KR970002681B1 - 이온비임주입시스템과 그방법 및 이온비임을 편향시키는 정전렌즈 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

이온비임주입시스템과 그 방법 및 이온비임을 편향시키는 정전렌즈

제 1 도는 본 발명에 따라 제조된 이온비임주입시스템의 개략도,

제 2 도는 공작물의 영역에 이온을 통과시킬 때 이온비임을 편향시키는 정전렌즈구조의 평면도,

제 3 도는 제 2 도의 정전렌즈의 전개도,

제 4 도는 본 발명에 따라 제조된 정전렌즈 구조의 또 다른 실시예의 평면도,

제 5 도는 제 4 도의 정전렌즈의 전개도,

제 6 도는 제 2 도의 정전렌즈에 대한 전지전압대 위치의 그래프,

제 7 도는 제 2 도의 렌즈구조에 대한 전지전압대 위치의 그래프,

제 8 도는 제 4 도의 정전렌즈에 대한 굴절각대 위치의 그래프,

제 9 도는 제 4 도의 정전렌즈에 대한 전지전압대 위치의 그래프,

제 10 도는 다수의 공작물을 주입시키는 원형주사 이온비임주입기를 도시한 개략도,

제 11 도는 정전렌즈의 전지에 제어전압의 인가로 발생한 전계선을 도시한 제 5 도의 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 이온비임주입시스템 12 : 소오스수단

26,28 : 편향수단 29 : 제어수단

30 : 정전렌즈수단 32 : 전지

34,36 : 평행판 37 : 바이어싱 수단

59 : 지지수단 60 : 공작물

본 발명은 공작물을 처리하는 이온주입기에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼에 이온을 주입할 때 적용된다.

이온비임을 사용하여 반도체 웨이퍼들을 이온불순물로 도핑하는 반도체 제조기술이 공지되어 있다. 비임을 웨이퍼 표면을 따라 주사, 즉, 웨이퍼를 고정비임에 따라 이동시킴으로써, 웨이퍼가 균일하게 도핑된다.

이온비임이 웨이퍼 표면에 충돌하는 각(웨이퍼 기울기)은 웨이퍼에 이온을 주입할 때 매우 중요한 요인이 된다. 반도체 재료공정의 최근 추세는 웨이퍼 표면에 걸쳐 충돌각의 변동이 감소하는 추세이다.

주사이온 비임시스템에서, 정전편향판은 웨이퍼표면위에 비임의 충돌이 레스터형태(raster pattern)를 발생한다. 편향판중 한세트는 빠른 전후주사를 제공하고 두번째 세트는 직교방향으로 비임편향을 제공한다. 이러한 레스터 주사는 전형적인 이온빔 형상에 있어서 200mm 웨이퍼를 가로질러 ±4°의 충돌각의 변동을 발생시킨다.

이러한 충돌각의 변동을 감소시키는 방법이 제시되어 있다. 하나의 제안에 따르면, 네개의 세트의 편향판, 즉 두개의 수평판과 두개의 수직판을 이용하는데 이를 편향판이라 부른다. 비임은 먼저 최초 궤도에서 멀리 떨어지게 편향된 다음에 웨이퍼에 충돌하기 전에 편향되지 않았던 원래 궤도에 평행한 방향으로 다시 편향된다.

매우 큰 웨이퍼 직경을 가지는 이중 편향시스템의 사용은 매우 넓게 이격된 편향판을 필요로 하게 된다. 이것은 주사되고, 그리고 제 1 세트의 편향판에 인가된 주사 전압과 정확히 동기화되어야 하는 매우 높은 전압을 필요로 하게 된다.

