KR20230125100A - 이온 주입 시스템 및 인-시튜 플라즈마 세정 방법 - Google Patents

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KR20230125100A
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KR1020237027765A
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케빈 앤글린
윌리엄 데이비스 리
피터 크룬치
리안 도우니
제이 티. 쇼이어
알렉산더 리칸스키
윌리엄 엠. 홀버
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

이온 주입 시스템 및 인-시튜 세정의 방법이 본원에서 제공된다. 하나의 접근 방식에 있어서, 컴포넌트는 하나 이상의 전도성 빔 광학부들을 갖는 빔-라인 컴포넌트를 포함할 수 있다. 시스템은, 프로세싱 모드 동안 제 1 전압 및 제 1 전류를 컴포넌트에 공급하고 및 세정 모드 동안 제 2 전압 및 제 2 전류를 컴포넌트에 공급하기 위한 전원 공급장치를 더 포함할 수 있다. 제 2 전압 및 전류는, 하나 이상의 전도성 빔 광학부들 중 하나 이상의 주변에 플라즈마를 선택적으로(예를 들어, 개별적으로) 생성하기 위하여 병렬로 컴포넌트의 전도성 빔 광학부들에 인가될 수 있다. 시스템은, 컴포넌트에 공급되는 에칭제 가스의 주입 레이트를 조정하기 위한 흐름 제어기, 및 컴포넌트의 환경의 압력을 조정하기 위한 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.

Description

이온 주입 시스템 및 인-시튜 플라즈마 세정 방법{ION IMPLANTATION SYSTEM AND METHOD OF IN-SITU PLASMA CLEANING}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 06월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 제62/174,906호의 정규 출원에 대한 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용들이 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 개시는 전반적으로 전자 디바이스들을 제조하기 위한 기술들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 프로세싱 챔버 내의 컴포넌트들의 성능을 개선하고 수명을 연장시키기 위한 기술들에 관한 것이다.
이온 주입은 충돌을 통해 도펀트들 또는 불순물들을 기판 내로 도입하는 프로세스이다. 반도체 제조에 있어, 도펀트들은 전기적, 광학적, 또는 기계적 속성들을 변경하기 위하여 도입된다. 예를 들어, 도펀트들은 기판의 전도성의 유형 및 레벨을 변경하기 위하여 진성 반도체 기판 내로 도입될 수 있다. 집적 회로(integrated circuit; IC)의 제조에 있어, 보통 정밀한 도핑 프로파일이 개선된 IC 성능을 제공한다. 희망되는 도핑 프로파일을 달성하기 위하여, 하나 이상의 도펀트들이 상이한 도우즈(dose)로 그리고 상이한 에너지 레벨들로 이온들의 형태로 주입될 수 있다.
이온 주입 시스템들은 이온 소스 및 일련의 빔-라인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이온 소스는 희망되는 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 매우 유사하게, 빔-라인 컴포넌트들은 희망되는 종, 형상, 에너지 및 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.
이온 주입기 시스템은 안정적이고 명확한 다양하고 상이한 이온 종 및 추출 전압들을 생성한다. 소스 가스들(예컨대 AsH3, PH3, BF3, 및 다른 종)을 사용하는 몇 시간의 동작 이후에, 빔은 궁극적으로는 빔 광학부 상에 증착물들을 생성한다. 웨이퍼의 시야 내의 빔 광학부가 또한 Si 및 포토레지스트 화합물들을 포함하는 웨이퍼로부터의 잔여물들로 코팅되게 된다. 빔-라인 컴포넌트들 상에 축적된 이러한 잔여물들이 동작 동안 DC 전위들(예를 들어, 전기적으로 바이어싱된 컴포넌트들)에서 스파이크들을 야기한다. 궁극적으로는, 박리된 잔여물들이 웨이퍼 상의 미립자 오염의 증가된 가능성을 초래한다.
재료 축적의 효과를 방지하기 위한 하나의 방식은, 이온 주입기 시스템의 빔-라인 컴포넌트들을 간헐적으로 교체하는 것이다. 대안적으로, 빔-라인 컴포넌트들이 수동으로 세정될 수 있다. 그러나, 수동 세정은 이온 소스의 전력 차단 및 시스템 내의 진공의 릴리즈(release)를 수반한다. 빔-라인 컴포넌트들의 교체 또는 세정 이후에, 시스템이 동작 조건에 도달하기 위하여 배기되고 전력이 공급된다. 따라서, 이러한 유지보수 프로세스들이 매우 시간 소모적일 수 있다. 이에 더하여, 빔-라인 컴포넌트가 유지보수 프로세스 동안 사용되지 않는다. 이와 같이, 빈번한 유지보수 프로세스들은 IC 생산을 위해 이용이 가능한 시간을 감소시킬 수 있으며, 그에 따라서 전체 제조 비용을 증가시킬 수 있다.
