KR20170118767A

KR20170118767A - 바이폴라 웨이퍼 전하 모니터 시스템, 및 이를 포함하는 이온 주입 시스템

Info

Publication number: KR20170118767A
Application number: KR1020177024503A
Authority: KR
Inventors: 말빈 팔리; 타카오 사카세; 조세프 폴리
Original assignee: 액셀리스 테크놀러지스, 인크.
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-10-25
Also published as: CN107430974B; CN107430974A; TWI679670B; TW201705181A; US9558914B2; US20160247664A1; JP2018512697A; WO2016138086A1

Abstract

랭뮤어(Langmuir) 프로브를 포함하는 전하 모니터가 제공되며, 양전하 및 음전하 정류기는 상기 프로브에 동작 가능하게 결합되고, 각각 양전하 및 음전하만을 통과시키도록 구성된다. 양전류 적분기는 양전하 정류기에 동작 가능하게 결합되고, 양전류 적분기는 양의 임계 전압을 통해 바이어스 되며, 및 상기 양전류 적분기는 상기 양의 임계 전압에 적어도 부분적으로 기초하여 양의 도즈를 출력하도록 구성된다. 음전류 적분기는 음전하 정류기에 동작 가능하게 연결되고, 음전류 적분기는 음의 임계 전압을 통해 바이어스 되고, 및 상기 음전류 적분기는 상기 음의 임계 전압에 적어도 부분적으로 기초하여 음의 도즈를 출력하도록 구성된다. 양전하 카운터 및 음전하 카운터는 각각의 양전하 및 음전하와 관련된 누적된 양전하 값 및 누적된 음전하 값을 제공하기 위하여, 양전류 적분기 및 음전류 적분기로부터의 출력을 각각 수신하도록 구성된다.

Description

바이폴라 웨이퍼 전하 모니터 시스템, 및 이를 포함하는 이온 주입 시스템

본 발명은 일반적으로 이온 주입 도즈 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작물 상의 음전하 및 양전하 축적의 인시튜 모니터링 시스템에 관한 것이다.

반도체 공정 산업에서, 이온은 종종 반도체 웨이퍼와 같은 공작물에 주입되어 상기 공작물에 특유의 특성을 제공한다. 하나의 통상적인 공정은 공작물에 이온을 주입하는 단계를 포함하며, 여기서 트랜지스터 디바이스는 사전에 형성되고 공작물을 가로질러 절연되며, 폴리실리콘 콘택은 디바이스의 게이트 위에 위치된다. 상기 게이트는 또한 소위 "웰(well)"을 오버레이 하는데, 상기 웰에 대한 콘택은 일반적으로 디바이스의 소스 및 드레인 콘택을 정의하며, 그 내부에 디바이스의 단자를 정의한다. 얇은 산화막은 또한 게이트와 채널 사이에 존재하며, 게이트의 양측 상의 콘택은 소스와 드레인을 정의한다. 동작 시에, N-채널 트랜지스터 디바이스에서와 같이, 양전압이 게이트에 인가될 때, 양전압은 음전하를 강화시키거나 끌어당기고, 양전하를 밀어내며, 트랜지스터를 통한 전도를 효과적으로 차단한다. 양전압이 완화되면, 전하가 채널로 들어가서 트랜지스터 디바이스가 전도할 수 있게 된다.

양전압이 산화물에 대한 사양(가령, 5-10MV/cm 정도의 산화물에서 비교적 높은 전계를 생성하는 전압)을 초과하는 게이트에 인가될 때, 전류는 일반적으로 산화물을 통해 흐르기 시작한다. 처음에는 전류가 양자 역학적 터널링 전류(파울러-노드하임(Fowler-Nordheim) 또는 FN 터널링 전류라고도 한다) 또는 직접 터널링을 통해 산화물을 통해 흐르고, 초기 전류 흐름은 초기에 열 발생이 거의 없거나 전혀 없기 때문에 일반적으로 얇은 산화물에 심각한 손상을 주지 않는다. 그러나 시간이 지남에 따라 전하 트랩이 전류 흐름에 의해 생성되므로 결국 산화물이 손상된다. 산화물이 파괴되거나 고장 나기 전에 비교적 많은 양의 전하(가령, 1 내지 3 쿨롱/cm²)가 산화물을 통해 흐를 필요가 있다.

전류가 초기에 알려진 양호한 산화물에서 수행되는 전압은 매우 예측 가능하다. 예를 들어, 주어진 산화물 두께에 대해 터널링 전류는 일반적으로 알려져 있으며, 대략 6-10V에서 시작할 수 있다. 이온 주입 공정과 같은 반도체 공정 중에, 이온 주입이 디바이스가 터널링 전압에 도달하게 하는지 여부를 결정하는 것이 바람직하고, 그렇다면 전류 흐름이 존재하는지 여부를 결정하는 것이 바람직하다.

