KR20160005085A - 이온 주입 균일성을 제어하기 위한 장치 및 기술들 - Google Patents

이온 주입 균일성을 제어하기 위한 장치 및 기술들 Download PDF

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Abstract

이온 주입기내 이온 빔을 제어하는 시스템은 이온 빔의 전파 방향에 수직인 제 1 방향을 따라서 이온 빔의 복수개의 빔 전류 측정을 수행하는 검출기를 포함한다. 시스템은 또한 복수개의 빔 전류 측정에 기초하여 빔 전류 프로파일을 결정하는 분석 컴포넌트, 빔 전류 프로파일은 제 1 방향을 따라서 빔 전류 변화를 포함하고; 및 빔 높이가 임계값 아래인 것을 빔 전류 프로파일이 나타낼 때 제 1 방향을 따라서 이온 빔의 높이를 조정하는 조정 컴포넌트를 포함한다.

Description

이온 주입 균일성을 제어하기 위한 장치 및 기술들 {APPARATUS AND TECHNIQUES FOR CONTROLLING ION IMPLANTATION UNIFORMITY}
본 출원은 2013년 5월 3일에 출원된 U.S. 가특허 출원 61/819,080에 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이온 주입 장치에서 이온 빔 균일성 제어에 관한 것이다.
오늘날 반도체 전자 기기들, 솔라 셀들, 및 다른 기술을 제조는 실리콘 및 다른 유형들의 기판들을 도핑하거나 또는 다른 방식으로 변경하는 이온 주입기 시스템들에 의존한다. 전형적인 이온 주입기 시스템은 이온 빔을 발생시킴으로써 그리고 이온들이 표면 아래에서 휴지상태(rest)가 되도록 기판으로 그것들을 조향시킴으로써 도핑을 수행한다. 많은 애플리케이션들에서, 정의된 형상을 갖는 이온 빔들 및 이온 빔 영역 예컨대 스팟 빔 또는 리본 빔은 이온 빔 영역보다 더 큰 기판 영역으로 종(specie)들을 주입하기 위해 기판 위에서 스캔된다. 대안적으로, 기판이 정적상태 빔에 대하여 스캔되거나 또는 둘 모두 기판 및 빔이 서로에 대하여 스캔될 수 있다. 임의의 이들 환경들에서 많은 애플리케이션들은 기판의 큰 부분상에서 균일하게 주입되는 것을 필요로 한다.
이온 빔에 의해 생성될 수 있는 일 유형의 불-균일성은 “마이크로불균일성(micrononuniformity)”으로 칭해지고 기판상의 변화하는 이온 도우즈(ion dose)의 규칙적인 패턴들의 존재를 나타낸다. 이런 패턴들은 예를 들어 기판이 특정 방향을 따라서 스캔될 때 관측되는 가변하는 이온 도우즈의 스트라이프(stripe)들로서 보일 수 있다. 다른 불-균일성은 또한 이온 빔내 빔 전류 밀도의 급격한 변화들과 관련된 이온 빔 특성들에, 예컨대 “과열점(hot spot)들” 내 고 주파수 변화로부터 기인할 수 있다. 전형적으로 이런 불균일들은 기판들이 프로세스된 후까지 감지되지 않을 수 있다. 게다가, 소정의 애플리케이션의 요건들에 의존하는, 수십분의 일 퍼센트 또는 심지어 그 이하 만큼 작은 이온 도우즈 불-균일성은 수락할 수 없다. 감지되지 않은 마이크로불균일성은 따라서 의도하지 않은 사용할 수 없는 제품의 생산으로 귀결될 수 있다. 본 개선들이 요구되는 이들 및 다른 고려사항들에 대한 것이다.
실시예들은 이온 빔들을 제어하기 위한 장치 및 방법들에 관련된다. 일 실시예에서, 이온 주입기내 이온 빔을 제어하는 시스템은 상기 이온 빔의 전파 방향에 수직인 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 복수개의 빔 전류 측정을 수행하는 검출기를 포함한다. 상기 시스템은 또한 상기 복수개의 빔 전류 측정에 기초하여 빔 전류 프로파일을 결정하는 분석 컴포넌트, 상기 빔 전류 프로파일은 제 1 방향을 따라서 빔 전류 변화를 포함하고; 및 상기 빔 높이가 임계값 아래인 것을 상기 빔 전류 프로파일이 나타낼 때 상기 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 높이를 조정하는 조정 컴포넌트를 포함한다.
다른 실시예에서, 이온 주입기는 이온 빔을 생성하는 이온 소스 및 상기 이온 빔의 전파 방향에 수직인 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 복수개의 이온 빔 전류 측정을 수행하는 검출기를 포함한다. 상기 이온 주입기는 또한 실행될 때, 상기 제어기로 하여금: 상기 복수개의 이온 빔 전류 측정에 기초하여 빔 전류 프로파일을 결정하고, 상기 빔 전류 프로파일은 상기 제 1 방향을 따라서의 이온 빔의 변화를 포함하고; 상기 빔 전류 프로파일에 기초하여 상기 제 1 방향을 따라서의 빔 높이를 산출하고; 및 상기 산출된 빔 높이가 임계값 아래인 때 상기 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔 높이를 증가시키는 파라미터 조정을 수행하는 명령들을 발송하게 하는 명령들을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체를 포함하는 제어기를 포함한다.