이상을 고려하여, 이온 주입 시스템 컴포넌트들(예를 들어, 이온 빔 광학부)의 인-시튜(in-situ) 플라즈마 세정을 위한 시스템들 및 방법들이 본원에서 제공되며, 여기에서 인-시튜 플라즈마 세정은 짧은 시간 동안 수행될 수 있고 이는 배출 및/또는 이온 빔 광학부의 수동 세정에 대한 필요성을 회피한다. 또한, 이온 빔 광학부의 인-시튜 플라즈마 세정을 위한 시스템들 및 방법들이 본원에서 제공되며, 여기에서 플라즈마는 오로지 세정될 이러한 컴포넌트들을 둘러싸는 영역에서만 국부적으로 생성되고, 그에 따라서 다른 컴포넌트들에 대한 원치 않는 에칭을 감소시킨다.
본 개시에 따른 예시적인 이온 주입 시스템은 이온 주입 시스템의 챔버 내의 컴포넌트, 및 컴포넌트와 연통하는 전원 공급장치를 포함할 수 있다. 전원 공급장치는 세정 모드 동안 컴포넌트에 전압 및 전류를 공급하도록 구성될 수 있으며, 여기에서 전압 및 전류는 전도성 빔 광학부 주변에 플라즈마를 생성하기 위하여 컴포넌트의 전도성 빔 광학부에 인가된다. 이온 주입 시스템은 전도성 빔 광학부의 에칭을 가능하게 하기 위하여 컴포넌트에 공급되는 에칭제 가스를 더 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 예시적인 시스템은 플라즈마의 생성을 위한 챔버를 포함하는 에너지 퓨리티 모듈(energy purity module; EPM)을 포함할 수 있으며, 여기에서 EPM은 이온 빔-라인을 따라 배치된 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함한다. 시스템은 EPM과 연통하는 전원 공급장치를 더 포함할 수 있으며, 전원 공급장치는 프로세싱 모드 동안 복수의 전도성 빔 광학부들에 제 1 전압 및 제 1 전류를 공급하고 세정 모드 동안 복수의 전도성 빔 광학부들에 제 2 전압 및 제 2 전류를 공급하도록 구성되며, 여기에서 제 2 전압 및 제 2 전류는 복수의 전도성 빔 광학부들 중 하나 이상의 주변에 플라즈마를 생성하기 위하여 복수의 전도성 빔 광학부들 중 하나 이상에 공급된다. 시스템은, 복수의 전도성 빔 광학부들 중 하나 이상의 에칭을 가능하게 하기 위하여 EPM에 공급되는 에칭제 가스, 및 EPM에 공급되는 에칭제 가스의 주입 레이트(rate)를 조정하기 위한 흐름 제어기를 더 포함할 수 있다. 시스템은 EPM을 둘러싸는 환경의 압력을 조정하기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 예시적인 방법은, 프로세싱 챔버의 컴포넌트를 제공하는 단계로서, 프로세싱 챔버는 플라즈마의 생성을 위한 것인, 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 프로세싱 모드 동안 제 1 전압 및 제 1 전류를 컴포넌트에 공급하는 단계, 및 세정 모드 동안 제 2 전압 및 제 2 전류를 컴포넌트에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 제 2 전압 및 제 2 전류는 전도성 빔 광학부 주변에 플라즈마를 생성하기 위하여 컴포넌트의 전도성 빔 광학부에 인가된다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 이온 주입 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 2a는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 컴포넌트를 예시하는 반-투명 등각 투영도이다.
도 2b는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1에 도시된 이온 주입 시스템의 컴포넌트를 예시하는 반-투명 등각 투영도이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 프로세싱 모드의 도 2에 도시된 이온 주입 시스템의 컴포넌트들을 예시하는 측면 단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 세정 모드의 도 2에 도시된 이온 주입 시스템의 컴포넌트들을 예시하는 측면 단면도이다.
도 5a는 본 개시의 실시예들에 따른 도 2에 도시된 컴포넌트의 이온 빔 광학부들 주변의 플라즈마 생성의 예시이다.
도 5b는 본 개시의 실시예들에 따른 도 2에 도시된 이온 주입 시스템의 컴포넌트 주변의 플라즈마 생성의 예시이다.
도 6a는 본 개시의 실시예들에 따른 도 2에 도시된 컴포넌트의 이온 빔 광학부 상의 증착물의 축적을 예시하는 이미지이다.
