KR20220035171A - 고-전류 이온 주입기 및 고-전류 이온 주입기를 사용하여 이온 빔을 제어하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
정전 렌즈의 동작 범위를 증가시키기 위한 접근 방법들이 본원에서 제공된다. 이온 주입 시스템의 정전 렌즈는 이온 소스로부터 이온 빔을 수신할 수 있으며, 정전 렌즈는 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치된 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들 및 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치된 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함한다. 이온 주입 시스템은 정전 렌즈와 연통하는 전원 공급장치를 더 포함할 수 있으며, 전원 공급장치는 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 전압 및 전류를 공급하도록 동작할 수 있고, 여기에서 전압 및 전류는 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키며, 여기에서 이온 빔은 정전 렌즈 내에서 가속되고 그런 다음 감속된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 07월 15일자로 출원되어 계류 중인 미국 가특허 출원 일련 번호 제62/874,192호의 정규 출원으로서, 이러한 가특허 출원의 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 개시는 전반적으로 반도체 프로세싱에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 고-전류 이온 주입기들에 관한 것이다.
이온 주입 시스템들은 이온 소스 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이온 소스는 이온들이 생성되는 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스는 또한 전원 및 챔버 근처에 배치되는 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들은, 예를 들어, 질량 분석기, 제 1 가속 또는 감속 스테이지, 콜리메이터(collimator), 및 제 2 가속 또는 감속 스테이지를 포함할 수 있다. 광 빔을 조작하기 위한 일련의 광학적 렌즈들과 유사하게, 빔-라인 컴포넌트들은 의도된 종, 형상, 에너지 및/또는 다른 수량들을 갖는 이온들 또는 이온 빔을 필터링하고, 포커싱하며, 조작할 수 있다. 이온 빔은 빔-라인 컴포넌트들을 통과하여, 플래튼(platen) 또는 클램프(clamp) 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다. 기판은, 때때로 로플랫(roplat)으로 지칭되는 장치에 의해 하나 이상의 차원들에서 이동(예를 들어, 병진이동, 회전, 및 틸팅(tilt))될 수 있다.
고 전류에서 동작하는 이온 주입 시스템들은 전형적으로 드리프트(drift) 또는 드리프트/감속 모드들로 동작한다. 이러한 모드들에서, 소스로부터 추출된 이온 빔은 고정된 에너지로 빔라인을 따라 전달되며, 잠재적으로 이후의 스테이지에서 최종 에너지로 감속될 수 있다. 그러나, 이러한 설계는 빔라인 동작에 대해 특정 제한들을 부과한다. 예를 들어, 질량 분석 자석들은 전형적으로 특정 최대 질량 에너지 생성물(mass energy product)을 전달하도록 설계된다. 전기적 분리 및 전원 공급장치들이 또한 특정 전압들을 유지하도록 제한된다.
따라서, 기존의 모든 이점들 및 확장된 최대 에너지 모두를 가지고 고 전류 주입기의 동작을 가능하게 할 접근 방식을 개발하는 것이 유익하다.
일 접근 방식에 있어서, 이온 주입 시스템은 이온 빔을 수신하는 정전 렌즈를 포함할 수 있으며, 정전 렌즈는 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치된 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들 및 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치된 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함한다. 이온 주입 시스템은 정전 렌즈와 연통하는 전원 공급장치를 더 포함할 수 있으며, 전원 공급장치는 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 전압 및 전류를 공급하도록 동작할 수 있고, 여기에서 전압 및 전류는 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키며, 여기에서 이온 빔은 정전 렌즈 내에서 가속되고 그런 다음 감속된다.
다른 접근 방식에 있어서, 렌즈는 챔버를 획정하는 챔버 벽, 및 챔버 내의 제 1 복수의 전극들 및 제 2 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 정전 렌즈는 이온 소스로부터 이온 빔을 수신할 수 있으며, 여기에서 제 1 복수의 전극들은 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치되고, 여기에서 제 2 복수의 전극들은 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치되며, 여기에서 전압 및 전류는 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키기 위해 제 1 및 제 2 복수의 전극들 중 적어도 하나에 공급되고, 여기에서 이온 빔이 챔버를 통과할 때 이온 빔이 가속되며 그런 다음 감속된다.