통상적으로, 전하 모니터는 이온 빔 또는 이온 주입 공정에 의해 공작물에 인가되는 피크 전압을 측정하기 위해 이용되어 왔다. 이러한 피크 전압은 일반적으로 플로팅 프로브(floating probe)(가령, 랭뮤어 프로브)를 사용하여 측정된다. 플로팅 프로브는 일반적으로 평평한 프로브(가령, 직경이 대략 1mm 인 작은 디스크)이며, 프로브가 이온 빔을 통과할 때 빔에 과도한 이온 또는 전자가 존재하는지 여부에 따라 양 또는 음의 충전 전압이 발생한다. 일반적인 충전 전압은 +/- 10V 범위에 있다. 하지만 현대 반도체 공정에서 구현되는 소형 디바이스에서, 그러한 충전 전압은 종종 게이트 산화물 구조 내에 전류가 흐르게 유도하기에 충분하다.

그러나 전류 흐름을 유도하는 이러한 충전 전압은 그 자체로 손상 및/또는 브레이크다운이 장치 내에서 발생하고 있음을 반드시 나타내는 것은 아니다. 또한, 그러한 피크 전압 측정은 일반적으로 터널링 전류가 공작물에 손상을 주지 않기 때문에, 장치에 대한 손상이 발생하는지를 결정하기에 충분한 정보를 제공하지 못한다.

전하를 모니터하는 또 다른 종래의 방법론은 소모품 모니터 웨이퍼의 사용이었다. 모니터 웨이퍼(테스트 요소 그룹 웨이퍼라고도 한다)는 그 위에 형성된 다양한 용량 구조를 갖는 반도체 웨이퍼로 구성되며, 이러한 용량 구조는 그에 결합 된 커다란 콘택을 갖는다. 상기 콘택의 넓은 영역은 상대적으로 많은 양의 전하를 수집하여 작은 용량 게이트에 집중시킨다. 게이트 콘택에 대한 다양한 크기의 콘택 영역 및 게이트 영역(가령, 얇은 산화물)이 제공되고, 디바이스의 나머지는 두꺼운 산화막 위에 존재한다. 모니터 웨이퍼에 전압이 가해지면 디바이스의 전류가 게이트 자체에 집중된다. 게이트 영역에 대한 콘택 영역의 다양한 비율("안테나 비"라고 한다)이 제공되고, 게이트 자체에 큰 전류 밀도를 제공하여, 모니터 장치의 고장이 가속화 된다. 그러나 모니터 웨이퍼는 매우 고가이며, 주입 용 소모품 또는 일회용 테스트 웨이퍼로 사용된다.

따라서 이온 주입 동안 전하 축적의 인-시츄 측정을 위한 새롭고, 견고하고, 저렴한 바이폴라 측정 시스템 및 방법론에 대한 필요성이 존재한다.

그러므로 다음은 본 발명의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화 된 요약을 제공한다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 이는 본 발명의 주요 키 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하지 않는다. 본 발명의 목적은 후술되는 보다 상세한 설명의 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화 된 형태로 제시하는 것이다.

종래의 모니터 웨이퍼의 사용은 이온 주입 시스템 성능의 질적 측정을 제공한다. 그러나 이러한 접근법은 반도체 공작물 상에 제조되는 실제 디바이스에서 예상되는 결과를 의미있는 표시로 제공하지 않기 때문에 제한적이다. 본 발명은 실제 디바이스가 고장 나게 할 가능성이 가장 큰 것으로 간주되는 고장 파라미터의 실제 측정을 갖는 종래의 시스템에 비해 현저한 개선을 제공한다.

본 발명의 내용에서, 하나의 특정 고장 파라미터는 측정 시스템에 의하여 얇은 산화물을 통해 전도 된 총 전하의 측정에 초점을 둔다. 양이온은 접지 된 표면(가령, 공작물)과 충돌 할 때 2차 전자를 발생시키므로, 본 발명의 측정 시스템은 양전하 및 음전하뿐만 아니라 그 누적 양을 측정하도록 동작 가능하다. 이러한 2차 전자는 일반적으로 이온 빔의 주변에 인접한 영역에서 접지된 표면으로 손실되고, 차례로 이온 빔 포텐셜이 상승하게 된다. 따라서 대전은 이온 빔의 중심 부근에서 양의 값을 가지며 이온 빔의 에지 근처에서 음의 값을 갖는다. 따라서 본 발명은 이온 주입 시스템에서 양전하 및 음전하 기여를 개별적으로 모니터하고 효과적으로 측정한다.

본 발명에 따르면, 이온을 공작물에 주입하기 위한 이온 주입 시스템이 제공된다. 내부에 이온 플라즈마 또는 이온 빔을 생성하도록 구성된 이온 소스를 포함하는 공정 챔버가 제공된다. 공정 챔버의 내부 영역 내에 공작물이 위치되도록 구성된 지지 표면을 갖는 공작물 지지체는 이온 플라즈마 또는 이온 빔에 대해 공작물의 주입 표면이 노출되도록 구성된다. 전하 모니터는 공작물 지지체와 추가로 관련되고, 제어기는 전하 모니터로부터 신호를 수신하고, 적어도 부분적으로는 상기 전하 모니터로부터의 신호에 기초하여 상기 공작물에 의해 경험되는 전하 축적량을 결정하도록 구성된다.

