KR100904313B1 - 이온 빔에 대한 오염 입자 제거 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

오염 입자가 이온 빔(16)과 함께 운반되는 것을 저지하는 시스템은 이온 빔이 통과하여 진행하는 영역내에서 입자를 대전시키는 입자 대전 시스템(12)을 포함한다. 대전된 영역에 대하여 후방에 전계(50)를 발생시켜서 대전된 입자를 이온 빔(16)의 진행 방향(18)으로부터 몰아낸다.

Description

이온 빔에 대한 오염 입자 제거 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REMOVING CONTAMINANT PARTICLES RELATIVE TO AN ION BEAM}

본 발명은 일반적으로 이온 빔 처리, 및 더욱 상세하게는, 이온 빔에 대한 오염 입자 제거 시스템 및 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판에 불순물을 주입하는 데에 이온 주입기가 사용된다. 특히, 이온 주입기는 집적회로 제조시에, 주입하는 n 또는 p형의 불순물을 생성하거나 또는 패시베이션(passivation) 층을 형성하기 위하여, 반도체 웨이퍼를 이온 빔으로써 처리하는 데에 사용된다. 반도체에 불순물을 주입하는 데에 사용하는 경우, 이온 주입기는 필요로 하는 불순물을 생성하는 선택된 이온 종(種)을 주입한다. 안티몬, 비소 또는 인 등의 원료 물질로부터 발생되는 주입 이온은 "n형" 불순물 웨이퍼를 생성하는 반면에, "p형" 불순물 웨이퍼가 필요하면, 붕소, 갈륨 또는 인듐 등의 원료 물질로부터 발생되는 이온을 주입할 수도 있다.

통상적인 이온 주입기는 이온화 가능 원료 물질로부터 양으로 대전된 이온을 생성하는 이온 소스를 포함한다. 생성된 이온은 빔을 형성하여 소정의 빔 경로를 따라서 주입 스테이션으로 진행한다. 이온 빔 주입기는 이온 소스와 주입 스테이션과의 사이에 걸쳐서 빔 형성 및 정형 구조물을 포함할 수도 있다. 빔 형성 및 정형 구조물은 이온 빔을 유지하고, 또한 연장되는 내부 캐비티, 또는 빔이 주입 스테이션으로 가는 도중에 통과하는 통로를 한정시킨다. 이온 주입기를 동작시킬 때, 이 통로는 이온이 공기 분자와의 충돌로 인하여 소정의 빔 경로로부터 편향되는 가능성을 감소시키기 위해서 배기된다.

전하에 대한 이온의 질량(예로서, 전하대 질량비)은 정전계(靜電界) 또는 자계에 의해서 축방향 또는 가로 방향 모두로 가속되는 정도에 영향을 준다. 따라서, 바람직하지 않은 분자량의 이온이 빔으로부터 벗어난 위치로 편향되고 또한 필요로 하는 물질 이외의 이온 주입을 방지하기 위해서, 반도체 웨이퍼 또는 기타 타겟의 원하는 영역에 도달하는 빔을 극도로 순수하게 할 수 있다. 필요로 하는 전하대 질량비 및 필요로 하지 않는 전하대 질량비의 이온을 분리하는 과정은 질량 분석으로서 공지되어 있다. 질량 분석기는 통상적으로 2극 자계를 생성하는 질량 분석 자석을 사용하여 아치형 통로에서의 자기(磁氣) 편향을 통하여 이온 빔내의 각종 이온을 편향시켜서, 상이한 전하대 질량비의 이온을 효과적으로 분리한다.

이온 빔은 집속되어서 기판의 필요로 하는 표면 영역으로 진행한다. 통상적으로, 강력한 이온 빔은 소정의 에너지 레벨로 가속되어서 가공품의 체적을 투과한다. 이온은 주입 깊이를 결정하는 빔 에너지로써, 재료의 결정 격자내에 매입되어서 필요로 하는 도전율의 영역을 형성한다. 이온 주입 시스템의 예로서, 매사추세츠, 비벌리의 액셀리스 테크놀로지스사로부터의 시스템을 포함한다.

이온 주입기 또는 기타의 이온 빔 장비(예로서, 선형 가속기)의 동작에 의해 서 오염 입자가 생성될 수도 있다. 오염 입자는, 예로서 크기가 약 1㎛ 이하일 수도 있다. 이어서, 입자에 충돌하는 빔의 이온의 운동량(momentum)으로 인하여, 입자가 빔과 함께 운반되며, 통상적으로 그 속도는 이온보다는 훨씬 낮다. 결과적으로, 이온 빔내에 반출된 입자는 빔과 함께 웨이퍼(또는 기타의 기판)를 향해서 운반되어서, 웨이퍼에 원하지 않는 오염을 일으킬 수도 있다.

이온 주입 시스템에 있어서, 예로서, 오염 입자를 발생하는 하나의 근원은 포토레지스트 물질이다. 포토레지스트 물질은 이온 주입전에 웨이퍼 표면에 피복되어서 완성되는 집적회로상에 회로를 형상하는 데에 사용된다. 이온이 웨이퍼 표면에 충돌할 때, 포토레지스트 피복 입자가 웨이퍼로부터 방출되어서, 이온 빔내에 반출될 수도 있다. 이온 주입시 반도체 웨이퍼 또는 기타 기판에 충돌하여 부착하는 오염 입자는 처리되는 웨이퍼상에 극히 미세한 패턴 형성을 필요로 하는 반도체 및 기타 소자의 제조에 있어서 수율 손실의 근원이 될 수도 있다.

반도체 소자는 크기가 작고 정밀도가 더 높게 제조되므로, 이러한 반도체 소자 제조용 장비로서 더 높은 정확도 및 효율을 필요로 한다. 따라서, 웨이퍼 오염을 경감시키기 위하여 이온 빔내의 오염 입자의 레벨을 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 특징은 이온 빔에 대하여 오염 입자의 제거를 용이하게 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이온 빔은, 입자가 이온 빔의 극성(極性)과는 상이한 극성으로 대전되는 영역을 통과하여 진행한다. 입자가 대전되는 영역의 후방에 전계가 생성되고, 전계는 이온 빔과 함께 진행하는 오염 입자를 이온 빔의 진행 방향으로부터 몰아낸다. 전계는 또한 이온 빔을 필요한 레벨로 가속하는 가속 영역을 형성할 수도 있다. 결과적으로, 입자는 본 발명에 따라서, 이온 빔의 진행 방향으로부터 제거되거나 축출됨에 따라서, 가공편의 오염을 경감시킨다.