또 다른 접근 방식에 있어서, 이온 주입 시스템은 이온 빔을 수신하는 정전 렌즈를 포함할 수 있으며, 정전 렌즈는 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치된 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들 및 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치된 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함한다. 이온 주입 시스템은 정전 렌즈와 연통하는 전원 공급장치를 더 포함할 수 있으며, 전원 공급장치는 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 전압 및 전류를 공급하도록 동작할 수 있고, 여기에서 전압 및 전류는 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키며, 여기에서 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 대한 전압 및 전류는 이온 빔이 정전 렌즈 내에서 가속되고 그런 다음 감속되게끔 한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 이온 주입 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 정전 필터의 측면 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 정전 필터의 측면 단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 정전 필터의 측면 단면도이다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 정전 필터의 측면 단면도이다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 정전 필터의 측면 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 정전 필터의 측면 단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 정전 필터의 측면 단면도이다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 정전 필터의 측면 단면도이다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
본 개시에 따른 이온 주입 시스템, 정전 필터 또는 렌즈, 및 방법이 이제 이하에서 본 개시의의 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 이온 주입 시스템, 정전 필터, 및 방법은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 시스템 및 방법의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다.
종래 기술에서 식별된 전술한 결함들을 고려하여, 매체 에너지 주입기 동작 공간의 부분을 커버하기 위해 확장된 최대 에너지 및 기존의 모든 이점들 모두를 가지고 고-전류 주입기의 동작을 가능하게 하는 이온 주입 시스템들, 정전 필터들, 및 방법들이 본원에서 제공된다. 이온 주입 시스템의 예시적인 정전 렌즈는 빔라인 컴포넌트로부터 이온 빔을 수신할 수 있으며, 정전 렌즈는 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치된 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들 및 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치된 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함한다. 이온 주입 시스템은 정전 렌즈와 연통하는 전원 공급장치를 더 포함할 수 있으며, 전원 공급장치는 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 전압 및 전류를 공급하도록 동작할 수 있고, 여기에서 전압 및 전류는 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키며, 여기에서 이온 빔이 정전 렌즈를 통과할 때 이온 빔이 가속되고 그런 다음 감속된다.
이제 도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 예시적인 시스템이 도시된다. 이온 주입 시스템(이하에서 "시스템")(10)은, 다른 컴포넌트들 중에서도 특히, 이온 빔(18)을 생성하기 위한 이온 소스(14), 이온 주입기, 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들(16)을 포함하는 프로세스 챔버를 나타낸다. 이온 소스(14)는 가스(24)의 흐름을 받아들이고 내부에서 이온들을 생성하기 위한 챔버를 포함할 수 있다. 이온 소스(14)는 또한 전원 및 챔버 근처에 배치되는 추출 전극 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들(16)은, 예를 들어, 질량 분석기(34), 제 1 가속 또는 감속 스테이지(36), 콜리메이터(38), 및, 가속 및 감속 스테이지에 대응하는 정전 필터(electrostatic filter; EF)(40)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 빔-라인 컴포넌트들(16)은 EF(40)의 하류측에 플라즈마 플러드 건(plasma flood gun; PFG)을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 빔-라인 컴포넌트들(16)은 희망되는 종, 형상, 에너지 및 다른 수량들을 갖도록 이온들 또는 이온 빔(18)을 필터링하고, 포커싱하며, 조작할 수 있다. 빔-라인 컴포넌트들(16)을 통과하는 이온 빔(18)은 프로세스 챔버(46) 내의 플래튼 또는 클램프 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다. 이해되는 바와 같이, 기판은 하나 이상의 차원들에서 이동(예를 들어, 병진이동, 회전, 및 틸팅)될 수 있다.
