이들의 조합체를 사용하여 결정되기도 한다.

제자리 세척을 위해 진공 챔버 및 빔라인으로 기체상의 반응성 할로겐 화합물(예를 들어, XeF₂를 함유하는 화합물)을 이송하기 위한 여러가지 새로운 방법은 정체 모드(stagnant mode), 계속 모드(continuous mode), 및 직접 도입 모드(direct introduction mode)를 포함하는 것으로 제안된다. XeF₂ 화합물과, XeF₆, XeF₄, SF₆, C₂F₆, IF₅ 또는 IF₇ 에 제한되지 않지만 함유하여 사용되기도 하는 다른 반응성 헬로겐 화합물에 대한 참조는 이후에 이루어진다. XeF₂ 또는 택일적인 반응성 할로겐 화합물은 XeF₂ 또는 택일적인 반응성 할로겐화물로 구성된 것을 본질적으로 구성하고 함유하기도 하는 것이 추가로 기재된다. 바람직하게, 기체상 반응성 할로겐 화합물은 산소종 및 별도로 나타나지 않는 한, 산소, 불소 및 브롬으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 추가적인 원소를 포함하는 질소-함유종이 결여되거나 실질적으로 없다. 택일적으로, 기체상의 반응성 할로겐 화합물은 수소 및/또는 일산화 탄소와 같은 환원종(reducing species)을 함유하기도 한다.

게다가, 여기에 기재된 장치는, 참고에 의해 전체가 여기에 편입된 Robert Kaim et al.의 "고전압 이온 소스로의 저압 도판트 가스의 이송"이란 명칭의 미국 특허 가출원 제60/712,648호에 기재된 것과 같이, 대지전위에서 도판트 가스가 이온소스 유닛으로 이송되는 것을 허용하는 향상된 저압 도판트 가스 공급 정렬을 포함하기도 하는 것으로 기재되어 있다.

정체 모드에서, 세척될 에천트 용기 및 챔버 사이에 배치된 밸브를 갖는 XeF₂ 화합물이 침전된 에천트 용기는 세척될 이온 주입기의 챔버에 상호소통적으로 부착된다. 세척동안, XeF₂ 증기가 미리-결정된 압력이 도달될 때까지, 세척될 챔버를 채우도록 허용되는 밸브는 수동으로 또는 원격으로 열어지기도 한다. 에천트 용기는 승화율 및/또는 승화압력을 증가시키기 위하여 적당히 가열되기도 한다.

더욱 바람직한 구현에서, 세척 장치는 에천트 용기와 진공 챔버 사이에 위치된 충분한 부피의 분리된 홀딩챔버(holding chamber)를 포함한다. XeF₂는 홀딩챔버로 먼저 흐르고, 미리 결정된 압력이 합계에 도달할때 까지 거기에 저장되기도 한다. 이러한 홀딩 챔버는 요구가 있는 즉시 즉각적인 가스 흐름을 허용하고 승화와 관련된 "대기 기간"을 단축하기에 알맞다. 홀딩챔버의 벽은 챔버의 내부표면에 XeF₂의 응축을 막는 반면, 더 높은 압력 저장을 허용하도록 가열되기도 한다. 홀딩챔버는 진공 챔버로의 XeF₂의 재생할 수 있는 이송을 달성하도록 질량 흐름 조절기와 같은 흐름-조절 장비를 추가로 포함하기도 한다.

일단 진공 챔버에서 원하는 압력이 도달되면, 진공 챔버는 봉합되고, XeF₂는 진공 챔버 및 거기에 포함된 구성요소로부터 적어도 부분적으로 잔여물을 제거하기에 충분한 시간동안 충분한 조건 하에서 반응하도록 허용된다. 진공 챔버는 그후 비워지고 세척공정은 필요에 따라 반복된다. 철수된 가스 혼합물은 추가적으로 화학적 및/또는 물리적 흡착베드(adsorption bed), 소각기(incinerators), 습식 세정기(wet scrubbers), 또는 이들의 조합체를 함유하는, 그러나 제한되지 않은 제거유닛으로 향하기도 한다.