도 1a는 대표적인 이온 주입기를 도시한다;
도 1b는 대표적인 제어 시스템을 도시한다;
도 2는 제 1 셋의 이온 빔 상태들하에서의 기판 프로세싱의 결과들을 보여주는 평면도를 도시한다;
도 3a는 이온 빔의 이동 방향에 전체적으로 수직인 제 1 방향을 따라서, 제 1 셋의 상태들하에서 생성된 이온 빔의 대표적인 빔 전류 프로파일을 도시한다;
도 3b는 이온 빔의 이동 방향에 전체적으로 수직이고 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라서의 도 3a의 이온 빔의 대표적인 빔 전류 프로파일을 도시한다;
도 4a는 이온 빔의 이동 방향에 전체적으로 수직인 제 1 방향을 따라서, 제 2 셋의 상태들하에서 생성된 이온 빔의 대표적인 빔 전류 프로파일을 도시한다;
도 4b는 이온 빔의 이동 방향에 전체적으로 수직이고 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라서의 도 4a의 이온 빔의 대표적인 빔 전류 프로파일을 도시한다;
도 5a는 이온 빔 및 대표적인 빔 전류 검출기의 평면도를 도시한다;
도 5b는 도 5a의 빔 전류 검출기의 일 변형예의 평면도를 도시한다;
도 6 은 제 1 대표적인 로직 플로우를 도시한다; 및
도 7 은 제 2 대표적인 로직 플로우를 도시한다.
본 출원에서 설명된 실시예들은 이온 주입 시스템에서 이온 빔을 다루기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 이온 주입기의 예들은 빔라인 이온 주입기(beamline ion implanter)를 포함한다. 본 실시예들에 의해 커버되는 이온 주입기들은 전체적으로 원 또는 타원의 형상을 갖는 단면을 가지는 “스팟(spot) 이온 빔들”을 생성하는 것들 및 길게 된 단면을 갖는 “리본(ribbon) 이온 빔들” 또는 “리본 빔들”을 생성하는 것들을 포함한다. 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 스팟 빔의 단면 형상이 불규칙적인 형상을 또한 가질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 본 실시예들에서, 이온 주입 시스템(이온 주입기)내 이온 빔 균일성을 동적으로 제어하는 시스템이 제공된다. 시스템(또한 본 출원에서 “제어 시스템”으로 지칭되는)은 이온 빔내 이온 빔 전류를 측정하거나 또는 샘플링하기 위해 채용된 검출기 (또는 검출기 시스템), 샘플링된 이온 빔 전류에 기초하여 이온 빔내 불-균일성을 결정하는 분석 컴포넌트, 및 결정된 불-균일성의 결과로서 이온 주입기의 파라미터를 조정하는 조정 컴포넌트를 포함한다. 이온 주입기에 대한 조정은 동적 방식으로 수행되는데, 즉, 이온 빔 특성들을 제어하는 파라미터들은 이온 빔이 이온 주입기를 통과하도록 지향되고 측정되는 동안 동적으로 조정된다. 이 프로세스는 반복적인 방식으로 불-균일성이 임계값이하로 약해지는 것을 샘플링된 이온 빔 전류가 나타낼 때 까지 이온 주입 장치의 파라미터에 대한 조정을 통하여 이온 빔 특성들 조정을 시도하는 폐루프(closed loop)로 수행될 수 있다.
본 실시예들은 따라서 기판 예컨대 반도체 웨이퍼상에 생성될 수 있는 마이크로불균일성에 대한 잠재적인 원인들의 실시간 감지를 제공한다. 이는 기판 프로세싱의 완료후 마이크로불균일성을 감지하는 현재의 접근법들에 비하여 장점을 제공하고, 현재의 접근법들은 완전한 디바이스들이 기판들의 배치(batch) 또는 배치들상에서 제조된 후에, 또는 광대한 오프라인 측정이 수행된 후에 주입 프로세스가 완료된 후에 일어날 수 있다. 기판내 마이크로불균일성 패턴들을 생성하는 원인이 될 수 있는 이온 주입기내 상태들의 실시간 감지는 이온 빔 조정 또는 “튜닝(tuning)”을 위한 자동화된 폐루프 제어를 가능하게 한다. 이는 예방 유지보수 동작들후에 부적절한 복구를 포함하여 이온 주입기의 다양한 하드웨어 컴포넌트들로 문제들을 쉽게 감지하는 보다 최적의 셋업 프로세스 및/또는 능력을 낳는다.
도 1a 는 본 실시예들에 따른 빔라인 이온 주입기의 하드웨어 또는 컴포넌트들을 동적으로 조정하기 위해 사용되는 제어 시스템 (104) 및 빔라인 이온 주입기 (102)의 아키텍처(100)를 도시한다. 빔라인 이온 주입기 (102)는 이온 소스 (106), 자기 분석기(magnetic analyzer) (108), 보정기 자석 (corrector magnet)(112) 및 기판 스테이지(substrate stage) (114)를 포함하는 여러 통상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서 빔라인 이온 주입기 (102)는 이온 빔 (118)을 스팟 유형 이온 빔 또는 리본 빔으로 생성한다. 빔라인 이온 주입기 (102)는 이온 빔이 이온 소스 (106)로부터 기판 (116)로 전파할 때 이온 빔 (118) 을 형상화, 집속, 가속, 감속, 및 벤딩할 수 있는 다양한 추가의 빔 프로세싱 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정전기 스캐너 (110)가 기판 (116)에 대하여 이온 빔 (118)을 스캔하도록 제공될 수 있다.
