KR20140138962A

KR20140138962A - 플래튼 클램핑 표면 모니터링

Info

Publication number: KR20140138962A
Application number: KR1020147028949A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 이 슈로넨; 줄리앙 블레이크; 커트 덱커-룩크; 제임스 캐롤; 클라우스 페트리
Original assignee: 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-12-04
Also published as: CN104335320B; KR102013334B1; US20130248738A1; US8592786B2; TW201349278A; TWI469178B; JP2015518628A; JP6329525B2; CN104335320A

Abstract

이온 주입기는 이온들로의 처리를 위해 웨이퍼를 지지하도록 구성된 클램핑 표면을 갖는 플래튼을 포함하며, 플래튼은 또한 클램핑 표면 아래의 적어도 한쌍의 전극들, 적어도 한쌍의 전극들에 AC 신호를 제공하고 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 제공하도록 구성된 클램핑 전원 공급장치, 및 제어기를 갖는다. 제어기는 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 클램핑 전원 공급장치로부터 센싱된 신호를 수신하도록 구성된다. 제어기는 센싱된 신호를 모니터링하고, 센싱된 신호가 미리 결정된 증착물(deposit) 임계를 초과하는 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하도록 더 구성된다.

Description

플래튼 클램핑 표면 모니터링{PLATEN CLAMPING SURFACE MONITORING}

관련 출원들의 상호 참조

본 출원은 본 명세서에 참조로써 포함된 2012년 3월 23일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/614,564호에 대한 이익을 주장한다.

기술분야

본 발명은 플래튼들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 플래튼 클램핑 표면 모니터링에 관한 것이다.

이온 주입은 전도성-변경 불순물들을 반도체 웨이퍼들 내로 도입하기 위한 표준 기술이다. 이온 주입은 빔라인 이온 주입기 또는 플라즈마 도핑 주입기에 의해 수행될 수 있다. 빔라인 이온 주입기에 있어, 도펀트 가스가 이온 소스에서 이온화될 수 있으며, 이온들이 이온 소스로부터 추출되고 희망되는 에너지의 빔을 형성하기 위해 가속될 수 있다. 이온 빔이 그 후 플래튼에 의해 지지되는 웨이퍼의 전면 표면으로 보내질 수 있다. 웨이퍼는 반도체 기판일 수 있으며, 이온 빔 내의 활성 이온들이 그 이후의 어닐링 단계 후 희망되는 전도성의 영역을 형성하기 위해 반도체 웨이퍼의 결정 격자 내에 내장될 수 있다. 플라즈마 도핑 주입기는 플래튼에 의해 지지되는 웨이퍼를 플라즈마 챔버 내에 배치한다. 플라즈마가 플라즈마 챔버 내에서 생성될 수 있으며, 플라즈마로부터의 이온들이, 예를 들어, 웨이퍼 및/또는 플라즈마 챔버를 바이어싱함으로써 웨이퍼를 향해 가속된다.

대부분의 플래튼들은 웨이퍼를 플래튼의 클램핑 표면에 클램핑하기 위해 정전기력들을 사용하는 정전 척(electrostatic chuck)들이다. 플래튼의 클램핑 표면이 이온 빔 부산물들의 증착물(deposit)들에 기인하여, 예를 들어, 일 예에 있어 이온 빔이 연장된 기간들 동안 도우즈(dose) 패러데이 컵들과 충돌할 때 클램핑 표면 상에 축적되는 비소 증착에 기인하여, 시간이 경과함에 따라 더러워질 수 있다.