본 발명의 다른 특징은 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 이온 빔의 극성과는 상이한 극성으로 입자를 대전시키는 입자 대전 시스템을 포함한다. 전계 발생기는 입자 대전 시스템에 대하여 후방에서 전계를 발생시켜서 이온 빔내에 위치한 대전 입자를 이온 빔의 진행 방향으로부터 몰아낸다.

본 발명의 또 다른 특징은 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 통상적으로 이온 빔을 둘러싸는 플라즈마 영역내에 플라즈마를 방출하는 플라즈마 발생기를 포함한다. 전계 발생기는 이온 빔의 진행 방향에 대체로 평행하게 또한 플라즈마 영역에 대하여 후방에 전계를 발생시킨다. 플라즈마 영역내에 위치한 입자는 음으로 대전되고, 전계는 이온 빔내에 위치한 음으로 대전된 입자를 이온 빔의 진행 방향으로부터 몰아낸다.

본 발명의 다른 특징은 이온 주입 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 주입 스테이션에 위치한 기판을 처리하기 위한 이온을 방출하는 이온 소스, 및 필요로 하는 질량의 이온을 주입 궤적으로 방향을 전환시키는 분석 자석 시스템을 포함한다. 입자 제거 시스템은 분석 자석 시스템으로부터의 방향이 전환된 이온과 함께 입자가 운반되는 것을 저지한다. 입자 제거 시스템은 방향이 전환된 이온의 극성과는 상이한 극성으로 입자를 대전시키는 입자 대전 시스템을 포함한다. 입자 대전 시스템의 후방에는 전계가 발생된다. 전계를 조작하여 방향이 전환된 이온의 진행 방향으로부터 최소한 어느 정도의 대전 입자를 몰아낼 수 있다. 기판을 주입 스테이션에 지지하여 입자 제거 시스템으로부터의 이온으로써 처리함으로써, 기판에서의 입자 오염이 경감된다.

본 발명의 또 다른 특징은 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 이온 빔의 극성과는 상이한 극성으로 입자를 대전시키고 또한 입자가 대전되는 영역에 대하여 후방에서 전계를 발생시키는 단계를 포함한다. 최소한 어느 정도의 대전 입자가 이온 빔의 진행 방향으로부터 축출된다.

본 발명의 다른 특징은 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 이온 빔이 통과하여 진행하는 영역내에, 입자를 음으로 대전시키는 전자를 방출하는 단계를 포함한다. 또한 대전된 입자를 이온 빔의 진행 방향으로부터 몰아내도록 조작할 수 있는 전계를 발생시킨다.

상기 및 관련 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 특정 실시예를 이하의 설명 및 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 그러나, 이러한 특징은 본 발명의 원리를 사용하는 여러가지 방법 중 일부만을 나타내는 것이고, 본 발명은 모든 이러한 특징 및 동등한 내용을 포함시키고자 한다. 본 발명의 기타의 장점 및 참신한 특징은 도면과 함께 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.

도 1은 본 발명에 의한 입자 제거 시스템의 측면도.

도 2는 본 발명에 의한, 입자 궤적의 예를 나타내는, 도 1의 시스템의 또 다른 도면.

도 3은 본 발명에 의한 입자 제거 시스템을 사용하는 이온 주입 시스템의 개략 블록도.

도 4는 본 발명에 의한 입자 제거 시스템을 사용하는 이온 주입 시스템의 일례의 부분 단면도.

도 5는 본 발명에 따라서 입자가 이온 빔과 함께 운반되는 것을 저지하는 방법을 설명하는 흐름도.

본 발명은 이온 주입 시스템과 함께 사용될 수도 있는 이온 빔에 대한 오염 입자를 제거하는 시스템 및 방법을 제공한다. 그러나, 본 발명은 이온 주입기와 함께 사용하는 것에 비해서 더 광범위한 용도를 가지며, 여기서 설명한 용도 이외의 용도에서 이온 빔으로부터 오염 물질을 제거하는 데에 기여하기 위해서 본 발명이 채용될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 도 1~5를 참조로 하여 예시하여 설명한 실시예는 양의 이온 빔으로부터 입자를 제거하는 것을 주로 나타내지만, 당업자는 본 발명을 음의 이온 빔으로부터 입자를 제거하는 데에도 동등하게 적용할 수 있는 것을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 특징에 의한 입자 제거 시스템(10)을 나타낸다. 상기 시스템(10)은 전자를 방출하여 이온 빔(16)이 통과하는 플라즈마 시스(sheath)(14)를 형성하는 플라즈마 발생기(12)를 포함한다. 이온 빔(16)은 빔 축선 A를 가지며, 18로 표시된 빔 방향으로 후방으로 진행한다. 이온 빔(16)은, 예로서, 양(陽)의 전계를 생성하는 양으로 대전된 이온으로 형성된다. 따라서, 플라즈마 시스가 이온 빔을 대체로 둘러싸도록 이온 빔(16)과 플라즈마 시스(14)와의 사이에 경계가 형성된다. 플라즈마 시스(14)는 이온 빔의 외측에 위치한 플라즈마 영역내에 있을 때, 오염 입자가, 플라즈마의 극성에 부합하는 음 전하를 축적하게 하는 환경을 제공한다.

