KR100497192B1 - 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응실에서 생성된 플라즈마 중에서 되도록 음이온만을 이용할 수 있도록 한 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건을 제공하는 것으로, 이에 따른 플라즈마 플러드 건은, 소스 가스에서 이온을 추출하여 가속시킨 후 공정챔버에 있는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입장비에서, 상기 공정챔버에 설치되고, 가스공급라인이 연결되는 반응실이 형성되며, 상기 반응실의 하부에 방출공이 형성되는 본체; 상기 반응실의 대향되는 양측에 설치되는 마그네트; 상기 반응실의 내부에 설치되는 2개의 단자를 갖는 필라멘트; 상기 본체에 마이너스 전극이 인가되고 플러스 전극은 접지되는 아크 전원; 상기 아크 전원의 플러스 전극 쪽에 연결되는 자체의 플러스 전극과 마이너스 전극이 상기 필라멘트의 양 단자에 연결되는 필라멘트 전원; 및 상기 본체에 연결되어 플러스 전극이 인가되고, 전자가 관통할 수 있는 유도공이 상기 방출공에 대응되어 형성되는 추출바를 포함한다.

Description

이온주입장비의 플라즈마 플러드 건{PLASMA FLOOD GUN OF ION IMPLANT APPARATUS}

본 발명은 이온주입장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 이온주입장비에서 생성된 빔에 의한 웨이퍼 차지 업 현상을 막기 위한 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건에 관한 것이다.

이온주입장비는 전자빔을 생성시켜 웨이퍼에 이온을 주입시키는 장비로서, 빔을 생성하는 방식으로 스폿(spot)과 리본(ribbon)으로 나뉘긴 하지만 전자빔이 웨이퍼 표면에 도달하는 과정에서 전자들이 하는 역할은 동일하다.

이러한 이온주입장비에는 플라즈마 플러드 건(Plasma Flood Gun)이 설치되는 데, 이 플라즈마 플러드 건은 이온주입장비에서 생성된 전자빔에 의한 웨이퍼 차지 업(wafer charge up) 현상을 막기 위해 설치된다.

웨이퍼 차지 업이란 프로세스 이온빔이 웨이퍼에 과도하게 주사되어 웨이퍼 표면 포토레지스트에 양이온이 차지되어 포토레지스트 고유의 역할을 하지 못하고 회로설계 이상이 발생하는 현상이다.

도 1은 일반적인 이온주입장비를 평면도로 나타낸 것이다.

이온주입장비는 소스에서 전자빔을 생성하여 빔라인에서 전자빔을 가속하여 공정챔버에 있는 웨이퍼에 이온을 주입하게 된다.

이러한 이온주입장비는 소스 부분(1), 빔라인 부분(3), 및 공정챔버 부분(5) 이렇게 세부분으로 구분된다.

여기서 공정챔버 부분(5)에 플라즈마 플러드 건(7)이 설치되는 바, 플라즈마 플러드 건(7)은 도 2에 도시한 바와 같이, 자체의 반응실(9)로 플라즈마 생성을 위한 가스를 공급하고, 반응실(9)에는 아크 전원(11)이 연결되며, 반응실(9) 내부에 설치된 필라멘트(13)에는 필라멘트 전원(15)이 연결된다.

이러한 플라즈마 플러드 건(7)에 의해 발생된 플라즈마는 수평으로 진행되던 프로세스 이온빔이 수직으로 세워진 웨이퍼에 도달하기 전에 플라즈마를 통과하도록 하여 프로세스 이온빔이 플라즈마에 의해 방출되는 전자를 얻음으로서 프로세스 이온빔의 차지 업 현상을 막아주고, 포토레지스트의 파괴현상을 감소시키게 한다.

