폐루프 선량 제어를 위한 시리얼 주입기의 최종 에너지필터 내의 벤드 근처에 배치된 선량 컵 document_id A220623054961

반도체 장치의 제조 시에, 이온 주입은 불순물을 가진 반도체를 도핑하는데 이용된다. 이온 빔 주입기는, 실리콘 웨이퍼를 이온 빔으로 처리하여, n형 또는 p형 외인성 물질(extrinsic material) 도핑을 생성하거나, 집적 회로의 제조 중에 비활성화층(passivation layer)을 형성하는데 이용된다. 반도체 도핑에 이용될 때, 이온 빔 주입기는 선택된 이온종을 분사하여, 원하는 외인성 물질을 생성한다. 안티몬, 비소 또는 인과 같은 소스 물질로부터 생성된 이온 주입은 결과적으로 "n형" 외인성 물질 웨이퍼를 생성시키는 반면에, "p형" 외인성 물질 웨이퍼가 원해지면, 붕소, 갈륨 또는 인듐과 같은 소스 물질로 생성된 이온이 주입될 수 있다. 통상의 이온 빔 주입기는 이온화 가능 소스 물질로부터 양 전하 이온을 생성시키는 이온 소스를 포함한다. 생성된 이온은 빔 내로 형성되어, 미리 정해진 빔 경로를 따라 주입 스테이션으로 지향된다. 이온 빔 주입기는 이온 소스와 주입 스테이션 사이로 연장하는 빔 형성 및 형상 구조체를 포함할 수 있다. 빔 형성 및 형상 구조체는 이온 빔을 유지하여, 빔이 도중에 주입 스테이션으로 통과하는 신장된 내부 공동부 또는 통로를 바운드(bound)한다. 주입기를 동작하면, 이 통로는 통상적으로 진공 상태로 배기되어, 공기 분자와의 충돌의 결과로서 미리 정해진 빔 경로로부터 편향되는 이온의 확률을 감소시킨다. 전하에 대한 이온의 질량(예컨대, 전하 대 질량비)은, 정전기장 또는 자기장에 의해 이온이 축 방향 및 횡 방향으로 가속화되는 정도에 영향을 미친다. 그래서, 반도체 웨이퍼 또는 다른 타겟의 원하는 영역에 도달하는 빔은 매우 순수하게 형성될 수 있는데, 그 이유는 원하지 않는 분자량의 이온이 빔으로부터 떨어진 위치로 편향되고, 원하지 않는 물질의 주입이 회피될 수 있기 때문이다. 원하는 및 원하지 않는 전하 대 질량비의 이온을 선택적으로 분리하는 프로세스는, 질량 분석으로서 공지되어 있다. 질량 분석기는 통상적으로 질량 분석 자석을 이용하며, 이 자석은 쌍극자 자기장을 생성시켜, 상이한 전하 대 질량비의 이온을 효율적으로 분리하는 아치형의 통로 내의 자기 편향을 통해 이온 빔의 여러 이온을 편향시킨다. 선량 측정법은 웨이퍼 또는 다른 공작물 내에 주입된 이온의 측정법이다. 주입된 이온의 선량을 제어할 시에, 폐루프 피드백 제어 시스템은 통상적으로 주입된 공작물 내의 균일도를 달성하도록 주입을 동적으로 조정하는데 이용된다. 이와 같은 제어 시스템은 실시간 전류 모니터링을 이용하여 주입기의 저속 스캔 속도를 제어한다. 패러데이 디스크 또는 패러데이 컵은 빔 전류를 주기적으로 측정하여, 일정한 선량을 보증하도록 저속 스캔 속도를 조정한다. 빈번하게 측정하여 선량 제어 시스템이 빔 전류의 변화에 신속히 응답하게 된다. 패러데이 컵은 고정시켜 놓을 수 있고, 잘 차폐되며, 웨이퍼에 근접하여 배치되어, 웨이퍼의 선량을 측정하는 빔 전류에 민감하게 한다. 그러나, 패러데이 컵은 빔 전류의 전류 부분만을 측정한다. 이온 빔과, 주입 중에 방출되는 가스 간의 상호 작용에 의해, 전류, 전하 플럭스는 입자 전류, 도펀트 플럭스가 일정할 시에도 변화될 수 있다. 이런 효과를 보상하기 위해, 선량 제어기는 패러데이 컵으로부터의 빔 전류 및, 압력 게이지로부터의 압력을 동시에 판독할 수 있다. 압력 보상 인수가 주입 방법에 대해서 지정되면, 측정된 빔 전류는 소프트웨어에 의해 수정되어, 보상된 빔 전류 신호를 저속 주사를 제어하는 회로에 제공한다. 따라서, 이와 같은 폐루프 시스템에서의 (예컨대, 보상된 빔 전류 신호의) 보상량은 패러데이 컵에서 측정된 전류 및 압력의 양방의 함수일 수 있다. 적절히 인가되면, 압력 보상은 광범위한 주입 압력에 걸쳐 반복성 및 균일도를 개선한다. 