KR930005735B1 - 이온주입장치 - Google Patents

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KR930005735B1
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니신덴끼 가부시기가야샤
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Abstract

내용 없음.

Description

이온주입장치
제1도는 종래 이온주입장치의 한예의 일부를 도시한 개략도.
제2도는 본발명의 실시예에 따른 이온주입장치의 일부를 도시한 개략도.
제3도는 제2도의 제어장치와 다점모니터의 한예를 도시한 개략도.
제4도는 주사신호파형의 한예를 도시한 그래프.
제5도는 주사전원의 다른예를 도시한 블럭도.
제6도는 다점 모니터에 대한 빔전류량의 분포와 타게트에 대한 이온주입량의 분포간 상호관계의 한예를 도시한 그래프.
제 7도는 타게트를 위한 구동장치의 한예를 도시한 개략도.
제 8도는 이온빔을 위한 전기적 주사수단의 한예를 도시한 개략도.
본 발명은 이온 빔(beam)을 정전적으로 주사하며 타게트(target)를 이온빔과 수직방향에 기계적으로 주사하는 하이브리드 주사형 이온장치에 관한 것이다.
제1도는 이러한 종류의 종래 이온주입장치를 도시한 것이다.
종래 이온주입장치에 있어서는, 이온원으로 부터 끌어내고, 필요한 경우 질량분석 가속, 트리밍(trimming)등을 받게한 이온빔(2)을 주사전원(12)으로 부터 주사 전압이 공급되는 한쌍의 주사전극(4)에 의해 X방향(예를들면, 수평방향)으로 정전적 주사하여, X방향에 이온빔(2)이 평면으로 퍼져가도록 한다.
주사전원(12)은 특정 주파수의 삼각파신호를 발생하는 발생기(geneator)(121)와, 신호의 전압을 올리고 역극성(逆極性)의 전압 VX와 -VX을 각각 출력하기 위한 고압증폭기(122,123)을 구비하고 있다.
한편, 타게트(6)(예를 들면, 웨이퍼)는 홀더(8)에 의해 이온빔(2)의 조사 영역내에 지지되어 있다. 타게트(6)는 구동장치(10)에 의해 X방향과 수직인 Y방향(예를들면, 수직방향)에 기계적으로 주사된다. 이 기계적 주사작동은 이온빔(2)의 주사작동과 관련하여 이온이 타게트(6)의 전면에 균일하게 주입되도록 한다.
상술한 이온주입 장치에 있어서는, 이온빔 (2)의 루트는 다음 조건에서 변화된다.
(가) 이온빔(2) 자체의 특성(예를 들면, 그 에너지, 발산각, 이머턴스, 밀도, 이온종류 등), (나) 주사전극(4)의 기계적특성(예를 들면, 그평행도, 비틀림각, 이온빔(2)에 대한 위치등), (다) 주사전극(4)의 전기적 특성(예를 들면, 그것에 사용한 주사전압, 주파수등) 및 (라) 이온빔(2)의 궤도 부근의 상태
상기 조건중 조건(나)와 (라)는 이온주입장치 고유의 것이며, 주입조건에 의하여 변화하지 않는다. 그러나 조건(가)와 (다)는 주입조건에 의하여 변화한다. 더구나, 이온빔(2)의 궤도는 단일조건에 의해서 보다는 각 조건의 결합에 의해서 변화한다.
궤도의 변화가 타게트(6)의 표면에 주사하는 빔궤도의 전영역에 균등이 일어나는 경우에는 별문제가 발생하지 않는다. 그러나 궤도의 일부가 변화할 경우에는, 이온빔(2)의 주사속도가 특정부분에서만 변화하며, 그것에 의해 타게트(6)에 대한 이온주입의 균일성에 나쁜영향을 미친다.
이온주입의 균일성은 보통 1% 이하로 유지시킬 수 있다. 그러나 최근들어 타게트(6)의 표면에 형성시킨 반도체장치는 고밀도 및 고성능을 갖는다. 그래서 전보다 많은 고 균일성이 요구되어진다.
