KR20220154226A - 입사각 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
이온 빔, 특히 더 무거운 이온들을 포함하는 이온 빔의 입사각을 측정할 수 있는 시스템 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 이온들이 아니라 X-선들이 채널링 방향을 결정하기 위해 사용된다. 다른 실시예에서, 작업물은 적어도 부분적으로, 더 무거운 이온 빔들이 측정될 수 있도록 고 분자량을 갖는 재료로 구성된다. 추가로, 다른 실시예에서, 이온 빔의 파라미터들은 이온 빔의 전체에 걸쳐 측정되며, 이는 이온 주입 시스템의 구성요소들이 추가로 튜닝되어 더 균일한 빔을 생성하는 것을 가능하게 한다.
Description
본 개시의 실시예들은 이온 빔의 입사각을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 채널링을 사용하여 입사각을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
이온 빔들은 실리콘 기판들과 같은 작업물들 내로 도펀트들을 주입하기 위해 사용된다. 이러한 이온 빔들은 희망되는 종의 이온들을 생성하는 이온 소스를 사용하여 생성될 수 있다. 이러한 이온들은, 희망되는 종을 선택하고 이온들을 작업물을 향해 가이드하는 복수의 구성요소들에 의해 추출되고 조작될 수 있다.
결과적인 이온 빔은, 이온 빔의 기하구조에 의존하여 하나 이상의 입사각들로 작업물에 충돌한다. 특정 실시예들에서, 작업물 상의 이온들의 입사각을 정밀하게 측정하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 입사각이 엄격하게 제어되어야 하는 주입 프로세스들이 존재한다.
이온 빔의 각도 분포를 결정하는 하나의 방법은 러더포드 후방산란(Rutherford Backscattering)의 사용을 통한 것이다. 이온들이 작업물에 충돌할 때, 일부가 산란된다. 산란되는 이온들의 양은, 이온 빔이 작업물의 결정질 구조체 내의 채널들과 정렬됨에 따라 감소한다. 예를 들어, 이온들의 입사각이 작업물의 채널들과 정확하게 평행한 경우, 후방산란이 최소화될 것이다.
그러나, 러더포드 후방산란은, 주입되는 이온들의 분자량이 작업물의 분자량보다 더 작은 실시예들로 제한된다. 따라서, 러더포드 후방산란은 인 또는 비소 이온 빔들 및 실리콘 작업물에 대해 수행될 수 없다.
따라서, 이온 빔의 입사각을 정확하게 측정하는 시스템 및 방법이 존재하는 경우 유익할 것이다. 추가로, 비소 및 인과 같은 더 무거운 이온들을 포함하는 빔들이 측정될 수 있는 경우 유리할 것이다. 마지막으로, 이러한 시스템 및 방법이 또한, 이온 빔의 각도 분포가 프로세스 요구들을 충족시키는 정확도를 개선하기 위해 사용될 수 있는 경우 유익할 것이다.
이온 빔, 특히 더 무거운 이온들을 포함하는 이온 빔의 입사각을 측정할 수 있는 시스템 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, 후방산란되는 이온들이 아니라 X-선들이 채널링 방향을 결정하기 위해 사용된다. 다른 실시예에서, 작업물은 적어도 부분적으로, 더 무거운 이온 빔들이 측정될 수 있도록 고 분자량을 갖는 재료로 구성된다. 추가로, 다른 실시예에서, 이온 빔의 파라미터들은 이온 빔의 전체에 걸쳐 측정되며, 이는 이온 주입 시스템의 구성요소들이 추가로 튜닝되어 더 균일한 빔을 생성하는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 입사각 측정 시스템이 개시된다. 입사각 측정 시스템은, 이온 빔을 생성하는 이온 주입 시스템; 작업물을 홀딩하기 위한 이동가능 작업물 홀더; 작업물로부터의 방출들을 캡처하기 위한 검출기로서, 검출기는 X 방향으로 지칭되는 이온 빔의 폭을 따라 배치된 복수의 센서들을 포함하는, 검출기; 및 제어기로서, 제어기는 X 각도를 변화시키기 위해 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 X 각도들의 각각에서 검출기로부터의 출력을 수신하고, X 방향을 따른 복수의 위치들의 각각에서 X 방향에서의 이온 빔의 입사각은, 개별적인 센서로부터 수신된 출력이 최소인 X 각도인 것으로 결정되는, 제어기를 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 센서들은 패러데이 센서들을 포함하며, 여기서 각각의 패러데이 센서들은 이온 빔의 일 부분으로부터 후방산란된 이온들을 캡처한다. 특정 실시예들에서, 복수의 센서들은 X-선 검출기들을 포함하며, 여기서 각각의 X-선 검출기는 이온 빔의 일 부분으로부터 방출되는 X-선들을 캡처한다. 특정 실시예들에서, 제어기는 복수의 센서들로부터 수신된 출력들로부터 X 방향에서의 입사각들의 확산을 계산한다. 일부 실시예들에서, 이온 주입 시스템은 이온 소스에 근접하여 배치되는 추출 광학부를 포함하며, 여기서 제어기는 입사각들의 확산을 교정하기 위해 추출 광학부의 위치를 조정한다. 특정 실시예들에서, 이온 주입 시스템은 이온 소스로부터 하류측에 배치되는 4중극자 렌즈를 포함하며, 여기서 제어기는 입사각들의 확산을 교정하기 위해 4중극자 렌즈의 포커싱 효과를 조정한다. 특정 실시예들에서, 이온 주입 시스템은 이온 소스로부터 하류측에 배치되는 콜리메이터를 포함하며, 여기서 제어기는 입사각들의 확산을 교정하기 위해 콜리메이터로 공급되는 전류를 조정한다. 특정 실시예들에서, 제어기는 Y 각도를 변화시키기 위해 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 Y 각도들의 각각에서 검출기로부터의 출력을 수신하고, 여기서 X 방향을 따른 복수의 위치들의 각각에서 Y 방향에서의 이온 빔의 입사각은, 개별적인 센서로부터 수신된 출력이 최소인 Y 각도인 것으로 결정된다. 특정 실시예들에서, 제어기는 복수의 센서들로부터 수신된 출력들로부터 Y 방향에서의 입사각들의 확산을 계산한다.