내부 압력, 시간 및 반복세척의 횟수는 이 기술분야에서 통상적인 기술을 가진자에게 있어서 쉽게 결정되기도 한다. 잔여물 세척의 특징(nature) 및 범위(extent)는 원하는 잔여물 제거 결과를 초래하는 공정 조건을 확인하기 위하여 XeF₂의 화합물의 시간 및/또는 접촉조건(온도, 압력, 농도 및 부분적 압력과 같은)을 다양하게 하는 동안 경험적으로 측정되기도 한다. 예를 들어, 진공 챔버에서 XeF₂의 화합물의 압력은 약 0.3Torr ~ 약 4.0Torr, 바람직하게 약 0.3Torr ~ 약 0.7Torr이고, 약 2회 ~ 약 10회까지 반복되기도 하는 세척시간은 약 0.5분 내지 약 5분 범위의 기간 동안에 수행되거나, 약 1분 ~ 약 4분이기도 하다. 바람직하게, XeF₂의 압력은 약 0.35Torr이고 세척시간은 약 1분이다. 중요하게, 세척동안 진공 챔버에서 압력은 세척 반응이 진행됨에 따라 점차적으로 증가하는 압력 때문에 주의깊게 모니터되어야 하고, 반응이 그 경과를 진행할 때 안정상태에 달해야 한다.

잔여가스 분석기는 XeF₂ 및 다른 반응 부산물의 농도를 측정하도록 사용되기도 하며, 세척공정의 과정을 모니터링하는데 유용할 수 있다. 도 3에 개략적으로 나타난 바와 같이 잔여가스 분석기(RGA)는 진공 챔버에 부착되고 잔여물 제거 반응의 부산물을 모니터하도록 사용되기도 한다. RGA는 200amu 또는 300amu분석기, 가장 바람직하게 300amu 분석기이기도 하다.

바람직하게, XeF₂ 가스는 비록 여기에서 활성이 계획되었더라도, 에너제틱 활성없이 발생된다. 따라서, 효과적인 세척은 비록 세척이 상황에 따라 약 0℃ ~ 약 1000℃의 범위에 있는 온도에서 계획되었어도 실온에서 수행될 수 있다. 바람직하게, 정체모드에서, 온도는 약 0℃ ~ 약 50℃의 범위에 있다.

중요하게, 공정 파라메터(parameters)는 반응성 할로겐화 가스가 구조의 진공 챔버 및 빔라인 구성요소 물질과 본질적으로 반응하지 않는 것을 확실하게 하도록 선택된다. 여기 사용된 것과 같이, "본질적으로 반응하지 않는"은 전체 반응성 할로겐화 가스의 약 5%미만, 바람직하게는 약 2%미만, 가장 바람직하게는 약 1%미만이 진공 챔버의 구성요소 및 빔라인과 반응하는 것에 해당한다.

이온 소스 영역(10)을 세척하기 위한 정체모드의 보기는, 진공 챔버(100), 아크챔버(arc chamber)(16), 가속전극(accleration electrode)(14), 감속전극(deceleration electrode)(12), 캐소드(cathode)(18), 안티캐소드(anticathode)(20) 및 게이트 밸브(gate valve)(110)를 포함하는 도 1에 나타나 있다. XeF₂를 담고있는 에천트 용기(80)는 도시하는 바와 같은 전용 증기 공급라인(90)에 의해 상호소통적으로 아크 챔버(16)에 연결되기도 하거나 대신으로, 비록 도 1에 나타나지 않지만, 에천트 용기(80)는 진공 챔버(100){예를 들어, 진공 챔버(100)의 바깥에 위치된}에 상호소통적으로 연결된다. XeF₂ 가스를 아크챔버(16)로 도입하기 위하여, 밸브(84)는 수동 또는 자동으로 에천트 용기(80)로부터 아크챔버(16)로 흐르도록 XeF₂를 허용하기 위해 열어진다. 택일적으로, 비록 도 1에 나타나지 않지만, 도면부호 80과 같은 에천트 용기로부터 XeF₂는 전용 XeF₂ 흡입구 라인 대신 반응성 가스 흡입구 라인{예를 들어, 구성요소(22)}을 거쳐 아크챔버로 도입되기도 한다. XeF₂ 소스의 승화는, 히터 와이어(88), 공형의 가열 블랭킷, 재킷 또는 덮개, 전기 가열 테이프, 가열된 유체 및/또는 가스, 또는 오븐을 함유하는, 그러나 제한되지 않는, 가열기를 사용하여 에천트 용기(80)를 가열함에 의해 거들어지기도 한다. 게다가, 온도 측정 장비는 열전쌍(86)을 포함하여 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 전체 에천트 용기 하우징(82)은 물로 냉각되기도 한다. 비록 도 1에 도시되지 않았지만, 홀딩챔버(holding chamber)는 에천트 용기와 진공{예를 들어, 만일 에천트 용기(80)는 진공 챔버(100)의 바깥에 위치되면} 또는 아크챔버 사이에 위치되기도 한다. 세척될 챔버의 내부로부터 잔여물의 적어도 부분적인 제거 후에, 밸브(92)는 열리고, 가스들은 방출구 라인(94)을 거쳐 펌프(96)를 사용하여 방출된다. 정체모드의 다른 구현에서, 잔여물은 텅스텐 종이 결여된다.