빔라인 이온 주입기(102)는 또한 하나 이상의 빔 전류 검출기들(120)을 포함하고, 이는 일부 실시예들에서 패러데이 검출기(Faraday detector)들일 수 있다. 검출기들 (120)은 다양한 실시예들에서 빔라인 이온 주입기 (102)내 다양한 위치들에 위치될 수 있고 그리고 정적상태이거나 또는 이동가능할 수 있다. 임의 주입기 광 엘리먼트들에 파워를 제공하는 키(key) 파워 서플라이들의 전류 출력이 또한 모니터될 수 있고; 즉, 파워 서플라이들은 또한 “검출기들”로서의 역할을 할 수 있다. 도 1b에 추가로 예시된 검출기들 (120)은 이온 빔 (118)내 변화를 줄이기 위해 빔라인 이온 주입기 (102)의 파라미터 또는 파라미터들을 동적을 조정하는 제어 시스템 (104)의 일부를 형성할 수 있다. 조정된 파라미터(들)은 도 1a에 도시된 해당 컴포넌트들에 추가하여, 임의의 이온 빔 프로세싱 엘리먼트 예컨대 집속 엘리먼트(focusing element), 이온 빔 렌즈, 움직일 수 있는 개구, 빔 조향 컴포넌트를 포함하는 빔라인 이온 주입기 (102)의 하나 이상의 컴포넌트들과 관련된다. 실시예들은 이 상황에 제한되지 않는다.
이제 도 1b로 가서, 다양한 실시예들에 따른 제어 시스템 (104) 의 세부사항들이 도시된다. 이하에서 상세하게 설명될 제어 시스템은 일반적으로 개개의 하나 이상의 경우들에서 이온 빔의 하나 이상의 빔 전류 측정을 수행하도록 구성된 검출기(detector)를 포함한다. 제어 시스템은 또한 하나 이상의 빔 전류 측정들에 기초된 이온 빔의 특성들을 결정하기 위해 사용되는 분석 컴포넌트를 포함한다. 제어 시스템은 또한 이온 빔의 특성들에서의 변화에 의해 생성될 수 있는 불균일성을 줄이기 위해 이온 주입기의 파라미터를 조정하는 조정 컴포넌트(adjustment component)를 포함한다. 다양한 구현예들에서 제어 시스템은 예를 들어 분석 컴포넌트의 결과들에 기초하여 이온 빔의 빔 사이즈를 증가시키기 위해 파라미터들을 조정할 수 있다. 이는 특별히 일반적으로 감지되지 않을 수 있는 이온 빔내 고 주파수 변화의 영향들을 회피하기에 유용할 수 있다. 이런 고 주파수 변형은 10 kHz 또는 더 높은 주파수들에서 발생할 수 있고 특별히 이온 빔 사이즈가 임계값이하이고 및/또는 이온 빔 전류에서의 구배가 다른 임계값보다 더 큰 상황들에서 기판을 가로지르는 주입 도우즈에서 불균성을 유도할 수 있다. 제어 시스템 (104)은 및 특별히, 분석 컴포넌트 및 빔 조정 컴포넌트는 이온 빔이 이온 주입 장치내에 생성되는 동안 이온 빔 변화를 동적으로 줄이도록 구성된다. 특별히, 제 1 방향을 따라서의 이온 빔 전류에서의 구배 및/또는 빔 높이에 대한 동적 조정들이 그렇지 않으면, 제 1 방향을 따라서, 즉, 빔 높이의 방향을 따라서 기판이 스캔될 때 초래될 수 있는 이온 도우즈에서의 불균일들을 줄이도록 수행될 수 있다.
도시된 실시예에서, 제어 시스템 (104)은 이온 빔 전류 및 이온 빔 전류에서의 변화를 측정 및 결정하고, 이온 빔 전류내 결정된 변화에 기초하여 적절한 때 빔라인 이온 주입기 (102)의 파라미터들을 조정하기 위해서 이온 빔 (118)의 빔 부분 (118a)을 수용하도록 구성된다. 제어 시스템 (104)은 검출기(들) (120), 분석 컴포넌트 (124), 및 조정 컴포넌트 (126)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 검출기 (120)에 의해 수신된 빔 부분 (118a)은 전체 이온 빔 (118)이거나 또는 단지 전체 이온 빔 (118)보다 작은 부분일 수 있다.
제어 시스템 (104) 및 그 내부에 컴포넌트들은 다양한 하드웨어 엘리먼트들, 소프트웨어 엘리먼트들, 또는 둘의 조합을 포함할 수 있다. 하드웨어 엘리먼트들의 예들은 디바이스들, 컴포넌트들, 프로세서들, 마이크로프로세서들, 마이크로컨트롤러들, 회로들, 회로 소자들 (예를 들어, 트랜지스터들, 저항기들, 커패시터들, 인덕터들, 및 등등), 집적 회로들, 애플리케이션 특정 집적 회로들 (ASIC), 프로그램 가능한 로직 디바이스들 (PLD), 디지털 신호 프로세서들 (DSP), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이 (FPGA), 메모리 유닛들, 로직 게이트들, 레지스터들, 반도체 디바이스, 칩들, 마이크로칩들, 칩셋들, 및 등등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 엘리먼트들의 예들은 소프트웨어 컴포넌트들, 프로그램들, 애플리케이션들, 컴퓨터 프로그램들, 애플리케이션 프로그램들, 시스템 프로그램들, 기계 프로그램들, 동작 시스템 소프트웨어, 미들웨어, 펌웨어, 소프트웨어 모듈들, 루틴들, 서브루틴들, 기능들, 방법들, 절차들, 소프트웨어 인터페이스들, 애플리케이션 프로그램 인터페이스들 (API), 명령 세트들, 컴퓨팅 코드, 컴퓨터 코드, 코드 세그먼트들, 컴퓨터 코드 세그먼트들, 워드들, 값들, 심벌들, 또는 그것의 임의 조합을 포함할 수 있다. 실시예가 하드웨어 엘리먼트들 및/또는 소프트웨어 엘리먼트들을 이용하여 구현되는지 여부를 결정하는 것은 소정의 구현예에 대하여 희망하는 임의 개수의 요인들, 예컨대 희망하는 계산율, 파워 레벨들, 열 허용 오차들, 프로세싱 사이클 예산(budget), 입력 데이터 레이트들, 출력 데이터 레이트들, 메모리 자원들, 데이터 버스 속도 및 다른 디자인 또는 성능 제약들에 따라 변화할 수 있다.
