KR100528461B1 - 이온 주입량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 전면적에 걸쳐 이온 주입에 따른 특성이 동일하게 발현되도록 웨이퍼에 주입되는 이온 주입량을 제어하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 웨이퍼에 이온이 주입되도록 하는 이온 빔의 스캔 속도를 소자 특성에 맞게 가감하여 웨이퍼 전 면적에 걸쳐서 소자 특성이 균일하게 되도록 한다.

Description

이온 주입량 제어 방법{Method for controlling dose of ion}

본 발명은 이온 주입량 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 전면적에 걸쳐 이온 주입에 따른 특성이 동일하게 발현되도록 웨이퍼에 주입되는 이온 주입량을 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이온주입 공정은 순수 실리콘 기판내의 특정 부위에 전류가 잘 흐르도록 하기 위하여 외부에서 소정 입자를 가속하여 강제적으로 실리콘 기판내에 삽입하는 공정으로 이온 주입량의 많고 적음에 의하여 웨이퍼에 형성되는 소자의 고유 특성에 많은 영향을 미치게 된다.

도 1에는 웨이퍼(3)의 전면적에 걸쳐 소정 이온이 일정하게 주입되었을 때, 웨이퍼(3)의 에지(3a)와 웨이퍼의 센터(3b)에서의 문턱전압(V_t1,V_t2)을 비교한 그래프가 도시되어 있는 바, 도시된 그래프를 참조하면 웨이퍼(3)에 동일 스캔 속도를 갖는 리본 형상의 와이드 빔(wide beam;4)을 조사하여 웨이퍼(3)의 전체에 이온 주입을 수행하였을 때, 도시된 바와 같이 스캔 속도가 V₃로 일정함으로 이온 주입량(dose)은 웨이퍼(3) 전체에 걸쳐서 일정하게 주입된다.

그러나, 웨이퍼(3)가 점차 대구경화되면서 웨이퍼(3) 전체에 이온 주입 균일도가 0.5％ 이내가 되도록 하더라도 웨이퍼(3)상의 소자 위치에 따라서 전기적 특성이 발생하는 경향이 있다. 예를 들어, 이온 주입 균일도가 매우 높더라도 웨이퍼(3)의 에지 부분과 웨이퍼(3)의 중심 부분에서의 소자 특성이 서로 다르게 나타나는 경향이 있는 바, 소자 특성중 대표적으로 박막트랜지스터중 문턱 전압(Threshold Voltage, 이하 "Vt"라 칭한다)의 전기적 특성이 웨이퍼의 중심(3b)과 웨이퍼의 에지(3a) 사이에서 서로 상이하게 나타나는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 소정 이온을 웨이퍼의 전면적에 주입한 후 웨이퍼의 전체에서 소자 특성이 균일하게 되도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 후술될 본 발명의 상세한 설명에서 보다 명확해질 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이온 주입량 제어 방법은 의도적으로 웨이퍼에 이온이 주입되는 속도를 제어하는 바, 웨이퍼에 동일 속도로 소정 이온을 균일한 이온 주입량으로 주입하여 이온 주입량과 소자 특성을 분석한 후, 이온 주입량에 따라서 웨이퍼의 전면적에 걸쳐 소자 특성이 동일하게 되도록 이온 주입 속도를 제어한다.

또한 본 발명의 목적을 구현하기 위하여 웨이퍼에 이온이 주입되는 속도를 소자 특성에 적합하게 의도적으로 다르게 함과 동시에 웨이퍼에 이온 주입을 수행할 때마다 웨이퍼에 이온 주입을 수행하는 이온 빔의 주사 방향은 고정시킨 상태에서 웨이퍼를 소정 각도 만큼 회전시켜 웨이퍼의 전면적에 걸쳐 이온 주입량이 일정 경향을 갖도록 함에 있다.

이하, 본 발명에 의한 이온 주입량 제어 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 의한 이온 주입량을 제어하기 위한 이온주입설비의 일부분이 도시되어 있는 바, 도 2에 도시된 부분은 웨이퍼(3)를 지지하는 웨이퍼 지지장치(20)로 웨이퍼 지지장치(20)는 웨이퍼(3)와 접촉되어 고정되는 웨이퍼 고정판(6), 웨이퍼 고정판(6)을 웨이퍼(3)의 회전 중심을 기준으로 회전시키는 웨이퍼 고정판 회전 장치(10), 웨이퍼 고정판 회전 장치(10)를 스캔 모터에 의하여 정밀하게 이송시키는 이송 기구(12) 및 이송 기구(12)를 제어하는 콘트롤러(14)를 포함한다.