계속모드에서, 세척 가스 화합물이 배치된 에천트 용기는 진공 챔버 또는 아크챔버에 상호소통적으로 직접적 또는 간접적으로 부착되고, 진공펌프는 세척 가스 및 반응물을 제거하여서 진공 챔버 또는 아크챔버를 통하여 계속적인 가스의 흐름이 있다. 비활성 캐리어 가스는 세척될 챔버로 XeF₂의 안정된 흐름을 이송하기 위하여 에천트 용기에서 XeF₂ 화합물 위로 계속적으로 흐르도록 정렬되기도 한다. 캐리어 가스의 유속, 에천트 용기의 온도 및 세척시간은 이 기술분야에서 통상의 기술을 가진자에게 쉽게 결정될 수 있는 실험적인 파라메터이다. 정체모드와 유사하게, 홀딩챔버는 에천트 용기와 세척될 챔버 사이에 위치되기도 한다.

에천트 용기가 아크챔버로 상호소통적으로 연결되는 계속모드의 보기는 도 1에 나타나 있다. XeF₂ 화합물을 담고있는 에천트 용기(40)는 밸브(42)를 거쳐서 아크챔버(16)에 전달적으로 연결된다. 택일적으로, XeF₂ 증기는 일반적인 목적의 가스 흡입구 라인(22)을 거쳐 다른 반응성 가스, 도판트 가스 또는 비활성가스와 함께 도입되기도 한다. 방출구 밸브(92), 펌프(96)및 방출구 라인(94)은 진공 챔버(100)로부터 가스를 제거하도록 위치되어서, 계속적인 흐름 모드를 달성한다. 비활성 가스 용기(44), 밸브(46), 밸브(42) 및 밸브(92)가 열릴 때, 펌프(96)는 작동하며, 비활성 가스 흐름은 에천트 용기(40)에서 XeF₂ 화합물 위로 계속적으로 흐르고, 혼합물은 아크챔버(16)로 도입된다. 가스는 방출구 라인(94)을 통해서 챔버 밖으로 배출된다. 여기에 계획된 비활성 가스는 아르곤, 질소, 크세논 및 헬륨을 포함하지만 제한되지 않는다. 추가적인 대안은, 정체모드와 관련하여 이전에 기재된 바와 같이, 가열기를 사용하여 에천트 용기(40)를 가열함으로써 승화 보조를 포함한다. 이것의 제거사용에서, 세척은 이온소스가 켜져 있거나(예를 들어, 플라스마는 아크챔버에서 발생된다) 꺼져 있는 동안 아크챔버를 통해 계속적으로 XeF₂ 혼합물(또는 순수 XeF₂)을 흐르게 함으로써 달성되기도 한다. 아크챔버에 또는 아크챔버의 상류에 직접적으로 배치를 위한 대안적인 플라스마-발생 소스 또한 본원 발명에서 심사숙고된다. 바람직하게, 이온소스는 계속모드 세척 공정동안 켜있다.

게다가, 도 1은 진공 챔버(100)로의 XeF₂ 화합물의 도입을 도시하고 있다. 이 구현예에서, 에천트 용기(60)로부터 XeF₂는 전용 흡입구 라인을 거쳐 진공 챔버(100)에 전달적으로 연결된다. 비활성 가스 용기(64), 밸브(66), 밸브(62) 및 밸브(92)가 열릴때, 펌프(96)는 작동하여, 비활성 가스는 에천트 용기(60)에서 XeF₂ 화합물 위로 계속적으로 흐르고, 혼합물은 전용 흡입구 라인을 거쳐 진공 챔버(100)로 도입된다.