이하의 논의에서 특정 방향을 따라서의 이온 빔 “높이(height)” 뿐만 아니라 “빔 전류 프로파일(beam current profile)”로 지칭되는, 해당 방향을 따라서의 위치의 함수로서 빔 전류에서의 변화를 감지하기 위한 다양한 실시예들이 개시된다. 이들 특징들의 측정은 이어서 이온 주입 파라미터들에 대한 조정들이 수행될 때를 결정하기 위해서 사용될 수 있다.
일부 예제들에서, 이온 빔에 빔 전류는 연속적으로 측정될 수 있고 이온 빔으로부터의 빔 전류 데이터는 연속적으로, 간헐적으로 또는 주기적인 방식으로 분석된다.
이하에 더 상세하게 설명될, 제어 시스템 (104)은 기판 프로세싱 동안에 이온 빔 변화로부터 기인하는 기판상에서의 이온 도주즈에서의 잠재적인 문제들 예컨대 마이크로불균일성이 방지될 수 있거나 또는 빠르게 배제될 수 있도록 이온 빔 변화를 실시간으로 줄이는 능력을 제공한다. 특별히, 다양한 실시예들에서, 제어 시스템 (104)은 빔 사이즈, 빔 형상, 및 수천 Hz보다 더 큰 주파수들에서 고 주파수 변화를 포함하여 빔 특성들에서의 변화에 관련될 수 있는 이온 빔내 빔 전류에 변화를 식별 및 축소 또는 배제하도록 동작한다.
도 2는 이온 빔 (202)의 이동 방향에서 아래쪽을 보는 기판 (116)의 이온 주입의 상부 평면도를 도시한다. 이 관점에서 이온 빔 (202)은 임의의 소정의 인스턴스에서 기판 (116)에 영향을 주는 스팟 빔의 단면에 의해 도시된 바와 같이 스팟 빔(spot beam)의 형상을 갖는다. 이온 빔 (202)은 도 2에 보여지는 대로 일반적으로 기판의 왼쪽에서 오른쪽으로 왔다 갔다 하며 스캔될 수 있다. 일부 경우들에서, 스캐닝은 도시된 직교 좌표계 시스템의 X-축 (또한 “X 방향”으로 지칭된다)에 평행인 방향에서 수행될 수 있다. 그러나, 다른 스캐닝 패턴들이 가능하다. 동시에, 기판 (116)은 Y-축에 평행인 방향을 따라서 기판 스테이지 (114)에 의해 구동될 수 있다. 일반적으로 오른쪽으로부터 왼쪽으로 또는 반대인 이온 빔의 스캐닝은 이온 빔 (202)이 전체 기판 (116) 또는 희망하는 기판 (116)의 큰 부분으로 주입되는 것을 허용하기 위해 Y 방향을 따라서의 기판 스테이지의 움직임과 결합될 수 있다. Z 방향은 기판 (116)에서 이온 빔 (202)의 전파 방향을 나타낸다.
도 2에 더 도시된, 이온 빔 (202)은 Y-축에 평행인 방향을 따라서의 빔 높이 HB에 의해 및 X-축에 평행인 방향을 따라서의 빔 폭 WB에 의해 특성화될 수 있다. 빔 높이 HB는 따라서 일반적으로 기판 움직임의 방향에 평행인 방향에서의 이온 빔 (202)의 치수를 지칭한다. 이온 빔 (202)이 X-축에 평행인 방향을 따라서 스캔될 때 동시에 기판 (116)이 Y-축에 평행인 방향을 따라서 구동될 때, 이온 빔 (202)은 일련의 주입 존들 예컨대 존들 (204,206)을 생성할 수 있고, 존들은 기판 (116)으로 이온들의 균일한 주입을 생성하기 위해서 디자인된 패턴에 따라 중첩될 수 있다.
도면들 3a 및 3b는 이온 빔 전류의 변화, 즉, 이온 빔 (202)에 대한 빔 전류 프로파일 (203)를 예시한다. 도면들 3a 및 3b는 이온 빔 (202)의 특성들의 세부사항들을 더 제공하기 위해서 X- 및 Y- 방향들에 위치의 함수로 빔 전류 (I)를 도시한다. 예시된 바와 같이 위치의 함수로서의 이온 빔 전류는 이들 두개의 상호간에 수직 방향들에서 전체적으로 가우시언 형상을 가질 수 있다. 파라미터들 빔 폭 WB 빔 높이 HB는 소정의 전류 레벨 (300)을 초과하는 이온 빔 (202)의 사이즈에 기초하여 정의될 수 있다. 균일한 이온 주입의 패턴을 생성하기 위해서, 빔 폭 WB 빔 높이 HB의 제어를 포함하는 이온 빔 (118)의 형상 및 사이즈의 제어는 중요할 수 있다. 예를 들어, 위치의 함수로서의 전류 I의 값에서의 변화는 이상적으로는 점진적(gradual)일 수 있다.