예로서, 플라즈마 발생기(12)는 플라즈마 전자 플러드(PEF; plasma electron flood) 시스템일 수도 있다. 상기 PEF 시스템은 도전성 하우징(20)을 포함하고, 하우징내에는 도전성 하우징과 전기적으로 분리된 도전성 코일(22)이 설치되어 있다. 텅스텐 또는 또 다른 재료로 구성할 수도 있는 코일(22)에는 코일로부터 하우징에 아크를 발생시키기에 충분한, 하우징(20)에 대한 전압 전위로 에너지가 인가된다. 코일(22)에는, 예로서, 하우징(20)의 전압에 대하여 약 40kV까지 에너지가 인가될 수도 있다. 하우징에 가스를 주입하기 위한 적절한 가스 재료 소스(24)가 하우징 (20)에 작용할 수 있게 연결되어 있다. 가스 소스(26)는 하우징(20)의 상단에 연결되는 것으로 개략적으로 도시되어 있지만, 당업자는, 하우징의 내부와 유체가 통하는 적절한 도관을 통하는 등, 하우징의 측벽내에 가스가 주입될 수도 있는 것을 이해할 것이다.

코일(22)과 하우징(20)과의 사이에서 발생된 아크는 소스(24)에 의해서 공급된 가스 분자로부터 전자를 "분출"하게(예로서, 방출되게) 한다. 따라서, 하우징 (20)은 주입된 가스 상(狀)의 매체의 전자, 예로서, 플라즈마로써 충만된다. 하우징(20)을 통하여 개구(28)가 연장되어서 생성된 플라즈마가 하우징의 내부 영역으로부터 이온 빔(16)의 경로에 대체로 수직인 방향으로 개구(28)를 통과하여 흐를 수 있다. 이어서, 방출된 플라즈마는 음전하를 갖는 고밀도 플라즈마를 형성한다.

도 1에 도시한 예에서, 플라즈마 발생기(12)는 도전성 터미널 전극(32)의 대체로 원통형의 측벽(30)에 설치되어 있다. 하우징(20)과 터미널 전극(32)과의 사이에는 전기 절연 재료로 된 스페이서(34)가 삽입되어서 하우징과 전극을 전기적으로 절연시킨다. 터미널 전극(32)의 측벽(30)은 빔 축선 A에 대하여 대체로 동축이다. 터미널 전극(32)은 그 전방단에, 빔(16)이 터미널 전극의 내부 영역으로 유입하는 유입 개구(36)를 구비하고 있다. 터미널 전극(32)은, 또한 터미널 전극의 후방단에 장착된 도전성의 환상(環狀) 판(38)을 포함하고 있다. 환상 판(38)은 이온 빔(16)이 터미널 전극(32)으로부터 유출될 수 있는 유출 개구(40)를 포함하고 있다.

터미널 전극(32)은 전기적인 접지 전위(44)에 대하여 정전압 전위를 전극에 인가하는 전원(42)에 전기적으로 접속되어 있다. 하우징(20)이 전기적인 접지 전위 (44)에 접속된 채로 코일(22)도 또한 터미널 전극(32)에 전기적으로 접속된다. 이러한 방법으로, 코일(22)과 터미널 전극(32) 모두가 동일한 전압 전위로 된다.

플라즈마 시스(14)는 통상적으로 이온 빔(16)을 둘러싸는 터미널 전극(32)의 내부 영역을 대체로 가득 채운다. 터미널 전극(32)의 내부 영역에서 필요로 하는 고밀도의 전자를 유지하는 데에 기여하기 위해서, 터미널 전극의 내면을 따라서 하나 이상의 영구 자석(46)을 배치할 수도 있다. 자석(46)은 터미널 전극(32)의 내면을 따라서 터미널 전극의 내면에 대하여 전자 제어를 완화시키는 자계를 생성함으 로써, 터미널 전극내의 플라즈마 밀도를 증가시킨다. 플라즈마 시스(14)는 터미널 전극 영역내의 이온 빔(16)에 의한 공간 전하를 중화시키는데에 유리하게 기여함으로써, 빔 안정성을 향상시킨다.

터미널 전극(32)의 후방에 전계(50)를 발생시켜서 음으로 대전된 입자 및 플라즈마(14)를 빔 방향(18)으로부터 몰아낸다. 예로서, 터미널 전극(32)의 후방에 배치된 가변 분해 전극일 수도 있는 전극(52)은, 전계(50)를 생성한다. 전극(52)은 이온 빔(16)이 통과하는 개구(예로서, 가변 분해 개구)(54)를 포함한다. 전극(52)을 터미널 전극(32)에 비하여 낮은 전압 전위로 유지하기 위하여 전원(56)을 전극 (52)에 전기적으로 접속한다. 특히, 터미널 전극(32)의 후방단에 전기적으로 접속되어 있는 환상 판(38)은 전극(52)과 함께 전극으로서 동작하여 가속 시스템(59)을 형성한다. 가속 시스템(59)은 전계(50)의 강도 및 방향에 따라서 이온 빔(16)내에서 진행하는 이온을 필요한 레벨로 가속시킨다. 예로서, 판(38)과 전극(52) 모두는 빔 축선 A에 대하여 실질적으로 수직으로 배향(配向)되어 있어서 전계를 빔 축선에 대하여 실질적으로 평행으로 배향되게 한다. 전극(52)은 또한 이온 빔(16)내의 이온을 가속하기 위한 큰 가속 갭(gap)(58)을 형성하도록, 전극(38)의 전압에 대하여 약 -40kV의 전압 전위로 되어 있다.

전계(50)는 또한 플라즈마와 전계와의 사이에 경계(60)를 형성하도록 작용한다. 특히, 전계(50)는 전자 및 음으로 대전된 입자에 대하여 빔 진행 방향(18)에 대체로 반대인 방향(62로 표시된)으로 힘을 가한다. 결과적으로, 전계(50)는 유출 개구(40)를 통한 플라즈마 시스(14)의 후방으로의 진행을 저지한다(예로서, 전계는 플라즈마 시스(14)를 소멸시킨다). 전계는 또한 이온 빔(16)내의 이온에 대하여 하향으로 힘을 가하여, 이에 따라서 이온을 가속한다.