계속모드의 또 다른 구현에서, 에천트 가스 및 도판트 가스는 계속적인 이온 주입 및 세척공정을 허용하는 아크챔버로 동시에 도입된다. 세척 가스의 양 및 공정조건은, 이 기술분야에서 기술을 가진 자에 의해 쉽게 결정되는 것과 같이 원하는 도판트 종이 타협되지 않는 것을 확실히 하기 위해 맞추어져야만 한다.

계속모드의 추가적인 구현에서, 세척은 도판트 가스(예를 들어, 이온 주입동안 BF₃ 또는 다른 도판트 가스)의 계속적인 흐름을 교체 및 중간 배출단계와 또는 중간 배출단계 없이, 세척 가스의 진공 챔버 또는 아크챔버로의 계속적인 흐름에 의해서 달성되기도 한다. 도판트 가스 및 세척 가스는, 이 분야에 기술을 가진 자에 의해 쉽게 결정되는 것과 같이 한번에서 다섯번 사이로 교체되기도 한다. 이러한 도판트 가스/세척 가스 교체 방법론은, 세척 스케줄이 처리 스케줄로부터 분리되고 삽입되어 빈번한 세척이 발생하기 때문에, 도판트 종 교체의 현재 산업 관례와 관련하여 유리하다.

직접 도입 모드에서, XeF₂화합물(예를 들어, 펠렛형태로)의 미리-측정된 양을 지닌 에천트 용기는 봉합된 진공 챔버(100)로 도입된다. XeF₂는 진공 챔버에서 완전히 승화되고, XeF₂는 이온소스영역 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 조건하에서 충분한 시간동안 반응하도록 허용된다. 에천트의 양과 세척을 위해 요구되는 시간은 이 분야의 기술을 가진 자에 의해 쉽게 결정된다. 기계적인 분배에 대한 방법은, 예를 들어, 에천트 용기, 이 분야의 기술을 가진 자에 의해 쉽게 설계된다. 세척될 챔버의 내부로부터 잔여물의 적어도 부분적인 제거 후에, 밸브(92)는 열리고, 가스들은 방출구 라인(94)을 거쳐 펌프(96)를 사용하여 배출된다. 직접 도입 세척은 필요에 따라 반복되기도 한다.

본 발명의 다른 구현에서, 반응성 할로겐화 가스는 예를 들어 삼불화질소(NF₃)증기를 포함한다. NF₃는 플라스마 에칭 -예를 들어, CVD 반응기(reactor)의 챔버 제자리 세척-에 대한 불소 소스로서 반도체 산업에 사용된다. 추가적인 적용은 폴리실리콘(polysilicon), 실리콘 질화물(silicon nitride), 텅스텐 규화물(tungsten silicide) 및 텅스텐 필름(tungsten films)의 에칭을 포함한다. 특히, NF₃는 플라스마에서 불소 래디칼 및/또는 불소이온, 제거될 잔여물과 이어서 반응하는 상기 반응성 할로겐화물 종과 같은 반응성 할로겐화물 종으로 분해된다. 예를 들어, 만일 잔여물이 붕소를 함유하면, 세척은 다음 반응에 따라 일어난다.

3 F₂(g) + 2 B(s) → 2 BF₃(g) (5)

제자리 세척을 위하여 NF₃화합물을 이온 소스 영역으로 이송하기 위하여 직접 분해적인 플라스마 배열을 함유하는 여러가지 새로운 방법이 제안되었다.

직접 분해적인 플라스마 배열에서, NF₃ 소스(222)는 아크챔버(210)에 그들 사이에 위치된 밸브(220)와 함께 전달적으로 연결된다(도 2 참조). 도 2에 나타난 바와 같이, NF₃ 와 다른 이온 소스 도판트 물질의 도입을 동시에 허용하며 NF₃ 소스는 반응성 가스(예를 들어, BF₃)_, 흡입구 튜브(218)와 전달적으로 연결된다. 그러나, 아크 챔버로의 NF₃ 도입의 다른 수단은, 예를 들어, 전용 NF₃ 흡입구 라인을 거쳐, 계획되었다. 세척동안, NF₃ 는 아크챔버(210)로 도입되고, 불소이온은 존재하는 플라스마 장비{예를 들어, 필라멘트(212), 캐소드(214) 및 안티캐소드(216)} 또는 아크챔버(210) 사이에 정렬된 어떤 추가적인 전자를 이용하여 발생된다. 비활성, 희석가스는 매우 반응적인 불소이온을 희석하기 위하여 아크챔버로 바람직하게 추가된다. 아크챔버로 NF₃ 유속, 희석가스의 양, 챔버압력 및 세척에 필요한 시간과 같은 파라메타들은 이 분야의 기술을 지닌 자에 의해 쉽게 결정된다. 다른 압력 및 유속은 연속하여 다른 플라스마 모양에 영향을 미치고, 그 결과 다른 농도 프로파일(profile)에 사용되는 복합 압력 및 유속 역시 계획된다. 다른 프로파일은 아크챔버의 다른 영역을, 예들들어, 외부 코너(outer corners) 등, 세척하기 위하여 유용하기도 하다. 챔버의 내부로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거한 다음, 가스는 방출구 라인을 거쳐서 비워지고 선택적으로 감소된다.

