KR0156312B1 - 이온빔 주사 시스템 및 주사 방법 - Google Patents

이온빔 주사 시스템 및 주사 방법 Download PDF

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Abstract

공정시간을 단축할 수 있는 반도체소자 제조용 이온빔 주사 시스템 및 방법이 개시되어 있다.
본 발명은, 이온빔 공급장치와, 복수개의 반도체 웨이퍼를 이온빔 입사측면상에 로딩시킬 수 있는 디스크와, 상기 디스크의 회전과 상기 디스크 회전축을 인보드(inboard) 위치와 아웃보드(outboard) 위치 사이를 왕복이동시킬 수 있도록 상기 디스크를 구동시키는 디스크 구동장치를 구비하는 이온빔 주사 시스템에 있어서, 상기 이온빔에 대하여 상기 디스크가 인보드 위치에서 아웃보드 위치에 도달하기까지 이온빔이 상기 웨이퍼에 주사될 뿐만아니라, 상기 디스크가 아웃보드 위치에서 인보드 위치에 도달할 때에도 이온빔이 주사되도록 구성된다.
따라서, 이온빔 주사 시간이 단축되어 생산성 향상의 효과가 있다.

Description

이온빔 주사 시스템 및 주사 방법
제1도는 종래의 고에너지 이온빔 주사 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
제2도는 본 발명에 의한 고에너지 이온빔 주사 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 디스크 12 : 웨이퍼
14 : 이온빔
본 발명은 고에너지 이온빔 주사 시스템 및 이온빔 주사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온빔 주사 시스템 및 방법을 개선하여 주사시간을 단축할 수 있는 고에너지 이온빔 주사 시스템 및 주사 방법에 관한 것이다.
반도체소자 제조기술에서 이온주입은 기판속으로 전하를 띤 원자 또는 분자들을 직접 도입하는 기술로서, 특히 VLSI에서 이온주입은 실리콘 웨이퍼의 표면상에 선택적으로 도펀트 이온을 부가하기 위하여 사용된다. 이온주입장치는 VLSI 제조에 사용되는 가장 복잡한 장치의 하나로서, 여러가지 하부 시스템으로 이루어진다. 이러한 하부 시스템으로서, 일반적으로 주입할 물질을 공급하는 소오스 공급부, 공급된 가스를 이온화하며 파워 공급기와 진공펌프를 구비하는 이온 소오스, 질량에 따라 특정 종류의 이온만을 선택하는 이온 적출(extraction) 및 분석기, 원하는 에너지 수준까지 이온 에너지를 증가 또는 감소시키기 위하여 가속장(acceleration field)을 형성하는 가속 튜브, 타겟위로 이온을 일정하게 분산하기 위한 스캐닝 시스템, 어페츄어(aperture)를 한정하는 영역, 패러데이 컵, 전류적산기 및 웨이퍼를 로딩시키고 위치를 정해주는 서브시스템을 구비하는 시스템 엔드 스테이션(end station), 고진공 시스템 및 컴퓨터 제어 시스템등이 있다.
또한, VLSI 제조에 적용되는 이온주입의 다양함으로 인하여 이온주입장치의 형태도 다양하며, 이 가운데 주입 에너지가 수 MeV에 이르는 고에너지 이온주입기가 오늘날 주로 사용되고 있다.
한편, 이온빔을 웨이퍼에 균일하게 주입하기 위하여 이온을 집속하여 주사하는 다양한 방식들이 개발되어 왔다. 즉, 웨이퍼를 로딩시킨 지지대를 기계적으로 X-Y방향으로 이동하며 주사하는 기계적 주사방식, 웨이퍼를 로딩시킨 원통을 회전시키고 동시에 회전축을 왕복시키는 방식, 웨이퍼를 원반(디스크)에 로딩시킨 후 디스크를 회전시키며 디스크의 회전축을 왕복이동시키는 방식, 기계적 주사와 전기적 주사를 조합한 방식 등이 알려져 있다.
현재, 이들 가운데 디스크를 사용하는 것이 주류를 이루고 있으며, 디스크상에 웨이퍼를 로딩시킨 후 디스크를 회전 및 X-Y방향으로 왕복이동시켜 웨이퍼 전면에 골고루 이온주입을 실시할 수 있도록 구성되어 있다.
제1도는 종래의 회전 디스크를 사용한 이온빔 주사 시스템 및 주사 방법을 설명하기 위한 개략도이다. 제1도를 참조하면, 디스크(10)상에 9개의 반도체 웨이퍼(12)가 디스크(10)의 가장자리를 따라 일정한 간격으로 로딩되어 있는 모습들을 나타낸다. 상기 디스크(10)는 디스크 중심을 회전축으로 하여 일정한 회전운동을 할 수 있으며, 동시에 상기 디스크의 회전축을 인보드(inboard) 위치와 아웃보드(outboard) 위치 사이를 왕복이동시킬 수 있도록 상기 디스크를 구동시키는 디스크 구동장치(도시안됨)를 구비하고 있다. 또한 이온 소오스, 마그네트 등을 포함하여 이온빔을 웨이퍼상에 일정하게 공급할 수 있는 이온빔 공급장치(도시안됨)를 구비한다.
제1도를 참조하여 종래의 이온빔 주사과정을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 이온 공급장치로부터 주사되는 이온빔(14)은 디스크(10)상의 일정한 위치에 주사되도록 고정설치되어 있으며, 웨이퍼(12)를 디스크(10)상에 로딩시킨 후 이온빔(14)의 주사방향(도면의 수직방향)에 대하여 일정한 경사를 갖도록 틸트-업(tilt-up)시킨 후 디스크를 인보드(inboard) 위치로 이동시킨다(제1도의 A). 인보드 위치에서 이온주입을 시작한다. 인보드 위치에서 디스크(10)는 아웃보드(outboard) 위치(제1도의 B)로 이동하며, 이때 계속하여 이온빔이 주사되고 아웃보드 위치에 도달되면 이온주입이 스톱되어 1스캔(SCAN)이 완료된다.
고에너지 이온빔 주사 시스템에서는 빔 전류의 크기에 의해 스캔 횟수가 결정되며, 통상 공정 단계에 따라 2 내지 6스캔으로 이온주입을 실시한다. 따라서, 계속적으로 이온빔을 주사할 경우에는 디스크(10)의 위치를 다시 인보드 위치(제1도의 C)로 이동시킨 후 다시 이온빔 주사를 시작하여 아웃보드 위치(제1도의 D)에서 종료하여 2스캔을 완료한다. 계속하여 3스캔, 4스캔 등을 실시하는 경우에도 동일한 과정이 반복되어 이온빔 주사공정이 완료된다. 또한, 상기 디스크(10)은 회전운동을 하기 때문에 디스크(10)상의 전 웨이퍼(12)에 대하여 동일한 과정이 반복 수행되어진다.