도시된 바와 같이, 이온 소스(14)의 챔버와 함께 동작이 가능한 하나 이상의 공급 소스들(28)이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 공급 소스(28)로부터 제공되는 재료는 소스 재료 및/또는 추가 재료를 포함할 수 있다. 소스 재료는 이온들의 형태로 기판 내로 도입되는 도펀트 종을 함유할 수 있다. 반면, 추가 재료는 이온 소스(14)의 챔버 내의 소스 재료의 농도를 희석시키기 위하여 소스 재료와 함께 이온 소스(14)의 이온 소스 챔버 내로 도입되는 희석제를 포함할 수 있다. 추가 재료는 또한 빔-라인 컴포넌트들(16) 중 하나 이상을 세정하기 위하여 이온 소스(14)의 챔버 내로 도입되고 시스템(10)으로 운반되는 세정제(예를 들어, 에칭제 가스)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 상이한 종이 소스 및/또는 추가 재료로서 사용될 수 있다. 소스 및/또는 추가 재료의 예들은, 붕소(B), 탄소(C), 산소(O), 게르마늄(Ge), 인(P), 비소(As), 실리콘(Si), 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 질소(N), 수소(H), 불소(F), 및 염소(Cl)를 함유하는 원자 또는 분자 종을 포함할 수 있다. 당업자들은, 이상에서 열거된 종들이 비-제한적이며, 다른 원자 또는 분자 종들이 또한 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 애플리케이션(들)에 따라서, 종은 도펀트들 또는 추가 재료로서 사용될 수 있다. 특히, 하나의 애플리케이션에서 도펀트들로서 사용되는 하나의 종이 다른 애플리케이션에서 추가 재료로서 사용될 수 있거나, 또는 이의 역일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 소스 및/또는 추가 재료는 가스상 또는 증기 형태로 이온 소스(14)의 이온 소스 챔버 내로 제공된다. 소스 및/또는 추가 재료가 비-가스상 또는 비-증기 형태인 경우, 기화기(미도시)가 재료를 가스상 또는 증기 형태로 변환하기 위하여 공급 소스(28) 근처에 제공될 수 있다. 시스템(10) 내로 제공되는 소스 및/또는 추가적인 재료의 레이트 및 양을 제어하기 위하여, 흐름 레이트(flowrate) 제어기(30)가 제공될 수 있다.
EF(40)는 이온 빔(18)의 편향, 가속, 감속, 및 포커싱을 독립적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, EF(40)는 수직 정전 에너지 필터(vertical electrostatic energy filter; VEEF)이다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, EPM(40)은 이온 빔(18) 위에 배치되는 상부 전극들의 세트 및 이온 빔(18) 아래에 배치되는 하부 전극들의 세트를 포함하는 전극 구성을 포함할 수 있다. 상부 전극들의 세트 및 하부 전극들의 세트는 고정적일 수 있으며 고정된 위치들을 가질 수 있다. 상부 전극들의 세트와 하부 전극들의 세트 사이의 전위들의 차이가 또한 이온 빔(18)의 편향, 가속, 감속, 및/또는 포커싱을 독립적으로 제어하기 위하여 중심 이온 빔 궤적을 따라 각각의 지점에서 이온 빔(18)의 에너지를 반사하기 위해 중심 이온 빔 궤적을 따라 변화될 수 있다.
비-제한적이지만, 이온 소스(14)는 전력 생성기, 플라즈마 여진기(exciter), 플라즈마 챔버, 및 플라즈마 그 자체를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스는, 유도-결합 플라즈마(inductively-coupled plasma; ICP) 소스, 환상 결합 플라즈마 소스(toroidal coupled plasma source; TCP), 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 소스, 헬리콘(helicon) 소스, 전자 사이클로트론 공진(electron cyclotron resonance; ECR)) 소스, 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC) 소스, 글로우(glow) 방전 소스, 전자 빔 생성 이온 소스, 또는 당업자들에게 공지된 다른 플라즈마 소스들일 수 있다.
이온 소스(14)는 기판을 프로세싱하기 위한 이온 빔(18)을 생성할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 이온 빔은 (단면에서) 공지된 바와 같은 스팟 빔 또는 리본 빔과 같은 목표된 형상을 가질 수 있다. 도시된 직교 좌표계에서, 이온 빔(18)의 전파의 방향은 Z-축에 평행한 것으로 표현될 수 있지만, 반면 이온 빔(18)을 갖는 이온들의 실제 궤적이 변화할 수 있다. 기판을 프로세싱하기 위하여, 이온 빔(18)은 이온 소스(14)와 기판 사이에 전압(전위) 차이를 수립함으로써 목표 에너지를 획득하기 위하여 가속될 수 있다. 예를 들어, 이온 소스(14)는 목표 전압(VT), 예를 들어, +120 kV에 결합될 수 있으며, 여기에서 VT는 전압 공급부에 의해 공급되고, 웨이퍼의 프로세싱 동안 이온들에 대한 목표 이온 에너지를 생성하도록 설계된다.