NF₃에 더하여, 직접 분해적인 플라스마 도입모드를 사용하여 도입을 위하여 계획된 추가적인 세척 가스는 XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆ 및 C₂F₆를 함유한다.

본 발명의 다른 구현에서, 예를 들어 Advanced Technology Materials VAC 실린더(Danbury, Connecticut, USA)로부터 운반된 것으로서, 반응성 할로겐화 가스는 불소이다. 불소는 극도의 부식성 가스이고, 열 또는 전기활성과 함께 또는 없이 사용될 수 있다. 활성없이, 불소가스는 가스가 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간동안 충분한 조건하에서 자발적으로 반응하도록 허용되는 진공 챔버로 직접적으로 수용된다. 만일 추가적인 활성이 요구되면, 구성요소는 가열되거나 상승된 온도에 남겨지고, 가스는 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간동안 반응하도록 허용된다. 택일적으로, 플라스마는 불소활성을 추가적으로 유도하기 위하여 전술한 바와 같은 아크챔버 사이에 발생되기도 한다.

여기에 기재된 구현예는 직접적으로 새롭게 제조된 이온 주입 툴에 직접적으로 추가되거나 대안으로, 이미 이용중인 주입기는 여기 기재된 세척 시스템으로 용이하게 개장(retro fit)되기도 한다.

추가적인 구현예에서, 에천트 가스는 주입종(implanting species) 예를 들어, 삼불화 붕소에 혼합되어서, 중단 시간의 최소화 및 추가적인 비싼 이송 시스템의 제거의 견지에서 비용 효과적인 에칭 및 주입이 동시에 일어나기도 한다. 따라서, 본 발명의 다른 구현은, 바람직하게 주입종과 에천트 가스의 혼합을 사용하여 진공 챔버 및/또는 빔라인을 동시에 에칭 또는 세척하는 동안 임플란트 종을 주입하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 장점은 이온 주입 시스템의 진공 챔버 및 빔라인에서 원하지 않는 잔여물의 선택적인 세척, 플라스마-유도된 래디칼 사용 없이 잔여물을 세척할 능력으로 진공 챔버 및 빔라인의 구성요소에 대한 피해를 최소화, 실온에서 효과적인 세척을 함유하지만 제한되지 않는다. 여기에 도입된 방법을 사용하여 진공 챔버 및 빔라인으로부터 잔여물 제거는 소스 결함(source glitching) 및 추출 방전(extraction arcing)을 감소시켜 이온 주입기의 좀 더 안정적인 작동에 기여한다. 덧붙여, 예방적인 유지비용 및 시간에서 수반하는 감소와 함께 이온 소스 수명 및 MTBF는 증가된다.

진공 챔버 및 빔라인의 제자리 세척은 주당 약 1~2회 시행되어야 함에도 불구하고, 세척 횟수는 이온 주입기가 얼마나 자주 사용되었느냐에 따라 횟수가 더 많아지거나 적어지기도 한다. 통상적으로, 총 세척 조작의 길이는 약 1시간이지만, 세척시간은 길어지거나 짧아지기도 한다.