다른 실시예에 따르면, 입사각 측정 시스템이 개시된다. 입사각 측정 시스템은, 이온 빔을 생성하는 이온 주입 시스템; 작업물을 홀딩하기 위한 이동가능 작업물 홀더; 하나 이상의 X-선 검출기들을 포함하는 검출기; 및 제어기로서, 제어기는 X 각도를 변화시키기 위해 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 X 각도들의 각각에서 검출기로부터의 출력을 수신하고, 이온 빔의 입사각은, 검출기로부터 수신된 출력이 최소인 X 각도인 것으로 결정되는, 제어기를 포함한다.
특정 실시예들에서, 이온 빔은 작업물보다 더 높은 원자 질량을 갖는 이온들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 이온 빔은 인 또는 비소 이온들을 포함하며, 작업물은 실리콘 작업물을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 입사각 측정 시스템이 개시된다. 입사각 측정 시스템은, 이온 빔을 생성하는 이온 주입 시스템; 작업물을 홀딩하기 위한 이동가능 작업물 홀더; 검출기; 이동가능 작업물 홀더 상에 배치되는, 작업물과는 상이한 단결정 목표 재료; 및 제어기로서, 제어기는 X 각도를 변화시키기 위해 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 X 각도들의 각각에서 검출기로부터의 출력을 수신하고, 이온 빔의 입사각은, 검출기로부터 수신된 출력이 최소인 X 각도인 것으로 결정되는, 제어기를 포함한다.
특정 실시예들에서, 단결정 목표 재료는, 작업물이 이동가능 작업물 홀더 상에 배치될 때 단결정 목표 재료가 이온 빔에 의해 주입될 수 있도록 작업물의 에지를 넘은 위치에서 이동가능 작업물 홀더 상에 배치된다. 특정 실시예들에서, 단결정 목표 재료는 작업물보다 더 높은 원자 질량을 갖는 원소를 포함한다. 일부 실시예들에서, 단결정 목표 재료는, 텅스텐, 몰리브데넘, 탄탈륨, 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물 및 인듐 인화물로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시예들에서, 제어기는 Y 각도를 변화시키기 위해 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며, 여기서 이온 빔의 입사각은, 검출기로부터 수신된 출력이 최소인 Y 각도인 것으로 결정된다. 특정 실시예들에서, 단결정 목표 재료는 작업물 대신에 이동가능 작업물 홀더 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 단결정 목표 재료는 작업물의 형상 및 크기를 갖는다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템이다.
도 2는 일 실시예에 따른 입사각 측정 시스템이다.
도 3의 a는 다른 실시예에 따른 입사각 측정 시스템의 측면도이다.
도 3의 b는 도 3의 a의 입사각 측정 시스템의 상면도이다.
도 4는 이동가능 작업물 홀더에 장착된 단결정 목표 재료를 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이온 주입 시스템이다.
도 2는 일 실시예에 따른 입사각 측정 시스템이다.
도 3의 a는 다른 실시예에 따른 입사각 측정 시스템의 측면도이다.
도 3의 b는 도 3의 a의 입사각 측정 시스템의 상면도이다.
도 4는 이동가능 작업물 홀더에 장착된 단결정 목표 재료를 도시한다.
이상에서 언급된 바와 같이, 본 시스템은 채널링 주입들을 수행하기 위해 또는 이온 주입 시스템에서 이온 빔을 측정하고 튜닝하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 이온 빔은 스캔되는 리본 빔일 수 있으며, 이는 스팟 빔 이온 주입 시스템을 사용하여 생성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이온 주입 시스템은, 플라즈마가 생성되는 이온 소스 챔버를 획정(define)하는 복수의 챔버 벽들을 포함하는 이온 소스(100)를 포함한다. 특정 실시예들에서, 이온 소스(100)는 RF 이온 소스일 수 있다. 이러한 실시예에서, RF 안테나는 유전체 윈도우에 대해(against) 배치될 수 있다. 이러한 유전체 윈도우는 챔버 벽들 중 하나의 부분 또는 전부를 포함할 수 있다. RF 안테나는 구리와 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. RF 전원 공급장치는 RF 안테나와 전기적으로 연통한다. RF 전원 공급장치는 RF 안테나에 RF 전압을 공급할 수 있다. RF 전원 공급장치에 의해 공급되는 전력은 0.1 내지 10 kW 사이일 수 있으며, 임의의 적절한 주파수 예컨대 1 내지 100 MHz 사이일 수 있다. 추가로, RF 전원 공급장치에 의해 공급되는 전력이 펄스화될 수 있다.