플래튼의 클램핑 표면 상의 증착물들이 특히 핫(hot) 이온 주입들 또는 핫 주입들에서 문제가 된다. 집적 회로 제조사들이 그들의 차세대 디바이스 개발, 예를 들어, 핀 필드 효과 트랜지스터들(FinFET들)에 대해 핫 주입들로 실험하고 있다. 핫 주입들은 전형적으로 150℃보다 더 높은 온도들에서 일어난다. 일부 핫 주입들은 300℃보다 더 높은 온도들에서 일어나며, 다른 핫 주입들은 300℃ 내지 750℃ 사이에서 일어난다. 이온 빔 부산물들로부터의 전형적인 증착물들에 더하여, 일부 증착물들이 핫 클램핑 표면으로 더 많이 끌어당겨 진다. 이에 더하여, 열적으로 활성화되는 반응들이 핫 주입 프로세스들 동안 추가 증착물들을 생성하기 위해 플래튼의 핫 클램핑 표면 상에서 일어날 수 있다. 탄소, 불소, 텅스텐, 및 수소와 같은 미량의 재료들이 이온 주입기 내에 존재할 수 있다. 이러한 재료들이 플래튼의 클램핑 표면 상에 추가적인 원치않는 증착물들을 생성하도록 열적으로 활성화되는 반응들에 기여할 수 있다. 이의 일 예는 가스 전구체들로부터의 내화 금속의 분해이다. 다른 예는 메탄의 반응물로부터의 탄소의 분해이다.

플래튼의 클램핑 표면 상의 증착물들의 축적이 플래튼에 의해 제공되는 클램핑 힘에 부정적인 영향을 미친다. 증착물들은 웨이퍼를 홀딩하는 정전기 필드들을 션트(shunt)할 수 있다. 청소되지 않는 경우, 증착물들의 축적이 의도치 않은 웨이퍼 드롭(drop) 및 웨이퍼 파괴를 초래하는 과도 레벨에 이를 수 있다. 저에너지 이온들이 플래튼의 클램핑 표면으로 보내지는 스퍼터 클린 프로세스(sputter clean process)가 클램핑 표면을 효율적으로 청소하는데 사용될 수 있다. 그러나, 클램핑 표면 상의 증착물의 축적의 양과 위치가 다수의 변수들에 의존하기 때문에, 스퍼터 클린 프로세스가 필요한 때를 예측하는 것이 힘들다. 이는 스퍼터 클리닝을 위해 이온 프로세싱의 과도한 중단들을 초래할 수 있다. 이는 스루풋 성능 또는 주어진 시간 구간에 걸쳐 프로세싱될 수 있는 웨이퍼들의 수를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 총 생산 비용에 부정적인 영향을 준다. 그렇지 않고, 충분한 빈도로 청소되지 않는 경우, 웨이퍼 드롭 및 파괴의 위험이 존재하다. 이에 더하여, 이온 주입기가 웨이퍼들을 프로세싱하는 현장에서 증착물들의 양을 모니터링하는 것이 어렵다.