보다 더 구체적으로, 이온 소스(14)는 +120 kV 전위로 바이어싱될 수 있으며, 반면 질량 분석기(34), 제 1 가속 또는 감속 스테이지(36), 및 콜리메이터(38)와 같은 빔라인 컴포넌트들(16)은 +60 kV로 바이어싱될 수 있다. 전압 전위는 EF(40)에 걸쳐 +60 kV로부터 0 kV로 감소한다. 보다 더 구체적으로, 일부 실시예들에 있어서, 전압 전위는, EF(40)를 빠져나갈 때 0 kV로 증가되기 이전에, 먼저 EF(40) 내에서 +60 kV로부터 약 -20 kV로 감소할 수 있다. 마지막으로, 웨이퍼는 이러한 예에서 0V 전위에 있을 수 있다. 묘사된 바와 같이, 질량 분석기(34)에서의 이온 빔(18)의 에너지와 같은 빔 전달 제한들은 통상적인 빔라인 동작에 비해 변화되지 않으며, 시스템(10)의 상이한 부분들에 걸친 모든 전위 강하가 또한 변화되지 않을 채로 남아 있다. 추가로, 모든 전원 공급장치들이 변화되지 않은 채로 남아 있다. 그러나, 동작 공간은 통상적인 60kV로부터 잠재적으로 120kV 빔들로 증가한다.
이제 도 2를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 EF(40)가 더 상세하게 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, EF(40)는 챔버 하우징(52)에 의해 획정된 EF 챔버(50)를 포함한다. EF(40)는 EF 챔버(50)의 압력을 조정하기 위해 하나 이상의 진공 펌프들(미도시)과 함께 추가로 동작할 수 있다. EF(40)는, 이온 빔(미도시)이 이를 통과하여 웨이퍼(35)로 전달되는 것을 허용하는 개구부(37)를 갖는 PFG(32)에 의해 하나의 단부를 따라 경계가 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, PFG(32)는 EF(40)와 웨이퍼(35) 사이에 있으며, PFG(32) 및 웨이퍼(35)는 이온 빔-라인/궤적(72)에 대해 각도(β)로 배향된다. 비-제한적이지만, 각도(β)는 5-30° 사이일 수 있다. EF 챔버(50) 내의 복수의 전도성 빔 광학부들(70A-70N)의 배열에 기인하여, 그리고 PFG(32) 및 웨이퍼(35)에 대한 EF(40)의 배향에 기인하여, EF(40)는 "만곡된" 것으로 또는 비대칭적인 것으로 간주된다.
도시된 바와 같이, EF(40)는, 이온 빔-라인/궤적(72)을 따라 배치된 복수의 흑연 전극 로드(rod)들일 수 있는 하나 이상의 전도성 빔 광학부들(70A-70N)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-70N)은 이온 빔 라인/궤적(72)에 대해 비대칭적 구성으로 배열된다. 비-제한적이지만, 복수의 전도성 빔 광학부들(70A-70N)은 입구 전극들의 세트, 출구 전극들의 세트, 및 억제/포커싱 전극들의 하나 이상의 세트들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극 쌍들의 각각의 세트는 이온 빔(예를 들어, 리본 빔)이 통과하는 것을 허용하기 위한 공간/개구부를 제공한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-70N)은 서로 전기적으로 결합된 전도성 피스(piece)들의 쌍들을 포함한다. 대안적으로, 전도성 빔 광학부들(70A-70N)은, 각각이 이온 빔이 통과하기 위한 개구를 포함하는 일련의 단일 구조체들일 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 전극 쌍의 상부 및 하부 부분들은 이를 통과하는 이온 빔을 편향시키기 위하여 상이한 전위들(예를 들어, 별개의 전도성 피스들에서)을 가질 수 있다. 전도성 빔 광학부들(70A-70N)이 일곱(7) 개의 쌍들(예를 들어, 억제/포커싱 전극들의 다섯(5) 개의 세트들을 가지고)로서 도시되지만, 상이한 수의 엘리먼트들(또는 전극들)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 빔 광학부들(70A-70N)의 구성은 세(3) 개 내지 열(10) 개의 전극 세트들의 범위를 사용할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 이온 빔-라인(72)을 따라 전극들을 통과하는 이온 빔은 붕소 또는 다른 원소들을 포함할 수 있다. 