이온 빔 (202)은 그것이 기판 (116)쪽으로 전파할 때 다수의 상이한 빔라인 컴포넌트들에 종속될 수 있기 때문에, 이온 빔 (202)은 빔 특성들이 이온 주입기의 컴포넌트들이 처음에 활성화된 희망하는 특성들로부터 변화 또는 벗어나게 하는 다양한 섭동(perturbation)들을 경험할 수 있다. 특별히, 빔 사이즈 및 빔 전류 프로파일은 희망하는 사이즈 및 빔 전류 프로파일로부터 변화할 수 있고 그리고 벗어날 수 있다. 도면들 4a 및 4b는 이온 빔 (202)과 다른 특성들을 갖는 다른 이온 빔에 대하여 X- 및 Y- 방향들에서 위치의 함수로서의 이온 빔 전류 (I)를 도시한 다른 빔 전류 프로파일을 예시한다. 예시된 바와 같이 이온 빔 전류 프로파일들 (402,406)는 둘 모두 각각 X- 및 Y- 방향들에서 비-가우시언 형상을 가지며, 이온 빔 (202)의 대응부들 WB 및 HB과 다른 빔 폭 WB2 빔 높이 HB2의 값들을 나타낸다. 도 4b에 예시된 특정 예에서, HB2는 HB 보다 작고, 균일한 이온 주입달성하기 위해 희망하는 값보다 작을 수 있다. 추가하여, Y 방향을 따라서 위치의 함수로서 I에서의 변화에 의해 표시된 빔 전류 밀도 프로파일은 원하는 것보다 더 큰 경사도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이온 빔의 중심 영역에서, 예리하게 피크된 전류가 뚜렷하고, 이에 관련하여 Y 방향을 따라서의 변화들을 따라서 중심 영역 전류는 빠르게 감소한다. 유사한 특성이 도 4a에 도시된 바와 같이 X 방향에서 알수 있다. 빔 전류 밀도 프로파일에서의 예리한 구배의 이 유형은 이온 빔이 X 방향을 따라서 왔다 갔다 하여 스캔되고 동시에 기판 (116)이 Y 방향을 따라서 이동될 때 특별히 균일한 이온 주입을 유지하는데 문제될 수 있다.
특별히, 프로파일이 도면들 4a 및 4b로 예시되는 이온 빔의 특징들은 “과열점(hotspot)들” 예컨대 영역 (404)의 특성일 수 있고, 여기에서 빔 전류는 위치의 함수로서 빠르게 변하고 단위 면적당 빔 전류 밀도는 과잉 또는 희망하는 값보다 더 크다. 이런 빔이 기판상에서 스캔될 때 주입될 기판의 전체 영역상에서 균일한 이온 도우즈를 제공하는 것은 불가능할 정도로 어려울 수 있다. 이것은 전형적으로 실시간으로 감지될 수 없는 이온 빔 특성들에서의 고 주파수 변화의 경우에 특별히 문제될 수 있다.
본 실시예들에 따라, 감지 시스템 및 기술들이 빔 높이 및/또는 과열점 문제들이 존재할 때 트리거될 수 있는 주입 도우즈 불균일성을 줄이거나 또는 배제하는 이온 빔에 대한 폐루프 조정을 수행하기 위해 제공된다. 도 5a는 대표적인 검출기 (500) 및 검출기에 의해 측정된 이온 빔 (502)의 평면도를 도시한다. 이 경우에서 이온 빔 (502)은 기판 (미도시)을 향하여 아래쪽을 바라보는 단면에서 도시된다. 상이한 구현예들에서, 검출기 (500)는 이온 빔 (502)의 전부 또는 전체 이온 빔보다 작은 이온 빔 (502)의 일부를 인터셉트하도록 배열된다. 도 5a에 예시된 바와 같이, 이온 빔 (502)은 전체적으로 상기에서 설명된 스팟 빔일 수 있다. 이온 빔 (502)은 예를 들어, X-축에 평행인 방향을 따라서 왔다 갔다 하여 래스터(raster)될 수 있다. 기판 스테이지는 Y-축에 평행인 방향을 따라서 이온 빔 (502)에 대하여 기판을 움직일 수 있다. 기판 검출기 (500)내 균일한 주입 도우즈를 보장하기 위해서 빔 높이 (도 5a에서 H3로 표시된) 및 빔 전류 밀도 구배들을 포함하는 이온 빔 (502)의 파라미터들을 측정하도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, 검출기 (500)는 동시에 다수의 이온 빔 전류 측정을 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 검출기 (500)는 개별 전류 측정이 이온 빔을 따라서 복수개의 상이한 포인트들에서 수행되는 멀티-픽셀 프로파일러(multi-pixel profiler)로 구성될 수 있다. 일 예에서, 예시의 목적으로 전류는 Y-축, 또는 이 예에서 “빔 높이” 방향에 평행인 방향을 따라서 상이한 위치들에 분포된 일련의 포인트들 P1 내지 P6에서 개별적으로 감지된다. 따라서, 소정의 인스턴스에서 또는 소정의 간격 동안에, 일련의 여섯개의 상이한 이온 빔 전류 측정이 상이한 위치들 P1 내지 P6에 대응하여 측정될 수 있다. 이 측정의 유형은 Y-축을 따라서 상이한 위치들에 대하여 이온 전류를 기록하는 빔 전류 프로파일을 생성할 수 있다. 이런 측정은 이어서 이온 빔 특성들을 조정하기 위해서 이온 주입기 파라미터들에 대한 조정들이 수행되어야 하는지를 결정하기 위해서 빔 높이 (H3) 정보 뿐만 아니라 이온 빔 전류 밀도 구배 정보를 추출하는데 사용될 수 있다. 물론, 다른 구현예들에서 더 많은 개별 빔 전류 측정이 빔 높이 결정의 정확도를 개선하기 위해서 소정의 방향을 따라서 취해질 수 있다.