또 다른 문제점은 주사판의 개구가 증가함에 따라 정전프린징장(electrostatic fringing fields)은 제어하기가 더 힘들고 비임 공낙 충전 효과에 더 민감하다는 것이다. 기울기 변화를 감소하는 또 다른 공지된 방법은 기계적으로 주사하는 스피닝 디스크 웨이퍼 지지대(spr nning disk wafer support)를 사용하는 것이다. 만일스핀촉이 비임에 평행하면, 어떠한 충돌각 변동도 일어나지 않는다. 스피닝 디스크 지지대는 충돌각 변동에 대해 필요한 상태를 유지하는 동안 충돌각을 제어해야만 한다는 문제점을 지닌다. 스피닝 공작물 지지대를 구성하는 선행기술 특허의 실례는 마트수카화(matsukawa)씨의 미합중국 특허 제4,794,305호에 개시되어 있다.

최근에 또 다른 제안은 한축으로 정적기적으로 비임을 주사한 다음 높은 굴절률의 자석을 사용하여 평행리본 비임을 생성하는 것이 제안되었다. 웨이퍼는 기계적으로 리본빔에 직교방향으로 주사되어 균일한 이차원 주입이 이루어진다. 엔지(enge)씨의 미합중국 특허 제4,276,477호에는 이러한 시스템을 개시하고 있다.

본 발명은 반도체 웨이퍼등과 같은 공작물과 이온비임사이의 일정한 충돌각을 성취할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 제어된 양으로 이온비임을 편향시킨 후 비임이 렌즈를 통과하는 궤도에 의존하는 가변량으로 재편향시키는 렌즈들을 통해 이온비임을 직사하는 수단을 포함한다.

본 발명에 따라 구성된 이온비임 주입장치는 공작물을 처리하기 위해 이온들을 제공하는 소오스 및 소우스에 대한 위치에 공작물을 향하게 하는 지지대를 포함한다. 비임 형성장치는 이온들을 제 1 궤도를 따라 움직이도록 하는 소우스를 방출시킴으로써 이온비임을 형성한다.

편향전극은 제어된 양만큼 제 1 궤도에서 이온비임을 편향시키고, 그리고 이온비임을 정전렌즈에 직사하며, 정전렌즈는 일정한 제어된 충돌각으로 공작물에 충돌되도록 이온비임을 다시 굴절시킨다. 편향전극에 연결된 제어유닛은 이온비임을 제어된 양만큼 편향시킨다. 정전렌즈들은 고유제어 전압에 바이어스 된 비임이 궤도에 이격관계로 배열된 다수의 렌즈전극을 갖는다. 렌즈전극의 전압에 의해 발생한 합성 전기장은 정전렌즈를 통하는 이온비임의 이동궤도뿐만 아니라 이온의 질량 및 에너지에 의존하는 양만큼 이온비임을 굴절시킨다.

이온비임이 편향되는 양은 렌즈들에 의해 발생한 전기장을 이온비임이 통과하는 각 및 위치에 따라 변하기 때문에 렌즈의 작동은 광학렌즈의 작동과 비슷하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 정전렌즈의 작동으로 인한 제어된 최초편향 및 재직사는 일차원으로 성취된다. 공작물의 2차원 주사는 공작물에 대해 주사구조의 상대운동에 의해 성취된다. 이것은 공작물의 운동이나 비임편향구조의 운동들중 하나에 의해 성취된다.

또 다른 바람직한 개시된 고안은 원형주사운동을 이용하는 것으로서, 편향 또는 주사전극 또는 정전렌즈 구조는 편향된 이온비임이 고정웨이퍼의 원형정렬에 충돌함에 따라 제어된 비율로 회전된다.

도면들에서, 주입시스템(10)은 질량분석자석(16)을 향하는 궤도를 따라 이온빔(14)을 직사하는 이온소오스(12)를 갖는다. 질량분해 자석(16)은 거의 직각으로 비임을 굴절시키고 적당한 질량을 갖는 이온들을 분해구멍(resoling aperture)을 통해 이동궤도를 따라 직사시킨다.