이온 빔의 정전 포커싱은, 이온 빔-라인(72)을 따라 전위의 그레이딩(grading)을 제어하기 위해 몇몇 얇은 전극들(예를 들어, 억제/포커싱 전극들)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 도시된 전도성 빔 광학부들(70A-70N)의 구성에서, 이온 빔은 이온 빔이 PFG(32) 및 웨이퍼(35)를 향해 이동할 때 가속되고 약 15°만큼 편향될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전원 공급장치(76)(예를 들어, DC 전원 공급장치)는 EF(40)에 전압 및 전류를 공급한다. 전압/전류는 EF 챔버(50) 내에 플라즈마를 생성하기 위해 전도성 빔 광학부들(70A-70N)에 공급될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 전원 공급장치(76)에 의해 제공되는 전압 및 전류는 일정하거나 또는 변화될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-70N)은 0.1 keV - 100 keV의 일련의 DC 전위들로 유지된다. 일 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-70N)은 전도성 빔 광학부들(70A-70N)의 각각의 균일한 및/또는 독립적인 동작을 가능하게 하기 위해 병렬로(예를 들어, 개별적으로) 또는 직렬로 전기적으로 구동될 수 있다.
통상적인 주입기들의 동작을 더 높은 에너지들로 확장하는 것에 더하여, EF(40)에 의해 제공되는 만곡된 최종 가속은 추가적인 이점들을 갖는다. 예를 들어, EF(40)에 진입하기 이전에 이온 빔-라인/궤적(72)을 따라 생성되는 입자들(53)은 웨이퍼(35)로 전파될 수 없다. 입자들(53)이 중성인 경우, 입자들(53)은 EF(40)의 곡률(curvature)에 의해 필터링될 것이다. 입자들(53)이 네거티브로 대전된 경우, 입자들(53)은 EF 챔버(50) 내의 정전기장에 의해 이온 빔-라인/궤적(72)으로 다시 편향될 것이다. 한편, 입자들(53)이 포지티브로 대전된 경우, 입자들은 이온 빔-라인/궤적(72) 아래의 이러한 전도성 빔 광학부들로 굽혀질 것이다. 묘사된 바와 같이, 포지티브로 대전된 입자들(53)은 PFG(32)의 개구부(37)를 통해 빠져나가지 않는다. 대신에, 포지티브로 대전된 입자들(53)은 PFG(32)의 전방 면(55)에 충돌할 수 있다. 이에 더하여, EF(40)의 전도성 빔 광학부들(70A-70N) 중 하나 이상에서 생성되는 포지티브로 또는 네거티브로 대전된 입자들(57)은 웨이퍼(35)에 도달하지 않을 것이다. 대신에, 입자들(57)은 전반적으로 챔버 하우징(52)의 내부, PFG(32)의 전방 면(55), 및 PFG(32)의 출구(37)를 획정하는 측벽(59)의 일 부분에 충돌할 수 있다.
도 3은 EF(40)에서의 이온 빔(18)을 보여준다. 이러한 실시예에 있어서, 상단 전도성 빔 광학부들 전부(예를 들어, 70A, 70C, 70E, 70G, 70I, 70K, 및 70M)는 접지(0 kV)될 수 있으며, 반면 하단 전도성 빔 광학부들 전부(70B, 70D, 70F, 70H, 70J, 70L, 및 70N)는 전력이 공급될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 전도성 빔 광학부(70A)는 단자 전위에 있을 수 있거나 또는 접지될 수 있다. 비-제한적이지만, 이온 빔(18)은 인(P+) 80kV 빔일 수 있으며, 전도성 빔 광학부(70A)는 +30kV의 전위를 가질 수 있고, 전도성 빔 광학부들(70H, 70J, 및 70L)은 -40 kV의 전위를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, EF(40)는 전형적으로 감속 렌즈들에 대해 요구되는 임의의 억제 전극들을 포함하지 않을 수 있다. 이는, 이온 빔(18)이 챔버 벽(52) 및 전도성 빔 광학부들(70A-N) 중 임의의 것에 비해 더 포지티브한 전위에 있기 때문에 가능하다. 상단 전도성 빔 광학부들 전부(예를 들어, 70A, 70C, 70E, 70G, 70I, 70K, 및 70M)를 접지 전위로 유지하는 것은 극도로 낮은 정전 응력들을 가능하게 하며 글리칭을 제거하거나 또는 감소시킨다.