다른 실시예에서, 캐소드(cathode)가 이온 소스 챔버 내에 배치된다. 필라멘트는 캐소드 뒤에 배치되고, 전자들을 방출하도록 에너지가 공급된다. 이러한 전자들은 캐소드로 끌어당겨지며, 이는 결과적으로 전자들을 이온 소스 챔버 내로 방출한다. 캐소드가 필라멘트로부터 방출되는 전자들에 의해 간접적으로 가열되기 때문에, 이러한 캐소드는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC)로 지칭될 수 있다.
다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 플라즈마는, 상이한 방식으로, 예컨대 버나스 이온 소스, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 소스, 마이크로파 또는 ECR(전자-사이클로트론-공진(electron-cyclotron-resonance)) 이온 소스에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마가 생성되는 방식은 본 개시에 의해 제한되지 않는다.
추출 플레이트로 지칭되는 하나의 챔버 벽이 추출 개구를 포함한다. 추출 개구는, 이를 통해 이온 소스 챔버 내에서 생성되는 이온들(1)이 추출되고 질량 분석기(120)를 통해 작업물(10)을 향해 보내지는 개구부일 수 있다. 추출 개구는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 개구는, 높이(y-치수)로서 지칭되는 제2 치수보다 훨씬 더 클 수 있는 폭(x-치수)으로서 지칭되는 하나의 치수를 갖는 타원형 또는 직사각형 형상일 수 있다.
추출 광학부(110)가 이온 소스(100)의 추출 개구 외부에 그리고 이에 근접하여 배치된다. 특정 실시예들에서, 추출 광학부(110)는 하나 이상의 전극들을 포함한다. 각각의 전극은 내부에 배치된 개구를 갖는 단일의 전기 전도성 구성요소일 수 있다. 대안적으로, 각각의 전극은 2개의 구성요소들 사이에 개구를 생성하기 위하여 이격된 2개의 전기 전도성 구성요소들로 구성될 수 있다. 전극들은 텅스텐, 몰리브데넘 또는 티타늄과 같은 금속일 수 있다. 전극들 중 하나 이상은 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 특정 실시예들에서, 전극들 중 하나 이상은 전극 전원 공급장치를 사용하여 바이어싱될 수 있다. 전극 전원 공급장치는 추출 개구를 통해 이온들을 끌어당기기 위하여 이온 소스에 대하여 전극들 중 하나 이상을 바이어싱하기 위해 사용될 수 있다. 추출 개구 및 추출 광학부(110) 내의 개구는, 이온들(1)이 개구들 둘 모두를 통과하도록 정렬된다.
질량 분석기(120)는 추출 광학부(110)로부터 하류측에 위치된다. 질량 분석기(120)는 추출된 이온들(1)의 경로를 가이드하기 위하여 자기장을 사용한다. 자기장은 그들의 질량 및 전하에 따라 이온들의 비행 경로에 영향을 준다. 분해(resolving) 개구(131)를 갖는 질량 분해 디바이스(130)는 질량 분석기(120)의 출력, 또는 원위 단부에 배치된다. 자기장의 적절한 선택에 의해, 선택된 질량 및 전하를 갖는 이러한 이온들(1)만이 분해 개구(131)를 통해 보내질 것이다. 다른 이온들은 질량 분해 디바이스(130) 또는 질량 분석기(120)의 벽에 충돌할 것이며, 시스템 내에서 추가로 이동하지 않을 것이다.
특정 실시예들에서, 질량 분해 디바이스(130)를 통과하는 이온들은 스팟 빔을 형성할 수 있다.
스팟 빔은 그런 다음, 질량 분해 디바이스(130)로부터 하류측에 배치된 스캐너(140)에 진입할 수 있다. 스캐너(140)는 스팟 빔이 복수의 발산 빔렛(beamlet)들로 펼쳐지게 한다. 스캐너(140)는 정전 또는 자기일 수 있다.
다른 실시예들에서, 질량 분해 디바이스(130)를 통과하는 이온들은 리본 빔을 형성할 수 있으며, 여기서 넓은 빔이 이온 주입 시스템 전체에 걸쳐 이송된다. 예를 들어, 리본 빔은 이온 소스(100)로부터 추출될 수 있다. 이러한 실시예에서, 스캐너(140)가 필요하지 않다.
특정 실시예들에서, 그런 다음 콜리메이터(150)가 이러한 발산 빔렛들을 작업물(10)을 향해 보내지는 복수의 평행한 빔렛들로 변환한다. 콜리메이터(150)는 자석일 수 있다. 이러한 실시예에서, 이를 통과하는 빔렛들을 조작하기 위해 전류가 콜리메이터 자석에 인가된다.
다른 실시예들에서, 정전 렌즈들의 시스템이 콜리메이터(150)로서 역할하며, 발산 빔을 복수의 평행한 빔렛들로 전환한다.
작업물(10)은 콜리메이터(150)로부터 하류측의 이동가능 작업물 홀더(160) 상에 배치된다.
특정 실시예들에서, 하나 이상의 4중극자 렌즈들(190)은 이온들의 경로를 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 4중극자 렌즈(190)는 질량 분석기(120) 이전에, 질량 분석기(120) 이후에, 질량 분해 디바이스(130) 이후에, 또는 다른 위치들에 배치될 수 있다.