경계(60)의 형성은 플라즈마(14) 관련 필드에 대한 전계(50) 강도의 함수에 따라서 변동한다. 플라즈마 밀도를 증가시킴으로써 및/또는 전계 강도를 증가시킴으로써 더욱 갑작스러운 또는 더욱 분명한 경계를 형성할 수 있다. 이어서, 더욱 분명한 플라즈마 경계(60)는 오염 입자를 빔 진행 방향(18)으로부터 밀어내는 능력을 향상시킨다.

이온 빔(16)내에 플라즈마(14)가 없으면 오염 입자를 양으로 대전시키려고 하는 환경을 조성할 수도 있지만, 플라즈마에 의해서 음으로 대전된 입자가 경계 (60)에 도달하기 전에 순 양전하를 축적하는 것은 있을 수 없다. 따라서, 입자는 경계(60)에 도달할 때 통상적으로 음으로 대전된 채로 유지되어서, 전계(50)가 음으로 대전된 입자를 빔 진행 방향(18)으로부터 밀어낸다.

본 발명에 따라서, 오염 입자를 빔 방향으로부터 밀어내도록 후방의 전계에 대하여 전방에 필요로 하는 대전된 영역을 형성하는 데에 기타 시스템을 (대안으로서 및/또는 추가로) 사용할 수도 있는 것을 이해하여야 한다. 예로서, 입자가 가속 갭(58)에 진입하기 전에 음전하로 대전시키는 데에 전자 샤워(electron shower) 또는 마이크로웨이브 전력을 도입하기 위한 시스템을 사용할 수도 있다. 또한, 음 이온 빔의 경우에, 입자를 양전하로 대전시키고, 또한 입자를 편향시키고 이온 빔을 가속시키는 적절한 후방의 전계를 생성하는 데에, 본 발명에 따라서 적절한 장치를 사용할 수도 있는 것을 당업자는 이해할 것이다.

도 2는 도 1의 시스템(10)에서의 입자(66)의 궤적의 일례를 나타내고, 여기서 동일한 참조 번호는 이전에 도 1에서 나타낸 부분을 의미한다. 입자는 통상적으로 빔의 이온보다 더 늦은 몇 종류의 크기의 속도로 이온 빔(16)내를 진행한다. 따라서, 입자가 빔과 함께 이동하는 것은, 최소한 부분적으로, 빔의 이온으로부터 입자(66)로의 운동량의 전이, 및 입자 자체의 기계적 에너지에 의한 것이다.

예로서, 입자(66)는 이온 빔(16) 외측의 플라즈마 시스(14)내의 위치에서 그 궤적이 시작된다. 고밀도 플라즈마 시스(14)에서, 수 많은 자유 전자는 빔(16)내의 이온보다 더욱 높은 속도로써 이동하여 입자(66)와 전자와의 충돌율이 높아진다. 따라서, 입자(66)는 플라즈마 시스(14)내에 있는 동안 비교적 큰 음전하를 축적한다. 입자(66')의 기계적 에너지로 인하여 입자(66')가 이온 빔(16)내로 운반되고, 이온의 운동량이 입자(66')를 경계(60)를 향하여 빔 방향(18)으로 몰아낸다.

입자(66")가 이온 빔(16)(대체로 플라즈마가 없는)에 진입한 후, 빔(16)의 이온은 입자와 충돌하는 일이 많다. 이온 빔(16)내에 플라즈마(14)가 없으면 이온이 입자를 양으로 대전시키려고 하는 환경을 조성할 수도 있지만, 입자가 경계(60)에 도달하기 전에 양으로 대전되는 것은 있을 수 없다. 이것은 입자가 플라즈마 시스(14)내에 위치하는 동안 큰 음전하를 축적하기 때문이다. 따라서, 입자(66')는 경계(60)에 도달하기 전에 통상적으로 순 음전하를 유지한다(플라즈마 시스내에 있을 때보다는 이온 빔내에서 덜 음일 수도 있지만).

도 2의 예에 나타낸 바와 같이, 입자(66")를 빔 진행 방향(18)으로부터 또한 빔(16)의 밖으로 밀어낸다. 특히, 본 발명의 특징에 따라서, 전계(50)는 입자(66")에 대하여 화살표(62) 방향으로 힘을 가하여 입자를 빔(16) 밖으로 편향시킨다. 이어서, 전계(50)가 이온에 대하여 빔 진행 방향(18)으로 힘을 가한 채로 이온 빔 (16)이 계속해서 경계를 통과함으로써, 전계 강도에 기능적으로 관계되는 정도까지 빔을 가속시킨다.

도 2를 참조로 하여 나타내고 설명한 상기 구성을 고려하여, 본 발명은 이온 빔(16)으로부터 오염 입자를 제거하는 데에 기여하는 시스템(100)을 제공하는 것을 이해할 수 있다. 상기 시스템(100)은 이온 빔(16)을 둘러싸서 오염 입자(66)를 이온 빔의 극성에 반대인 극성을 갖는 전하로 대전시키는 영역을 이용한다. 상기 입자(66)는 자체의 기계적 에너지로써 이온 빔(16)으로부터 플라즈마 시스(14)내로 진행할 수도 있다. 상기 입자(66)는 플라즈마 시스(14)내에 위치하는 동안 대응하는 전하를 축적하고, 이어서, 자석(46) 중 하나 또는 또 다른 구조물에 충돌함에 따라서 이온 빔(16)에 진입할 수도 있다. 이온 빔(16)내의 이온은 입자와 충돌하여 입자를 경계(60) 방향으로 이동시킨다. 전계(50)는 입자를 빔 진행 방향(18)으로부터 몰아내는 작용을 함으로써, 이온 빔으로부터 오염 입자를 제거하는 데에 기여한다. 또한, 입자(66)가 경계를 통하여 후방으로 진행하면, 입자는 후방의 가공편 또는 기판에 충돌하지 않도록 진행 방향으로부터 여전히 밀어내어진다.

이어서, 본 발명에 있어서, 도 3은 본 발명의 특징에 따른 입자 제거 시스템 (102)을 사용하는 이온 빔 처리 시스템(100)의 기능 블록도이다. 예로서, 상기 시스템(100)은, 이온 주입 시스템, 입자 가속기, 또는 오염 입자를 빔 진행 방향으로부터 제거 및/또는 방향 전환시키는 것이 바람직한 이온 빔(양 또는 음)을 사용하 는 기타 시스템일 수도 있다.