하나의 예시적인 측면에 따른 전하 모니터는 랭뮤어(Langmuir) 프로브를 포함하며, 여기서 양전하 정류기 및 음전하 정류기는 랭뮤어 프로브에 작동 가능하게 연결되고, 각각 양전하 및 음전하만을 통과하도록 구성된다. 양전류 적분기는 양전하 정류기에 동작 가능하게 결합되고, 양전류 적분기는 양의 임계 전압을 통해 바이어스 되고, 양전류 적분기는 적어도 부분적으로 양의 임계 전압에 기초하여 양의 도즈를 출력하도록 구성된다. 음전류 적분기는 음전하 정류기에 동작 가능하게 결합되고, 음전류 적분기는 음의 임계 전압을 통해 바이어스 되고, 음전류 적분기는 적어도 부분적으로 음의 임계 전압에 기초하여 음의 도즈를 출력하도록 구성된다.

양전하 카운터 및 음전하 카운터는 각각의 양전하 및 음전하와 관련된 누적 된 양전하 값 및 누적된 음전하 값을 제공하기 위해 양전류 적분기 및 음전류 적분기로부터의 출력을 각각 수신하도록 구성된다.

전술한 요약은 단지 본 발명의 일부 실시 예의 일부 특징의 간략한 개요를 제공하기 위한 것이며, 다른 실시 예는 전술한 것 이외의 추가 및/또는 상이한 특징을 포함할 수 있다. 특히, 이 개요는 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서 전술한 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이후에 설명되고 특히 청구 범위에서 지적 된 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 된 도면은 본 발명의 특정 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 몇 가지를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규 한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 이온 주입을 받는 공작물 상의 전하 축적의 인-시츄 측정을 위한 시스템 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계를 극복한다. 본 발명은 전류 흐름 및 전하 축적이 존재하는지 여부를 효과적으로 식별함으로써, 거기에서 처리중인 특정 디바이스의 수명을 결정하는데 도움을 제공한다. 전류 흐름이 존재하는 경우, 시간 경과에 따라 전류가 흐르는 정도를 식별하는 것이 본 발명에 의해 더 제공된다.

도 1은 본 발명의 몇몇 측면에 따른 이온 주입 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 측면에 따라 그 위에 배치 된 전하 모니터를 갖는 스캔 암을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 이온 주입 전하 모니터 시스템의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 이온 주입 중에 공작물 상의 전하 축적을 모니터링하기 위한 방법을 도시한다.

본 발명은 일반적으로 이온 주입을 받는 공작물의 전하 축적(charge build-up)을 인-시츄(in-situ) 측정 및/또는 모니터링하기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이고, 동일한 참조부호는 동일한 구성 요소를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 이들 측면들의 설명은 단지 예시적인 것이며, 제한된 의미로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부사항이 제시된다. 그러나 당업자에게는 본 발명이 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부 된 도면을 참조하여 이하에 설명되는 실시 예 또는 사례들에 의해 제한되지 않으며, 첨부 된 특허 청구 범위 및 그 균등 물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

또한, 도면은 본 개시 내용의 실시 예의 일부 측면을 예시하기 위해 제공되며, 따라서 단지 개략도로 간주되어야 함을 유의해야 한다. 특히, 도면들에 도시 된 구성요소들은 반드시 서로 축척 될 필요는 없으며, 도면들에서 다양한 구성 요소들의 배치는 각각의 실시 예에 대한 명확한 이해를 제공하도록 선택되었고, 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 구현 예에서 다양한 구성요소의 실제 상대 위치의 표시 일필요가 있는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에서 설명된 다양한 실시 예 및 예들의 특징은 특별히 언급하지 않는 한, 서로 결합 될 수 있다.

또한, 아래 설명에서, 기능 블록들, 디바이스들, 구성요소들, 회로요소들 또는 본 명세서에 도시되거나 설명 된 다른 물리적 또는 기능적 유닛들 간의 임의의 직접적인 접속 또는 결합은 간접적인 접속 또는 결합에 의해 구현 될 수 있음이 또한 이해되어야한다. 또한, 도면들에 도시 된 기능 블록들 또는 유닛들은 일 실시 예에서 별개의 특징들 또는 회로들로서 구현될 수 있고, 선택적으로 또 다른 실시 예에서 공통 특징 또는 회로로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 기능 블록들은 신호 처리와 같은 공통 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 이하의 명세서에서 유선 기반으로 설명되는 임의의 접속은 달리 언급되지 않는 한 무선 통신으로서 구현 될 수도 있음을 이해해야 한다.