다음, 비임(14)은 한쌍의 편향전극판(26), (28)을 통과한다. 제어회로(29)에 의해 전극판(26)(28)에 인가된 제어전압은 이온비임이 제어량만큼 이온비임(14)을 편향시키는 전기장을 통하게 된다. 두개의 전극판(26), (28) 사이의 전압차의 크기는 편향량을 제어한다. 편향된 이온비임은 정전렌즈(30)를 통과하고 정전렌즈에서 이온비임은 분석자석(16)을 떠날때 비임이 따르는 궤도에 평행한 이동궤도를 따라 재직사된다. 정전렌즈(30)는 다수의 개별적인 전극(32) 및 한쌍의 이격된 평행판(34), (36)(제 2 도)을 포함한다. 정전렌즈(30)을 통과한 후 비임의 이온들은 정전가속기(38)에 의해 최종 주입에너지까지 선택적으로 가속된다.

정전렌즈(30)의 아래의 이온주입장소(40)는 가속기(18)에 의해 가속되는 이온을 차단하는 위치에 반도체 웨이퍼를 지지하는 구조를 포함한다. 다른 입자들과 충돌하는 이온비임들은 비임보존도를 떨어뜨려 소오스(12)에서 주입장소(40)까지의 모든 비임선이 퇴거된다. 이온주입장소(40)의 영역에서 챔버(42)는 진공이 되고 그리고 웨이퍼는 챔버(42)의 반복 가압과 감압을 피하기 위해 로드안전장치내에 삽입되고 그리고 로드 안전장치에서 회수된다. 기계아암(44)은 셔틀(52)에 의해 키세트(50)에서 회수된 웨이퍼를 잡고 도우핑안된 웨이퍼를 웨이퍼방향기(56)에 위치시킨다. 방향기(56)는 도우핑안된 웨이퍼를 이온주입전에 특별한 방향으로 회전시켜 이온이 웨이퍼에 충돌할때 이온이 결정격자 구조의 고유방향과 마주하게 한다. 다음에 웨이퍼는 로드안전장치(58)에 이동하여 제 2아암(46)이 웨이퍼를 진공실(42)의 주입위치에 이동시킨다. 주입장소에서 웨이퍼지지대(59)는 특정경사각으로 이온빔에 대해 웨이퍼(60)를 향하게 하는데, 특정경사각은 평행한 이온빔 방향으로 인해 일정하게 유지된다.

주사전극판(26), (28)은 제어회로(29)의 관리하에서 제어된 양의 측 대 측 비임주사(side-to-side beam scanning)를 발생한다. 주사회로는 이 웨이퍼주사를 성취하기 위한 주사전극 전압을 조절하는 프로그램 가능 제어기를 포함한다. 제 1 도에 도시된 특별한 시스템은 단지 측 대 측 주사만을 발생시켜 제 1 도의 도시된 원형웨이퍼와 같은 공작물을 완전히 이온 주입시키기 위해서는 편향된 이온비임과 공작물 사이의 추가적인 상대운동이 필요하다.

이온 주입시, 주입장소(40)에서 웨이퍼(60)의 선형전후주사는 지지대(59)의 안정한 구동메카니즘(도시되지 않음)에 의해 성취된다. 웨이퍼(60)가 이온비임으로 도핑될 때 새로 도핑된 웨이퍼가 제 3 아암(62)에 의해 주입장소(40)로부터 제거된다.

이 아암(62)은 웨이퍼(60)를 로드안정장치(64)에 운반하여 제 4 기계아암(66)은 카세트(70)에 도우핑된 웨이퍼를 저장하는 셔틀(68)에 웨이퍼를 전달한다.