도 6b는 본 개시의 실시예들에 따른 증착물의 제거 이후의 도 6a에 도시된 이온 빔 광학부들을 예시하는 이미지이다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 도 2에 도시된 이온 주입 시스템의 전극 그리드(grid)의 측면 단면도이다.
도 8은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 방법을 예시하는 순서도이다.
도면들이 반드시 축적이 맞추어져야 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 시스템 및 방법이 이제 이하에서 시스템 및 방법의 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 시스템 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.
편의성 및 명료성을 위하여, "상단", "하단", "상부", "하부", "수직", "수평", "측방" 및 "길이 방향"과 같은 용어들은 본원에서, 그 각각이 도면들에서 나타날 때 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 이러한 배제가 명백하게 언급되지 않는 한 복수의 엘리먼트들 또는 동작들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야만 한다. 또한, "본 발명의 "일 실시예"에 대한 언급들은, 언급된 특징들을 또한 통합하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다.
이상에서 언급된 바와 같이, 이온 주입 시스템의 컴포넌트들의 인-시튜 세정을 위한 접근 방식들이 본원에서 제공된다. 하나의 접근 방식에 있어서, 컴포넌트는 하나 이상의 전도성 빔 광학부들을 갖는 빔-라인 컴포넌트를 포함한다. 시스템은, 프로세싱 모드 동안 제 1 전압 및 제 1 전류를 컴포넌트에 공급하고 및 세정 모드 동안 제 2 전압 및 제 2 전류를 컴포넌트에 공급하기 위한 전원 공급장치를 더 포함할 수 있다. 제 2 전압 및 전류는, 하나 이상의 전도성 빔 광학부들 중 하나 이상의 주변에 플라즈마를 선택적으로 생성하기 위하여 병렬로(예를 들어, 개별적으로) 컴포넌트의 전도성 빔 광학부들에 인가될 수 있다. 시스템은, 컴포넌트에 공급되는 에칭제 가스의 주입 레이트를 조정하기 위한 흐름 제어기, 및 컴포넌트의 환경의 압력을 조정하기 위한 진공 펌프를 더 포함할 수 있다. 압력 및 주입 레이트를 최적화시킴으로써, 컴포넌트 주변의 플라즈마의 더 많이 제어된 분포가 달성될 수 있으며, 그에 따라서 이온 주입 시스템 내의 후속 에칭의 정확도를 증가시킬 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 이온 주입 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들의 인-시튜 플라즈마 세정을 수행하기 위한 시스템(10)을 예증하는 예시적인 실시예가 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 컴포넌트들을 포함하는 프로세스 챔버를 나타낸다. 이온 소스(14)는 가스(24)의 흐름을 받아들이고 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 제 2 가속 또는 감속 스테이지에 대응하는 에너지 퓨리티 모듈(EPM)(40)을 포함할 수 있다. 설명을 위하여 빔-라인 컴포넌트들(16)의 EPM(40)과 관련하여 본원에서 설명되지만, 인-시튜 플라즈마 세정을 위한 본원에서 설명되는 실시예들이 시스템(10)의 상이한/추가적인 컴포넌트들에 또한 적용이 가능하다.
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. 이온 빔(18)은 빔-라인 컴포넌트들(16)을 통과하여, 프로세스 챔버(46) 내의 플래튼 또는 클램프 상에 장착된 기판을 향해 보내질 수 있다. 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.
EPM(40)은 이온 빔(18)의 편향, 감속, 및 포커싱을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔-라인 컴포넌트이다. 일 실시예에 있어서, EPM(40)은 수직 정전 에너지 필터(vertical electrostatic energy filter; VEEF) 또는 정전 필터(electrostatic filter; EF)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 빔의 편향, 감속, 및/또는 포커싱을 독립적으로 제어하기 위하여 중심 이온 빔 궤적을 따라 각각의 지점에서 이온 빔의 에너지를 반사하기 위해 중심 이온 빔 궤적을 따라 변화될 수 있다.
이제 도 2a 내지 도 2b를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 EPM(40)이 더 상세하게 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, EPM(40)은 EPM(40) 위로 연장하며 이를 부분적으로 케이싱(encase)하는 EPM 챔버(50)를 포함한다. EPM 챔버(50)는 가스를 받아들이고 그 안에 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 도 2a에 도시된 바와 같이, EPM 챔버(50)는 가스 주입구(52)에서 측벽(54)을 통해 이온 소스(14)로부터 가스(24)(도 1)의 흐름을 받아들일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, EPM 챔버(50)는 EPM 챔버(50)의 상단 섹션(60)을 통해 가스 주입구(58)에서 가스(56)의 흐름을 받아들일 수 있다. 가스(56)는 이온 소스(14)로부터의 가스(24)의 흐름과 분리된 보충 가스 소스(62)로부터 공급될 수도 있다. 이러한 실시예에 있어서, EPM 챔버(50) 내로의 가스(56)의 주입 레이트는 흐름 제어기(64)(예를 들어, 밸브)에 의해 제어될 수 있다.