도 5b는 검출기 픽셀들 (508)의 2 차원 어레이가 이온 빔 (502)의 작은 부분들을 인터셉트하도록 각각 배열된 검출기 (500)의 일 변형예를 도시한다. 일 구현예에서, 개별 빔 전류는 도시된 개별 영역들 (512-522)내에서 샘플링될 수 있고, 각각의 영역들은 다수의 픽셀들로부터 빔 전류를 기록할 수 있다. 각각의 영역 (512)-(522)는 Y-축에 대한 상이한 좌표, 예컨대 앞서 언급한 포인트들 P1-P6에 해당할 수 있다. 이런식으로, Y-축을 따라서 빔 전류 프로파일링이 이온 빔 (502)의 전체 단면에 걸쳐 샘플링하도록 수행될 수 있다. 추가 실시예들에서, 희망하는 방향을 따라서 빔 높이 및/또는 빔 전류 프로파일들을 측정하기 위한 다른 알려진 검출기 구성들이 가능하다.
본 실시예들에 따라, 일단 빔 높이 및/또는 빔 전류 프로파일 정보가 수집되면, 이온 빔 특성들은 폐루프 튜닝 프로세스로 조절될 수 있다. 예를 들어, 검출기 (500)는 도 1a의 검출기들 (120)의 하나 이상의 위치들에 위치될 수 있다. 검출기 (500)의 위치에 의존하여 분석 컴포넌트 (124)는 조정 컴포넌트 (126)에 의해 변화될 적절한 이온 주입기의 파라미터들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 조정 컴포넌트 (126)가 제어기내에 포함된 실시예들에서, 제어기는 상이한 컴포넌트들, 이동가능한 개구들, 및 등등을 위한 파워 서플라이들을 포함하는 다수의 빔라인 컴포넌트들에 결합될 수 있다.
제어기는 추가적으로 과열점들의 존재를 줄이거나 뿐만 아니라 필요한 이온 빔 높이를 증가시키는 것을 시도하기 위해 다양한 컴포넌트들내에 조정될 수 있는 선택된 파라미터들로 미리 구성될 수 있다. 일 예로서 조정 컴포넌트 (126)는 빔 높이를 이온 빔 높이에서의 임계값 이상으로 증가시키기 위해서 이온 주입기의 선택된 파라미터(들)를 다시 조율하는 제어 신호들을 발송하도록 디자인된 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 조정 컴포넌트 및/또는 분석 컴포넌트는 따라서 검출기의 위치에 기초하여 조정될 적절한 하드웨어/파라미터의 결정을 수행하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제어 소프트웨어는 과열점을 줄이기 위해서 이온 주입의 선택된 파라미터(들)을 재조율하는 제어 신호들을 발송하도록 디자인될 수 있고, 이는 Y 방향을 따라서 빔 전류 구배, 즉, Y 방향을 따라서 빔 전류의 변화율을 줄이는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 만약 검출기 (500)가 포커싱 엘리먼트의 다운스트림에 위치된다면, 과열점이 결정된 때 이온 빔을 디포커싱하기 위해 그것의 파라미터들을 조정하기 위해서 포커싱 엘리먼트로 보내지는 제어 신호가 조정 컴포넌트에 의해 발송될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 제어 신호들이 다수의 상이한 이온 주입기 컴포넌트들의 개별적인 파라미터들을 조정하기 위해 발송될 수 있다. 이 다수의 제어 신호들은 상이한 구현예들에서 상이한 이온 주입기 컴포넌트들로 반복적으로 또는 병렬 방식으로 발송될 수 있다.
이온 빔 전류의 감지, 이온 빔 특성들의 분석, 및 이온 주입기 파라미터들에 대한 조정은 이온 빔 특성들이 수락할만한 범위내에 해당될 때까지 폐쇄된 빔 조정 루프들의 시리즈로 수행될 수 있다. 일 예에서 각각의 빔 조정 루프는 감지된 이온 빔의 빔 높이가 임계값 아래인지를 결정하는 단계, 및 감지된 빔 높이에 기초하여 이온 주입기의 하나 이상의 파라미터들을 조정하는 신호를 발송하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 각각의 빔 조정 루프는 소정의 방향을 따라서 위치의 함수로서의 감지된 빔 전류에서의 변화(빔 전류 구배)가 너무 큰지를 결정하는 단계, 뒤이어 감지된 빔 전류 구배에 기초하여 이온 주입기의 하나 이상의 파라미터들을 조정하는 신호를 발송하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 전극에 인가된 접압이 조정될 수 있고, 자기 사중극자 렌즈의 세기는 조절되는 소스 조작자의 Z 갭을 변화시킬 수 있다. 빔 라인에서 빔 전류 프로파일을 조정하기 위해서 조절될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 과열점, 또는 빔 높이가 임계값아래인 것을 감지한 후에, 많은 빔 조정 루프들이 이온 빔 특성들을 조정하기 위해서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소정 수의 빔 조정 루프들이 수행된 후에도 예를들어, 만약 이온 빔 높이가 너무 작거나 또는 과열점들이 계속되면 제어 시스템 예컨대 제어 시스템 (104)은 이온 빔 프로세스를 종료하도록 구성될 수 있다. 이것은 이온 주입 장치가 이온 빔 전류 변화를 허용할 수 있는 범위내에 있게 하기 위해 컴포넌트들을 자동으로 교정할 수 없고, 수동 개입이 필요하다는 것을 운영자에게 신호할 수 있다. 하나의 특정 구현예에서, 만약, 미리 결정된 수의 빔 조정 루프들 후에, 이어서 선택된 파라미터(들)의 재조율(retuning)이 이온 빔 특성들내 희망하는 개선을 생성하지 않는것을 수행된 이온 빔 측정이 나타내면, 제어 시스템 (104)은 이온 빔을 웨이퍼 스테이지로 진입하지 못하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템 (104)은 감지된 빔 문제(들)에 대한 원인이 식별되고 다른 수단들에 의해 개정(rectified)될 때까지 웨이퍼 프로세싱을 중단하는 것이 가능하게 되는 인터로크(interlock)하는 제어 신호를 발송할 수 있다.