본 발명의 목적은 타게트에 대한 이온주입의 균일성을 향상시킨 이온주입장치로 제공하는데 있다.
상기 목적을 수행하기 위해서, 본 발명의 이온주입장치는 외부로 부터 입력되는 파형데이타에 따라 파형신호를 발생하는 신호 발생기 및 이 신호를 증폭하여 한쌍의 주사전극에 출력하는 증폭기를 포함하는 주사전원과, 이온빔을 받아서 빔전류를 측정하기 위한 다수의 동일면적의 패리데이 컴(Faraday Cups)을 X방향으로 배열한 다점 모니터와, 이 다점 모니터를 주사된 이온빔의 조사영역내로 출입시키는 모니터 구동장치와, 다점 모니터의 각 페리데이 컴에 의해 측정된 빔전류에 따라 각페러데이 컵으로 입사(入射)되는 빔전류량의 분포를 구하고, 빔전류량이 분포가 균일하도록 파형데이타를 발생하며 그 결과의 데이터를 주사전원의 신호발생기에 입력하는 제어장치를 구비한다.
또한, 상술한 제어장치 대신에 구비할 수 있는 다른 제어장치는 다점 모니터의 각 페러데이 컵에의해 측정된 빔전류에 따라 각 페러데이 컵으로 입사되는 빔전류량의 분포를 구하고, 이전에 구한 두 분포사이의 상호관계를 근거로하여 타게트에 대한 이온주입량 분포에 대응하도록 빔전류량의 분포를 보정하고, 보정된 빔전류량의 분포가 균일해지도록, 파형데이타를 발생하며, 그 결과의 데이타를 주사전원의 신호발생기에 입력하는 제어장치이다.
다점 모니터가 이온빔의 조사영역내에 배열되는 동안 이온빔을 주사할 경우, 각 페어데이 컵에 의해 그 위치에서 빔전류가 측정된다. 이 측정된 전류에 따라서 각 페러데이 컵으로 입사되는 빔전류량(전하량)의 분포는 제어장치에 의해 구해진다. 이 제어장치는 빔전류량의 분포가 균일해지도록 파형데이타를 발생한다.
주사전원의 신호발생기는 파형데이타에 따라 파형신호를 발생한다. 신호는 증폭되어 주사 전압으로서 주사전극에 출력된다.
그래서, 삼각파의 주사전압을 사용한 종래의 경우보다 타게트에 대한 이온주입의 균일성이 향상된다.
타게트에 대한 이온주입량의 분포에 대응하도록 다점 모니터에 대한 빔전류량의 분포를 보정하기 위한 제어장치가 사용될 경우 다점 모니터와 타게트 사이의 조건에 차이가 제거될 수 있으므로, 타게트에 대한 주입의 균일성이 더욱 향상될 수 있다.
제2도는 본 발명의 실시예 1에 따르는 이온주입장치의 일부를 도시한 개략도이다. 제1도에 있는것과 동일한 부분은 동일 숫자로 지정하였다. 종래 기술과 다른점들을 다음에 주로 설명하려 한다.
이 실시예에 있어서는, 주사전극(4)에 주사전압을 공급하는 주사전원(22)을 다음과같이 구성하였다.
주사전원(22)은 외부로부터 파형 데이타(보다 구체적으로 후술하는 제어장치(28)로 부터 출력되는 파형데이타 DS)에 따라서 파형의 주사신호 VS를 발생하는 임의의 파형발생기(221)와, 이 주자신호 VS의 전압을 올리며 역극성의 주사진압 VX와-VX 각각을 출력하는 고압증폭기(222,223)을 구비한다.
임의의 파형발생기(221)은 알려져있는 종류이다. 임의의 파형 발생기 또는 외부로부터 입력된 파형데이타의 프로그램을 계획함에 의하여, 임의의 파형신호가 발생할 수 있다.