EPM(40)은 EPM 챔버(50)의 압력을 조정하기 위한 하나 이상의 진공 펌프들(66)(도 1)과 함께 추가로 동작한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 진공 펌프(66)는 프로세스 챔버(46)에 결합되며, EPM 챔버(50) 내의 압력은 하나 이상의 흐름 경로들(68)을 통해 조정된다. 다른 실시예에 있어서, EPM(40)은 EPM 챔버(50)에 더 많이 직접적으로 결합된 하나 이상의 추가 펌프들을 포함할 수 있다.
이제 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 EPM(40)의 구조 및 동작을 예증하는 예시적인 실시예가 도시된다. EPM(40)은, 도시된 바와 같이, 이온 빔-라인/궤적(72)을 따라 배치된 복수의 흑연 전극 로드(rod)들을 포함하는 하나 이상의 전도성 빔 광학부들(70A-N)을 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-N)은 대칭적인 구성으로 배열되며, 여기에서 전도성 빔 광학부들(70A-B)은 입구 전극들의 세트를 나타내고, 전도성 빔 광학부들(70C-D)은 출구 전극들의 세트를 나타내며, 전도성 빔 광학부들(70E-N)은 억제/포커싱 전극들의 몇몇 세트들을 나타낸다. 다른 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-N)이 비대칭적인 구성으로 배열될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극 쌍들의 각각의 세트는 이온 빔(예를 들어, 리본 빔)이 거기를 통과하는 것을 허용하기 위한 공간/개구부를 제공한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-N)은 하우징(74) 내에 제공된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 진공 펌프(66)가 그 안의 환경(75)의 압력을 조정하기 위하여 하우징(74)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-N)은 서로 전기적으로 결합된 전도성 피스(piece)들의 쌍들을 포함한다. 대안적으로, 전도성 빔 광학부들(70A-N)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-N)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-N)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 따른 전위의 구배를 제어하기 위한 몇몇 얇은 전극들(예를 들어, 전도성 빔 광학부들(70E-N)의 억제/포커싱 전극들)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 도시된 전도성 빔 광학부들(70A-N)의 구성에 있어서, 높은 감속 비율들이 또한 제공될 수 있다. 결과적으로, 입력 이온 빔들의 사용은 심지어 매우 낮은 에너지 출력 빔들에 대해서조차도 더 높은 품질의 빔들을 가능하게 하는 에너지 범위에서 사용될 수 있다. 비-제한적인 일 예에 있어서, 이온 빔이 전도성 빔 광학부들(70A-N)의 전극들을 통과함에 따라, 이온 빔은 6 keV로부터 0.2 keV로 감속되고 15°로 편향될 수 있다. 이러한 비-제한적인 예에 있어서, 에너지 비율은 30/1일 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 시스템(10)(도 1)에 대한 열화의 하나의 원인은 사용 동안의 빔 구성성분들에 의해 생성되는 부산물들 또는 증착물들의 과도한 축적일 수 있다. 예를 들어, 증착물들은 EPM(40)의 전도성 빔 광학부들(70A-N)뿐만 아니라 시스템(10)의 다른 컴포넌트들 상에 축적될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 재료의 이러한 축적이 더 심각할 수 있으며, 예를 들어, 카르보레인, SiF4 또는 GeF4가 소스 재료로서 사용될 때 그러하다. 과도한 축적을 방지하기 위하여, 본 실시예의 시스템(10)은 2개의 모드들, 즉, 프로세싱 모드 및 세정 모드로 동작할 수 있다. 프로세싱 모드 동안, 시스템(10)은 이온 빔(18)을 생성하기 위하여 정상적으로 동작할 수 있다. 세정 모드 동안, EPM(40) 또는 시스템(10)의 임의의 다른 컴포넌트 예컨대 빔-라인 컴포넌트들(16)이 인 시튜 세정될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 프로세싱 모드 동안, 전원 공급장치(76)(예를 들어, DC 전원 공급장치)가 제 1 전압 및 제 2 전류를 EPM(40)에 공급한다. 더 구체적으로, EPM 챔버(50)(도 2a 내지 도 2b) 내에 플라즈마를 생성하기 위하여 전압/전류가 전도성 빔 광학부들(70A-N)에 공급된다. 다양한 실시예들에 있어서, 전원 공급장치(76)에 의해 제공되는 전압 및 전류가 일정하거나 또는 변화될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-N)은 0.1 keV - 100 keV로부터의 일련의 DC 전위들로 홀딩된다.