개시된 아키텍쳐의 새로운 측면들을 수행하기 위한 대표적인 방법론들을 나타내는 일련의 플로우 차트들이 본 출원에 포함된다. 설명의 단순화의 목적들을 위하여, 본 출원에 도시된 하나 이상의 방법론들은, 예를 들어, 플로우 차트 또는 흐름도의 형태로, 일련의 활동들로서 도시되고 설명되지만, 방법론들에 부합하는 일부 활동들이 본원에서 도시되고 설명된 것과 다른 활동들과 함께 동시에 및/또는 상이한 순서로 발생할 수 있는 것으로 방법론들은 활동들의 순서에 제한되지 않는 것으로 이해되고 인식될 것이다. 예를 들어, 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 방법론은 일련의 상호관련된 상태들 또는 이벤트들로서 예컨태 상태 다이어그램으로 대안적으로 표현될 수 있는 것을 이해하고 인식할 것이다. 게다가, 방법론에서 예시된 모든 활동들이 새로운 구현예에 대하여 요구되지 않을 수 있다.
도 6은 빔 전류 균일성을 제어하기 위한 제 1 예시적인 플로우(600)를 도시한다. 블럭 (602)에서 플로우가 시작한다. 블럭 (604)에서 빔 높이 측정이 수행된다. 블럭 (606)에서, 전류 밀도 구배(gradient) 계산이 감지된 이온 빔에 대하여 수행된다. 전류 밀도 구배 계산은 빔 높이를 결정하기 위해 사용된 방향과 동일한 방향을 따라서 감지된 빔 전류에 기초될 수 있다. 블럭 (608)에서 임의의 과열점(hotspot)들이 감지되는지에 관한 결정이 이루어진다. 과열점은 임계값을 넘는 밀도 구배에서의 초과치에 해당할 수 있다. 만약 과열점들이 감지되지 않으면, 플로우는 이온 주입이 현재 이온 주입기 파라미터들을 이용하여 수행되는 블럭 (614)로 진행한다. 만약, 블럭 (608)에서, 과열점들이 감지되면 플로우는 블럭 (610)로 진행한다.
블럭 (610)에서 빔 조정 시도의 수가 한계값을 초과하였는지에 관한 결정이 이루어진다. 만약 그렇다면, 플로우는 이온 주입 프로세스가 중단되는 블럭 (616)으로 진행된다. 만약 한계치가 초과되지 않았으면 플로우는 이온 주입 장치의 파라미터 또는 파라미터들을 선택하는 조정이 수행되는 블럭 (612)로 진행한다. 플로우는 그런다음 블럭 (604)로 회귀한다.
도 7은 빔 전류 균일성을 제어하기 위한 제 2 예시적인 플로우(700)를 도시한다. 블럭 (702)에서 이온 주입 장치내 이온 빔을 생성하기 위해 최초 파라미터들이 설정된다. 블럭 (704)에서, 이온 빔으로 주입될 기판을 스캔하기 위해 기판 스테이지에 대한 스캔 속도 및 스텝 높이 파라미터들이 수신된다. 블럭 (706)에서, 빔 높이 임계값이 수신된 스캔 속도 및 스텝 높이 파라미터들에 기초하여 기판에 대하여 결정된다. 블럭 (708)에서, 이온 빔 전류의 복수개의 측정이 제 1 방향을 따라서 복수개의 포인트들에서 수행된다. 블럭 (710)에서 복수개의 측정량에 기초하여 실험적 빔 높이가 산출된다.
블럭 (710)이 블럭 (712)로 진행한 후에 실험적 빔 높이가 빔 높이 임계값 아래인지 여부에 관한 결정이 이루어진다. 만약 그렇지 않다면, 플로우는 블럭 (718)로 진행하고 이온 주입은 전류 파라미터들을 이용하여 수행된다. 만약 그렇지 않다면, 플로우는 블럭 (714)로 진행하고 빔 조절 시도의 횟수가 한계치를 초과하는지에 관한 결정이 이루어진다. 만약 그렇다면, 플로우는 이온 주입 프로세스가 중단되는 블럭 (720)으로 진행된다. 만약 그렇지 않다면, 플로우는 블럭 (716)로 진행하고 빔 높이를 증가시키기 위해 조정이 이온 주입 장치의 선택 파라미터(들)에 기하여 수행된다. 플로우는 그런다음 블럭 (708)로 회귀한다.