그밖에 실시예의 이온 주입장치는 이온빔(2)의 각점에서 빔전류의 분포를 측정하는 다점 모니터(24)와, 이 다점 모니터(24)를 조사 영역안으로 측정을 위해 이동시키며 또한 타게트(6)에 대한 이온주입 작동을 위해 조사영역 밖으로 이동시키는 모니터구동장치(26), 및 전술한 파형데이타 DS를 발생시키며 이것을 주사전원(22)에 출력하는 제어장치 (28)를 구비한다.
제3도에 도시한 바대로, 다점 모니터(24)는 예를들면 이온빔(2)을 받아서 이온빔전류를 측정하기 위한 다수의 동일면적의 페러데이 컵(243)을 X방향으로 베열하고, 그 전방에는 각 페러데이 컵(243)에 대응하는 위치에 개방부를 갖는 시프레서(Suppresser)(242)를 배열하며, 그 전방에는 각 페이데이 컵(243)에 대응하는 위치에 개방부를 갖는 마스크(mask)(241)를 배열하고, 또한 지지(支持) 절연체(244,245)를 구비하고 있다.
제3도에 도시한 바대로 제어장치(28)은 예를들면 다점 모니터(24)의 각 페러데이컵(243)으로 부터 출력하는 빔전류(I)를 주파수 신호로 변환하기위한 전류/주파수 변환기(2820와, 주파수 신호의 주파수를 카운트하므로 빔전류(2)를 디지탈 신호로 전환하여 제어회로(284)에 공급하는 카운터(283)와, 제어회로(284)로 부터 지령에 따라서 다점 모니터(24)의 각 페러데이 컵 (243)을 선택적으로 절환하여 전류/주파수변환기(282)에 접촉하는 다수의 스위치(281), 및 상기의 방법으로 입력되는 데이타에 따라서 각 페러데이 컵(243)으로 입사되는 빔전류량(전하량)의 분포를 구하고 빔전류량의 분포가 균일하게 되도록 파형데이타 DS를 발생하는 제어회로(284)를 구비한다. 제어회로는 본예에서 마이크로컴퓨터를 포함한다.
주사전압 파형을 보정하는 과정에 예를 다음과 같이 기술하고자 한다.
(가) 모니터 구동장치(26)에 의해 다점 모니터(24)를 구동하여 이온빔(2)의 조사 영역내로 이동시킨다. (나) 그 다음에 예를들면 제4도에서 실선으로 도시한 바대로 삼각파의 주사신호 VS가 임의의 파형발생기(221)로 부터 출력하여 이온빔(2)을 주사한다. 다점 모니터(24)의 각 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔전류량을 제어회로(284)에서 연속적으로 구한다.
즉, 측정하고자 하는 페러데이 컵(243)에 대응하는 스위치(281) 한개만을 켜서 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔전류(I)를 측정한다. 측정되는 빔전류(I)에 따라서 이온빔(2)의 단위주사작동(예를들면, 편도 주사작동 일왕복주사 작동등)에 대한 빔전류량이 누적된다. 이 작용은 각 페러데이 컵(243)에 대해 연속적으로 반복한다.
(다) 제어회로(284)에서는 상술한 방법으로 측정한 데이타에 따라서 각 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔 전류량의 분포를 구하고 이 분포를 균일화하기 위해 파형 데이타 DS를 산출한다.
이 경우에서, 각 페러데이 컵(243)의 면적이 동일한 까닭에 측정된 각 페어데이 컵(243)의 빔전류량은 타게트(6)에 대한 단위면적당 이온 주입량에 비례한다. 그러므로 제어회로(284)에서 빔전류량이 많은 부분에는 이온빔(2)의 주사속도가 빠르게되고, 빔전류량이 적은 부분에는 주사속도가 느리게 되는 방법으로 파형데이타 DS가 발생된다.
예를들면, 주사신호 VS가 제4도에서 실선으로 도시된 바와같이 삼각파일 경우에 n번째 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔전류량만이 다른것에 비해 적다고 가정해보자, 또한 점 a와 b사이에 이온빔(2)가 n번째 페러데이 컵(243)으로 입사하고 이 시간을 Tn이라고 가정하자.