다시 도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따라 세정 모드 하에서 동작하는 EPM(40)이 도시된다. 이러한 실시예에 있어서, EPM(40)은 프로세싱 모드로부터 세정 모드로 스위칭된다. 이를 달성하기 위하여, 시스템(10)은 전력 케이블들을 수동으로 스위칭해야만 하는 것을 피하기 위하여 프로세싱 모드와 세정 모드 간의 스위칭을 위한 릴레이 스위치(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 프로세싱 모드로부터 세정 모드로의 스위칭은, 예를 들어, 미리 결정된 문턱값(예를 들어, 빔 글리치(glitch)들의 설정된 수)이 달성되는 경우에 자동으로 수행된다. 다른 실시예에 있어서, 스위칭은 운영자에 의해 트리거(trigger)될 수 있다.
세정 모드 동안, 제 2 전압 및 제 2 전류가 EPM(40)의 전도성 빔 광학부들(70A-N)에 공급된다. 일 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70A-N)은 균일한 및/또는 독립적인 세정을 가능하게 하기 위하여 병렬로(예를 들어, 개별적으로) 또는 직렬로 전기적으로 구동될 수 있다. 제 2 전압 및 제 2 전류는 DC 전원 공급장치(76)에 의해 또는 라디오 주파수(radio frequency; RF) 전원 공급장치(80)에 의해 공급될 수 있다. 세정 모드 동안 프로세싱 모드의 DC 전원 공급장치(76)로부터 RF 전원 공급장치(80)로 스위칭하는 것이 세정 사이클 동안 발생하는 파괴적인 아크의 기회를 최소화할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, EPM(40)은 세정 모드 동안 인 시튜 세정될 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 에칭제 가스(예를 들어, 가스(24, 56))가 선택된 흐름/주입 레이트로 EPM(40) 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 에칭제 가스는 약 25 분 당 표준 입방 센티미터(standard cubic centimeters per minute; SCCM) 내지 약 200 SCCM의 흐름 레이트로 도입될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 에칭제 가스는 전도성 빔 광학부들(70A-N) 주변에 고압 흐름을 유지하기 위하여 약 50 SCCM 내지 100 SCCM으로 도입될 수 있다.
다양한 종들이 에칭제 가스의 세정제로서 도입될 수 있다. 세정제는 화학적 반응성 종을 함유하는 원자 또는 분자 종일 수 있다. 이러한 종은, 이온화될 때, 전도성 빔 광학부들(70A-N) 중 하나 이상에 축적된 증착물들과 화학적으로 반응할 수 있다. 화학적으로 반응성의 종을 갖는 세정제가 본원에서 설명될 것이지만, 본 개시가 화학적으로 비활성의 종을 배제하지는 않는다. 다른 실시예에 있어서, 세정제는 이온화될 때 높은 원자 질량 단위(atomic mass unit; amu)를 갖는 이온들을 형성하기 위하여 무거운 원자 종을 함유할 수 있다. 세정제의 비-제한적인 예들은 H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, 및 Xe, 또는 이들의 조합을 함유하는 원자 또는 분자 종을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, NF3, O2, 또는 Ar 및 F2의 혼합물, 또는 이들의 조합이 세정제로서 사용될 수 있다.
에칭제 가스의 조성은 전도성 빔 광학부들(70A-N) 상에 형성된 증착물(들)의 조성에 기초하여 화학적 에칭을 최적화하기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 불소-기반 플라즈마는 B, P, 또는 As를 함유하는 빔 컴포넌트들을 에칭하기 위하여 사용될 수 있으며, 반면 산소-기반 플라즈마는 포토레지스트 재료들을 에칭하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, Ar 또는 다른 무거운 종을 플라즈마 혼합물에 부가하는 것이 이온 충돌을 증가시키며, 이는 화학적 강화 이온 스퍼터링(sputtering) 프로세스를 사용할 때 전도성 빔 광학부들(70A-N)로부터의 증착물(들)의 개선된 제거 레이트를 야기한다. 플라즈마 또는 이온 충돌이 또한 표면들의 가열을 유발하여 화학적 에칭 레이트들을 보조하고 전도성 빔 광학부들(70A-N)의 표면으로부터 증착물(들)을 뒤흔드는 것을 돕는다.