특정 실시예들에서, 이온 빔의 방향은 Z-방향으로 지칭되며, 이러한 방향 및 수평에 수직인 방향이 X-방향으로 지칭될 수 있고, 반면 Z-방향 및 수직에 수직인 방향이 Y-방향으로 지칭될 수 있다. 이러한 예에서, 스캐너(140)는, 이동가능 작업물 홀더(160)가 Y-방향으로 병진이동되는 동안 X-방향으로 스팟 빔을 스캔하는 것으로 가정된다.
검출기(170)는 작업물(10)의 영역에 근접하여 배치될 수 있다. 검출기(170)는 이온 빔(1)과 연관된 특정 파라미터들을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 검출기(170)는 선형 방식으로 배열된 하나 이상의 패러데이 디바이스들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 검출기(170)는 복수의 X-선 검출기들을 포함할 수 있다. 검출기(170)의 동작이 이하에서 더 상세하게 설명된다.
제어기(180)는 또한 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 제어기(180)는 프로세싱 유닛(181) 및 연관된 메모리 디바이스(182)를 갖는다. 이러한 메모리 디바이스(182)는, 프로세싱 유닛에 의해 실행될 때, 시스템이 본 명세서에서 설명되는 기능들을 수행하는 것을 가능하게 하는 명령어들(183)을 포함한다. 이러한 메모리 디바이스(182)는 플래시 ROM, 전기적 소거가능 ROM 또는 다른 적절한 디바이스들과 같은, 비-휘발성 메모리를 포함하는 임의의 비-일시적인 저장 매체일 수 있다. 다른 실시예들에서, 메모리 디바이스(182)는 RAM 또는 DRAM과 같은 휘발성 메모리일 수 있다. 특정 실시예들에서, 제어기(180)는 범용 컴퓨터, 내장형 프로세서, 또는 특수하게 설계된 마이크로제어기일 수 있다. 제어기(180)의 실제 구현이 본 개시에 의해 한정되지 않는다.
제어기(180)는, 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 검출기(170), 스캐너(140) 및 이동가능 작업물 홀더(160)와 통신할 수 있다. 제어기(180), 검출기(170), 및 이동가능 작업물 홀더(160)는 입사각 측정 시스템의 부분일 수 있다.
도 2는 입사각 측정 시스템(200)의 동작들을 도시하는 간략화된 예시를 도시한다. 이상에서 언급된 바와 같이, 제어기(180)는 이동가능 작업물 홀더(160) 및 검출기(170)와 통신한다. 이온 빔(1)은, 이동가능 작업물 홀더(160) 상에 장착된 작업물(10)을 향해 보내진다. 검출기(170)는, 작업물이 이온 빔(1)에 의해 주입되고 있을 때 작업물(10)로부터의 방출들을 수신하기 위해 작업물(10)에 근접하여 배치된다. 예를 들어, 방출들은 후방산란되는 이온들 또는 X-선들일 수 있다. 제어기(180)는 Y 축 또는 X 축에 대해 이동가능 작업물 홀더(160)를 회전시킨다. 각각의 회전 각도에서, 검출기(170)는 방출들을 검출하고, 이러한 정보를 제어기(180)로 송신한다. 제어기(180)는 회전 각도의 함수로서 이러한 정보를 기록할 수 있다. 이러한 프로세스가 완료된 이후에, 결과는, 그래프(210)에 도시되는 것과 같이, 최소 값을 보여주는 데이터의 세트일 수 있다. 제어기(180)가 그래프(210)를 생성해야 할 필요가 없으며, 오히려 그래프(210)는 이동가능 작업물 홀더(160)가 회전될 때 검출기(170)로부터의 예상되는 출력을 예시하기 위해 도시된다는 것을 유의해야 한다.
제어기(180)가 X-축 및 Y-축 둘 모두에 대해 회전시킴으로써 이러한 프로세스를 반복하는 경우, 빔이 작업물(10) 내로 채널링되게 하는 이동가능 작업물 홀더(160)의 배향에 대응하는 X 각도(X') 및 Y 각도(Y')는 높은 정밀도로 결정될 수 있다. X-축에 대한 회전은 Y 각도들을 변화시키는 것을 야기하며, 반면 Y-축에 대한 회전은 X 각도들을 변화시키는 것을 야기한다.
추가로, 시스템은 또한, 입사각 측정 시스템(200)의 결과들에 기초하여 빔 각도들을 변경하기 위한 능력을 포함할 수 있다. 예를 들어, 획득된 결과들에 기초하여, 제어기(180)는 콜리메이터(150) 또는 이온 주입 시스템 내의 다른 구성요소로의 전류를 조작할 수 있다. 따라서, 특정 실시예들에서, 입사각 측정 및 제어 시스템이 개시된다.
예를 들어, 작업물에서의 이온 빔이 X 방향으로 발산하는 것으로 발견되는 경우, 이는 콜리메이팅 자석으로의 전류를 증가시킴으로써 보상될 수 있다. 이러한 전류의 증가는 2가지 일들을 할 것이다: 이것은 평균 굽힘 각도를 증가시키고 수렴의 양을 증가시킬 것이다. 일단 완벽한 평행성(발산하지도 않고 수렴하지도 않음)을 달성하기 위한 올바른 전류가 달성되고 평균 각도가 측정되면, 작업물(10)은 이온 빔에 대해 희망되는 배향으로 회전될 수 있으며, 이온 빔이 이제 평행하기 때문에, 희망되는 빔 입사각이 평면 작업물의 폭에 걸쳐 정확하게 동일할 것이다.