제어회로(284)에서는 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔전류량(=빔전류×시간)이 다른 부분의 것과 동일하게 되는 시간 Tn'(이 경우에는, Tn'＞Tn)을 페러데이 컵(243)에 흐르는 빔전류를 사용하여 산출한다. 이때, 시간 Tn후 주사신호 V의 증폭이 시간 Tn'후 주사신호 V의 증폭과 동일할 것이므로(즉, 이들 주사 폭은 동일하다). b'점의 위치가 결정된다. 제4도에서 피선으로 나타난 바대로 점 a와 b'사이에 연결되어있는 선은 보정후의 파형이 된다. 점 b'이하의 파형에서는 보상이 필요없다. 그러므로 이전의 심각파를 평행으로 이동하는것이 가능하다.
n번째 페러데이 컵(243)으로 입사하는 범전류량이 다른 부분에 비해 더 많을 경우, 점 a와 b'사이의 경사는 상기 경우의 반대로 증가하므로 시간 Tn'는 Tn보다 짧아진다.
제어회로(284)는 보정된 주사신호 Vs의 파형에 대한 근원인 파형데이타 Ds를 발생한다. 파형데이타 DS는 주사전원(22)의 임의의 파형발생기 (221)에 입력된다. 임의의 파형발생기(221)은 파형데이타 DS를 지지하고 있으며 데이타 DS에 대응하는 파형의 주사신호 VS를 입력한다.
(라) 상술한 동일방법으로, 각 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔전류량의 분포가 구해진다. 설정한 균일성이 얻어지는 경우에는 파형보정이 완료된다. 설정한 균일성이 얻어지지 못하는 경우에는, 상술한대로 파형보정을 다시 실시한다.
(마) 설정한 균일성이 얻어진후, 다점 모니터(24)는 이온빔(2)의 조사영역으로부터 이동되어 나온다. 그후, 이온은 타게트(6)에 주입된다.
상술한 방법으로, 다점 모니터(24)의 각 페러데이 컵(243)으로 입사하는 빔전류량의 균일성이 설정한 값보다 더 양호하게 되는 까닭에, 타게트(6)에 대한 이온주입의 균일성이 종래 기술의 것보다 훨씬 향상된다.
엄밀히말하면, 다점 모니터(24)와 타게트 (6)의 조건(예를들면, 두 위치의 차이와 같은)이 다른 까닭에, 타게트(6)에 대한 빔 전류량의 분포가 비록 제6도에서 커브 A로 나타난 바대로 균일하다 할지라도 타게트(6)에 대한 이온주입량의 분포는 제6도에서 커브 B로 나타난 바대로 반드시 균일하지 않을수 있다.
이 결함을 제거하기 위하여 다른 종류의 제어장치를 사용할 수 있다. 즉, 다점 모니터(24)에 대한 빔전류량의 분포와 타게트(6)에 대한 이온주입량의 분포간 상호관계는 예를들면 다점 모니터(24)에 대한 빔전류량의 분포가 커브 A로 도시되고 타게트 6에 대한 이온 주입량의 분포가 커브 B(이 상호 관계는 이온주입장치 고유의 것이다)로 도시된 경우에서 제6도에 도시된 상호관계는 이전에 구해지고 이 상호관계를 나타내는 데이타가 제어장치(28)의 제어회로(284)에 저장된다.
이 데이타를 근거로, 제어회로(284)는 타게트(6)에 대한 이온주입량의 분포에 대응하는 (예를들면 일치하는)다점 모니터(24)에 대해 측정된 빔전류량의 분포를 보정한다. 그리고나서 보정된 빔전류량의 분포를 균일화하기 위하여 파형데이타 DS가 상술한 동일방법으로 계산되고 주사전원(22)에 적용된다. 이러한 방법으로 다점 모니터(24)와 타게트(6)사이의 조건의 차이가 제거될 수 있으므로, 타게트(6)에 대한 주입의 균일성은 더 개선될 수 있다.