이제 도 4 및 도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 EPM(40) 내의 플라즈마(82)의 생성이 도시된다. 본 실시예에 있어서, 플라즈마(82)는, 전도성 빔 광학부들(70A-N)의 흑연 전극들에 연속적인 또는 펄스형 AC/DC 전압을 제공함으로써 하우징(74)에 의해 획정(define)된 체적 내에 생성될 수 있다. 예를 들어, DC 전원 공급장치(76) 또는 RF 전원 공급장치(80)를 사용하여 대략 1A 내지 5A의 전류로 대략 400 V 내지 1 kV가 전도성 빔 광학부들(70A-N)에 공급될 수 있다. 전도성 빔 광학부들(70A-N)로의 전력은 AC 전압 또는 펄스형 DC 전압의 형태일 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, 전도성 빔 광학부들(70A-N)의 각각은 플라즈마(82)의 독립적이고 선택적인 생성을 가능하게 하기 위하여 병렬로 구동될 수 있다.
EPM(40) 내의 플라즈마(82)의 밀도 및 국부화를 증가시키기 위하여, EPM(40) 내의 압력이 증가될 수 있다. 특히, 도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 세정 프로세스에 대한 압력 설정 값을 증가시킴으로써, 가스 주입 레이트를 증가시키거나 또는 EPM(40)에 대한 펌핑 레이트를 감소시킴으로써, 플라즈마(82)는 전압/전류를 수신하는 전도성 빔 광학부들(70A-N)로부터의 이러한 전극 로드들('X'에 의해 표시됨) 주변으로 국부화된다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 플라즈마 분포는 20 mTorr의 확산성 플라즈마(82)를 예증하며, 반면 도 5b에 도시된 플라즈마 분포는 전도성 빔 광학부(optics 70A-N)의 전력이 공급된 네(4) 개의 전극을 둘러싸는 영역(86) 내의 1 Torr의 국부화된 플라즈마(82)를 예증한다.
선택적 플라즈마 생성은, 무거운 금속(예를 들어, 강철) 부분들의 에칭 및 손상을 방지하기 위하여, EPM(40)의 다른 부분들에 대한 유해한 라디칼들(예를 들어, 불소)의 충돌을 최소화하기 위하여 유용하다. EPM(40)을 통한 더 높은 흐름 레이트는 새로운 반응물들을 가지고 에칭 부산물들을 더 빠르게 대체하는 것을 가능하게 하여, 더 효율적인 세정 프로세스를 생성한다.
또한, 전도성 빔 광학부들(70A-N) 중 하나 이상의 근처에 플라즈마를 생성하고, 최적화된 흐름 레이트로 EPM(40)에 에칭제 가스를 공급함으로써, 전도성 빔 광학부들(70A-N)이 효율적으로 세정될 수 있다. 예를 들어, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 플라즈마(82) 내에 포함된 화학적 반응성 라디칼들은 전도성 빔 광학부들(70E-N) 중 하나의 표면 상에 축적된 증착물들(90)을 화학적 반응을 통해 제거할 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 전도성 빔 광학부들(70E-N)은, 예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, Si, 인, 및 포토레지스트와 같은 표면 증착물들(90)을 포함하는 흑연 전극 로드들이다. 표면 증착물들(90)은, 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이 세정 프로세스에 의해 제거된다.
일부 실시예들에 있어서, 플라즈마(82) 내의 이온들이 이온 스퍼터링 프로세스를 통해 축적된 증착물(90)을 제거할 수 있다. 세정 플라즈마(82)로부터 생성되는 열이 또한, 전도성 빔 광학부들(70A-N) 상에 축적된 증착물들이 열에 의해 제거될 수 있거나 또는 증가된 온도를 가지고 더 휘발성이 될 수 있기 때문에 세정 프로세스를 강화할 수 있다. 예를 들어, 이상에서 설명된 바와 같이, 전도성 빔 광학부들(70A-N)에는 1 내지 5 암페어의 전류로 400 내지 1000V 사이의 전압이 제공될 수 있다. 따라서, 대략적으로 최대 5 kW에 이르는 열이 생성될 수 있다. 고도로 반응성의 및/또는 무거운 세정 종을 제공하고, 전도성 빔 광학부들(70A-N) 근처에 플라즈마(82)를 생성함으로써, 효율적인 플라즈마 세정이 수행될 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, EPM(40) 내로 도입되는 세정 재료들의 높은 흐름 레이트가 세정 프로세스를 강화할 수 있다.