다른 예에서, 작업물에서의 빔이 하나의 측면에서 위쪽 방향 및 다른 측면에서 더 적은 위쪽 방향을 갖는 것으로 발견되는 경우, 추출 광학부(110) 내의 전극의 위치를 조정함으로써 이온 빔을 수직으로 움직이는 것이 가능할 수 있으며, 따라서 이온 빔(1)을 콜리메이팅 자석의 중간면에 더 가깝게 보내고 스윕(sweep)(x)에 걸쳐 더 균일한 수직(y') 각도를 달성하는 것이 가능할 수 있다. 일단 균일한 각도가 달성되면, 작업물은 이러한 균일한 각도에 대해 희망되는 배향으로 틸팅(tilt)될 수 있다.
이러한 시스템은 또한, 빔을 조작함으로써 교정할 수 없지만 부분들의 정렬 또는 교체와 같은 수동 유지보수 개입을 필요로 할 수 있는 각도 변동들을 검출할 수 있다.
본 개시는, 이온 빔들의 입사각의 개선된 측정 및 선택적 제어를 가능하게 하는 복수의 실시예들을 설명한다.
제1 실시예에서, 러더퍼드 후방산란이 복수의 위치들에서 이온 빔의 입사각을 결정하기 위해 사용된다. 도 3의 a는 이동가능 작업물 홀더(160)의 측면도를 도시하며, 반면 도 의 3b는 이동가능 작업물 홀더(160)의 상면도를 도시한다. 작업물(10)은 이동가능 작업물 홀더(160) 상에 배치된다. 특정 실시예들에서, 작업물(10)은 실리콘 기판일 수 있다. 이러한 실시예에서, 검출기(170)는 X 방향으로 이격된 하나 이상의 패러데이 센서들(171)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 패러데이 센서들(171)은 또한 Y 방향으로 이격될 수 있다. 스팟 빔의 경우에, 이온 빔(1)이 X 방향으로(예를 들어, 도 3b에서 수직으로) 스캔됨에 따라, 패러데이 센서들(171)의 각각은 순차적으로 작업물(10)로부터 방출들을 수신한다. 리본 빔의 경우에, 패러데이 센서들(171) 모두가 방출들을 동시에 수신한다. 제어기(180)는 이러한 패러데이 센서들(171)의 각각과 통신하며, 또한 패러데이 센서들(171)의 각각에 대해 그래프(210)와 유사한 그래프를 생성할 수 있다. 패러데이 센서들(171)로부터 모든 데이터가 수집된 이후에, 제어기(180)는 X-축 및/또는 Y-축에 대해 이동가능 작업물 홀더(160)를 회전시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(180)는 이온 빔(1)의 길이를 따라 복수의 위치들에서 입사각(즉, X 각도(X') 및/또는 Y 각도(Y'))을 결정할 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 주입 시스템은 리본 빔 또는 스캔되는 스팟 빔으로서 넓은 빔을 생성한다. 다수의 빔 튜닝 이슈들에 대해, 각도들(즉, X' 및 Y')이 빔의 폭에 걸쳐 균일하다는 것을 검증하는 것이 유익하다. 전체 발산 또는 수렴이 존재하는 경우(
또는 
가 전체적인 상향 또는 하향 기울기를 나타낸다는 의미에서), 이는 콜리메이터(150)로의 전류를 조정함으로써 교정될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 이온 빔(1)을 따른 X 각도(즉, X'(x))는, 각각 이온 빔(1)의 폭에 걸쳐 x의 제한된 범위로 지향된 복수의 검출기들(170)을 사용함으로써 결정될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, X 틸트 각도가 변화될 수 있으며, 복수의 패러데이 센서들(171)의 각각의 최소치가 식별될 수 있다. 이러한 방식으로, X'(x) 커브 상의 복수의 포인트들을 획득하고 X 방향으로의 임의의 수렴 또는 발산을 교정하는 것이 가능하다. 유사하게, Y 틸트 각도가 변화될 수 있으며, 복수의 패러데이 센서들(171)의 각각의 최소치가 식별될 수 있다. 이러한 방식으로, Y'(x) 커브 상의 복수의 포인트들을 획득하고 빔의 수직 전단 왜곡을 검출하는 것이 가능하다.
추가로, X 각도 또는 Y 각도에서 고정된 오프셋이 존재하는 경우, 이동가능 작업물 홀더(160)는, 이온 빔(1)이 수직 각도로 작업물(10)에 충돌한다는 것을 보장하기 위해 틸팅될 수 있다. 다시 말해서, 임의의 일정한 각도 오프셋을 제거하기 위해 이온 빔(1)을 튜닝하는 것이 아니라, 이러한 오프셋을 보상하기 위해 이동가능 작업물 홀더(160)가 조정될 수 있다.