상기 시스템은 이온 빔(106)을 형성하는 이온을 방출하는 이온 소스(104)를 포함한다. 이온 소스(104)는, 예로서, 이온화 가능 가스 또는 기화된 물질 등, 원료 물질이 주입되는 챔버를 포함한다. 원료 물질에 에너지가 인가되어서 이온이 발생하고, 이어서 이온이 챔버로부터 유출되어서 이온 빔(106)(양 또는 음)을 형성한다. 이온 소스는 당업자에게는 널리 공지된 것이고, 따라서 이러한 소스에 대한 상세는 간략히 할 목적으로 생략한다. 마이크로웨이브 에너지를 사용하여 원료 물질을 이온화하는 이온 소스의 예는 미합중국 특허 제5,523,652호에 개시되어 있고, 여기에 참조로서 포함된다. 본 발명의 특징에 따른 입자 제거 시스템(102)은 추가적인 처리를 하거나 또는 하지 않는 기타 형태의 이온 소스와 함께 사용될 수도 있는 것을 당업자는 이해할 것이다.

본 발명의 특징에 의하면, 이온 소스(104)는 입자 제거 시스템(102)에 이온 빔(106)을 공급한다. 입자 제거 시스템(102)은 이온 빔의 극성과는 상이한 극성으로 입자를 대전시키기 위한 영역(108)을 이용한다. 입자 대전 영역(108)은 후방의 전계(110)와 함께 작용하여 이온 빔(106)내에 반출된 오염 입자의 제거를 용이하게 한다. 특히, 전계(110)는 대전된 입자에 대하여 힘을 가하여 입자를 빔 진행 방향으로부터 밀어내고 또한 이온 빔내의 이온에 대하여 힘을 가하여(반대 방향으로) 이온을 빔 진행 방향으로 가속시킨다.

예로서, 입자 대전 영역(108)은 대부분 가스상 매체의 전자인 고밀도 플라즈마를 포함하고, 이것을 통하여 이온 빔이 진행한다. 플라즈마는 어떠한 공지된 플라즈마 발생기 시스템에 의해서도 생성되어도 좋다. 입자 대전 영역내에 전자를 주입하거나 또는 플라즈마 밀도를 증가시키는 것은 입자 대전을 향상시키는 데에 이용될 수도 있다. 플라즈마는 빔 방향에 대체로 수직인 방향으로 형성될 수도 있다.

후방의 전계(110)는 플라즈마 시스를 소멸시켜서(발산시켜서) 입자 대전 영역과 전계 영역과의 사이의 경계(또는 장벽)를 설정한다. 전계(110)는 예로서, 빔 진행 방향에 대체로 평행한 방향으로 발생되어서 이온 빔을 필요한 레벨로 가속한다. 전계(110)는 또한 음으로 대전된 입자 및 플라즈마내의 전자에 대하여 힘을 가하여 그것들을 빔 진행 방향으로부터 밀어낸다. 입자가 더욱 음이 되면 될수록 및/또한 전계 강도가 더욱 크면 클수록, 이온 빔(106)에 대한 입자 편향은 더욱 커진다. 따라서, 빔이 입자 제거 시스템(102)을 나갈 때, 경계는 오염 입자가 가속된 이온 빔(106')과 함께 운반되는 것을 저지한다.

입자 제거 시스템(102)은 처리 스테이션(112)에 빔(106')을 공급할 수도 있다. 예로서, 처리 스테이션(112)은 주입 스테이션(이온 주입용), 분석 스테이션(기판 분석용), 또는 이온 빔을 사용할 수도 있는 기타 시스템일 수도 있다.

이온 소스(104), 입자 제거 시스템(102), 및 처리 스테이션(112) 각각에, 제어기(120)가 작용할 수 있게 연결될 수도 있다. 제어기(120)는 처리 스테이션(112)에 공급되는 이온 빔 특성을 감시하고 제어한다. 제어기(120)는 시스템(100)의 각 부분에 대하여 필요로 하는 제어 기능성을 실시하여 이온 빔(106)의 파라미터를 제어하도록 프로그래밍된 및/또는 형성된 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구성되어 있다.

이어서, 본 발명의 추가적인 설명에 있어서, 도 4는 본 발명의 특징에 의한 입자 제거 시스템(202)을 사용하도록 구성된 이온 주입 시스템(200)의 일례를 나타낸다. 상기 이온 주입 시스템(200)은 이온 소스(210), 질량 분석 자석(212), 빔 라인 조립체(214), 및 타겟 또는 엔드 스테이션(216)을 포함한다. 빔 라인 조립체 (214)에 대하여 엔드 스테이션(216)의 이동을 가능하게 하는 연장 가능한 스테인리스강의 벨로스(bellows) 조립체(218)가 엔드 스테이션(216)과 빔 라인 조립체(214)를 연결시킨다. 도 4는 극저(極低) 에너지(ULE; ultra low energy) 이온 주입 시스템의 일례를 나타내지만, 본 발명에 의한 입자 제거 시스템은 기타 방식의 주입기에도 마찬가지로 사용된다.

이온 소스(210)는 플라즈마 챔버(220) 및 이온 추출기 조립체(222)를 포함한다. 이온화 가능 도펀트 가스에 에너지를 부여하여 플라즈마 챔버(220)내에 이온을 발생시킨다. 일반적으로, 양 이온이 발생되지만, 본 발명은 소스(210)에 의해서 음 이온이 발생되는 시스템에도 적용 가능하다. 양 이온은, 복수의 전극(224)을 포함하는 이온 추출기 조립체(222)에 의해서 플라즈마 챔버(220)내의 슬릿(slit)을 통해서 추출된다. 전극(224)은, 플라즈마 챔버 슬릿으로부터의 거리가 증가함에 따라서 크기가 증가하는, 음 전위 전압으로써 대전된다. 따라서, 이온 추출기 조립체 (222)는 플라즈마 챔버(220)로부터 양 이온의 빔(228)을 추출하고 추출한 이온을 질량 분석 자석(212)내로 가속하는 기능을 한다.