제 2 도 및 제 3 도는 두개의 개시된 렌즈구성중 하나를 예시한다. 비임(14)으로부터의 각각의 이온들은 두개의 전극판(26), (28)의 전압에 의한 편향되고 그리고 두개의 전극판(26), (28) 및 다수의 금속전지(32)에 의해 경계가 된 영역을 통과한다. 두개의 판(34), (36) 사이의 공간은 정전렌즈(30)의 폭을 규정한다. 제 7 도의 도표에 예시되어 있듯이, 판(34)은 전원장치(37)에 의해 판(36)에서의 전위보다 낮은 일정한 전위에서 유지된다. 제 6 도 및 제 7 도에서 횡자표 "X"는 판(34)으로부터의 거리를 표시한다. 전극(32)의 전압은 두개의 판(34), (36)에 대한 이들 전극의 상대위치에 따라 다르다. 전극전압은 판(34)에서 판(36)으로 증가한다.

일반적으로, 전지전압은 두개의 판(34), (36)사이의 위치에 따라 선형적으로 변하도록 선택되고 두 판(34), (36)사이에 수백볼트 전압차를 제공할 수 있는 안전하게 제조된 직류전원장치에 의해 유지된다.

제 2 도에서 알 수 있듯이, 판(34)은 판(36)보다 짧고, 또한 전극 길이가 다르다. 전극 및 판들의 크기 및 전극 및 판에 인가된 바이어스 전압의 선택은 제 6 도에 도시된 굴절각을 만든다. 전극판(26), (28)에 의해 상당히 큰 양으로 편향된 이온들은 렌즈내에서 발생한 전기장과의 긴 정전 상호작용으로 인해 상당히 큰 양으로 재편향된다.

이온이 두개의 판(34), (36) 사이의 영역을 들어가는 위치는 최초편향각에 따라 변한다. 렌즈(30)의 보상효과로 인해 비례재편향이 일어나고 렌즈에 들어가는 모든 이온들이 평행궤도를 따라 탈출한다. 측 대 측 비임편향을 제어함으로써 웨이퍼(60)의 모든 폭을 가로지르는 좁고 균일한 이온비임들이 마련된다.

제 4 도 및 제 5 도는 정전렌즈(30')의 또 다른 배열을 도시한다. 이 배열에서, 두개의 판(34'), (36') 및 모든 전극(32')의 길이가 동일하다. 전자와 판들은 제 9 도에 도시되어 있는 것처럼 일정한 전압을 유지하지만 두판 사이의 전압변동은 비선형적이다. 이로 인해 위치에 대해 선형인 굴절각이 발생한다(제 8 도를 보면 알수 있다).

제 9 도에 도시된 곡선은 공식 VnαX^m을 따르는 것이고 여기서, m은 약 2이고 x는 판(34')에서의 거리이다. Vn은 전극의 크기, 개수 및 간격뿐만 아니라 비임에너지 및 입사주사각에 비례한다. 제 11 도는 제 4 도를 확대한 것으로, 전자(32') 및 판(34') 부근에서 전계선을 도시한다.

제 11 도에서, 렌즈는 전극 사이의 공간과 같은 240mm의 전체폭을 갖는다. 전극 길이는 거의 8인치이다. 각 전극의 전압은 각 관련변수에 대해 조정되고 그리고 특정 이온주입을 위해 고정된다. 각 전극의 전압이 상이한 변수에 따라 변할지라도, 전압비율은 위에서 주어진 비례성에 상응하게 된다.

이온빔의 평행도를 조정하기 위해 지수(m)의 값을 조절할 수 있고 입구에서 프리지전기장을 조절할 수 있고 렌즈로 방출시킬 수 있다. 1.8에서 2.2까지의 m의 값이 이용되고 이 전압을 표로 만들었다.

[표 1]

위에서 알수 있듯이, 본 발명의 제 1 도의 실시예에서, 웨이퍼는 보통 얇고 평면인 이온비임을 통해 앞뒤를 가로지르는 지지대(59)에 설치되어 있다. 이것은 전기장의 정확한 제어 손실을 수반하는 커다란 렌즈구멍을 필요로 하지 않는다.