따라서 이하에 제공된 본 발명은 이온 주입 과정의 공작물 상에서 전하 축적을 모니터링하는 모니터 장치, 시스템 및 방법을 설명한다. 본 발명은 단순히 충전 전압을 측정하는 것 이상으로, 유리하게도 주어진 전압에서 가용 전류량을 측정하고, 측정 장치에 의해 경험되는 총 전도성 전하를 제공하면서 시간 경과에 따라 이용 가능한 전류를 통합한다. 본 발명의 하나의 진보적인 측면은 통계적으로, 측정 장치에 의해 경험되는 결과적인 총 전도성 전하가 공작물 상에 잘 형성된 표준 산화물에 의해 경험되는 전체 전도성 전하와 유사하다는 것이다. 따라서 표준 산화물이 손상되거나 파괴되기 전에 미리 정해진 전도성 전하(가령, 2 쿨롱/cm²)를 통계적으로 견딜 수 있는 경우, 본 발명은 특정 이온 주입에 대해 이온 빔의 충전 능력을 결정하는 측정 장치를 제공한다. 상기 충전 용량이 소정의 전도성 전하보다 작으면, 산화막의 예상 수명(가령, 산화막이 공지의 산화물 마모 곡선 또는 Weibull 곡선 상에 위치되는 지점)에 관한 예측이 이루어질 수 있다.

도 1을 참조하면, 전하 모니터(102)(가령, 바이폴라(bi-polar) 전하 모니터라고도 한다)를 채용하는 예시적인 이온 주입 시스템(100)을 도시한다. 이온 주입 시스템(100)은 이온 플라즈마(104)를 생성하도록 구성되며, 상기 이온들은 공작물(106)에 주입된다. 일 실시 예에서, 이온 주입 시스템(100)은 이온 빔(108)을 생성하도록 구성되며, 여기서 이온들(104)은 공지 기술을 사용하여 공작물(106)을 향한다. 선택적으로, 이온 주입 시스템(100)은 플라즈마 잠입 이온 주입(PIII) 시스템(도시되지 않음) 또는 공작물(106)으로의 주입을 위해 복수의 이온들(104)을 생성 할 수 있는 임의의 다른 이온 주입 시스템을 포함한다. 따라서 본 발명은 특정 이온 주입 시스템(100)(가령, 빔 기반, 플라즈마 기반 등)에 한정되지 않으며, 이온들을 공작물(106)에 주입하도록 구성된 대부분의 모든 주입 시스템에 유용하다고 믿어진다.

도시 된 바와 같이, 이온 주입 시스템(100)은 공정 챔버(110)를 포함하며, 여기서 공작물 지지체(112)는 일반적으로 프로세스 챔버 내에 위치된다. 공작물 지지체(112)는 예를 들어 반도체 웨이퍼(가령, 실리콘 웨이퍼)와 같은 공작물(106)을 유지하기 위한 표면을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 공작물 지지체(112)는 공작물 지지체의 지지면(114)에 공작물(106)을 정전기적으로 또는 기계적으로 고정하도록 구성된 정전기 척 또는 기계적 클램핑 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 본 실시 예에서는 하나의 공작물(106)을 지지하는 것으로서 공작물 지지체(112)가 설명되었지만, 복수의 공작물을 동시에 지지하는 구성과 같은 다양한 다른 구성도 또한 고려 될 수 있음을 알아야 한다.

일 실시 예에 따르면, 이온 소스(116)가 제공되며, 상기 이온 소스는 이온 플라즈마(104)를 생성하여 공정 챔버(110)에 공급하고, 따라서 공작물 지지체(112) 상에 존재하는 공작물(106)에 공급한다. 본 실시 예에서, 이온 플라즈마(104)는 이온 빔(108)을 포함하며, 여기서 이온 소스(116)는 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 이온 빔을 질량 분석, 모양 및 형태로 구성된 다양한 구성 요소를 나타낸다. 이온 빔, 플라즈마 샤워 또는 다른 플라즈마의 형태이든 간에, 이온 플라즈마(104)를 생성시키는 것으로 알려진 다양한 가스, 에너지, 기술 및/또는 다른 장치가 본 발명에 따라 이용 될 수 있음을 주목하며, 이러한 모든 가스, 기술 및/또는 장치는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다.

이온 주입 시스템 분야에서 잘 알려진 문제는 이온들이 웨이퍼 또는 공작물 표면에 부딪히는 결과로 발생한다: 저에너지 전자가 방출되고 웨이퍼는 양으로 대전되는 경향이 있다. 일반적으로 웨이퍼에 전달되는 양전하의 순 양은 빔 전류에 정비례한다. 웨이퍼 표면이 잘 접지되고 유전체 층이 없는 경우, 이러한 전하는 주로 접지로 흐른다. 그러나 반도체 제조 과정 중에, 전형적으로 하나 이상의 유전체 층이 이미 공작물의 표면 상에 형성된 후에 이온들이 주입된다. 이러한 층들은 이온 빔이 정전기를 생성하는 고립 된 섬의 역할을 한다.