따라서, 당업계에서 과도 증착물 축적의 표시를 위한 플래튼 표면 모니터링에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이온 주입기가 제공된다. 이온 주입기는, 이온들로의 처리를 위해 웨이퍼를 지지하도록 구성된 클램핑 표면을 갖는 플래튼을 포함하고, 플래튼은 또한 클램핑 표면 아래의 적어도 한쌍의 전극들, AC 신호를 적어도 한쌍의 전극들에 제공하고 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 제공하도록 구성된 클램핑 전원 공급장치, 및 제어기를 갖는다. 제어기는 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 클램핑 전원 공급장치로부터 센싱된 신호를 수신하도록 구성된다. 제어기는 센싱된 신호를 모니터링하고, 센싱된 신호가 미리 결정된 증착물(deposit) 임계를 초과하는 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하도록 더 구성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 이온 주입기의 동작 방법은: AC 신호를 클램핑 표면을 갖는 플래튼의 적어도 한쌍의 전극들에 제공하는 단계; 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 모니터링하는 단계; 및 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 센싱된 신호가 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 더 양호한 이해를 위해, 본 명세서에 참조로써 포함된 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 부합하는 이온 주입기의 개략적인 도면.
도 2a는 웨이퍼가 없는 플래튼의 깨끗한 클램핑 표면의 확대된 부분 단면도.
도 2b는 웨이퍼가 존재하는 도 2a의 플래튼의 깨끗한 클램핑 표면의 확대된 부분 단면도.
도 2c는 웨이퍼가 없는 도 2a의 플래튼의 더러운 클램핑 표면의 확대된 부분 단면도.
도 3은 시간 대 도 1의 클램핑 전원 공급장치에 의해 제공되는 AC 신호의 전류의 플롯(plot)이다.
도 4는 스퍼터 클린 프로세스를 위한 입사각으로 배향된 도 1의 이온 주입기의 부분들의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 이온 주입기(100)의 블록도가 예시된다. 이온 주입기(100)는 이온 소스(102), 엔드 스테이션(end station)(105), 및 제어기(120)를 포함한다. 엔드 스테이션(105)은 플래튼(platen)(112), 클램핑(clamping) 전원 공급장치(172), 로봇(132), 틸트(tilt) 메커니즘(118), 및 히터(106)를 포함할 수 있다. 이온 소스(102)는 이온 빔(104)을 생성하도록 구성된다. 이온 주입기(100)는, 이온 빔이 플래튼(112)에 의해 지지되는 웨이퍼(110)의 전면 표면을 향해 보내질 때 이온 빔(104)을 조작하기 위한 당업자들에게 공지된 다른 빔라인(beamline) 컴포넌트들을 이온 소스(102)와 플래튼(112) 사이에 포함할 수 있다. 예시의 용이성을 위하여, 웨이퍼(110)가 플래튼(112)의 클램핑 표면(114)으로부터 약간 떨어져서 환영으로 도시된다. 당업자들은 동작 동안, 웨이퍼(110)가 클램핑 표면(114)과 밀접하게 접촉하고 있다는 것을 인식할 것이다. 웨이퍼(110)는 300 밀리미터(mm)의 직경 또는 다른 직경 크기들을 갖는 디스크 형상을 갖는 반도체 웨이퍼일 수 있다. 플래튼(112)의 클램핑 표면(114)이 웨이퍼(110)를 지지하기 위하여 유사한 디스크 형상을 가질 수 있다.

이온 빔(104)은 당업계에 공지된 바와 같이 리본 빔 또는 스팟 빔일 수 있다. 이온 빔(104)이 이온 빔 움직임, 웨이퍼 움직임, 또는 이 둘의 조합에 의해 웨이퍼(110)의 전체 전면 표면을 가로질러 분포될 수 있다. 일 실시예에 있어, 이온 빔(104)은 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 리본 빔일 수 있다. 리본 빔의 긴 치수는 짧은 치수보다 적어도 3배 클 수 있다. 웨이퍼는 웨이퍼(110)의 전체 전면 표면에 걸쳐 리본 빔을 분포시키기 위해 리본 빔의 긴 치수에 수직인 방향으로 기계적으로 움직여질 수 있다.

엔드 스테이션(105)은 플래튼(112)을 포함한다. 플래튼(112)은 클램핑 표면(114)을 형성하는 상단 유전체 층(168)을 갖는 정전 척(electrostatic chuck)이다. 플래튼(112)은 또한 클램핑 표면(114) 아래에 적어도 한 쌍의 전극들(160, 162)을 갖는다. 일부 실시예들에 있어, 플래튼은 3쌍의 전극들 또는 총 6개의 전극들을 포함한다. 클램핑 전원 공급장치(172)는 웨이퍼(110)를 플래튼(112)의 클램핑 표면(114)에 고정하기 위한 정전기력들을 생성하기 위하여 교류(AC) 신호를 전극들(160, 162)에 제공하도록 구성된다. AC 신호는 순환하는 구간들에서 방향을 바꾸는 전류이다. AC 신호들의 예들은 구형파 신호, 사인파 신호, 또는 의사-구형파 신호를 포함한다. 바람직하게, 클램핑 전원 공급장치(172)는 또한 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 제공하도록 구성된 회로부(171)를 포함한다.