본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에 기술된 이러한 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 변형들이 당업자들에게 전술한 설명 및 첨부된 도면들로부터 명백해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 변형들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명이 본 명세서에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 기술되었으나, 당업자들은 본 발명의 유용성이 그에 한정되지 한고, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들 내에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 제시되는 청구항들은 본 명세서에 기술된 바와 같은 본 발명의 완전한 폭 넓음과 사상의 관점에서 이해되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 이온 주입기내 이온 빔을 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 이온 빔의 전파 방향에 수직인 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 복수개의 빔 전류 측정들을 수행하는 검출기;
    상기 복수개의 빔 전류 측정들에 기초하여 빔 전류 프로파일을 결정하는 분석 컴포넌트로서, 상기 빔 전류 프로파일은 상기 제 1 방향을 따라서의 빔 전류의 변화를 포함하는, 상기 분석 컴포넌트; 및
    상기 이온 빔의 높이가 임계값 아래인 것을 상기 빔 전류 프로파일이 나타낼 때 상기 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 높이를 조정하는 조정 컴포넌트를 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 검출기는 상기 제 1 방향을 따라서 개개의 복수개의 상이한 포인트들에 대하여 상기 복수개의 빔 전류 측정을 동시에 기록하도록 구성된 멀티픽셀 검출기(multipixel detector)를 포함하는, 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 분석 컴포넌트는 상기 빔 전류 프로파일의 경사도가 과잉 빔 전류 밀도(excessive beam current density)를 나타내는 경사도 임계값을 초과하는지를 결정하도록 구성된, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 결정된 때 상기 조정 컴포넌트는 상기 이온 빔을 디포커싱(defocus)하도록 구성되는, 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 분석 컴포넌트는 미리 결정된 수의 빔 조정 루프들 후에 과열점(hotspot)의 존재가 결정될 때 이온 주입 프로세스를 종료하도록 구성되고, 각각의 빔 조정 루프는 빔 높이가 빔 높이 임계값 아래인 것을 결정하는 단계 및 상기 빔 높이에 기초하여 상기 이온 주입기의 파라미터를 조정하는 신호를 발송하는 단계를 포함하는, 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 빔에 노출되는 동안 상기 제 1 방향을 따라서 기판을 스캔하는 기판 스캐너를 더 포함하고, 상기 분석 컴포넌트는 스캔 속도 및 상기 기판 스캐너의 스텝 사이즈에 기초하여 상기 임계값을 결정하도록 구성되는, 시스템.
  7. 이온 주입기에 있어서,
    이온 빔을 생성하는 이온 소스;
    상기 이온 빔의 전파 방향에 수직인 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 복수개의 이온 빔 전류 측정을 수행하는 검출기;
    실행될 때, 제어기로 하여금 :
    상기 복수개의 이온 빔 전류 측정에 기초하여 빔 전류 프로파일을 결정하고, 상기 빔 전류 프로파일은 상기 제 1 방향을 따라서의 이온 빔 전류의 변화를 포함하고;
    상기 빔 전류 프로파일에 기초하여 상기 제 1 방향을 따라서의 빔 높이를 산출하고; 및
    상기 산출된 빔 높이가 임계값 아래인 때 상기 제 1 방향을 따라서의 상기 빔 높이를 증가시키는 파라미터 조정을 수행하는 명령들을 발송하게 하는 명령들을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체를 포함하는 상기 제어기를 포함하는, 이온 주입기.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 검출기는 상기 제 1 방향을 따라서 개개의 복수개의 상이한 포인트들에 대하여 상기 복수개의 빔 전류 측정을 동시에 기록하도록 구성된 멀티픽셀 검출기(multipixel detector)를 포함하는, 이온 주입기.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체는 실행될 때, 상기 제어기로 하여금 상기 빔 전류 프로파일에 기초하여 이온 빔내 과열점을 식별하게 하는 명령들을 포함하는, 이온 주입기.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체는 실행될 때, 상기 제어기로 하여금 과열점(hotspot)이 결정된 때 상기 이온 빔을 디포커싱(defocus)하는 명령들을 발송하게 하는 명령들을 포함하는, 이온 주입기.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체는 실행될 때 상기 제어기로 하여금 미리 결정된 수의 빔 조정 루프들 후에 과열점(hotspot)의 존재가 결정될 때 이온 주입 프로세스를 종료하게 하는 명령들을 포함하고, 각각의 빔 조정 루프는 빔 높이가 빔 높이 임계값 아래인 것을 결정하는 단계 및 상기 결정된 빔 높이에 기초하여 상기 이온 주입기의 파라미터를 조정하는 신호를 발송하는 단계를 포함하는, 이온 주입기.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 이온 빔에 노출되는 동안 상기 제 1 방향을 따라서 기판을 스캔하는 기판 스캐너를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체는 실행될 때 상기 제어기로 하여금 스캔 속도 및 상기 기판 스캐너의 스텝 사이즈에 기초하여 상기 임계값을 결정하게 하는 명령들을 포함하는, 이온 주입기.
  13. 이온 주입기에 있어서,
    상기 이온 빔의 전파 방향에 수직인 제 1 방향을 따라서 상기 이온 빔의 복수개의 이온 빔 전류 측정을 수행하는 검출기;
    실행될 때, 제어기로 하여금 :
    상기 복수개의 이온 빔 전류 측정에 기초하여 빔 전류 프로파일을 결정하고, 상기 빔 전류 프로파일은 상기 제 1 방향을 따라서의 이온 빔 전류의 변화를 포함하고;
    상기 빔 전류 프로파일에 기초하여 상기 제 1 방향을 따라서의 위치의 함수로서 이온 전류내 변화를 포함하는 이온 전류 구배(ion current gradient)를 산출하고; 및
    상기 이온 전류 구배가 임계값을 초과할 때 상기 이온 주입기의 파라미터를 동적으로 조정하는 단계를 포함하는 빔 조정을 수행하는 명령들을 발송하게 하는 명령들을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체를 포함하는 상기 제어기를 포함하는, 이온 주입기.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 검출기는 상기 제 1 방향을 따라서 개개의 복수개의 상이한 포인트들에 대하여 상기 복수개의 빔 전류 측정을 동시에 기록하도록 구성된 멀티픽셀 검출기(multipixel detector)를 포함하는, 이온 주입기.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능한 스토리지 매체는 실행될 때, 상기 제어기로 하여금 상기 이온 전류 구배가 임계값을 초과할 때 상기 이온 빔을 디포커싱(defocus)하는 신호들을 발송하게 하는 명령들을 포함하는, 이온 주입기.
KR1020157034315A 2013-05-03 2014-05-02 이온 주입 균일성을 제어하기 위한 장치 및 기술들 KR101677225B1 (ko)

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