이러한 충전 축적으로 인해 다양한 문제가 발생한다. 예를 들어, 정전기 전하가 빔과 상호 작용하여 밀도를 잃게 되고, 결과로 원치 않는 불균일한 주입 공정을 초래한다. 더 중요한 것은, 정전기 전하가 축적되고 방전되어 웨이퍼 상의 이미 형성된 유전체 층을 손상 및/또는 파괴할 수 있다는 것이다. 더 작은 크기의 집적 회로에서는, 그러한 방전에 의한 파괴에 대한 유전체 층의 자화율(susceptibility)이 증가한다. 따라서 이온 주입 공정 중에 표면 전하 축적에 대해 허용 오차가 낮다.

이러한 문제에 대한 해결책은 빔이 웨이퍼에 접촉하기 전에 빔 및/또는 웨이퍼의 표면에 전하 중화(neutralizing charge), 예를 들어 전자(electrons)를 전자 소스(electron source)를 통해 도입하는 것이다. 전술한 전하 중화가 빔과 웨이퍼가 접촉하는 곳에 근접하여 인가 될 수 있는 웨이퍼 대전에 대한 다양한 해결책이 제시되었는데, 이는 예를 들어, 공통으로 어사인 된 미국 특허 제7,800,083호 및 제8,760,054호에서 발견할 수 있으며, 이들 특허는 본원에 참조로서 포함된다. 도시 된 바와 같이, 본 발명은 양이온 전하뿐만 아니라 웨이퍼에서 수신된 음전자 전하를 측정하기 위한 바이폴라 전하 모니터링 장치 및 시스템에 관한 것이다. 이러한 바이폴라 전하 모니터링 시스템은 전하 축적의 정량적 측정을 하는데 사용될 수 있고, 이는 전자 소스에 피드백을 제공하여 전자 출력을 변화시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스캔 암(118)은 공정 챔버(110) 내에 제공되며, 공작물 지지체(112) 및 그에 따른 공작물(106)을 이온 빔(108)을 통해 선택적으로 병진 이동시키도록 구성된다. 이온 주입 시스템(100)의 전체 동작을 제어하기 위한 제어기(120)가 더 제공된다. 예를 들어, 제어기(120)는 이온 소스(116), 공정 챔버(110) 내에서 공작물(106), 전하 모니터(102) 뿐만 아니라 이온 주입 시스템(100)과 관련된 다른 장치 및/또는 조건을 제어한다.

스캔 암(118)을 통해 이온 빔(108)을 통해 공작물(106)을 스캔하는 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이 전하 모니터(102)가 오버 스캔 영역(120)에 있도록 전하 모니터(102)가 스캔 암 상에 위치한다. 예를 들어, 오버 스캔 영역(120)은 스캔 암의 회전(122) 및/또는 병진(124) 동안 이온 빔(108)을 통과하는 스캔 암(118)의 일부를 포함하며, 전하 모니터(102)는 공작물(106) 상의 유사한 영역의 형성된 반도체 디바이스(도시되지 않음)와 동일한 도즈(dose)를 이온 빔(108)으로부터 수용한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 2의 스캔 암(118)은 그것이 (가령, 병진(124)을 통해) 이동되는 동안 이온 빔(108)을 통해 (가령, 회전(122)을 통해) 전후로 진동하며, 이로써 이온 빔(108)을 통해 공작물(106)과 전하 모니터(102)를 여러 번 통과시킨다. 일 예시에서, 이온 빔(108)은 수직 스캔 피치보다 훨씬 크기 때문에, 주입이 공작물(106) 상의 모든 지점과 그 주변에 위치한 전하 모니터(102)를 균일하게 덮도록 한다.

본 발명에 따르면, 전하 모니터(102)는 평면 랭뮤어 프로브(Langmuir probe)(126)를 포함한다. 랭뮤어(Langmuir) 프로브(126)는 예를 들어, 적절한 배선 및/또는 피드 쓰루 케이블(feed-thru cabling)(도시되지 않음)을 통해 제어기(120)에 추가로 동작 가능하게 연결된다. 또 다른 예에서, 전하 모니터(102)는 하나 이상의 배터리(128)를 통해 전력이 공급되고, 이와 관련된 비전도성 신호 송신기(130)를 통해 제어기(120)와 통신하도록 구성된다. 따라서 전하 모니터(102)는 일반적으로 신호의 통신과 관련된 기생 커패시턴스를 방지하면서 제어된다. 이러한 배열은 이온 플라즈마(104)가 펄스화 되고, 공작물 지지체(112)에 대한 전기적 연결이 바람직하지 않게 최소화되어 해로운 커패시턴스 문제를 피하는 플라즈마 이온 잠입 시스템(plasma ion immersion system)(도시되지 않음)에서 유용하다. 일례에서, 전기적 비전도성 신호 송신기(130)는 광섬유 신호 송신기(132)를 포함하며, 신호는 광섬유 케이블(134)을 통해 제어기(120)에 전달된다. 선택적으로, 전기적 비전도성 신호 송신기(132)는 무선 송신기(미도시)를 포함하며, 상기 신호는 무선 송신기를 통해 제어기에 송신되어 제어기(120)와 관련된 무선 수신기(도시되지 않음)에 전달된다. 예를 들어, 하나 이상의 배터리(128)는 공정 챔버(110)로 또는 공정 챔버(110)로부터 공작물(106)의 이송 또는 교환 혹은 진공 회복 기간 중 하나 이상 동안 재충전 되도록 구성된다.