엔드 스테이션(105)이 또한 플래튼(112)으로 웨이퍼들을 도입하고 그리고 이로부터 웨이퍼들을 제거하기 위한 자동화 웨이퍼 처리 장비를 포함할 수 있다. 자동화 웨이퍼 처리 장비는 플래튼(112)으로의 그리고 이로부터의 웨이퍼들의 움직임을 가능하게 하는 로봇(132)을 포함할 수 있다. 자동화 웨이퍼 처리 장비는 또한 대기 조건들(atmospheric conditions)로부터 로드 락(load lock)을 통해 플래튼(112)으로의 그리고 이온 처리 후 로드 락을 벗어나 다시 대기 조건들로의 웨이퍼들의 움직임을 가능하게 하기 위해 필요한 추가 로봇들을 포함할 수 있다.

틸트 메커니즘(118)은 이온 빔(104)에 대하여 플래튼(112)을 틸팅하도록 구성된다. 일 실시예에 있어, 틸트 메커니즘(118)은 2개의 직교 축들에 대하여 플래튼(118)을 틸팅할 수 있다. 회전 플래튼 또는 로플랫(roplat)이 이러한 성능들을 구비할 수 있다.

엔드 스테이션(105)은 또한 핫 주입(hot implant)을 위해 웨이퍼(110)를 가열하도록 구성된 히터(106)를 포함할 수 있다. 히터(106)는 플래튼(112) 외부에 있을 수 있으며, 웨이퍼(110)가 히터에 인접하여 위치될 때 플래튼 상에 위치된 웨이퍼(110)에 직접적으로 열을 제공할 수 있다. 예를 들어, 히터(106)는 핫 주입들을 위해 웨이퍼에 열을 제공하기 위한 하나 이상의 램프들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 히터(106)가 플래튼(112) 내에, 예를 들어, 가열 엘러먼트 또는 히트 트레이스(trace)로서 위치될 수 있다. 플래튼(112) 내부 또는 외부인지(또는 둘 모두가 사용되는지) 여부와 무관하게, 히터(106)는 150℃보다 더 높은 온도들에서의 핫 주입들을 가능하게 하도록 구성된다. 히터(106)는 또한 300℃ 내지 750℃ 사이를 포함하는 300℃보다 더 높은 웨이퍼 온도들에서의 핫 주입들을 가능하게 하도록 구성된다.

제어기(120)는 희망되는 입력/출력 기능들을 수행하도록 프로그래밍될 수 있는 범용 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터들의 네트워크이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 제어기(120)는 또한 응용 특정 집적 회로들, 다른 하드와이어드(hardwired) 또는 프로그램가능 전자 디바이스들, 이산 엘러먼트 회로들, 등과 같은 다른 전자 회로부 또는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 제어기(120)는 또한 통신 디바이스들, 데이터 저장 디바이스들, 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(120)는 클램핑 전원 공급장치(172), 로봇(132), 틸트 메커니즘(118), 히터(106), 및 이온 소스(102)와 같은 다양한 시스템들 및 컴포넌트들로부터 신호들을 수신할 수 있으며, 이들을 제어하기 위하여 각각으로 출력 신호들을 제공할 수 있다.

동작시, 복수의 웨이퍼들이 이온 빔(104)으로의 처리를 위하여 플래튼(112)으로 그리고 플래튼으로부터 순환될 수 있다. 이온 빔(104)으로 처리되는 연속적인 웨이퍼들 사이의 시간 기간들에서, 어떠한 웨이퍼도 플래튼(112)에 클램핑되지 않는다. 시간이 경과함에 따라, 증착물들(150)이 플래튼(112)의 클램핑 표면(114) 상에 축적될 수 있다. 도 1에서 단지 예시의 명료성을 위하여 증착물들(150)이 과장된 크기 및 형상으로 도시된다. 증착물들(150)이 균일하게 또는 더 일반적으로는 비-균일하게 클램핑 표면(114) 상에 축적될 수 있다. 이러한 증착물들(150)은 이온 빔 부산물들, 예를 들어, 일 예에 있어 비소 증착에 의해 야기될 수 있다. 증착물들(150)의 양 및 이들이 축적되는 레이트(rate)는 핫 주입 프로세스들을 구동할 때 가중될 수 있으며, 이는 일부 증착물들이 핫 클램핑 표면으로 더 끌어 당겨지기 때문이다. 이에 더하여, 열적으로 활성화되는 반응들이 추가 증착물들을 생성하기 위하여 핫 클램핑 표면 상에서 일어날 수 있다. 탄소, 불소, 텅스텐, 및 수소와 같은 미량의 재료들이 이온 주입기(100) 내에 존재할 수 있다. 이러한 재료들이 플래튼(112)의 클램핑 표면(114) 상의 추가의 원치않는 증착물들을 생성하도록 열적으로 활성화되는 반응들에 기여할 수 있다.