추가로, 이러한 실시예는 또한, x: 
및 
의 함수로서 x 및 y 방향들 둘 모두에서 각도들의 확산을 측정할 수 있다. 최대 양의 채널링을 달성하기 위해, 이러한 각도 확산들을 최소화하는 것이 유리할 수 있다. 각도 확산들의 크기는 전형적으로 빔 광학부의 세부사항들에 의해 설정되며, 추출 전극의 정밀한 위치, 또는 이러한 목적을 위해 빔라인에 포함될 수 있는 다양한 4중극자 렌즈들(190)의 포커싱 효과들과 같은 이러한 변수들에 의해 조작될 수 있다. 스팟 빔이 가장 효과적인 도우징(dosing)을 제공함에 따라, 흔히 스팟 빔이 작업물(10)에서 최소 크기에 대해 튜닝된다. 그러나, 최소 각도 확산에 대해 튜닝하는 것은 더 큰 스팟 크기 및 덜 효율적인 스캐닝을 생성할 수 있지만, 더 효율적인 채널링 및 그에 따른 뛰어난 프로세스 결과들을 생성할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 이온 빔의 폭을 따라 복수의 위치들에 대해 입사각 정보를 캡처하는 입사각 측정 및 제어 시스템이 개시된다. 이는, X 방향으로 이격된 복수의 검출기들(170)을 사용하여 달성된다. 또 다른 실시예에서, 단일 검출기(170)가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 검출기(170)는 이온 빔의 폭에 걸쳐 데이터를 수집하기 위해 X 방향으로 상이한 위치들로 이동된다.
다른 실시예에서, 본 출원은 러더퍼드 후방산란을 갖는 더 무거운 종을 포함하는 이온 빔들의 사용을 허용한다. 일 실시예에서, 텅스텐과 같은 더 무거운 결정질 재료로 만들어진 목표 작업물이 이용될 수 있다. 특히, 이상에서 언급된 바와 같이, 실리콘 기판의 사용은 이온 빔에 대한 가능한 종을 실리콘보다 더 적은 원자량을 갖는 것들로 제한한다. 따라서, 텅스텐 또는 일부 다른 더 높은 원자 번호의 금속 또는 화합물과 같은 상이한 단결정 재료가 목표 작업물로서 사용될 수 있다. 이러한 목표 작업물은 실리콘 웨이퍼의 형상일 수 있으며, 정전 클램프에 의해 이동가능 작업물 홀더(160)에 클램핑될 수 있다. 이러한 실시예에서, 측정들은 이상에서 설명된 바와 동일한 방식으로 취해질 것이다.
다른 실시예에서, 목표 재료가 이동가능 작업물 홀더에 추가될 수 있다. 특정 실시예들에서, 목표 재료는 작업물(10)의 에지를 넘은(beyond) 위치에서 이동가능 작업물 홀더(160) 상에 배치될 수 있다. 하나의 가능한 기하구조가 도 4에 도시된다. 이러한 도면은 이동가능 작업물 홀더(260)를 도시하며, 여기서 단결정 목표 재료(270)의 스트립은 실리콘 작업물(10) 아래에 부착되지만, 작업물(10)을 제어하는 틸트 메커니즘에 의해 이것이 관절화되는(articulated) 방식으로 이동가능 작업물 홀더(260)에 장착된다. 이러한 단결정 목표 재료(270)는, 단결정 목표 재료(270)의 채널링 방향과 이동가능 작업물 홀더(260)의 위치 사이의 관계가 잘 정의되는 이러한 방식으로 이동가능 작업물 홀더(260)에 부착될 수 있다. 이러한 단결정 목표 재료(270)는 적어도 작업물(10)만큼 넓을 수 있어서 이것은 이온 빔(1)의 폭의 전체에 걸쳐 데이터를 제공할 수 있다. 따라서, 단결정 목표 재료(270)의 폭은 작업물(10)의 폭보다 더 클 수 있다. 단결정 목표의 높이는 이온 빔의 높이와 유사하거나 또는 이보다 더 클 수 있으며, 이는 약 5mm로부터 50mm까지 변화할 수 있다. 단결정 목표의 두께는 적어도 이온 빔(1)을 정지시키기에 충분한 두께일 수 있다. 고 에너지 이온들에 대한 전형적인 범위들은 1 마이크론으로부터 20 마이크론까지의 범위 내이다.
고 원자 질량 결정(crystal) 목표는, 실리콘보다 더 높은 원자 질량을 갖는 이온들이 후방 산란될 것이기 때문에 러더퍼드 후방산란에 대해 유리하다. 목표로서 금속을 사용하는 것은, 결정 손상이 공유 결합 구조들에 대한 것보다 목표에서 훨씬 더 느리게 축적된다는 이점을 갖는다. 추가로, 알루미늄 목표를 사용하고 후방산란되는 이온들 대신에 X-선들을 검출하는 것은, 대부분의 반도체들의 유해한 오염의 위험을 회피할 것이라는 점에서 텅스텐을 뛰어 넘는 이점을 가질 것이다.
따라서, 이러한 실시예에서, 시스템은, 어떤 다른 단결정 기판 상에 에피택셜적으로 증착되거나 또는 단결정으로서 입수될 수 있는, 텅스텐, 몰리브데넘, 탄탈륨, 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물, 인듐 인화물 또는 임의의 다른 재료와 같은 실리콘보다 더 높은 원자 질량을 갖는 단결정 재료인 목표 재료를 사용한다. 이러한 단결정 목표 재료(270)는 이온 빔의 중간과 같은 특징 위치에서 입사각을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 단결정 목표 재료(270)는, 입사각이 이온 빔의 폭을 따라 복수의 위치들에서 측정되도록 도 3의 a 내지 도 3의 b의 검출기(170)와 함께 사용될 수 있다.