이와 같은 구성에 의하여 웨이퍼(3)의 전면에 위치한 와이드 빔의 주사 위치는 고정되고, 이송 기구(12) 및 웨이퍼 고정판 회전 장치(10)의 이송 속도에 의하여 웨이퍼(3)에 이온 주입량이 결정된다.

도 2, 도 3에는 이와 같은 매카니즘에 의하여 웨이퍼에 의도적으로 이온 주입량을 변경시킨 일실시예를 설명하고 있다.

첨부된 도면을 참조하면, 웨이퍼 고정판(6)에 웨이퍼(3)가 고정된 상태로 웨이퍼 고정판(6)은 이송 기구(12)에 의하여 +Y 방향을 향하도록 이송되면서 웨이퍼(3)의 상단부로부터 하단부 방향으로 이온 주입이 실시된다.

이때, 이온 빔은 리본 형상을 갖는 와이드 빔(4)으로 웨이퍼(3)는 한번에 와이드 빔의 면적만큼 이온이 주입된다. 이때, 도 3에 도시된 스캔 속도 그래프를 살펴보면, 일실시예로 웨이퍼(3)의 하단부에서의 스캔 속도를 V₁이라 하였을 때, 스캔 속도는 웨이퍼(3)의 하단부로부터 중심부로 갈수록 점차 빨라지다가 웨이퍼의 중심부(3b)에서 가장 빠른 V₂를 갖고, 웨이퍼의 중심부(3b)로부터 웨이퍼의 상단부(3a)로 갈수록 스캔 속도가 점차 감소하다 웨이퍼의 상단부(3a)에서는 웨이퍼의 하단부에서의 스캔 속도와 동일한 V₁을 갖게 된다.

일실시예로 이와 같은 경향을 갖는 스캔 속도에 의한 이온 주입량을 도 3의 첨부된 그래프를 참조하면, 이온 주입량은 스캔 속도와 반비례하는 것을 알 수 있는 바, 예를 들어 스캔 속도가 V₂로 가장 빠른 웨이퍼의 중심부(3b)에서는 이온 주입량이 가장 적고 스캔 속도가 V₁으로 가장 느린 웨이퍼의 상, 하 단부(3a)에서는 상대적으로 이온 주입량이 매우 커진다.

그러나, 이처럼 이온 주입량이 한 장의 웨이퍼(3)상에서 위치 별로 다르게 나타나더라도 이온주입에 따른 V_t는 도 3의 V_t 그래프에 도시된 바와 같이 전 웨이퍼(3)상에서 동일하게 형성된다.

이는 도 4에 도시된 바와 같이 와이드 빔(4)을 이용하지 않고 스폿 빔(spot beam)을 사용하여도 마찬가지로 스폿 빔은 X, Y 방향 모두를 제어하여 스폿 빔의 스피드를 웨이퍼의 상단, 하단(3a) 보다 웨이퍼의 중앙부(3b)에서 더욱 빠르게 제어함으로써 가능해진다.

이처럼 웨이퍼(3)에 와이드 빔에 의한 이온 주입이나 스폿 빔에 의한 이온 주입을 수행할 때, 스캔 속도는 도 5의 a 그래프에 도시된 바와 같이 연속적으로 하거나 도 5의 b 그래프에 도시된 바와 같이 불연속적으로 수행할 수 있는 바, 이와 같은 결과에 따른 이온 주입 분포를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6의 a 그래프는 도 5의 a 그래프의 경향에 따른 스캔 속도에 의한 이온 주입 분포로 그래프에 의하면 스캔 속도가 웨이퍼의 에지(3a)로부터 웨이퍼의 중앙 부(3b)로 갈수록 연속적으로 증가함에 따라서 이온 주입 분포 또한 웨이퍼의 에지(3a)로부터 웨이퍼의 중앙부(3b)로 갈수록 연속적으로 감소됨을 알 수 있다.

또한, 도 6의 b 그래프는 도 5의 b 그래프의 경향에 따른 스캔 속도에 의한 이온 주입 분포로 그래프에 의하면, 스캔 속도가 웨이퍼의 에지(3a)로부터 웨이퍼의 중앙부(3b)로 가면서 불연속적으로 증가함에 따라서 이온 주입 분포 또한 웨이퍼의 에지(3a)로부터 웨이퍼의 중앙부(3b)로 갈수록 불연속적으로 감소됨을 알 수 있다.

결국, 도 5 또는 도 6의 그래프에서는 스캔 속도를 연속적으로 가감시킬 경우 이온 주입량은 스캔 속도와 반비례하여 연속적으로 가감되고, 스캔 속도를 불연속적으로 가감시킬 경우 이온 주입량 또한 스캔 속도와 반비례하여 불연속적으로 가감됨을 알 수 있다.