이제 도 7을 참조하여, 하우징(74) 내의 전도성 빔 광학부들(70A-N)의 단면도가 더 상세하게 설명될 것이다. 이러한 실시예에 있어서, 세정 모드 동안, 제 2 전압(DC, AC, RF, 등)이 추가적으로, 또는 대안적으로 전도성 빔 광학부들(70A-N)과 하우징(74) 사이에 배치된 전극 그리드(92)에 인가될 수 있다. 예를 들어, 전극 그리드(92)는 하우징(74)과 함께 프로세싱 모드 동안 접지되는 그리드형 라이너(liner)일 수 있다. 전도성 빔 광학부들(70A-N)은 세정 모드 동안 전원 공급장치(76, 80)로부터 전극 그리드(92)로 공급되는 전력에 대하여 0 볼트(또는 다른 고정된 전압)일 수 있다. 프로세싱 모드가 세정 모드로 스위칭될 때, 도시된 바와 같이 플라즈마(82)가 형성된다.
하우징(74) 내의 플라즈마(82)의 밀도 및 국부화를 증가시키기 위하여, 환경(75)의 압력이 증가될 수 있다. 특히, 세정 프로세스에 대한 압력 설정 값을 증가시킴으로써, 하우징(74)으로의 가스 주입 레이트를 증가시키거나 또는 펌핑 레이트를 감소시킴으로써, 플라즈마(82)는 전도성 빔 광학부들(70A-N) 중 하나 이상의 주변으로 국부화될 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 본 개시에 따른 이온 주입 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들의 인-시튜 플라즈마 세정을 수행하기 위한 예시적인 방법(100)을 예시하는 순서도가 도시된다. 방법(100)은 도 1 내지 도 7에 도시된 표현들과 관련하여 설명될 것이다.
방법(100)은 블록(101)에 도시된 바와 같이 플라즈마를 생성하기 위한 이온 주입기의 챔버와 함께 동작할 수 있는 컴포넌트를 제공하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 컴포넌트는 빔-라인 컴포넌트, 예컨대 에너지 퓨리티 모듈(EPM)이다. 일부 실시예들에 있어서, EPM은 전도성 빔 광학부를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, EPM은 복수의 전도성 빔 광학부들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 복수의 전도성 빔 광학부들은 복수의 전극 로드들을 포함한다.
방법(100)은, 블록(103)에 도시된 바와 같이, 프로세싱 모드 동안 제 1 전압 및 제 1 전류를 컴포넌트에 공급하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 전압 및 제 2 전류는 직류(DC) 전원 공급장치에 의해 공급된다.
방법(100)은, 블록(105)에 도시된 바와 같이, 프로세싱 모드로부터 세정 모드로 스위칭하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 방법(100)은, 미리 결정된 문턱값이 달성되는 경우, 예를 들어, 빔 글리치들의 최대 용인가능 수가 달성되는 경우에 프로세싱 모드로부터 세정 모드로 자동으로 스위칭하는 단계를 포함한다.
방법(100)은, 블록(107)에 도시된 바와 같이, 세정 모드 동안 제 2 전압 및 제 2 전류를 컴포넌트에 공급하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 제 2 전압 및 제 2 전류는 전도성 빔 광학부 주변에 플라즈마를 생성하기 위하여 컴포넌트의 전도성 빔 광학부에 인가된다. 일부 실시예들에 있어서, 제 2 전압 및 제 2 전류는 DC 전원 공급장치 또는 라디오 주파수(RF) 전원 공급장치로부터 공급된다.
방법(100)은, 블록(109)에 도시된 바와 같이, 복수의 전도성 빔 광학부들의 에칭을 가능하게 하기 위하여 에칭제 가스를 빔-라인 컴포넌트에 공급하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 에칭제 가스의 주입 레이트가 조정된다. 일부 실시예들에 있어서, 에칭제 가스의 조성은 컴포넌트의 표면 상에 형성된 증착물의 조성에 기초하여 컴포넌트의 에칭을 최적화하도록 선택된다.
방법(100)은, 블록(111)에 도시된 바와 같이, 컴포넌트의 환경의 압력을 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 컴포넌트를 둘러싸는 환경의 압력은 전도성 빔 광학부들 중 하나 이상을 둘러싸는 영역 내에 플라즈마를 국부화하기 위하여 증가된다.
방법(100)은, 블록(113)에 도시된 바와 같이, 프로세싱 모드 동안 전도성 빔 광학부 상에 형성된 증착물을 제거하기 위하여 컴포넌트를 에칭하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 전도성 빔 광학부는 이온 스퍼터링 프로세스를 사용하여 에칭된다.
이상을 고려하면, 적어도 다음의 이점들이 본원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 첫째, 플라즈마 세정이 짧은 시간 동안 수행될 수 있으며, 이는 배출 및/또는 컴포넌트의 수동 세정에 대한 필요성을 회피한다. 둘째, 인-시튜 플라즈마 세정 동안, 세정될 이러한 컴포넌트들을 둘러싸는 플라즈마 밀도가 더 크며, 그에 따라서 빔-라인 및/또는 시스템의 다른 컴포넌트들에 대한 원치 않는 에칭을 감소시킨다.