제5도에 도시한 대로 주사전원(22)을 예를들면 제어장치(28)로 부터 파형데이타 DS1과 DS2를 받아들여 역극성 주사신호 VS와 -VS를 발생하는 두개의 임의의 파형 발생기(221,224)와 신호전압을 높이고 역극성 주사전압 VX와 -VX를 출력하는 두개의 고압증폭기(222,225)로 구성할 수도 있다. 임의의 파형 발생기(221,224)에 제어장치(28)로 부터 상술한 동일 방법으로 산출된 파형데이타 DS1와 DS2가 출력된다. 이 구성에 있어서, 주사전극(4)에 공급하는 주사전압의 파형이 VX측과 -VX측에 독립ㅂ적으로 변화될 수 있는 까닭에 보정은 더 정확하게 처리될 수 있다.
그리고 또 빔전류(I)를 다점 모니터(24)의 각 페러데이 컵(243)으로 부터 제어회로(284)로 공급하면, 상술한대로 전류/주파수 변환기(282)와 카운터(283)을 사용하는 것은 항상 필요하지 않다. 오히려 다른 수단을 사용할 수 있다.
또한 상술한 적선 운동대신에 이온빔(2)이 주사하는 X방향과 실질적으로 수직인 Y방향에 타게트(6)를 기게적으로 이동하기 위하여 스윙(Swing) 회전을 사용할 수 있따.
제7도에 도시한 구동장치(320)는 그런 구동수단의 한예이다. 구동장치(320)는 홀더(8)를 지지하는 아암(324)과 제7도에서 도시한 화살표로 나타낸것처럼 아암(324)을 회전시키는 가역회전 모터(322)(예를 들면, 다이렉트 구동모터)를 포함한다. 모터(322)의 왕복운동은 타게트가 이온빔(2)의 정면에 있는 동안 X방향에 원호모양으로 주사하는 이온빔과 실질적으로 수직인 Y방향에 기계적으로 주사되도록 타게트(6)를 홀더(8)에 의해 지지하게 한다.
이 경우에 있어서, 타게트(6)가 주사하는 중에 타게트(6)의 자세(예를들면, 지향면 6a 방향)를 유지하기 위해서, 아암(324)이 회전하는대로 홀더 (8)가 회전하는 수단이 구비될 수 있다. 예를들면, 본 예에서와 같이, 가역회전 모터(326)(예를들면, 다이렉트 구동모터)는 아암(324)에 고정되고, 홀더(8)는 모터(326)의 출력측에 고정되어 아암(324)의 회전방향에 반대되는 방향으로, 모터(326)가 홀더(8)를 동일각으로 회전시킨다. 그러므로 타게트(6)의 자세가 유지될 수 있다.
또한, X방향에 전기적으로 주사된 빔에의해 평행빔으로 전환한 이온빔(2)은 타게트(6)에 빛을 던져줄 수 있다.
제8도는 이온빔(2)의 그러한 주사수단의 한예를 도시한 것이다. 이온원(410)으로부터 끌어내고 필요한 경우 질량분석, 가속 등을 받게한 이온빔(2)는 두쌍의 주사전극(412,414)의 협동작용에 의해 X방향으로 주사한다. 그것에 동일한 주사전원(22)로 부터 역극성 주사전압(삼각파전압)을 적용하므로, 주사전극(414)으로부터 나온빔이 평행빔으로 전환된다. 이온빔(2)은 본예의 전기장 보다는 오히려 자기장을 사용함에 의하여 평행빔으로 전환될 수 있다.
더구나, 상기 노출에 있어서 X방향과 Y방향은 두방향만을 가리키는데, 이 두방향은 서로 수직인 방향이다. 그러므로 X방향은 수평방향, 수직방향, 또는 그 방향에 임으로 경사진 방향으로 고려될 수 있다.