그러나 플라즈마 플러드 건에서 발생된 이온과 전자들을 아무런 여과장치도 없이 프로세스 이온빔에 흘려주어 이옴빔과 이온의 과도한 충돌로 인한 위험과 이로 인한 프로세스적인 문제가 발생될 수 있다. 즉, 반응실에서 생성된 플라즈마 중 불필요한 이온까지 슬릿을 통해 반응실 밖으로 나와 리본빔의 경로에 놓임으로써 음이온을 받아야 하는 프로세스 이온빔의 순도가 떨어지는 결과를 초래한다.

따라서 웨이퍼에 이온 주입되는 전자빔의 순도도 떨어지게 되어 반도체 소자의 품질이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 반응실에서 생성된 플라즈마 중에서 되도록 음이온만을 이용할 수 있도록 한 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마 플러드 건은, 소스 가스에서 이온을 추출하여 가속시킨 후 공정챔버에 있는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입장비에서, 상기 공정챔버에 설치되고, 가스공급라인이 연결되는 반응실이 형성되며, 상기 반응실의 하부에 방출공이 형성되는 본체; 상기 반응실의 대향되는 양측에 설치되는 마그네트; 상기 반응실의 내부에 설치되는 2개의 단자를 갖는 필라멘트; 상기 본체에 마이너스 전극이 인가되고 플러스 전극은 접지되는 아크 전원; 상기 아크 전원의 플러스 전극 쪽에 연결되는 자체의 플러스 전극과 마이너스 전극이 상기 필라멘트의 양 단자에 연결되는 필라멘트 전원; 및 상기 본체에 연결되어 플러스 전극이 인가되고, 전자가 관통할 수 있는 유도공이 상기 방출공에 대응되어 형성되는 추출바를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도 1은 일반적인 이온주입장비를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 플러드 건을 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명의 플라즈마 플러드 건이 설치된 위치를 알기 싶게 설명하기 위해 도 1을 참조하여 설명하면, 이온주입장비는 소스 부분(1), 빔라인 부분(3), 및 공정챔버 부분(5) 이렇게 세부분으로 구분되며, 공정챔버 부분(5)과 빔라인 부분(3) 사이에 설치된다.

소스 부분(1)은 웨이퍼(W)에 주입할 이온 소스가 형성되는 곳으로, 가스박스(21)에 저장된 가스에서 이온 소스를 형성하게 된다.

빔라인 부분(3)은 소스 부분에서 형성된 이온 소스를 공정챔버 부분(5)을 향해 수평으로 가속하는 부분이다.

그리고 공정챔버 부분(5)은 빔라인 부분(3)에서 가속된 이온빔을 웨이퍼(W)에 주입하는 부분으로, 웨이퍼(W)는 수직으로 세워진 상태로 이온주입작업이 진행되고 플라즈마 플러드 건(23)은 이온빔 경로의 상부에 배치되어 이온빔의 경로상에 플라즈마를 형성하게 된다.

플라즈마 플러드 건(23)은 반응실(27)이 형성된 본체(29)에 가스를 공급할 수 있는 가스공급라인(31)이 연결되고, 각 반응실(27)의 대향되는 양측에는 마그네트(33)가 설치되며, 반응실(27)의 하측에는 추출 파워가 인가되는 추출바(35)가 배치된다.

여기서 추출바(35)는 본체(29)에 연결되어 플러스 전극이 인가되며, 전자가 관통할 수 있는 유도공(37)이 형성된다. 그리고 추출바(35)에 0.1eV 내지 10KeV의 전압이 인가된다.

이 유도공(37)에 대응되는 본체(29)의 하부에는 방출공(29a)이 형성되어 반응실(27)에서 생성된 플라즈마 중에서 전자만 방출된다. 그리고 유동공(37)의 직경은 방출공(29a)의 직경보다 큰 것이 바람직하다.

반응실(27)의 내부에는 2개의 단자를 갖는 필라멘트(39)가 대략 "U"자 모양으로 설치되고, 이 필라멘트(39)의 양 단자에는 도 3에 도시한 바와 같이, 필라멘트 전원(41)이 인가되어지되 필라멘트(39)의 좌측단에 마이너스 전극이 인가되고 우측단에 플러스 전극이 인가된다.