여기 기재된 세척 조작의 어떤 것을 실행하기 위해, 이온 소스는 남겨지거나 꺼지고(앞의 공정에 기재된 바에 따라), 소스 격리 밸브(source isolation valve)는 닫히거나(정체 또는 계속공정을 위해) 에천트 가스(또는 직접 도입 모드에서 에천트 용기)의 도입에 앞서 열린다(계속공정을 위해). 잔여물 제거에 이어서, 표준 이온 주입기 조작은 재개되기도 한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 증기 상(vapor phase)을 이용한 이온 소스 영역의 구성요소의 오프-라인(현장 밖)세척이 기재되어 있다. 이 구현예에서, 정밀한 이온 주입기의 어떠한 부분으로부터 구성요소(예를 들어, 흑연-함유 구성요소)는 오프-라인에서 세척되기도 하여 거친 연마재 또는 액체와 같은 전통적인 오프-라인 세척제에 노출을 제거한다. 연마재는 정밀한 구성요소에 손상을 입힐 수 있고, 세척동안 정밀한 구성요소의 구멍에 들어가는 액체는 진공 챔버의 펌프다운(pump down)동안 구멍의 밖으로 펌프되어야만 하기 때문에 증기상 물질을 사용한 오프-라인 세척은 이 기술분야에서 진보이다.

이 구현예에서, 이온 소스 또는 어떠한 다른 전원 공급장치는 꺼지고, 관련 격리 밸브는 잠기며, 이온소스 또는 다른 진공챔버는 대기압력으로 샐 구멍을 만든다. 바람직하게, 이온소스 영역은 이온소스 영역으로부터 세척될 구성요소의 이탈전에 실온까지 냉각하도록 허용된다. 구성요소는 주입기로부터 제거되고, 간단한 펌핑 시스템 및 밸브와 함께 분리된 오프-라인 진공챔버에 위치한다. 택일적으로, 구성요소는 상기 현장 밖의 세척을 위하여 변경된 초임계 유체 용기와 같은 어떤 다른 고압 용기에 위치되기도 한다. 에천트가스, 예를 들어 XeF₂는 구성요소로부터 잔여물을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 시간동안, 충분한 조건하에서 여기 개시된 바에 따라 오프-라인 진공챔버로 도입된다. 각각의 세척 상 이후, 독성 부산물은 독성 증기의 적절한 폐기를 위하여, 이전에 기재하였듯이 선택적으로 제거유닛으로 펌프되어진다. 바람직하게, 오프-라인 진공챔버는 수많은 이온 주입기, 예를 들어, 팹(fab)에서 약 10-12 이상을 제공하는 것이 가능한 독립형 유닛이다.

또 다른 구현에서, 본 발명은 크라이오 펌프의 제자리 세척에 관한 것이다.

여기 기재된, "누적공정 유출물(accumulated process effluents)"은 퍼지가스로서 질소를 사용한 통상적인 저온 퍼지 공정 동안 제거할 수 없는 종에 상응한다. 예를 들어, 누적공정 유출물은 크라이오 펌프가 대기온도로 가열되는 동안 화학적 변화를 일으키는 종이 되기도 한다. 대신에, 누적공정 유출물은 크라이오 펌프의 금속 부분에 접착된 종에 상응하기도 한다.

질소는, 크라이오 펌프의 온도가 10-14K에서 대기온도로 높아지고, 이전에 크라이오 흡착된(cryosorbed) 종이 퍼지가스 내에서 배기장치로 운반되는, 크라이오 펌프 퍼징 공정 중에 선택되는 통상의 가스이다. 본 발명에서, 질소 퍼지가스의 일 부분은 크라이오 펌프에서 누적공정 유출물 축적을 제거하거나 억제하는 반응성 가스에 의해 대체되기도 한다. 여기 계획된 반응성 가스는 산소, 오존, 산화질소, 산소 라디칼을 발생하는 다른 종, 및 이들의 조합체를 포함하지만 제한되지 않는다.

퍼지가스는 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 공정을 사용하여 크라이오 펌프로 이송되기도 한다.

(ⅰ) 100%("본질적으로 순수") 질소를 x분 동안, 이후 100%("본질적으로 순수") 반응성 가스를 y분 동안 n회 반복되는데, 여기서, n은 1~10 사이의 어떤 정수이기도 하고, [n×(x+y)]는 이 퍼징공정의 누적길이와 동일함;

(ⅱ) 질소의 백분률은 감소하고 반응성 가스의 백분률은 계속적으로 증가하거나 이 싸이클 퍼지(cycle purge)의 시간 제로에서 마지막까지 임시적인 단계로 (규모에서 동일 또는 비-동일) 일시적으로 증가하며, 시간 제로에서 100%("본질적으로 순수") 질소 및 이 퍼징공정 마지막에 100%("본질적으로 순수") 반응성 가스;

(ⅲ) 질소의 백분률은 감소하고, 반응성 가스의 백분율은 계속적으로 증가하거나 이 싸이클 퍼지의 시간 제로에서 마지막까지 임시적인 단계로 (규모에서 동일 또는 비동일) 일시적으로 증가하며, 시간 제로에서 100%("본질적으로 순수") 질소 및 이 싸이클 퍼징 공정의 마지막에 100% 미만의 반응성 가스;

(ⅳ) 계속적으로 전체 퍼징 공정에서 (100-z)% 질소 및 z% 반응성 가스; 및

(ⅴ) 변화 및 이들의 조합체.