도 3에 개략적으로 도시 된 바와 같이, 랭뮤어 프로브(126)는 양전하 정류기(136)(가령, 다이오드)에 전기적으로 결합되고, 양전하 정류기는 양전하만을 통과시키도록 구성된다. 랭뮤어 프로브(126)는 음전하 정류기(138)(가령, 다이오드)에 전기적으로 결합되고, 음전하 정류기는 음전하만을 통과시키도록 구성된다. 양전류 적분기는 양전하 정류기(136)에 동작 가능하게 결합되는 양전류 적분기(140)가 더 제공되고, 양전류 적분기는 양의 임계 전압(142)(또한 Vth+로 표시된다)을 통해 바이어스 된다. 따라서 양전류 적분기(140)는 양의 임계 전압(142)에 적어도 부분적으로 기초하여 양의 도즈(144)를 출력하도록 구성된다. 양전하 카운터(146)는 양전류 적분기(140)로부터의 출력을 수신하고 랭뮤어 프로브(126)에 의해 경험 된 축적 양전하와 관련된 누적 양전하 값(148)을 제공하도록 구성된다.

마찬가지로, 음전류 적분기(150)는 음전하 정류기(138)에 동작 가능하게 연결되고, 음전류 적분기는 음의 임계 전압(152)(또한 Vth-로 표시된다)을 통해 바이어스 되고, 상기 음전류 적분기는 적어도 부분적으로 상기 음의 임계 전압에 기초하여 음의 도즈(154)을 출력하도록 구성된다. 따라서 음전하 카운터(156)가 제공되어, 음전류 적분기(150)로부터 출력 음의 도즈(154)를 수신하고 랭뮤어 프로브(126)에 의해 경험 된 음전하와 관련된 누적 음전하 값(158)을 제공하도록 구성된다.

예를 들어, 양 및 음전류 적분기(140, 150)는 가변의 양 및 음의 임계 전압(142 및 152)을 사용하여 개별적으로 바이어스 되며, 따라서 미리 정의 된 임계 값을 충족시키지 못하는 저 전압 소스를 차단한다. 예를 들어, 가변 양 및 음의 임계 전압(142, 152)은 적어도 부분적으로 공작물(106) 상의 형성된 디바이스의 게이트 산화물 두께 및 극성에 기초하여 결정되고 설정된다. 공작물(106)로의 이온 주입이 완료되면, 양 및 음전하 카운터(146, 156)(가령, 16비트 디지털 카운터)는 양 및 음전류에 대한 전도 된 전하에 해당하는 값을 레지스터에 저장하고, cm² 당 쿨롱 단위로 이는 정전압에서의 충전의 실제 측정값이다. 일단 이온 주입이 완료되면, 축적 양 및 음전하 값(148, 158)은 공작물(106) 상의 장치(도시되지 않음)를 통해 전도 된 전하를 예측하는데 이용 될 수 있다.

본 발명의 다른 예시적인 측면에 따르면, 도 4는 이온을 공작물에 주입하는 동안 전하 축적을 모니터링하기 위한 예시적인 방법(200)을 도시한다. 예시적인 방법이 본 명세서에서 일련의 동작 또는 이벤트로서 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 이러한 동작 또는 이벤트의 예시 된 순서에 의해 제한되지 않고, 일부 단계는 상이한 순서로 발생할 수 있다는 점에 유의해야 하며, 및/또는 본 명세서에 도시되고 설명 된 것 이외의 다른 단계와 동시에 수행될 수 있다. 또한, 도시된 모든 단계들이 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것이 요구될 수 있는 것은 아니다. 또한, 본 방법은 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 뿐만 아니라 여기에 도시되고 기술 된 시스템과 관련하여 구현 될 수 있음을 알 것이다.

도 4의 방법(200)은, 양 및 음의 적분기 뿐만 아니라 양 및 음의 임계 전압(Vth+ 및 Vth-)이 초기화되는 단계(202)에서 시작한다. 단계(204)에서, PFS(plasma flood source)와 같은 전자 소스의 전류는 소정의 사전 설정된 값으로 설정되고, 이온 빔을 통해 공작물을 통과시킴으로써 공작물에 이온이 주입된다. 예를 들어, 공작물은 공작물 지지체에 고정된다.

단계(206)에서, 양 및 음전하는 예를 들어, 도 1의 전하 모니터(102)를 통해 측정되며, 전하 모니터는 전하 모니터와 이온 빔(108) 사이의 공간적 관계에 따라 상이한 비율로 전자 및 이온 충돌을 경험한다. 이전에 논의된 바와 같이, 이온 빔(108)은 빔 중심에서의 이온뿐만 아니라 대부분 이온 빔의 주변에 대한 전자로 구성된다. 따라서 전하 모니터(102)는 이온 빔(108)의 에지에 접근할 때 음의 대전을 겪고, 이온 빔을 통과할 때 양의 대전을 하고, 이온 빔의 대향 에지로 전환하고 떠날 때 다시 음으로 대전한다.