상술한대로, 본발명에 따라서 주사중에 이온빔의 균일성을 측정하고, 결과로서 생긴 데이타에 따라 주사전압파형을 이온빔의 균일성이 향상되도록 보정할 수 있다. 그러므로 타게트에 대한 이온주입의 균일성은 삼각파 주사전압을 사용하는 종래기술보다 더 향상될 수 있다.
또한 타게트에 대한 이온주입량의 분포에 대응하는 다점 모니터에 대한 빔전류량의 분포를 보정하는 제어장치가 사용될 경우, 다점 모니터와 타게트 사이의 조건차는 제거될 수 있다. 그러므로 타게트에 대한 주입의 균일성은 더욱 향상될 수 있다.

Claims (4)

  1. 이온빔(2)을 X방향에 정전적으로 주사하는 한쌍의 주사전극(4)과 ; 타게트(6)를 X방향과 수직하는 Y방향에 기계적으로 주사하기 위한 구동장치(10)와 ; 외부로 부터 입력되는 파형데이타에 따라 파형신호를 발생하는 신호발생기(221) 및 신호를 증폭하여 상기 주사전극(4) 쌍에 출력하는 증폭기(222,223)를 포함하는 주사전원(22)과 ; 이온빔(2)을 받아서 빔전류를 측정하기위한 다수의 동일 면적의 페러데이 컵(243)을 X방향으로 배열한 다점 모니터(24)와 ; 상기 다점 모니터(24)를 주사된 이온빔의 조사영역내로 출입시키는 모니터구동장치(26) ; 및 상기 다점 모니터(24)의 상기 각 페러데이 컵(243)에 의해 측정된 빔전류에 따라 상기 각 페러데이 컵(243)으로 입사되는 빔전류량의 분포를 구하고, 빔전류량의 분포가 균일하도록 상기 파형데이타를 발생하며, 그 결과에 데이타를 상기 주사전원(22)의 신호발생기(221)에 입력하는 제어장치(28)를 구비한 이온주입장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동장치(320)는 상기 타게트(6)를 지지하기 위한 홀더(8)를 지탱하는 아암(324)과, 상기 타게트(6)가 상기 이온빔(2)의 정면에 있는 동안 상기 타게트(6)가 원호모양으로 주사시키도록 상기 아암(324)을 회전시키는 가역회전모터(322)를 포함하는 이온주입장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온빔(2)을 평행빔으로 전환하는 수단을 포함하는 이온주입장치.
  4. 이온빔(2)을 X방향에 정전적으로 주사하는 한쌍의 주사전극(4)과 ; 타게트(6)를 X방향과 수직하는 Y방향에 기계적으로 주사하기 위한 구동장치(10)와 ; 외부로부터 입력되는 파형데이타에 대응하는 파형신호를 발생하는 신호발생기(221) 및 신호를 증폭하여 상기 주사전극(4)쌍에 출력하는 증폭기(222,223)를 포함하는 주사전원(22)과 ; 이온빔(2)을 받아서 빔전류를 측정하기위한 다수의 동일면적의 페러데이 컵(243)을 X방향으로 배열한 다점 모니터(24)와 ; 상기 다점 모니터(24)를 주사된 이온빔의 조사영역내로 출입시키는 모니터구동장치(26) ; 및 상기 다점 모니터(24)의 상기 각 페러데이 컵(243)에의해 측정된 빔전류에 따라 상기 각 페러데이 컵(243)으로 입사되는 빔전류량의 분포를 구하고, 이전에 구한 빔전류량의 분포와 이온주입량의 분포사이의 상호관계를 근거로하여 상기 타게트(6)에 대한 이온주입량의 분포에 대응하는 빔전류량의 분포를 보정하고, 보정된 빔전류량에 분포가 균일해지도록 상기 파형데이타를 발생하며, 그 결과의 데이타를 상기 주사전원(22)의 상기 신호발생기(221)에 입력하는 제어장치(28)를 구비한 이온주입장치.
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