단결정 목표 재료(270)는 이동가능 작업물 홀더(260) 상의 다른 위치들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 단결정 목표 재료(270)는, 작업물(10)이 전형적으로 위치되는 위치에 배치된다. 일 실시예에서, 단결정 목표 재료(270)는 전형적인 작업물과 동일한 크기 및 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 단결정 목표 재료(270)는 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있지만, 이것이 적어도 작업물만큼 넓은 폭 및 적어도 이온 빔(1)의 높이만큼 높은 높이를 갖도록 치수가 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 검출기(170)는 러더퍼드 후방산란을 이용하지 않는다. 오히려, 검출기(170)는 하나 이상의 X-선 검출기들을 포함한다. 패러데이 센서 대신에 X-선 검출기를 사용하는 것은 목표 및 이온들의 상대 질량에 대한 제한을 피한다.
입자 유도 X선 방출(Particle Induced Xray Emission; PIXE) 프로세스는, 고 에너지 이온이 분자에 충돌하고 내부 껍질 전자들을 여기시킬 때 발생한다. 전자들이 다시 그들의 바닥 상태로 떨어질 때, 전자들은 그들의 파장이 결합 에너지에 의해 결정되는 X-선들을 방출하며, 따라서 이는 목표 작업물 내의 재료의 특성이다. 고 에너지 이온이 결정에서 채널링할 때, 타이트하게 결합된 전자들과의 이러한 상호작용이 크게 감소된다. 가장 높은 에너지(K 라인)의 X-선들을 생성하는 것은 이러한 내부 껍질 전자들이기 때문에, X-선 수율은 채널링 조건에 매우 민감할 수 있다. 다시 말해서, 생성되는 X-선들의 양은, 이온 빔(1)이 작업물 내의 채널에 진입할 때 감소한다.
다시 말해서, 러더퍼드 후방산란과 유사하게, X-선들의 방출들은, 이온들이 결정질 구조체의 채널들 내로 주입될 때 최소이다. 따라서, 특정 실시예들에서, 검출기(170)는 하나 이상의 X-선 검출기들을 포함할 수 있다. X-선 검출기들의 최근의 발전들은, 액체 질소가 필요 없으며 다른 소스들로부터의 배경을 제거하기에 충분한 에너지 분해능을 갖는 콤팩트한 유닛들을 야기하였다.
흥미로운 점은, 이온들 및 작업물의 상대 질량과 무관하게 X-선 방출이 발생한다는 점이다. 다시 말해서, 인 또는 비소와 같은 더 무거운 이온을 포함하는 이온 빔이 실리콘 작업물을 주입하고 여전히 X-선들을 생성할 수 잇다. 따라서, PIXE의 사용은 주입되는 종과 관련하여 실리콘 작업물이 사용되는 것을 가능하게 한다.
X-선 검출기들이 본 명세서에 개시된 실시예들 중 임의의 실시예에서 검출기(170)로서 사용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 다시 말해서, X-선 검출기들은 도 3의 실시예에서 사용될 수 있다. 추가로, 희망되는 경우, X-선 검출기들은 더 무거운 목표 또는 더 가벼운 목표와 함께 사용될 수 있다.
본 출원에서 이상에서 설명된 실시예들은 다수의 이점들을 가질 수 있다. 고 에너지 주입들은 적어도 2가지 이유들로 의도적으로 채널링된 입사각들을 사용하는 것으로부터 이득을 얻는다. 첫째, 이온들은 주어진 에너지에 대해 작업물 내로 더 깊이 침투한다. 둘째로, 채널링된 입사각들은 더 적은 결정 손상을 생성한다.
그러나, 의도적으로 채널링된 주입들은, 이온 빔 내의 각도들의 확산에 대해 그리고 평균 빔 각도에 대해, 극도로 정확한 각도 제어((<0.05° 또는 약 1 mrad)를 사용한다. 이온 전류들을 측정하기 위해 고 종횡비 개구들 및 패러데이들에 기초하는 기존 계측은 이러한 정확도가 불가능하다. 추가로, 현재 시스템들은 또한, 러더퍼드 후방산란 애플리케이션들에서 실리콘 작업물 및 이온의 상대 질량과 관련된 제약으로 인해 제한된다.
도 3에 도시된 바와 같이 X 방향으로 복수의 검출기들을 사용함으로써, 전체 이온 빔에 걸쳐 빔 각도 및 각도 확산을 결정하고 제어하는 것이 가능하다. 특히, 콜리메이터(150)로의 전류는 채널링된 주입들의 제한들을 충족시키기 위해 조정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 추출 광학부의 정밀한 위치설정 및 4중극자 렌즈들의 포커싱 효과들이 이러한 제한들을 충족시키기 위해 조정될 수 있다. 따라서, 본 시스템은, 전체 작업물에 걸쳐 채널링된 주입들을 수행하는 것을 가능하게 만든다.
추가로, X-선 검출기들의 사용은 희망되는 이온 종과 무관하게 동일한 측정 및 제어 시스템이 사용되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 측정은, 희망되는 경우, 더 무거운 이온들 및 실리콘 작업물을 사용하여 이루어질 수 있다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.