바람직하게 "x"는 약 10분 ~ 약 120분까지의 범위에 있고, 바람직하게 약 10분 ~ 약 20분까지의 범위에 있고, 바람직하게 "y"는 약 10분 ~ 약 120분까지의 범위에 있고, 바람직하게 약 10분 ~ 약 20분까지의 범위에 있고, "z"는 약 0.01% ~ 약 99.99%의 범위에 있다.

여기 정의된 바와 같이, "본질적으로 순수한"은 5 체적% 미만, 바람직하게 2 체적% 미만, 더 바람직하게 1 체적% 미만, 가장 바람직하게 0.5 체적% 미만의 오염종(contaminating species)을 함유하는 가스에 해당한다. 오염종은 반응성 뿐만 아니라 무-반응성 가스종을 함유하기도 하는 것은 이 기술분야에 기술을 지닌 자에 의하여 이해될 것이다.

이전의 퍼지가스(들) 이송옵션((ⅰ)-(ⅳ))은 대기온도의 이후의 달성 (이전의 퍼지 가스 이송옵션의 하나 또는 그 이상의 적용 후 100% 질소("본질적으로 순수")를 사용하여 크라이오 펌프 온도가 상승된다.) 또는 그 둘의 조합체로 크라이오 펌프의 대기온도로 웜-업(warm-up)동안 적용되기도 한다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해 시간 제로는 펌프가 더 이상 극저온으로 냉각되는 시점 또는 펌프가 대기온도를 달성할 때의 시점 또는 누적공정 유출물이 가장 효과적으로 제거될 수 있는 어떤 다른 시점에 상응하고, 이는 원하는 제자리 세척에 대하여 이 기술분야에서 기술을 가진자에 의해 쉽게 결정된다.

중요하게, 질소 퍼지 가스의 적어도 한 부분에 대한 반응성 퍼지 가스의 대체물은, 크라이오 펌프 유지의 횟수를 감소 또는 제거하는 장점 및 부수적으로 툴 중단시간 및 소유비용을 감소시키는 크라이오 펌프에서 누적공정 유출물의 축적을 감소할 것이다. 게다가, 크라이오 펌프의 콜드헤드(cold head)에서 산성도 레벨은 반응성 가스(들)의 사용의 결과로 감소되기도 한다.

본 발명의 특징 및 장점은 이하 기재된 예시적 실시예에 의하여 좀 더 충분하게 설명될 것이다.

( 실시예 )

테스트 샘플은 알루미늄, 붕소, 텅스텐 및 실리콘의 전자 빔 침전(electron beam deposition)을 사용하여 유리 현미경 슬라이드(glass microscope slides) 상에 준비하였다. 알루미늄은 유리 슬라이드 상에 바닥층 경계로서 사용하였다. 다른 샘플은 안 씌워져서 산화되도록 두어지는 반면, 몇몇 샘플은 보호하는 실리콘 층으로 씌웠다. 테스트 샘플은 현장 밖의 XeF₂ 반응기에 연속하여 위치시키고, 실온에서 300-400m Torr의 압력에서 16 1-분 펄스-에칭 싸이클 동안 에칭된다.

도 4는 침전된 알루미늄의 500nm와 붕소의 500nm의 기반층을 갖는 유리 슬라이드로부터, RGA에 의해 측정된, 붕소의 제거를 도시한 것이다. 실리콘 캡핑층이 없어서, 붕소는 에칭에 앞서 산소층을 잠재적으로 형성할 수 있다. XeF₂ 에칭공정은 붕소제거가 감소하거나 완전히 중지됨을 나타내며, 반응 안 된 XeF₂ 증가를 수반하며 함께 약 4 주기(cylce)에서 붕소의 대부분이 제거된다. 중요하게, 도 4는 비록 에칭전에 산소층이 형성되었다 하더라도, 붕소층이 여기 개시된 XeF₂ 시스템 및 방법을 사용하여 쉽게 제거되는 것을 보여준다.