제 10 도는 또 다른 배열을 도시한 것으로 정전렌즈(30)가 신장지지대(100)에 설치되어 있고 이 지지대는 최초비임 궤도에 상응하는 축(110) 주위를 회전한다. 비임(14)내의 이온들은 회전용으로 설치된 한쌍의 평행편향판을 포함하는 편향장소(112)에 들어간다. 이온빔은 회전축(110)에 대해 가변량으로 편향되고 주사된다. 주사전극 및 정전렌즈의 회전은 동시에 이루어지고 주사판과 렌즈의 기계적인 상호 연결에 의해 성취된다. 이는 단일모터가 편향판과 렌즈(30)들을 회전시킬 수 있도록 한다. 주사판이 이온비임을 편향시킬 때, 이온비임은 정전렌즈(30)를 통과하고 평행궤도를 따라 이온주입장소(120)로 재편향된다.

웨이퍼 지지대(122)는 웨이퍼가 지지대위에 위치되는 위치와 웨이퍼가 주입을 위해 위치된 제 2 위치 사이에서 운동하도록 설치되어 있다. 편향판과 정전렌즈가 이온비임으로부터의 평행광선(ray)을 원형으로 정렬된 반도체에이퍼(60)에 충돌시키도록 회전할 때 웨이퍼는 고정상태를 유지한다.

제 10 도에 도시된 구성의 상이한 실시예는 고정편향판 및 정전렌즈와 복수의 웨이퍼가 두배로 편향된 이온비임의 평행광선을 통과하게 하는 회전웨이퍼 지지대를 포함한다.

편향판(26), (28)에 연결된 제어전자부품(29)은 균일한 이온주입을 보장하기 위해 필요하다. 이러한 전자부품은 보통 프로그램 가능제어기에 연결되어 있고 이 제어기는 이온비임이 편향되는 각이 시간에 따라 변하도록 두개의 평행판을 가로질러 가변전압신호를 자동적으로 인가한다. 주사전압변동을 되풀이 함으로써 주기 비임편향이 마련되어 이온비임과 웨이퍼 사이의 상대회전이 마련될 때 이온주입을 균일하게 한다.

본 발명은 여러 다른 실시예와 관련해서 설명했다. 첨부한 청구의 범위 및 정신에 어긋나지 않는다면 여러수정이 가능하다.

Claims (11)