바람직하게, 회로부(171)를 통한 클램핑 전원 공급장치(172)는 한쌍의 전극들(160, 162)에 제공되는 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 제어기(120)에 제공하도록 구성된다. 제어기(120)는 클램핑 전원 공급장치(172)로부터 센싱된 신호를 수신하고, 센싱된 신호가 미리 결정된 임계를 초과하는 클램핑 표면(114) 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하도록 구성된다.

도 2a를 참조하면, 인지할 수 있을 만한 증착물들이 없는 깨끗한 클램핑 표면을 가지며 웨이퍼가 없는 도 1의 플래튼(112)에 부합하는 플래튼(212)의 클램핑 표면(214)의 확대된 부분 단면도가 예시된다. 이러한 도면은 약 5 내지 7 마이크로미터의 높이를 가질 수 있는 3개의 돌출부들(202, 204, 406) 또는 메사(mesa)들을 또한 도시한다. 이러한 돌출부들이 없는 다른 클램핑 표면들은 거친 텍스처(roughened texture)를 가질 수 있다. 도 2b는 깨끗한 클램핑 표면이지만, 이제는 클램핑되는 위치에서 웨이퍼(210)를 갖고 그에 따라 클랭핑된 웨이퍼(210)의 하부면이 돌출부들(202, 204, 206)의 상단 표면들에 놓이는, 도 2a의 동일한 확대된 부분 단면도를 예시한다. 마지막으로, 도 2c는 웨이퍼가 없으면서 더러운 클램핑 표면(214)을 갖는 도 2a의 동일한 확대된 부분 단면도를 예시한다. 이러한 예에 있어, 증착물들이 클램핑 표면(214) 상에 증착된 층(216)을 형성하였다.

도 2a의 웨이퍼가 없고 깨끗한 클램핑 표면 조건 동안, 클램핑 전원 공급장치(172)에 의해 전극들(160, 162)로 제공되는 AC 신호가 공칭(nominal) 피크 대 피크(peak to peak) 진폭을 가질 수 있다. 도 2b의 웨이퍼 클램프 조건 동안, AC 신호는 도 2a의 공칭 피크 대 피크 진폭의 약 6 내지 7배의 피크 대 피크 진폭을 가질 수 있다. 마지막으로, 도 2c의 웨이퍼가 없고 더러운 클램핑 표면 조건 동안, AC 신호가 도 2a의 공칭 값보다는 크지만 웨이퍼를 갖는 도 2b의 값보다는 작은 피크 대 피크 진폭을 가질 수 있다. 일 예에 있어, 전류의 진폭이 도 2a에서 대략 2.0 밀리암페어(mA)일 수 있고, 도 2b에서 대략 13 mA일 수 있으며, 그리고 도 2c에서 웨이퍼 드롭들 및 파괴가 발생한 것으로 발견되기 전에 대략 8 mA에 이를 수 있다.