그러나, 상기 종래기술에 있어서는 이온주입은 디스크(10)의 위치가 인보드 위치에서 아웃보드 위치로 이동하는 동안에만 이루어지기 때문에 공정시간의 손실이 발생한다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이온주입 공정의 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이온빔 주사 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이온주입 공정의 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이온빔 주사 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이온빔 주사 시스템은, 이온빔 공급장치와, 복수개의 반도체 웨이퍼를 이온빔 입사측면상에 로딩시킬 수 있는 디스크와, 상기 디스크의 회전과 상기 디스크 회전축을 인보드(inboard) 위치와 아웃보드(outboard) 위치 사이를 왕복이동시킬 수 있도록 상기 디스크를 구동시키는 디스크 구동장치를 구비하는 이온빔 주사 시스템에 있어서, 상기 이온빔에 대하여 상기 디스크가 인보드 위치에서 아웃보드 위치에 도달하기까지 이온빔이 상기 웨이퍼에 주사될 뿐만아니라, 상기 디스크가 아웃보드 위치에서 인보드 위치에 도달할 때에도 이온빔이 주사되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온빔 주사 방법은, 복수개의 웨이퍼가 로딩된 디스크를 인보드 위치로 이동시키는 단계, 상기 인보드 위치에 위치한 웨이퍼에 대하여 이온빔 주사를 시작하는 단계, 상기 디스크를 인보드 위치에서 아웃보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계 및 상기 디스크를 아웃보드 위치에서 인보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 의한 이온빔 주사 시스템 및 이온빔 주사방법을 설명하기 위한 개략도이다. 제2도를 참조하면, 디스크(10)상에 예를들어, 9개의 반도체 웨이퍼(12)가 디스크(10)의 가장자리를 따라서 일정한 간격으로 로딩되어 있는 모습들을 나타낸다. 상기 디스크(10)는 디스크 중심을 회전축으로 하여 일정한 회전운동을 할 수 있으며, 동시에 상기 디스크의 회전축을 인보드(inboard) 위치와 아웃보드(outboard) 위치 사이를 왕복이동시킬 수 있도록 상기 디스크를 구동시키는 디스크 구동장치(도시안됨)를 구비하고 있다. 또한 이온 소오스, 마그네트 등을 포함하여 이온빔을 웨이퍼상에 일정하게 공급할 수 있는 이온빔 공급장치(도시안됨)를 구비한다.
또한, 이온빔 공급장치로부터 이온빔은 상기 디스크(10)가 인보드 위치에서 아웃보드 위치로 이동하면서 주사될 뿐만아니라, 상기 디스크(10)가 아웃보드 위치에서 인보드 위치로 이동하는 경우에도 주사될 수 있도록 감지장치(도시안됨)나 제어장치(도시안됨)를 구비한다. 즉, 디스크가 인보드 위치에서 아웃보드 위치에 도달한 경우 이온주입이 종료하고, 이어서 아웃보드 위치에서 새로운 이온주입이 실시되어 인보드 위치에서 이온주입이 종료되며, 원하는 스캔 횟수에 따라 반복될 수 있다.
한편, 다른 예로서 이온주입은 인보드 위치에서 시작하여 아웃보드 위치에 도달할 때까지 수행되며, 중단되지 않고 계속하여 디스크의 위치가 아웃보드에서 인보드 위치로 이동할 때도 계속 수행될 수 있도록 구성할 수도 있다.
제2도를 참조하여 본 발명에 의한 이온빔 주사과정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 웨이퍼 핸들러를 통하여 웨이퍼(12)를 디스크(10)상에 로딩시킨다. 이어서, 이온빔 공급장치로부터 주사되는 이온빔(14)의 주사방향(도면의 수직방향)에 대하여 일정한 경사를 갖도록 디스크(10)를 틸트-업(tilt-up)시킨다. 다음으로, 디스크(10)를 인보드(inboard) 위치로 이동시킨다(제2도의 A). 상기 인보드 위치(A)에서 이온주입을 시작한다. 이온빔 전류와의 관계속에서 일정한 이온주입 시간이 진행되며 디스크는 인보드 위치에서 아웃보드(outboard) 위치(제2도의 B)로 이동하며, 이때 계속하여 이온빔이 주사되고 아웃보드 위치에 도달되면 이온주입이 스톱되어 1스캔(SCAN)이 완료된다. 계속하여, 2스캔을 실시하는 경우 아웃보드 위치에서 이온주입은 다시 시작되어 디스크(10)가 인보드 위치(제2도의 C)에 이르기까지 계속된다. 디스크가 인보드 위치에 도달되면 이온주입이 종료되어 2스캔이 완료된다. 더 이상의 이온빔 스캔이 필요한 경우 동일과정이 반복된다.
한편, 상기 이온빔 주사과정은 디스크(10)가 아웃보드 위치나 인보드 위치에 도달하는 경우 중단되지 않고 연속하여 실시될 수도 있다. 또한, 상기 디스크(10)가 인보드 위치와 아웃보드 위치 사이를 왕복이동하면서 이온빔 주사를 하는 동안에 상기 디스크는 회전운동을 하여 상기 웨이퍼 전면에 이온주입을 하게 되며, 인접한 웨이퍼에 대하여도 동일한 공정이 반복되어 디스크 전체의 웨이퍼에 대하여 이온주입 공정이 수행된다.
이어서, 이온주입 공정이 수행된 후 웨이퍼를 로딩 위치에 위치시킨 후 틸트-다운(tilt-down)하고 웨이퍼를 핸들러로 언로드(unload)시킨다.
이상의 실시예에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 디스크가 인보드 위치와 아웃보드 위치를 왕복하는 동안에 모두 이온빔 주사를 실시할 수 있기 때문에 공정시간이 배 이상 빨라지게 되었다. 따라서 제품의 생산성도 매우 향상되는 효과가 있다.
이상의 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이상의 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 요지가 미치는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있으며, 이 모두 이하의 특허청구범위에 포함되는 것은 당연하다.