도 5는 침전된 알루미늄의 500nm와 텅스텐의 150nm의 기반층을 갖는 유리 슬라이드로부터 RGA에 의해 측정된 텅스텐의 제거를 도시한다. 실리콘 캡핑층이 없어서, 텅스텐은 에칭에 앞서 산소층을 잠재적으로 형성할 수 있다. RGA에 의해 텅스텐 화합물이 관측되지 않았지만, 텅스텐 제거가 발생하지 않았음을 나타내는 XeF₂의 존재는 현저하였다. 중요하게 도 4 및 5는 이온 주입기의 구조의 물질(예를 들어, 텅스텐 및 알루미늄)과 본질적으로 반응하지 않는 반면, 이온 주입 잔여물(예를 들어, 붕소)을 선택적으로 제거하는 여기 개시된 시스템 및 방법을 보여준다.

본 발명을 다양한 특정 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니고, 당업자가 알고 있는 바와 같은 다양한 다른 변형예 및 실시예로 확장 및 포함된다. 따라서, 본 발명은 첨부 특허청구범위에 따라 넓게 해석되도록 의도된다.

10 : 이온 소스 영역 12 : 감속전극
14 : 가속전극 16 : 아크챔버
18 : 캐소드 20 : 안티캐소드
80 : 에천트 용기 84 : 밸브
100 : 진공 챔버 110 : 게이트 밸브

Claims (18)

1. 이온 주입 시스템에 있어서,
   저압 도판트 가스 공급원 및 에천트 물질 소스를 포함하며,
   상기 저압 도판트 가스 공급원은 대지전위 상태에 있는
   이온 주입 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 에천트 물질 소스는, XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆, C₂F₆, NF₃ 및 F₂로 구성된 그룹으로부터 선택되는
   이온 주입 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 에천트 물질 소스는 XeF₂인
   이온 주입 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 저압 도판트 가스 공급원은, BF₃, B₁₀H₁₄, B₁₂H₂₂, PH₃, AsH₃, PF₅, AsF₅, H₂Se, N₂, Ar, GeF₄, SiF₄, O₂, H₂ 및 GeH₄로 구성된 그룹으로부터 선택되는
   이온 주입 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 저압 도판트 가스 공급원은, BF₃, PH₃, AsH₃, PF₅ 및 GeF₄로 구성된 그룹으로부터 선택되는
   이온 주입 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   비활성 가스 소스로부터 비활성 가스를 더 포함하는
   이온 주입 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 비활성 가스는, 아르곤, 질소, 크세논 및 헬륨으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
   이온 주입 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 에천트 물질은 상기 이온 주입 시스템의 세척을 위해 조정되는
   이온 주입 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 에천트 물질은, XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆, C₂F₆, NF₃ 및 F₂로 구성된 그룹으로부터 선택되는
   이온 주입 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 에천트 물질은 XeF₂인
    이온 주입 시스템.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 에천트 물질은, 정체 모드, 계속 모드 및 직접 도입 모드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 공정을 이용하는 상기 이온 주입 시스템의 세척을 위해 조정되는
    이온 주입 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에천트 물질은, XeF₂, XeF₆, XeF₄, IF₅, IF₇, SF₆ 및 C₂F로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    이온 주입 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정은 정체 모드 공정인
    이온 주입 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 에천트 물질은 XeF₂이고, XeF₂가 배치된 에천트 용기는 상기 이온 주입 시스템의 진공챔버에 상호소통적으로 부착되는
    이온 주입 시스템.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정은 계속 모드 공정인
    이온 주입 시스템.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 에천트 물질은 XeF₂이고, XeF₂가 배치된 에천트 용기는 상기 이온 주입 시스템의 진공챔버 또는 아크챔버에 직접적 또는 간접적으로 상호소통적으로 부착되고, 진공펌프는 상기 에천트 용기로부터 XeF₂을 제거하여서 상기 진공챔버 또는 아크챔버를 통하여 계속적인 XeF₂의 흐름이 있도록 배치되는
    이온 주입 시스템.
17. 제 11 항에 있어서,
    상기 공정은 직접 도입 모드 공정인
    이온 주입 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 에천트 물질 소스는 XeF₂이고, XeF₂의 미리-측정된 양을 지닌 에천트 용기는 상기 이온 주입 시스템의 봉합된 진공챔버로 도입되는
    이온 주입 시스템.

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