전도성 및 반도체성 증착물들을 포함하는 증착물들 또는 증착된 층(216)은 실제 클램핑된 웨이퍼(210)의 하부면 보다 전극들(160, 162)에 물리적으로 더 가까운 일종의 클램핑된 반도체 웨이퍼로서 유효하게 거동한다. 증착물들(216)은 플래튼(214)의 커패시턴스를 변경하는 의사(quasi)-층 또는 플레이트를 유효하게 형성한다. 웨이퍼가 없을 때의 피크 대 피크 전류 진폭이 따라서 증착물들(216)의 축적에 비례하여 증가하는 경향을 보인다. 3상 시스템(3개의 전극 쌍들 또는 6개의 총 전극들)을 이용하면, 각각의 상이 서로에 대하여 120°의 위상차를 가지고 AC 신호를 공급받을 수 있다. 증착물들이 클램핑 표면(214) 상에 균일하게 축적되는 경우, 웨이퍼가 없는(wafer off) 전류들은 모든 3개의 상들에서 동일하게 증가한다. 증착물들이 비-균일하게(더 많이 일어날 것 같은 경우로서) 축적되는 경우, 각각의 상에서의 웨이퍼가 없는 전류는 서로로부터 벗어날 것이며 이는 비-균일 증착물들 및 과도 증착물 축적의 표시를 제공한다.

도 3을 참조하면, 시간 대 클램핑 전원 공급장치(172)에 제공되는 AC 신호의 피크 대 피크 전류(mA)의 플롯(plot)이 웨이퍼 클램핑 시간 구간들 사이에서 일어나는 복수의 웨이퍼 없는 시간 구간들에 걸쳐 예시된다. 시간(t0)과 시간(t1) 사이에서 웨이퍼가 존재하지 않으며, 플래튼(212)의 클램핑 표면(214)이 도 2a에 예시된 바와 같이 깨끗하다. AC 신호의 진폭은 약 2 mA 또는 I1의 공칭 값을 가질 수 있다. 시간(t1)과 시간(t2) 사이에서 제 1 웨이퍼가 클램핑 표면에 클램핑되며, AC 신호의 진폭이 약 13 mA 또는 I3의 값까지 상승할 수 있다. 시간(t2)과 시간(t3) 사이에서 다시 웨이퍼가 존재하지 않으며, 웨이퍼가 없는 전류 진폭에서의 아주 약간의 상승이 I1보다 약간 더 큰 것으로 관찰될 수 있다. 이러한 프로세스가 시간(t6)에서 마지막으로 웨이퍼가 없는 AC 신호의 전류 레벨이 미리 결정된 진폭 임계(I2)를 초과할 때까지 계속된다.

시간(t6)과 같은 웨이퍼가 없는 시간 구간 동안 일단 한번 초과되면 제어기(120)가 클램핑 전원 공급장치(172)로부터의 센싱된 신호가 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타낸다고 결정하도록, 미리 결정된 진폭 임계(I2)가 선택될 수 있다. 미리 결정된 진폭 임계(I2)는 일 실시예에 있어 2.5 mA가 되도록 선택될 수 있다. 이에 응답하여, 제어기(120)가 정정 액션을 취할 수 있다. 정정 액션은 도 4에 대하여 본 명세서에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같은 클램핑 표면의 스퍼터 클린 프로세스를 시작하는 단계를 포함할 수 있다. 정정 액션은 또한 다른 웨이퍼가 플래튼(112)에 클램핑되는 것을 방지함으로써 자동으로 동작을 중단하는 단계를 포함할 수 있다. 제어기(120)는 클램핑 표면이 충분히 청소될 때까지 로봇이 다른 웨이퍼를 플래튼 상에 위치시키지 못하게 하도록 로봇(132)을 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 드롭 및 웨이퍼 스크랩(scrap)의 가능성이 크게 최소화될 수 있다. 대안적으로, 제어기(120)가 경보를 발행하고, 이온 주입기의 운영자에게 클리닝 프로세스를 개시할 때에 대한 재량권을 제공할 수 있다.

제어기(120)는 또한 미리 결정된 레이트 임계와 시간 구간에 걸친 AC 신호의 전류 레벨의 진폭의 증가의 레이트를 비교할 수 있다. 다시 말해서, 미리 결정된 진폭 임계(I2)가 웨이퍼가 없는 전류 레벨에 의해 초과되지 않지만, 전류 레벨의 증가의 레이트가 미리 결정된 레이트를 충분히 크게 초과하면 제어기(120)로 하여금 정정 액션을 취하도록 하는 것이 가능하다.