그러나, 주입기 내의 진공 상태는 완전하지 않다. 항상 시스템 내에는 약간의 잔여 가스가 존재한다. 보통, 잔여 가스는 문제를 갖지 않는다(사실상, 소량의 잔여 가스는 양호한 빔 전송 및 효율적인 전하 제어에 유익하다). 그러나, 상당한 고 압력, 예컨대, 포토레지스트 아웃가싱으로 인한 증가된 압력에서, 이온 빔과 잔여 가스 간의 전하 교환은 선량 측정 에러를 유발시킬 수 있다. 베어 웨이퍼(bare wafer)로의 주입과 포토레지스트 코팅된(PR) 웨이퍼로의 주입 간의 선량 시프트가 수용할 수 없을 정도로 크거나, 선량 균일도가 상당히 저하되면, 압력 보상이 균일도를 개선하기 위해 이용될 수 있다. 이온 빔과 잔여 가스 간의 전하 교환 반응에 의해서, 이온에 전자가 가산되거나 감산되어, 주입 방법에서 원하는 값으로부터 이온의 전하 상태를 변경할 수 있다. 전하 교환 반응이 중성화 반응이면, 입사 이온 플럭스의 일부는 중성화된다. 그 결과는 (중성 입자를 포함하는) 입자 전류가 변화되지 않은 상태일 동안에 전류가 감소된다. 전하 교환 반응이 전자 스트립핑(stripping)이면, 이온 플럭스의 일부는 전자를 상실한다. 그 결과는 입자 전류가 변화되지 않은 상태일 동안에 전류가 증가된다. 전하 교환이 문제인 통상의 방법의 경우, 빔은 종종 스트립핑보다 더 많은 중성화를 겪게 된다. 결과로서, 패러데이 컵에 의해 측정된 빔 전류는, 엔드 스테이션(end station)의 압력이 증가할 때마다 감소한다. 빔의 이온은 중성화되지만, 이들 이온은 잔여 가스에 의해 편향되지 않거나 정지되지 않는다. 선량율, 시간마다 영역당 도펀트 원자(dopant atoms per area per time)는 분석기 자석 뒤에 전하 교환에 의해 변화되지 않는다. 주입된 중성 입자는 웨이퍼에 의해 수신되는 선량에 기여하지만, 패러데이 컵에 의해 측정되지 않는다. 결과로서, 웨이퍼는 오버도즈(overdose)될 수 있다. 따라서, 처리 챔버(처리실) 내에서 이온 빔과 잔여 가스 간의 전하 교환이 선량에 상당한 영향을 미칠 때마다, 압력 보상이 이용될 수 있다. 이것이 일어나는 압력은 방법 및 공정 규격(process specification)에 의존한다. 어떤 방법의 경우, 포토레지스트 아웃가싱으로 인한 압력이 압력 게이지 상에서 측정된 바와 같이 5×10-6 torr일 시에 주입기 규격을 충족하기 위해 보상을 필요로 한다. 포토레지스트 아웃가싱으로 인한 압력이 2×10-5 torr 이상인 대부분의 방법의 경우, 보상은 가치가 있는 조사일 수 있다. 이와 같은 보상은, 포토레지스트 없이 모니터 웨이퍼를 주입하여, 측정된 변화량을 공정 규격과 비교함으로써 포토레지스트 아웃가싱의 효과를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 필요로 된 보상량은 선량 제어기가 주입 중에 압력 게이지로부터 판독하는 압력에 의존한다. 게다가, 이온 소스의 출력 자체의 변화는 결과적으로 선량 컵에서 측정된 약간의 빔 전류를 변화시킬 수 있다. 웨이퍼에서의 이와 같은 이온 소스의 변화의 선량 컵 측정은 또한 전류에 대한 중성 생성의 비율을 측정하고, 아웃가싱 압력은 상술한 바와 같이 변화한다. 소스 출력의 변화에 의해 유발된 전류의 변화와, 빔 경로 내의 가스의 전하 교환에 의해 유발된 변화를 구별하는 시스템을 필요로 하는 웨이퍼에서 이온 플럭스의 실제 변화에 대한 선량율을 보상할 필요가 있다. 그래서, 선량율을 정정하거나 보상할 이와 같은 선량 컵 측정의 이용은 이들 변수에 의해 상당히 제한될 수 있다. 따라서, 이온 소스로부터의 빔 전류 변화 및 웨이퍼로부터의 아웃가싱이 존재할 시에 압력 측정 및 압력 보상의 이용과 관련된 복잡성 및 비용을 부가하지 않고, 이온 주입기에서 균일한 선량율을 획득하는 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.