질량 분석 자석(212)은 적절한 전하대 질량비를 갖는 이온을 분리 하우징 (resolving housing)(229) 및 빔 중화기(230)를 포함하는 빔 라인 조립체(214)에 인도하는 기능을 한다. 질량 분석 자석(212)은 아치형의 원통형 측벽을 갖는 알루미늄 빔 가이드(234)에 의해서 형성된 굽은 빔 통로(232)를 포함하고, 그것에 대한 배기는 진공 펌프(238)에 의해서 실행된다. 이 통로(232)를 따라서 전파(傳播)하는 이온 빔(228)은 질량 분석 자석(212)에 의해서 발생된 자계에 의해서 영향을 받아서 부적절한 전하대 질량비의 이온을 제거한다. 2극 자계의 강도 및 방향은 자석 커넥터(246)를 통하여 자석(212)의 계자 권선을 통하는 전류를 조정하는 제어 전자장치(244)에 의해서 제어된다.

2극 자계는 이온 빔(228)을 굽은 빔 통로(232)를 따라서 이온 소스(210) 부근의 제1 또는 입구 궤적(247)으로부터 분리 하우징(229) 부근의 제2 또는 출구 궤적(248)으로 이동하게 한다. 빔(228)의 일부(228' 및 228")(부적절한 전하대 질량비를 갖는 이온을 포함하는)는 굽은 궤적으로부터 벗어나서 알루미늄 빔 가이드 (234)의 벽으로 편향된다. 이러한 방법으로, 자석(212)은 필요로 하는 전하대 질량비를 갖는, 빔(228)내의 이온만을 분리 하우징(229)에 인도한다.

예로서, 입자 제거 시스템(202)은 분리 하우징(229)내에 배치되어 있지만, 상기 시스템은 본 발명에 따라서, 이온 주입 시스템(200)의 기타 부분에 배치될 수도 있는 것을 이해하여야 한다. 예로서, 입자 제거 시스템(202)은 빔 가이드 (234)의 후방단에 배치될 수도 있다.

입자 제거 시스템(202)은 대전된 오염 입자를 이온 빔(228)으로부터 몰아내는 전계를 발생하는 후방의 전계 발생기(252)와 함께 입자 대전 영역(250)을 형성함으로써 오염 입자의 제거를 용이하게 한다. 도 4에 나타낸 입자 제거 시스템 (202)은 도 1에 도시하여 설명한 시스템과 대체로 동일하다. 간단히 말하면, 입자 대전 영역은 터미널 전극(256)의 연장되고 또한 대체로 원통형인 측벽에 설치된 플라즈마 발생기(254)를 포함한다. 플라즈마 발생기(254)는 이온 빔(228)이 진행하는 플라즈마 시스를 형성하는 플라즈마를 발생시킨다(플라즈마는 일반적으로 터미널 전극(256)의 내부 영역내에서 이온 빔을 둘러싼다).

터미널 전극(256)과 후방의 전극(260)과의 사이에 전계가 생성되고, 이 전계는 빔 진행 방향에 대체로 평행인 방향으로 배향된다. 플라즈마 시스내에 위치한 입자는 이온 빔(228)의 극성(예로서, 양)과는 상이한 극성(예로서, 음)을 갖는 전하를 측적한다. 전계는 대전된 입자에 대하여 힘을 가하여 이것들을 빔 진행 방향으로부터 몰아낸다. 빔(228)내의 이온은 입자에 대하여 반대 극성을 가지므로, 전계는 이온에 대하여 힘을 가하여(대전된 입자에 대한 힘의 반대 방향으로) 빈 진행 방향으로 가속시킨다. 결과적으로, 입자 제거 시스템(202)은 이중 기능을 실행한다. 즉, 오염 입자를 빔 진행 방향으로부터 몰아내고 또한 이온 빔(228)을 가속시킨다.

빔 중화기(230)는 양으로 대전된 이온 빔(240)에 의해서 주입되는 결과 타겟 웨이퍼상에 축적될 수도 있는 양전하를 중화시키는 플라즈마 샤워(266)를 포함할 수도 있다. 빔 중화기(230) 및 분리 하우징(229)은 진공 펌프(268)에 의해서 배기된다. 본 발명의 특징에 따라서, 입자 제거 시스템(202)내의 플라즈마 시스에 의해서 제공되는 공간 전하 중화 때문에 별도의 빔 중화기(230)가 필요하지 않을 수도 있다는 것을 당업자는 이해하여야 한다.

빔 중화기(230)의 후방은 엔드 스테이션(216)으로서, 처리되는 웨이퍼가 장착되는 디스크 상(狀)의 웨이퍼 지지대(270)를 포함하고 있다. 웨이퍼 지지대(270)는 주입 빔의 방향에 대하여 대체로 수직으로 배향되어 있는 타겟 평면에 위치한다. 엔드 스테이션(216)에서 모터(272)가 디스크 상의 웨이퍼 지지대(270)를 회전시킨다. 따라서, 지지대에 장착된 웨이퍼가 원형 경로로 이동하면서 이온 빔이 웨이퍼에 충돌한다. 엔드 스테이션(216)은 이온 빔의 경로(276)와 웨이퍼 W와의 교차점인 포인트(274)를 피벗(pivot) 축으로 하여 회전하므로, 타겟 평면은 이 포인트에 대하여 조정 가능하다.

도 5는 본 발명의 특징에 따라서 이온 빔내의 입자가 운반되는 것을 저지하는 방법의 예를 설명하는 흐름도이다. 설명을 간략히 하기 위해서, 도 5의 방법을 일련의 단계로서 나타내어 설명하지만, 본 발명은 단계의 순서에 한정되지 않으며, 어떠한 단계는 본 발명에 따라서, 여기서 나타내어 설명한 것과 상이한 순서로 및/또한 동시에 실행될 수도 있는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명에 의한 방법을 실시하는 데에 예시한 모든 단계가 필요한 것은 아닐 수도 있다.