도 4는 센싱된 신호가 클램핑 표면 상의 증착물들이 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 것을 나타내는 것에 응답하여 제어기(120)에 의해 개시될 수 있는 스퍼터 클린 프로세스를 예시한다. 제어기(120)는 틸트 메커니즘(118)으로 하여금 특정 저에너지 이온 빔(104)의 경로에 대하여 희망되는 입사각(θ)을 달성하기 위해 플래튼(112)을 틸팅하도록 명령할 수 있다.

입사각(θ)의 설명을 돕기 위하여, 이온 빔(104)의 경로가 Z축을 정의하는 데카르트 좌표계가 정의될 수 있다. Z축은 직교 평면을 가로지른다. X축은 이러한 평면에서 수평축이다. Y축은 X축과 직교하며, 이러한 평면에서 수직축이다. 도 4에 예시된 바와 같이, 플래튼(112)이, 때로 당업계에서 "X-틸트"로서 지칭되는 만큼 X축에 대하여 틸팅 메커니즘(118)에 의해 틸팅된다. 도 4에 예시된 바와 같이 입사각(θ)은 플래튼(112)의 클램핑 표면(114)에 의해 정의되는 평면(404)과 Y축 사이의 각도로서 정의될 수 있다.

입사각(θ)은 스퍼터 수율을 증가시키기 위하여 90도 미만이지만 40도보다는 큰 범위 내에 있을 수 있다. 일 실시예에 있어, 입사각(θ)이 70도일 수 있다. 플래튼(112)에 대한 스캐닝 시스템(미도시)이, 이온 빔(104)이 플래튼(112)의 전체 클램핑 표면에 충돌하도록, 스퍼터 클린 프로세스 동안 플래튼을 Y 방향에서 수직으로 병진시킬 수 있다. 일 실시예에 있어, 이온 주입기(100)가 약 5 내지 15 밀리암페어(mA) 빔 전류를 갖는 저에너지(약 5keV)의 Ar+ 이온 빔을 제공할 수 있다.

제어기(120)는 또한 웨이퍼가 없는 전류 레벨의 진폭을 나타내는 센싱된 신호를 분석함으로써 스퍼터 클린 프로세스 동안의 증착물들의 제거 레이트를 모니터링할 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 이온 빔 레시피들의 유효성이 비교되고 대비될 수 있다. 이에 더하여, 일단 제거 레이트가 알려지면, 제어기(120)는 예상 총 클리닝 시간을 확인하기 위하여 계산들을 수행할 수 있다. 이러한 방식으로, 이온 주입기 생산성에 대한 충격이 최소화될 수 있다.

따라서, 플래튼에 클램핑되는 웨이퍼가 없이 플래튼의 전극들에 제공되는 AC 신호의 진폭을 모니터링함으로써 플래튼의 클램핑 표면의 상태를 모니터링하도록 구성된 제어기를 갖는 이온 주입기가 제공되었다. 웨이퍼가 없는 AC 신호의 진폭의 증가는 증착물들의 축적을 나타낸다. 결국, 증착물 축적이 과도하게 되는 경우 플래튼의 클램핑 성능들이 손상될 수 있다. 제어기는 웨이퍼가 없는 AC 신호의 진폭을 클램핑 실패의 기회를 최소화하도록 선택된 미리 결정된 진폭 임계와 비교할 수 있다. 이는 이온 주입기의 스루풋에 충격을 주지 않으면서 이온 주입 동안에 현장에서 클램핑 표면의 상태가 모니터링될 수 있게 한다. 이에 더하여, 이는 클리닝 중단들의 수를 최소화하면서도 웨이퍼 드롭 및 파괴 이벤트들을 최소화하기 위해 필요한 때에 클리닝이 수행되는 것을 또한 보장하기 위해 정정 액션이 이루어져야 할 필요가 있는 때를 결정하기 위한 예측 성능들을 제공한다. 정정 액션은 스퍼터 클린 프로세스를 자동으로 개시하는 단계 및 적절하게 청소될 때까지 추가 웨이퍼들의 이온 처리를 중단하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 특히 실온 주입들에 비하여 증착물 축적이 더 일어나기 쉬운 핫 주입들에 대해 도움이 된다.