Claims (19)
- 입사각 측정 시스템으로서,
이온 빔을 생성하는 이온 주입 시스템;
작업물을 홀딩하기 위한 이동가능 작업물 홀더;
상기 작업물로부터의 방출들을 캡처하기 위한 검출기로서, 상기 검출기는 X 방향으로 지칭되는 상기 이온 빔의 폭을 따라 배치된 복수의 센서들을 포함하는, 상기 검출기; 및
제어기로서, 상기 제어기는 X 각도를 변화시키기 위해 상기 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 X 각도들의 각각에서 상기 검출기로부터의 출력을 수신하고, 상기 X 방향을 따른 복수의 위치들의 각각에서 상기 X 방향에서의 상기 이온 빔의 입사각은, 개별적인 센서로부터 수신된 출력이 최소인 X 각도인 것으로 결정되는, 상기 제어기를 포함하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 센서들은 패러데이 센서들을 포함하며, 각각의 패러데이 센서들은 상기 이온 빔의 일 부분으로부터 후방산란된 이온들을 캡처하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 센서들은 X-선 검출기들을 포함하며, 각각의 X-선 검출기는 상기 이온 빔의 일 부분으로부터 방출되는 X-선들을 캡처하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 상기 복수의 센서들로부터 수신된 출력들로부터 상기 X 방향에서의 입사각들의 확산을 계산하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 이온 주입 시스템은 이온 소스에 근접하여 배치되는 추출 광학부를 포함하며, 상기 제어기는 상기 입사각들의 확산을 교정하기 위해 상기 추출 광학부의 위치를 조정하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 이온 주입 시스템은 이온 소스로부터 하류측에 배치되는 4중극자 렌즈를 포함하며, 상기 제어기는 상기 입사각들의 확산을 교정하기 위해 상기 4중극자 렌즈의 포커싱 효과를 조정하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 이온 주입 시스템은 이온 소스로부터 하류측에 배치되는 콜리메이터를 포함하며, 상기 제어기는 상기 입사각들의 확산을 교정하기 위해 상기 콜리메이터로 공급되는 전류를 조정하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 Y 각도를 변화시키기 위해 상기 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 Y 각도들의 각각에서 상기 검출기로부터의 출력을 수신하고, 상기 X 방향을 따른 복수의 위치들의 각각에서 Y 방향에서의 상기 이온 빔의 입사각은, 개별적인 센서로부터 수신된 출력이 최소인 Y 각도인 것으로 결정되는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제어기는 상기 복수의 센서들로부터 수신된 출력들로부터 상기 Y 방향에서의 입사각들의 확산을 계산하는, 입사각 측정 시스템.
- 입사각 측정 시스템으로서,
이온 빔을 생성하는 이온 주입 시스템;
작업물을 홀딩하기 위한 이동가능 작업물 홀더;
하나 이상의 X-선 검출기들을 포함하는 검출기; 및
제어기로서, 상기 제어기는 X 각도를 변화시키기 위해 상기 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 X 각도들의 각각에서 상기 검출기로부터의 출력을 수신하고, 상기 이온 빔의 입사각은, 상기 검출기로부터 수신된 출력이 최소인 X 각도인 것으로 결정되는, 상기 제어기를 포함하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 10에 있어서,
상기 이온 빔은 상기 작업물보다 더 높은 원자 질량을 갖는 이온들을 포함하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 11에 있어서,
상기 이온 빔은 인 또는 비소 이온들을 포함하며, 상기 작업물은 실리콘 작업물을 포함하는, 입사각 측정 시스템.
- 입사각 측정 시스템으로서,
이온 빔을 생성하는 이온 주입 시스템;
작업물을 홀딩하기 위한 이동가능 작업물 홀더;
검출기;
상기 이동가능 작업물 홀더 상에 배치되는, 상기 작업물과는 상이한 단결정 목표 재료; 및
제어기로서, 상기 제어기는 X 각도를 변화시키기 위해 상기 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며 복수의 X 각도들의 각각에서 상기 검출기로부터의 출력을 수신하고, 상기 이온 빔의 입사각은, 상기 검출기로부터 수신된 출력이 최소인 X 각도인 것으로 결정되는, 상기 제어기를 포함하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 단결정 목표 재료는, 상기 작업물이 상기 이동가능 작업물 홀더 상에 배치될 때 상기 단결정 목표 재료가 상기 이온 빔에 의해 주입될 수 있도록 상기 작업물의 에지를 넘은 위치에서 상기 이동가능 작업물 홀더 상에 배치되는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 단결정 목표 재료는 상기 작업물보다 더 높은 원자 질량을 갖는 원소를 포함하는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 단결정 목표 재료는, 텅스텐, 몰리브데넘, 탄탈륨, 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물 및 인듐 인화물로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 제어기는 Y 각도를 변화시키기 위해 상기 이동가능 작업물 홀더를 회전시키며, 상기 이온 빔의 입사각은, 상기 검출기로부터 수신된 출력이 최소인 Y 각도인 것으로 결정되는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 13에 있어서,
상기 단결정 목표 재료는 상기 작업물 대신에 상기 이동가능 작업물 홀더 상에 배치되는, 입사각 측정 시스템.
- 청구항 18에 있어서,
상기 단결정 목표 재료는 상기 작업물의 형상 및 크기를 갖는, 입사각 측정 시스템.
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