사용 동안, 이온 빔(18)은 EF(40)에 진입할 때 처음에 +60 kV에 있을 수 있다. 그러나, 다양한 다른 실시예들에 있어서, 이온 빔은 처음에 +20kV 내지 85kV 사이에 있을 수 있다. 이러한 단계에서, 이온 빔(18)은, 예를 들어, 이온 빔이 전도성 빔 광학부들(70A-70D)을 통과할 때 EF(40)를 통해 가속된다. 전도성 빔 광학부들(70C-70F)에서, 이온 빔(18)은 약 +10 kV에 있을 수 있으며, 전도성 빔 광학부들(70G-70J)에서, 이온 빔은 약 -20 kV에 있을 수 있다. 이온 빔(18)이 전도성 빔 광학부들(70K-70N)을 통과할 때, 이온 빔(18)은 PFG(32)를 향해 감속된다. 이온 빔(18) 및 PFG(32)는, 이온 빔이 EF(40)를 빠져나올 때 0 kV일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 4의 EF(40A)에 묘사된 바와 같이, 하단 전도성 빔 광학부들(70B, 70D, 70F, 및 70H)은 웨이퍼(35)로부터의 스퍼터링 재료의 가시선(67) 증착으로부터 차폐될 수 있으며, 이는 하단 전도성 빔 광학부들(70B, 70D, 70F, 및 70H)을 더 깨끗하게 유지한다. 비-제한적이지만, 가시선(67)은 전도성 빔 광학부(70F)뿐만 아니라 PFG(32)의 블록(block) 특징부(87)에 의해 정의될 수 있다. 이러한 구성은 잠재적으로 하단 전도성 빔 광학부들(70B, 70D, 70F, 및 70H)에서 생성될 수 있는 입자들의 소스를 제거하거나 또는 적어도 감소시킬 것이며, 상단 전도성 빔 광학부들(70A, 70C, 70E, 70G)에 대한 재료 박리에 대한 트리거링 메커니즘을 제거하거나 또는 적어도 감소시킬 수 있다.
도 5에 묘사된 바와 같이, 본원에서 설명되는 정전 필터들의 만곡된 가속/감속 설계는 또한 전극들 및/또는 임의의 전력이 공급되는 표면 상의 오염 없이 이온 주입기의 고 에너지 동작을 가능하게 한다. 예를 들어, EF(40B)는, 챔버 벽(52)에 의해 획정된 EF 챔버(50) 내로 연장하는 입구 축(79)을 갖는 입구 터널(77)에 의해 특징지어지는 고 굽힘 각도 렌즈일 수 있다. EF(40B)는, EF 챔버(40B)에 연결되고 출구 축(83)을 획정하는 출구 터널(82)을 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 입구 축(79) 및 출구 축(82)은, 일부 실시예들에서 적어도 30 도일 수 있는 빔 편향 각도(ρ)를 획정할 수 있다.
복수의 전극들(70A-70D)은, 예를 들어, 이온 빔(18)의 전파의 평균 방향 또는 이온 빔(18)의 중심 광선 궤적의 위치를 나타내는 빔 경로를 획정할 수 있다. 동작 시에, 이온 빔이 전반적으로 입구 축(79) 및 출구 축(82)을 따르는 빔 경로를 따르게끔 하도록 하는 방식으로 이온 빔을 가속하고, 편향시키며, 포커싱하기 위해 전압들의 결정된 세트가 상이한 전극들(70A-70D)에 인가될 수 있다. 이와 같이, 하나의 전극, 예를 들어, 전극(70B)이 이온 빔(18)의 좌측 아래를 의미하는 이온 빔(18)의 제 1 측면 상에 배치된다. 적어도 3개의 전극들과 같은 다른 전극들은 빔 경로의 우측 위를 의미하는 이온 빔(18)의 제 2 측면 상에 배치될 수 있다. 도 5에 의해 표시된 바와 같이, 일부 실시예들에 있어서, 전극(70B)만이 비대칭 구성으로 빔 경로의 제 1 측면 상에 배치될 수 있으며, 적어도 3개의 전극들(즉, 70A, 70C, 및 70D)은 제 2 측면 상에 배치된다. 그러나, 본원의 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.