그리고 아크 발생을 위해 본체(29)에 아크 전원(43)이 인가되어지되 마이너스 전극이 본체(29)에 인가되고, 플러스 전극은 접지된다.

따라서 종래기술에 언급된 본체와 필라멘트에 인가되는 전원과는 반대로 인가하는 것이다.

반응실(27)로 공급되는 가스는 제논(Xenon)가스로서 다른 가스에 비해 상대적으로 전자가 쉽게 이온화된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 플라즈마 플러드 건은 다음과 같은 작용을 나타낸다.

먼저 가스공급라인(31)을 통해 반응실(27)의 내부로 제논가스를 공급함과 동시에 아크 전원(43)과 필라멘트 전원(41)으로부터 본체(29)와 필라멘트(39)에 전류가 흐르게 되면, 필라멘트(39)와 마그네트(33) 사이에 형성된 고전압에 의해 제논가스가 플라즈마화하여 반응실(27)의 내부에는 Xe양이온, Xe음이온, 및 전자가 혼재하게 된다.

이 상태에서 이미 본체(29)에는 아크 전원이 마이너스로 인가되었기 때문에 플라즈마 중에서 Xe양이온이 반응실(27)의 내벽 쪽으로 이동하여 중성화된다.

그리고 방출공(37)을 통해 뽑아진 전자는 플러스 전원이 인가된 추출바(35)를 향해 가속되고, 가속된 전자 중에서 대부분의 전자가 유도공(37)을 통과한 후 추출바(35)의 하부를 수평으로 이동하는 리본빔(45)의 경로상에 뿌려진다.

이렇게 뿌려진 전자는 반응실(27)의 내부에서 중성화된 Xe양이온이 포함되어 있지 않기 때문에 리본빔(45)의 순도가 높게 형성된다.

이러한 리본빔(45)은 수직으로 세워진 웨이퍼(W)에 도달하여 이온으로 주입된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 플라즈마 플러드 건에 의하면, 가스에서 발생된 이온과 전자들을 필라멘트 및 본체에 인가되는 전원에 의해 여과하여 방출공을 통해 방출되는 전자가 유도공을 통해 가속되어 리본 빔으로 뿌려지기 때문에 프로세스 리본빔의 순도를 높일 수 있게 된다.

따라서, 프로세스 빔의 순도가 향상됨으로써 반도체 소자의 품질이 향상된다.

도 1은 일반적인 이온주입장비를 도시한 평면도이고,

도 2는 종래 플라즈마 플러드 건을 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 플러드 건을 개략적으로 도시한 구성도이다.

Claims (4)

1. 소스 가스에서 이온을 추출하여 가속시킨 후 공정챔버에 있는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입장비에 있어서,

   상기 공정챔버에 설치되고, 가스공급라인이 연결되는 반응실이 형성되며, 상기 반응실의 하부에 방출공이 형성되는 본체;

   상기 반응실의 대향되는 양측에 설치되는 마그네트;

   상기 반응실의 내부에 설치되는 2개의 단자를 갖는 필라멘트;

   상기 본체에 마이너스 전극이 인가되고 플러스 전극은 접지되는 아크 전원;

   상기 아크 전원의 플러스 전극 쪽에 연결되는 자체의 플러스 전극과 마이너스 전극이 상기 필라멘트의 양 단자에 연결되는 필라멘트 전원; 및

   상기 본체에 연결되어 플러스 전극이 인가되고, 전자가 관통할 수 있는 유도공이 상기 방출공에 대응되어 형성되는 추출바

   를 포함하는 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 추출바에는 0.1eV 내지 10KeV의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유동공의 직경이 상기 방출공의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스공급라인을 통해 상기 반응실로 공급되는 가스는 제논가스인 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 플라즈마 플러드 건.