1. 평면공작물(60)을 제어할 수 있게 처리하는 이온비임주입시스템이 있어서, (가)평면공작물을 처리하기 위해 이온들을 제공하는 이온소오스수단(12); (나)평면공작물을 소오스수단에 대한 위치에 방향을 맞추는 지지수단(59, 122); (다)소오스수단에 의해 방출된 이온들을 제 1 궤도에서 이동하는 이온비임(14)으로 형성하는 비임형성수단(16, 20); (라)제어된 초기 편향량으로 제 1 궤도로부터 떨어지게 이온비임의 이온들을 분기궤도를 따라 편향시키는 편향수단(26, 28, 112); (마)제어된 균일한 충돌각으로 평면공작물과 조우하는 충돌궤도로 이온을 재직사시키기 위해 분기궤도를 따라 이동하는 이온을 차단하여 재편향시키도록 비균일 정전기장을 만들기 위해 이온비임궤도를 한정하는 다수의 전극(32)을 포함하는 렌즈수단(30); (바)이온비임의 편향을 조정하여 평면공작물의 처리를 제어하기 위해 편향수단에 연결된 출력을 가지는 제어수단(29); 및 (사)비균일 정전기장을 만들기 위해 다수의 전극을 제어전압으로 유지시키는 바이어싱 수단(37)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임주입시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 편향수단과 렌즈수단은 함께 연결되고 또한 주사된 평면공작물을 스위프하기 위해 편향수단과 렌즈수단을 축(110)에 대회전시키는 수단(100)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임주입시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 편향수단과 렌즈수단은 고정되고 또한 지지수단은 이온비임에 대해 공작물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 이온비임주입시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 렌즈수단은 함께 연결되고 또한 주사된 타겟을 스위프하기 위해 편향수단과 렌즈수단을 축(110)에 대해 회전시키는 수단(100)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 편향수단과 렌즈수단은 고정되고 또한 지지수단은 공작물을 이온비임에 대해 이동시키는 것을 특징으로 하는 이온비임주입시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 평행판들은 길이가 동일하지 않고 또한 전극렬의 전극은 평행판의 크기에 따라 단판에서 장판으로 길이가 증가하는 것을 특징으로 하는 이온주입시스템.
7. 평면공작물(60)에 이온비임을 주입시키는 방법에 있어서, (가)제 1 궤도를 따라 이동하는 이온을 가지는 이온비임(14)을 제공하는 단계; (나)분기이온비임을 만들기 위해 제 1 궤도로부터 제어량만큼 이온들을 편향시키는 단계; (다)서로 평행한 공작물을 충돌궤도들로 분기 이온비임의 이온들을 재편향시키는 비균일 정전기장을 분기이온들을 차단하는 영역에 만드는 단계; 및 (라)평면공작물중 하나 또는 그 이상과 이온비임이 편향되는 영역뒤의 이온비임사이의 상대주사운동을 제공하는 단계를 포함하는 것이 특징인 이온비임주입방법.
8. 제 7 항에 있어서, 주사운동은 회전운동인 것이 특징인 방법.
9. 타겟으로 가는 도중 이온편향영역을 통과하는 이온을 편향시키기 위한 정전렌즈(30)에 있어서, (가)상기 이온편향영역의 제 1 측을 한정하는 제 1 열의 전극들을 규정하도록 서로 이격된 다수의 세장전도전극(32); (나)상기 이온편향영역의 제 2 측을 한정하는 제 2 열의 전극들을 규정하도록 서로 이격된 다수의 세장전도전극(32); (다)이온이 통과하고 또한 이온들이 타겟에 충돌하기 전에 편향되는 이온 편향영역을 규정하기 위해 제 1 열 및 제 2 열의 전극들을 결합시키는 제 1 열과 제 2 열의 전극 사이의 간격에 걸쳐 있는 제 1 및 제 2 전도판(34, 36); 및 (라)편향영역내에 전기장을 발생하기 위해 제 1 및 제 2 열의 전극과 제 1 및 제 2 전도판에 전압을 인가하는 바이어싱 수단(37)을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전렌즈.
10. 제 9 항에 있어서, 평행궤도로 이온들이 편향영역을 탈출하도록 하는 전기장을 만들기 위해 바이어싱 수단이 전극과 제 1 및 제 2 전도판에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 정전렌즈.
11. 공작물(60)을 제어할 수 있게 처리하는 이온비임주입시스템(10)에 있어서, (가)공작물을 처리하기 위해 이온을 제공하는 소오스수단(12); (나)소오스수단에 대한 위치로 공작물의 방향을 맞추는 지지수단(59, 122); (다)소오스수단에 의해 방출된 이온들을 제 1 궤도에서 이동하는 이동비임(14)으로 형성하는 비임형성수단(16, 20); (라)제어된 양으로 제 1 궤도로부터 떨어지게 이온비임의 이온을 편향시키는 편향수단(26, 28, 112); (마)제어된 균일한 충돌각으로 공작물을 충돌하기 위해 제어된 양으로 편향된 이온들을 더 편향시키는 렌즈수단(30); (바)이온비임의 편향을 조정하여 평면공작물의 처리를 제어하는, 편향수단에 연결된 출력을 가지는 제어수단(29); 및 (사)조정가능한 제어전압으로 다수의 주사전극을 바이어싱하기 위한 바이어싱수단(37)과 대향된 평행판 사이의 전기장을 조정하기 위해 이온비임 이동궤도로부터 이격된 두개의 평행전극렬(32)과 대향된 평행판 사이에 제 1 의 전기장을 발생시키기 위한 한쌍의 대향 편행판(34, 36)을 포함하는 렌즈수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임주입시스템.