편의성 및 명료성을 위하여, "상단", "하단", "상부", "하부", "수직", "수평", "측방" 및 "길이 방향"과 같은 용어들은 본원에서, 도면들에서 나타나는 바와 같은 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 기하구조 및 배향에 대하여 이러한 컴포넌트들 및 그들의 구성 부분들의 상대적인 배치 및 배향을 설명하기 위하여 사용될 것이다. 이러한 용어는 특별히 언급되는 단어들, 그 파생어들, 및 유사한 의미의 단어들을 포함할 것이다.
본원에서 사용될 때, 단수로 언급되고 및 단어 "일" 또는 "하나"가 선행되는 엘리먼트 또는 동작은 잠재적으로 복수의 엘리먼트들 또는 동작들을 마찬가지로 포함하는 것으로 이해되어야만 한다. 또한, "본 발명의 "일 실시예"에 대한 언급들은, 언급된 특징들을 또한 통합하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 전압들(전위들)과 관련하여 본원에서 사용되는 용어들 "더 포지티브한" 또는 "덜 포지티브한"은 2개의 상이한 엔티티(entity)들의 상대적인 전압을 지칭할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 0V는 - 5kV보다 "더 크거나" 또는 "더 포지티브"하며, 반면 +10kV는 0V보다 "더 크거나" 또는 더 포지티브하다. 또한, -10kV는 -5 kV보다 "덜 포지티브"하다. 용어들 "덜 네거티브한" 또는 "더 네거티브한"이 또한 상대적인 전압을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 0kV는 +5kV보다 더 네거티브한 것으로 지칭될 수 있으며, 반면 +10kV는 +5kV보다 덜 네거티브하다.
이상을 고려하면, 적어도 다음의 장점들이 본원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 본 실시예들은, 필터 전극들로부터 생성된 네거티브로 대전된 입자들이 기판에 충돌하기 위한 능력을 제거함으로써 정전 필터로부터의 기판의 직접 오염이 감소된다는 점에서 제 1 장점을 제공한다. 이에 더하여, 본 실시예들에 의해 제공되는 다른 장점은, 전극들로부터의 후속 스퍼터링 또는 박리에 대해 추가적인 오염 소스를 야기하는, 기판으로부터의 재스퍼터링 재료의 정전 필터의 전극들 상의 축적에 기인하는 간접 기판 오염의 제거이다.
본 개시의 특정 실시예들이 본원에서 설명되었지만, 본 개시가 당업계에서 허용할 그리고 명세서가 유사하게 판독될 수 있는 바와 같이 광범위한 범위이기 때문에 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 따라서, 이상의 설명이 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 당업자들은 본원에 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내의 다른 수정예들을 구상할 것이다.