본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 더하여 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 본 발명의 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 본 발명이 특정 목적을 위해 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 본 명세서에서 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위해 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims

이온 주입기로서,
이온들로의 처리를 위해 웨이퍼를 지지하도록 구성된 클램핑(clamping) 표면을 갖는 플래튼(platen)으로서, 상기 플래튼은 또한 상기 클램핑 표면 아래에 적어도 한쌍의 전극들을 갖는, 상기 플래튼;
상기 적어도 한쌍의 전극들에 AC 신호를 제공하고, 상기 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 제공하도록 구성된 클램핑 전원 공급장치; 및
상기 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 상기 클램핑 전원 공급장치로부터 상기 센싱된 신호를 수신하도록 구성된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 센싱된 신호를 모니터링하고 상기 센싱된 신호가 미리 결정된 증착물(deposit) 임계를 초과하는 상기 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하도록 더 구성된, 상기 제어기를 포함하는, 이온 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는, 상기 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 상기 AC 신호의 전류 레벨의 진폭이 미리 결정된 진폭 임계를 초과하는지 여부를 분석함으로써 상기 센싱된 신호가 상기 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 상기 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하도록 더 구성된, 이온 주입기.
청구항 2에 있어서,
상기 미리 결정된 진폭 임계는 피크 대 피크(peak to peak)로 2.5 mA인, 이온 주입기.
청구항 2에 있어서,
상기 제어기는 상기 AC 신호의 상기 진폭이 상기 미리 결정된 진폭 임계를 초과하는 경우 상기 플래튼의 상기 클램핑 표면의 스퍼터 클린 프로세스(sputter clean process)를 개시하도록 더 구성된, 이온 주입기.
청구항 2에 있어서,
상기 제어기는 상기 AC 신호의 상기 진폭이 상기 미리 결정된 진폭 임계 미만일 때까지 다른 웨이퍼가 상기 클램핑 표면에 클램핑되는 것을 방지하도록 더 구성된, 이온 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 AC 신호는 구형파 신호를 포함하는, 이온 주입기.
이온 주입기의 동작 방법으로서,
AC 신호를 클램핑 표면을 갖는 플래튼의 적어도 한쌍의 전극들에 제공하는 단계;
상기 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 상기 AC 신호를 나타내는 센싱된 신호를 모니터링하는 단계; 및
상기 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 상기 센싱된 신호가 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 상기 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 센싱된 신호가 상기 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 상기 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는지 여부를 결정하기 위하여 상기 클램핑 표면에 클램핑된 웨이퍼가 없을 때 상기 AC 신호의 전류 레벨의 진폭을 미리 결정된 진폭 인계와 비교하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 AC 신호의 상기 진폭이 상기 미리 결정된 진폭 임계보다 더 큰 경우, 상기 센싱된 신호가 상기 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 상기 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는, 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 AC 신호의 상기 진폭이 상기 미리 결정된 진폭 임계보다 더 작은 경우, 상기 센싱된 신호가 상기 미리 결정된 증착물 임계를 초과하는 상기 클램핑 표면 상의 증착물들을 나타내는, 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 미리 결정된 진폭 임계는 피크 대 피크로 2.5 mA인, 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 AC 신호의 상기 진폭이 상기 미리 결정된 진폭 임계보다 큰 경우 상기 플래튼의 상기 클램핑 표면의 스퍼터 클린 프로세스를 개시하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 스퍼터 클린 프로세스 동안 상기 센싱된 신호를 모니터링하고, 상기 센싱된 신호를 상기 증착물들의 제거 레이트(rate)에 상관시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제거 레이트에 응답하여 예상 클린 시간 구간을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 AC 신호의 상기 진폭이 상기 미리 결정된 진폭 임계보다 작을 때까지 웨이퍼가 상기 클램핑 표면에 클램핑되는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는, 방법.