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 (18)

  1. 이온 주입 시스템으로서,
    이온 빔을 형성하도록 구성된 이온 소스;
    빔-라인 컴포넌트; 및
    상기 빔-라인 컴포넌트에 가스를 공급하도록 구성된 가스 소스를 포함하며,
    상기 가스 소스는 상기 가스와 증착물의 반응을 통해 상기 빔-라인 컴포넌트의 표면 상에 존재하는 상기 증착물을 에칭하도록 구성되는, 이온 주입 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 소스는 에칭제 가스를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔-라인 컴포넌트는 정전 필터(electrostatic filter; EF)인, 이온 주입 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 소스는 상기 빔-라인 컴포넌트의 챔버 부분에 상기 가스를 공급하도록 구성되는, 이온 주입 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스는 H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, 및 Xe, 또는 이들의 조합을 함유하는 원자 또는 분자 종을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스는 NF3, O2, Ar과 F2의 혼합물, 또는 이들의 조합들을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 소스는 상기 이온 빔을 통한 상기 빔-라인 컴포넌트의 이온 충돌 동안 상기 가스를 상기 빔-라인 컴포넌트에 공급하도록 구성되며, 상기 이온 충돌은, 상기 빔-라인 컴포넌트의 표면 상에 존재하는 상기 증착물의 화학적 에칭 레이트를 돕는 상기 빔-라인 컴포넌트의 표면들의 가열을 야기하는, 이온 주입 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 주입 시스템은 상기 빔-라인 컴포넌트와 연관된 챔버를 더 포함하며, 상기 챔버는 하나 이상의 전극들을 둘러싸고, 상기 챔버는 상기 가스 소스에 결합되며 상기 가스를 상기 하나 이상의 전극들에 공급하도록 구성되는, 이온 주입 시스템.
  9. 이온 주입 시스템으로서,
    이온 빔을 형성하도록 구성된 이온 소스;
    상기 이온 소스의 하류측에 위치되는 하나 이상의 컴포넌트들; 및
    상기 각각의 하나 이상의 컴포넌트들과 연관된 챔버에 가스를 공급하도록 구성된 가스 소스로서, 상기 가스 소스는 상기 하나 이상의 컴포넌트들의 표면 상에 존재하는 증착물과 반응하도록 구성되는, 상기 가스 소스를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스 소스는 에칭제 가스를 포함하는, 이온 주입 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 하나 이상의 컴포넌트들은 정전 필터(electrostatic filter; EF)인, 이온 주입 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스는 H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, 및 Xe, 또는 이들의 조합을 함유하는 원자 또는 분자 종을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스는 NF3, O2, Ar과 F2의 혼합물, 또는 이들의 조합들을 포함하는, 이온 주입 시스템.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스 소스는 상기 이온 빔을 통한 상기 하나 이상의 컴포넌트들의 이온 충돌 동안 상기 가스를 상기 하나 이상의 컴포넌트들에 공급하도록 구성되며, 상기 이온 충돌은, 상기 하나 이상의 컴포넌트들의 표면 상에 존재하는 상기 증착물의 화학적 에칭 레이트를 돕는 상기 하나 이상의 컴포넌트들의 표면들의 가열을 야기하는, 이온 주입 시스템.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 챔버는 하나 이상의 전극들을 둘러싸고, 상기 챔버는 상기 가스 소스에 결합되며 상기 가스를 상기 하나 이상의 전극들에 공급하도록 구성되는, 이온 주입 시스템.
  16. 이온 주입 시스템의 빔-라인 컴포넌트 상의 증착물을 제거하기 위한 방법으로서,
    이온 빔을 통한 상기 빔-라인 컴포넌트의 이온 충돌 동안 상기 빔-라인 컴포넌트와 연관된 하나 이상의 영역들에 가스를 공급하는 단계로서, 상기 이온 충돌은 상기 빔-라인 컴포넌트의 표면 상의 상기 증착물과 상기 가스 사이의 화학적 반응을 돕기 위해 상기 빔-라인 컴포넌트의 표면을 가열하는, 단계를 포함하는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 가스를 공급하는 단계는 상기 빔-라인 컴포넌트의 챔버 부분에 상기 가스를 공급하는 단계를 포함하며, 상기 챔버 부분은 상기 빔-라인 컴포넌트의 적어도 하나의 전극을 둘러싸는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 가스는 H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, 및 Xe, 또는 이들의 조합을 함유하는 원자 또는 분자 종을 포함하는, 방법.
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