도 5를 참조하면, 예시된 방법은, 단계 310에서 시작되고, 여기서 이온 빔이 공급된다. 이온 빔은 양 또는 음 이온 빔일 수도 있다. 간략히 할 목적으로, 이하의 방법을 양 이온 빔에 대하여 설명한다.

단계 320에서, 오염 입자는 음으로 대전된다(이온 빔의 극성의 반대 극성). 예로서, 대전은, 여기서 설명한 바와 같이 이온 빔을 대체로 둘러싸는 영역에 위치 한 고밀도 플라즈마 시스내에서 전자와의 충돌로 인하여 발생할 수도 있다. 오염 입자를 대전시키기 위해서, 전자 샤워를 발생하는 시스템 또는 마이크로웨이브 전력 시스템 등에 의해서 음전자(陰電子)도 또한 공급될 수 있는 것을 이해하여야 한다. 단계 320으로부터, 처리 과정은 단계 330으로 진행된다.

단계 330에서, 입자가 대전되는 위치에 대하여 후방에 전계가 생성된다. 전계는 이온 빔 경로에 대체로 평행인 방향으로 생성된다. 빔 진행 방향에 대체로 반대인 방향으로 플라즈마에 대하여 힘을 가하는 전계로 인하여 음으로 대전된 플라즈마 시스와 전계와의 사이에 경계가 설정된다. 대전된 오염 입자가 이온 빔에 진입함에 따라서, 이온 빔의 운동량이 입자를 플라즈마 경계를 향하여 진행하게 한다. 전계는 대전된 입자에 대하여 힘(플라즈마에 대하여 인가된 힘에 유사한)을 가하여 빔 진행 방향으로부터 몰아낸다(단계 340). 전계는 또한 이온 빔내의 이온에 대하여 힘을 가하여 빔 진행 방향으로 가속시킨다(단계 350). 본 발명을 특정 실시예를 들어 설명하였지만, 본 명세서 및 도면을 읽고 이해함에 따라서 당업자에게는 동등한 대안 및 변형이 있을 수 있는 것을 이해할 것이다. 특히, 상기 구성 부분(조립체, 소자, 회로, 시스템 등)에 의해서 실행되는 각종 기능, 이 구성 부분을 설명하는 데에 사용된 용어("수단"에 대한 참조를 포함하는)에 관해서는, 별도로 표시되지 않는 한, 여기서 설명한 본 발명의 실시예에서의 기능을 실행하는, 개시된 구성에 구조적으로 동등하지 않아도, 상기 구성 부분의 특정 기능(즉, 기능적으로 동등한)을 실행하는 어떠한 구성 부분에도 해당하는 것으로 포함시키고자 한다. 이러한 점에서, 또한, 본 발명은 본 발명의 각종 방법의 단계를 실행하기 위한 컴퓨터-실행 가능 명령을 갖는 컴퓨터 판독 수단을 포함하는 것으로 인정될 것이다. 추가로, 본 발명의 특유의 특징을 여러가지 실시예 중 하나만에 대해서 개시하였지만, 이러한 특징은 필요한 대로 또한 어떠한 소정의 또는 특정의 용도에 유리하게 기타 실시예의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수도 있다. 또한, 용어, "포함한다 (include)", "포함하는(including)", "갖는다(has)", "갖는(having)" 및 이것들의 변형이 상세한 설명 또는 청구범위 중 어느 하나에 사용되는 한, 이 용어들은 용어, "포함하는(comprising)"에 유사한 방법으로 포괄적인 의미를 갖는 것으로 한다.

이온 빔 처리 분야에 있어서 이온 빔에 대하여 오염 입자를 제거하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 데에 상기 장치 및 방법을 사용할 수 있다.

Claims (24)

1. 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 시스템에 있어서:

   상기 이온 빔(16)의 극성과 상이한 극성으로 입자를 대전시키는 입자 대전 시스템(12); 및

   입자 대전 시스템(12)에 대하여 후방에서 전계(50)를 발생시키는 전계 발생기(52)를 포함하며, 상기 전계는 이온 빔(16)내에 위치한 대전 입자를 이온 빔(16)의 진행 방향(18)으로부터 몰아내도록 조작 가능하며,

   상기 입자 대전 시스템(12)은:

   1) 상기 이온 빔(16)이 통과하여 진행하는 영역 내로 전자를 방출하도록 조작 가능한 전자 발생 시스템; 및

   2) 상기 영역 전체에 걸쳐서 전자의 밀도를 증가시키기 위하여 상기 영역 주위에 위치된 최소한 하나의 영구 자석(48)을 포함하는, 입자 운반 저지 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전계 발생기(52)는 상기 이온 빔(16)의 진행 방향(18)에 평행인 방향(62)으로 상기 전계(50)를 발생시키고, 상기 전계(50)는 상기 이온 빔(16)의 진행 방향(18)으로 상기 이온 빔(16)을 가속시키는 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전자 발생 시스템은 플라즈마 플러드 시스템(20, 22, 24)인 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 입자 대전 시스템은 상기 영역을 형성하는 내면을 갖는 연장된 측벽부를 포함하고, 상기 최소한 하나의 영구 자석은 상기 측벽부(30)의 내면에 위치되는 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전계 발생기(52)는 또한 공간적으로 분리되고 서로 대향하는 제1 및 제2전극(38, 52)을 포함하여 상기 전계(50)가 상기 이온 빔의 진행 방향(18)에 일치하는 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
6. 제3항에 있어서,

   상기 전계(50)는 상기 이온 빔(16)내의 이온에 힘을 가하여 필요로 하는 레벨로 상기 이온을 가속시키도록 조작 가능한 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
7. 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 시스템에 있어서:

   상기 이온 빔(16)을 둘러싸는 플라즈마 영역내로 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 시스템(12);

   상기 이온 빔(16)에 대한 진행 방향(18)에 평행하며(62) 상기 플라즈마 영역에 대하여 후방에서 전계(50)를 발생시키는 전계 발생기(52); 및