Claims (6)

  1. 이온빔 공급장치와, 복수개의 반도체 웨이퍼를 이온빔 입사측면상에 로딩시킬 수 있는 디스크와, 상기 디스크의 회전과 상기 디스크 회전축을 인보드(inboard) 위치와 아웃보드(outboard) 위치 사이를 왕복이동시킬 수 있도록 상기 디스크를 구동시키는 디스크 구동장치를 구비하는 이온빔 주사 시스템에 있어서, 상기 이온빔에 대하여 상기 디스크가 인보드 위치에서 아웃보드 위치에 도달하기까지 이온빔이 상기 웨이퍼에 주사될 뿐만아니라, 상기 디스크가 아웃보드 위치에서 인보드 위치에 도달할 때에도 이온빔이 주사되도록 구성된 것을 특징으로 하는 이온빔 주사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 웨이퍼는 디스크의 가장자리를 따라 연속적으로 로딩되어 있으며, 상기 디스크가 회전하면서 왕복이동을 계속하여 인접한 웨이퍼에 대하여도 동일한 이온빔 주사를 반복할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 이온빔 주사 시스템.
  3. 복수개의 웨이퍼가 로딩된 디스크를 인보드 위치로 이동시키는 단계; 상기 인보드 위치에 위치한 웨이퍼에 대하여 이온빔 주사를 시작하는 단계; 상기 디스크를 인보드 위치에서 아웃보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계; 및 상기 디스크를 아웃보드 위치에서 인보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이온빔 주사 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디스크가 인보드 위치와 아웃보드 위치 사이를 왕복이동하면서 이온빔 주사를 하는 동안에 상기 디스크는 회전운동을 하여 상기 웨이퍼 전면에 이온주입을 하는 것을 특징으로 하는 상기 이온빔 주사 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 디스크를 인보드 위치에서 아웃보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계와 상기 디스크를 아웃보드 위치에서 인보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계사이에 이온빔 주사가 일시 중단되는 것을 특징으로 하는 상기 이온빔 주사 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 디스크를 인보드 위치에서 아웃보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계와 상기 디스크를 아웃보드 위치에서 인보드 위치로 이동시키면서 이온빔 주사를 수행하는 단계사이에 이온빔 주사가 중단없이 계속되는 것을 특징으로 하는 상기 이온빔 주사 방법.
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