본 발명의 내용을 볼 때, 당업자는 예를 들어, 도 2의 랭뮤어 프로브(126)에 도달하는 전류는 랭뮤어 프로브와 도 1의 이온 빔(108)과 관련된 이온 플라즈마(104) 사이의 전압 차의 함수라는 것을 이해할 것이다. 충분한 운동 에너지를 가지는 이온 및 전자 모두 전하 모니터(102)에 부딪쳐 그에 대한 순 전류를 산출한다. 전하 모니터(102)가 모든 유입 전자를 밀어내기에 충분한 음의 포텐셜에 도달할 때, 전하 모니터(102)는 이온 빔(108)으로부터 총 이온 전류만을 측정할 것이다. 다른 한편, 전하 모니터(102)가 모든 유입 이온을 밀어내기에 충분한 양의 포텐셜에 도달하면, 이는 유입 이온 빔(108)으로부터의 총 전자 전류만을 측정할 것이다. 이러한 소위 "포화 레벨(saturation levels)"은 전하 모니터가 작동하도록 설정되는 한계를 정의하여, 전하 모니터가 이온과 전자의 혼합을 수집한다. 예를 들어, 포화 레벨은 반도체 제조 공정 중에 공작물(106) 상에 형성된 용량성 구조(capacitive structures)와 관련된 항복 전압(breakdown voltages)과 유사하다.

따라서 도 4의 방법(200)은 도 1의 전하 모니터(102)에 의해 측정 된 미리 설정된 임계 값들로서 이러한 포화 레벨들의 측정 및 모니터링을 가능하게 하여, 주입 공정이 적절한 파라미터 사이에 수행되고, 공작물(106) 상의 유전체 층을 통해 흐르는 에너지 전하의 누적 효과가 전류 흐름의 손상 변위를 유발하지 않을 것이다.

본 발명의 개시 내용을 보았을 때, 바이폴라 전하 모니터(102)는 각각의 웨이퍼 스캔 동안 웨이퍼 대전의 누적 효과의 측정을 제공하며, 이에 의해 전자 소스 및 이에 의해 유도 된 웨이퍼 대전을 조정하기 위해 측정이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 프리세트 입력 파라미터(Preset input parameters)는 공작물(106) 상에 제조되는 디바이스와 관련된 항복 전압의 예측 된 값에 기초하여 도 1의 제어기(120)에 제공된다. 따라서 도 4의 단계(208)에서, 웨이퍼 대전의 누적 효과가 처리된다: 음전하가 너무 낮으면, 전자 출력의 증가가 결정되고 새로운 프리세트 임계 신호가 전자 소스에 전송되어 전자 출력을 증가시킨다(예컨대, 단계 210 참조); 음전하가 너무 높으면, 전자 출력의 감소가 결정되고 새로운 프리세트 임계 신호가 전자 소스로 전송되어 전자 출력을 감소시킨다(예컨대, 단계 212 참조); 및 음전하가 만족스러운 범위 내에 있는 것으로 결정되면, 전자 소스 출력은 만족스러운 것으로 결정되고, 프리세트 임계 신호는 그 전자 출력을 유지하기 위해 전자 소스에 대한 입력 제어 신호로서 유지된다(예컨대, 단계 214 참조). 그 후, 상기 공정 단계의 결과는 (예를 들어, 도 1의 제어기(120)를 통해) 전자 소스로 전송되고, 전자 소스의 새로운 프리세트 전자 출력을 사용하여 단계(216)에서 연속적인 주입 스캔이 수행된다. 이러한 공정 단계는 적절한 주입 도즈가 완료될 때까지 (예를 들어, 단계 218 참조) 복수의 주입 스캔에 걸쳐 여러 번 수행 될 수 있다.

따라서 전자 소스(PFS: plasma flood source)는 바이폴라 전하 모니터에 의해 측정 된 목표 전하 중성 레벨을 제어하도록 조정된다. 이것은 각 극성에 대한 전하 밸런스 일 수도 있고 한쪽 또는 다른 쪽에서 불균형한 전하 밸런스 일 수도 있다. 예를 들어, 바람직한 주입 통과 수가 완성될 때까지 각 주입 통과의 끝에서 효과적인 조정이 발생한다.