   영역 전체에 걸쳐서 전자의 밀도를 증가시키기 위해 상기 플라즈마 영역의 외주에 위치하는 최소한 하나의 영구 자석(48)을 포함하며,

   상기 플라즈마 영역 내에 위치한 입자는 음으로 대전되고, 상기 전계(50)는 상기 이온 빔(16)내에 위치한 음으로 대전된 입자를 상기 이온 빔(16)에 대한 진행 방향(18)으로부터 몰아내는, 입자 운반 저지 시스템.
8. 제5항에 있어서,

   상기 전계 발생기(52)는 서로 공간적으로 분리된 제1 및 제2전극 (38, 52)을 포함하고, 상기 전계(50)는 상기 이온 빔(16)의 진행 방향(18)에 일치하여 필요로 하는 레벨로 이온 빔(16)내의 이온을 가속시키는 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
9. 이온 주입 시스템에 있어서:

   주입 스테이션(216)에 위치한 기판(W)을 처리하기 위한 이온(106)을 방출하는 이온 소스(104, 210);

   필요로 하는 질량의 이온을 주입 궤적으로 방향을 전환시키는 분석 자석 시스템(212);

   분석 자석 시스템(212)으로부터의 방향이 전환된 이온과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 입자 제거 시스템(202)으로서, 상기 입자 제거 시스템은:

   방향이 전환된 이온의 극성과 상이한 극성으로 입자를 대전시키는 입자 대전 시스템(254); 및

   입자 대전 시스템(254)에 대하여 후방에 위치되며, 상기 대전 입자를 상기 방향이 전환된 이온에 대한 진행 방향으로부터 몰아내도록 조작 가능한 전계(50)를 포함하는, 입자 제거 시스템; 및

   입자 제거 시스템(202)으로부터의 이온으로써 처리됨으로써, 기판(W)에서의 입자 오염이 경감되도록 하기 위해 주입 스테이션(216)에서 지지되는 기판(W)을 포함하며,

   상기 입자 대전 시스템(254)은 상기 방향이 전환된 이온으로 구성된 빔을 둘러싸는 고밀도 플라즈마 영역을 형성하기 위하여 상기 플라즈마 영역 내로 전자를 제공하는 전자 발생 시스템을 포함하고, 상기 플라즈마 영역은 입자를 상기 전계(50)에 의해서 상기 방향이 전환된 이온에 대한 진행 방향으로부터 몰아내어지도록, 상기 입자가 플라즈마 내에 위치할 때 음 전하로 대전시키며,

   상기 입자 대전 시스템(254)은 상기 플라즈마 영역을 형성하는 내면을 갖는 연장된 측벽부(30)를 포함하고, 상기 이온 주입 시스템은 또한 영역 전체에 걸쳐서 전자의 밀도를 증가시키기 위하여 상기 측벽부(30)의 내면에 위치하는 최소한 하나의 영구 자석(48)을 더 포함하는 이온 주입 시스템.
10. 제9항에 있어서,

    상기 전자 발생 시스템은 플라즘 전자 플러드 시스템인 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
11. 제9항에 있어서,

    상기 전계(50)는 서로 공간적으로 분리되고 상기 입자 대전 시스템(254)에 대하여 후방에 위치하는 제1 및 제2 전극(256, 260)에 의해서 생성되고, 상기 전계(50)가 이온 빔(16)의 진행 방향(18)에 일치하여 필요로 하는 레벨로 상기 방향이 전환된 이온을 가속시키는 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
12. 제9항에 있어서,

    제2 전극(260)에 비해서 전방에 위치한 제1 전극(256)을 더 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 입자 대전 시스템(254)의 후방단에 작용할 수 있게 연결된 것을 특징으로 하는 이온 주입 시스템.
13. 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 시스템에 있어서:

    상기 이온 빔(16)의 극성과 상이한 극성으로 입자를 대전시키는 수단(12);

    상기 대전 수단(12)에 대하여 후방에서 전계(50)를 발생시키는 수단(52); 및

    상기 이온 빔이 통과하여 진행하는 영역 전체에 걸쳐서 전자의 밀도를 증가시키기 위하여 상기 영역 주위에 위치된 최소한 하나의 영구 자석(48)을 포함하며,

    상기 전계(50)는 대전 입자를 상기 이온 빔(16)에 대한 진행 방향(18)으로부터 몰아내도록 조작 가능하며,

    상기 전계 발생 수단(52)은 이온 빔에 대한 진행 방향에서 이온 빔을 가속시키는 수단을 더 포함하는, 입자 운반 저지 시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 입자의 대전을 용이하게 하는 전계를 발생시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 시스템.
15. 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 방법에 있어서:

    상기 이온 빔(16)의 극성과 상이한 극성을 갖는 전하로 입자를 대전시키는 단계(320);

    상기 입자가 대전되는 영역에 대하여 후방에서 전계를 발생시키는 단계(330);

    대전 입자를 상기 이온 빔(16)에 대한 진행 방향(18)으로부터 몰아내기 위하여 상기 전계를 이용하는 단계(340); 및

    상기 입자가 대전되는 영역 내의 전자의 밀도를 향상시키기 위하여 상기 영역의 외측 경계 부근에 자계를 발생시키는 단계를 포함하며,

    상기 전계 발생 단계는 상기 이온 빔의 진행 방향에 평행인 상기 전계를 발생시키는 단계(330)를 더 포함하는, 입자 운반 저지 방법.
16. 이온 빔과 함께 입자가 운반되는 것을 저지하는 방법에 있어서:

    상기 이온 빔이 통과하여 진행하는 영역내에, 상기 입자를 음으로 대전시키는 전자를 방출하는 단계(320);

    대전된 입자를 상기 이온 빔의 진행 방향으로부터 몰아내도록 조작 가능한 전계를 발생시키는 단계(330); 및

    상기 이온 빔이 통과하여 진행하는 영역 내의 전자의 밀도를 향상시키기 위하여 상기 영역의 외측 경계 부근에 자계를 발생시키는 단계를 포함하는, 입자 운반 저지 방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 전계 발생 단계는 상기 이온 빔을 상기 이온 빔의 진행 방향으로 가속시키는 단계(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 운반 저지 방법.
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