Claims (20)
- 이온 주입 시스템으로서,
이온 빔을 수신하는 정전 렌즈로서, 상기 정전 렌즈는 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치된 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들 및 상기 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치된 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함하는, 상기 정전 렌즈; 및
상기 정전 렌즈와 연통하는 전원 공급장치로서, 상기 전원 공급장치는 상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 전압 및 전류를 공급하도록 동작할 수 있고, 상기 전압 및 상기 전류는 상기 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키며, 상기 이온 빔은 상기 정전 렌즈 내에서 가속되고 그런 다음 감속되는, 상기 전원 공급장치를 포함하는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 주입 시스템은, 상기 정전 렌즈와 웨이퍼 사이에 위치되는 플라즈마 플러드 건으로서, 상기 플라즈마 플러드 건 및 상기 웨이퍼는 상기 이온 빔 라인에 대해 각도로 배향되는, 상기 플라즈마 플러드 건을 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 웨이퍼는 접지되며, 상기 이온 빔 라인을 따른 질량 분석기 및 콜리메이터는 포지티브 전위에 있는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 포지티브 전위는 상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들의 전위보다 더 크거나 또는 동일한, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 포지티브 전위는 상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 둘러싸는 챔버 벽의 전위보다 더 큰, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 빔은 0kV보다 더 큰 빔 전위에서 상기 정전 렌즈에 진입하는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들은 접지되는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
상기 전압 및 상기 전류는 상기 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들에만 전달되는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들은 임의의 억제 전극들이 없는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들은 상기 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들에 대해 비대칭 구성으로 배열되는, 이온 주입 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 주입 시스템은,
입구 터널로서, 상기 입구 터널은 챔버 벽에 의해 획정된 챔버 내로 연장하는 입구 축을 갖는, 상기 입구 터널; 및
상기 챔버에 연결되며 출구 축을 획정하는 출구 터널로서, 상기 입구 축 및 상기 출구 축은 상기 빔 편향 각도를 정의하고, 상기 빔 편향 각도는 그 사이에서 적어도 30 도인, 상기 출구 터널을 더 포함하는, 이온 주입 시스템.
- 렌즈로서,
챔버를 획정하는 챔버 벽;
상기 챔버 내의 제 1 복수의 전극들 및 제 2 복수의 전극들, 이온 소스로부터 이온 빔을 수신하기 위한 상기 정전 렌즈를 포함하며,
상기 제 1 복수의 전극들은 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치되고, 상기 제 2 복수의 전극들은 상기 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치되며, 전압 및 전류가 상기 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들 중 적어도 하나에 공급되고, 상기 이온 빔이 상기 챔버를 통과할 때 상기 이온 빔이 가속되며 그런 다음 감속되는, 렌즈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 웨이퍼는 접지되며, 상기 이온 빔 라인을 따른 질량 분석기 및 콜리메이터는 포지티브 전위에 있고, 상기 포지티브 전위는 상기 제 1 및 제 2 복수의 전극들의 전위보다 더 크거나 또는 동일한, 렌즈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 포지티브 전위는 상기 챔버 벽의 전위보다 더 큰, 렌즈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 이온 빔은 20kV 내지 85kV 사이의 빔 전위에서 상기 정전 렌즈에 진입하는, 렌즈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 제 1 복수의 전극들은 접지되는, 렌즈.
- 청구항 16에 있어서,
상기 전압 및 상기 전류는 상기 제 2 복수의 전극들에만 전달되는, 렌즈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들은 임의의 억제 전극들이 없으며, 상기 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들은 상기 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들에 대해 비대칭 구성으로 배열되는, 렌즈.
- 청구항 12에 있어서,
상기 렌즈는,
입구 터널로서, 상기 입구 터널은 챔버 내로 연장하는 입구 축을 가지며, 상기 챔버는 챔버 벽에 의해 획정되는, 상기 입구 터널; 및
상기 챔버에 연결되며 출구 축을 획정하는 출구 터널로서, 상기 입구 축 및 상기 출구 축은 상기 빔 편향 각도를 정의하고, 상기 빔 편향 각도는 그 사이에서 적어도 30 도인, 상기 출구 터널을 더 포함하는, 렌즈.
- 이온 주입 시스템으로서,
이온 빔을 수신하는 정전 렌즈로서, 상기 정전 렌즈는 이온 빔 라인의 일 측면을 따라 배치된 제 1 복수의 전도성 빔 광학부들 및 상기 이온 빔 라인의 제 2 측면을 따라 배치된 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함하는, 상기 정전 렌즈; 및
상기 정전 렌즈와 연통하는 전원 공급장치로서, 상기 전원 공급장치는 상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 전압 및 전류를 공급하도록 동작할 수 있고, 상기 전압 및 상기 전류는 상기 이온 빔을 빔 편향 각도로 편향시키며, 상기 제 1 및 제 2 복수의 전도성 빔 광학부들 중 적어도 하나에 대한 상기 전압 및 상기 전류는 상기 이온 빔이 상기 정전 렌즈 내에서 가속되고 그런 다음 감속되게끔 하는, 상기 전원 공급장치를 포함하는, 이온 주입 시스템.
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