본 발명은 특정 실시 예 또는 실시 예들에 관하여 도시되고 설명되었지만, 상기 설명된 실시 예들은 본 발명의 일부 실시 예들의 구현 예들로만 작용하며, 본 발명의 적용은 이들 실시 예에 제한되지 않는다. 특히, 상술 된 구성요소(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능에 관해서, 그러한 구성 요소를 설명하기 위해 사용 된 용어("수단"에 대한 언급 포함)는 달리 명시되지 않는 한, 기술 된 구성 요소의 특정 기능(즉, 기능적으로 동등한)을 수행하는 구성 요소에 대하여, 본 명세서에 기술 된 본 발명의 예시적인 실시 예에서 기능을 수행하는 구조와 동일하지 않더라도 대응하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 실시 예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합 될 수 있다. 따라서 본 발명은 상술한 실시 예들로 제한되지 않으며, 첨부된 특허 청구 범위 및 그 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims

이온 주입 시스템 용 전하 모니터에 있어서,
랭뮤어 프로브;
상기 랭뮤어 프로브에 동작 가능하게 결합되고, 자신을 통하여 양전하만을 통과시키도록 구성되는 양전하 정류기;
상기 양전하 정류기에 동작 가능하게 결합되는 양전류 적분기 - 상기 양전류 적분기는 양의 임계 전압을 통해 바이어스 되고, 상기 양전류 적분기는 적어도 부분적으로 상기 양의 임계 전압에 기초하여 양의 도즈를 출력하도록 구성되며;
상기 양전류 적분기로부터의 상기 출력을 수신하고, 상기 양전하와 관련된 누적 양전하 값을 제공하도록 구성되는 양전하 카운터;
상기 랭뮤어 프로브에 동작 가능하게 결합되고, 자신을 통하여 음전하만을 통과시키도록 구성되는 음전하 정류기;
상기 음전하 정류기에 동작 가능하게 결합되는 음전류 적분기 - 상기 음전류 적분기는 음의 임계 전압을 통해 바이어스 되고, 상기 음전류 적분기는 음의 임계 전압에 적어도 부분적으로 기초하여 음의 도즈를 출력하도록 구성되며; 및
상기 음전류 적분기로부터의 상기 출력을 수신하고, 상기 음전하와 관련된 누적 음전하 값을 제공하도록 구성되는 음전하 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 1 항에 있어서,
상기 랭뮤어 프로브는 이온 빔을 통해 공작물을 스캔하도록 구성된 스캐닝 암 상에 상기 공작물의 평면을 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 1 항에 있어서,
상기 랭뮤어 프로브는 일반적으로 평탄하고, 일반적으로 공작물의 주입 평면과 동일 평면 상에 있는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 1 항에 있어서,
상기 랭뮤어 프로브와 연관된 전기적 비전도성 신호 송신기를 더 포함하며, 상기 랭뮤어 프로브로부터의 신호는 일반적으로 신호의 통신과 관련된 기생 커패시턴스를 방지하는 상기 전기적 비전도성 신호 송신기를 통해 제어기에 전달되는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 4 항에 있어서,
상기 전기적 비전도성 신호 송신기는 광섬유 신호 송신기를 포함하고, 상기 신호는 광섬유 케이블을 통해 상기 제어기에 전달되는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 4 항에 있어서,
상기 전기적 비전도성 신호 송신기는 무선 송신기를 포함하고, 상기 신호는 상기 무선 송신기를 통해 상기 제어기와 연관된 무선 수신기로 상기 제어기에 전달되는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 1 항에 있어서,
상기 전하 모니터는 배터리를 포함하고,
상기 전하 모니터는 일반적으로 상기 배터리에 의해 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
제 7 항에 있어서,
재충전 유닛을 더 포함하며, 상기 재충전 유닛은 상기 전하 모니터의 배터리에 선택적으로 전기적으로 연결되고, 상기 재충전 유닛은 상기 배터리에 전기적으로 연결될 때 상기 배터리를 재충전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전하 모니터.
공작물에 이온 주입을 제어하는 방법으로서,
공정 챔버 내의 공작물 지지체 상에 공작물을 제공하는 단계;
일정 시간 동안 상기 공정 챔버에서 이온 플라즈마를 유도하는 단계;
상기 공작물 지지체와 관련된 전하 모니터를 통해 상기 공작물이 경험하는 누적 전하를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 누적 전하에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 공작물 상에 형성된 디바이스의 수명을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
이온 플라즈마를 생성하기 위한 이온 소스;
이온 플라즈마를 수용하도록 공작물을 지지하는 공작물 지지체를 가지는 공정 챔버; 및
상기 공작물 지지체 상에 배치되는 바이폴라 전하 모니터를 포함하며,
상기 바이폴라 전하 모니터는 전하 축적의 정량적 측정을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 이온 플라즈마에 전자를 도입하기 위한 전자 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 바이폴라 전하 모니터로부터의 출력을 수신하고 상기 전자 소스로부터의 전자 출력을 변화시키도록 구성되는 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
공작물에 손상 전류가 흐르지 않도록 이온을 상기 공작물에 주입하는 것을 제어하는 방법으로서,
전하 모니터를 통해 공작물이 경험되는 양전하 및 음전하를 모니터링 하는 단계;
상기 전하 모니터에 의해 측정 된 양전하 및 음전하에 대한 프리세트 임계 값을 제공하는 단계; 및
상기 프리세트 임계 값 내에서만 이온을 상기 공작물 내로 주입하는 단계를 포함하며,
상기 공작물을 통해 흐르는 에너지 전하의 누적 효과는 전류의 손상 변위를 유발하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 프리세트 임계 값은 상기 공작물 상에 제조되는 디바이스와 관련된 항복 전압의 예측 된 값에 기초하여 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.