그러나, 도 4를 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이 와이드 빔(4)을 사용하여 웨이퍼(3)의 Ⅰ로부터 O를 통과하여 Ⅱ로 스캔 속도를 가감하면서 이온 주입량을 조절할 경우 Ⅰ로부터 O를 통하여 Ⅱ로 갈수록 이온 주입량 또한 스캔 속도와 반비례하는 경향을 보이지만, 이와 같은 상태로 이온 주입을 반복하여 수행할 경우 Ⅰ로부터 Ⅱ에 이르기까지는 원하는 이온 주입량을 얻을 수 있지만, Ⅲ으로부터 O를 통과하여 Ⅳ에 이르는 부분은 와이드 빔(4)을 사용함으로 인하여 모두 동일한 이온 주입량이 형성됨으로써 웨이퍼를 90°회전시켜놓고 보았을 때, 웨이퍼의 상단으로부터 웨이퍼의 하단에 이르기까지 전혀 이온 주입량에 변화가 없게 되고 이로 인한 V_t의 불균일성은 해결되지 않게 된다.

이를 해결하기 위한 방법이 도 7 또는 도 8에 도시되어 있다.

이를 해결하기 위해서는 도 7에 도시된 바와 같이 웨이퍼 고정판에 안착된 웨이퍼(3)를 웨이퍼 고정판 회전 장치에 의하여 a°만큼 회전시킨 후, 와이드 빔 또는 스폿 빔의 스캔 속도를 가감시키면서 1 차적으로 이온 주입을 수행한 후, 다시 웨이퍼 고정판 회전장치를 다시 소정 각도만큼 회전시킨 후, 다시 와이드 빔 또는 스폿 빔의 스캔 속도를 가감시키면서 2 차적으로 이온 주입을 수행한다.

이와 같은 과정을 반복하여 웨이퍼를 360°만큼 회전시키게 되면 웨이퍼의 모든 방향에서 이온 주입량이 일정 경향을 갖게 되어 원하는 V_t를 얻을 수 있다.

도 8에는 구체적으로 1 장의 웨이퍼에 4 번의 이온주입을 수행하는 과정을 도시한 도면으로 먼저, 웨이퍼 고정판에 웨이퍼(3)를 임의의 각도로 설정한 후 스캔 속도를 가감하면서 1차 이온 주입을 수행하고, 웨이퍼 고정판을 정확하게 시계 방향으로 90°만큼 회전시킨 후, 스캔 속도를 가감하면서 다시 2차 이온 주입을 수행한다.

이후, 웨이퍼 고정판을 다시 시계 방향으로 90°만큼 회전시킨 후, 3차 이온 주입을 수행한 다음 웨이퍼 고정판을 정확하게 시계 방향으로 90°만큼 회전시킨 후 4차 이온 주입을 수행함으써 어느 방향에서도 이온 주입량은 웨이퍼의 중앙으로부터 에지로 갈수록 가감되고 이에 따라서 V_t는 상대적으로 매우 균일해진다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 웨이퍼에 이온이 주입되도록 하는 이온 빔의 스캔 속도를 소자 특성에 맞게 가감하여 웨이퍼 전 면적에 걸쳐서 소자 특성이 균일하게 되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 이온 주입 공정에 의하여 웨이퍼에 이온을 주입하는 방법을 도시한 개념도.

도 2는 본 발명에 의한 이온 주입량 제어 방법을 구현하기 위한 이온주입장치의 일부를 도시한 개념도.

도 3은 본 발명에 의한 이온 주입량을 제어하는 방법을 도시한 개념도.

도 4는 본 발명에 의하여 웨이퍼에 이온을 주입하는 위치를 도시한 설명도.

도 5는 본 발명에 의한 이온 빔의 스캔 속도와 웨이퍼의 위치 관계를 도시한 그래프.

도 6은 본 발명에 의한 이온 주입량과 웨이퍼의 위치 관계를 도시한 그래프.

도 7은 본 발명에 의하여 웨이퍼를 회전시킴과 동시에 이온 빔의 스캔 속도를 가감하면서 이온 주입을 하는 것을 도시한 개념도.

도 8은 본 발명에 의하여 웨이퍼에 4 번의 이온 주입을 수행하는 과정을 도시한 개념도.

Claims (3)

1. 고정된 경로를 갖으면서 주사되는 이온 빔에 의하여 소정 이온이 삽입될 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 고정판, 상기 웨이퍼 고정판을 소정 각도로 회전시키는 웨이퍼 고정판 회전 수단, 상기 웨이퍼 고정판 회전 수단에 변위를 발생시키는 웨이퍼 고정판 변위 발생수단을 통하여 상기 웨이퍼에 주입될 이온량을 제어하는 방법에 있어서,

   상기 웨이퍼 고정판 변위 발생 수단을 제어하여 상기 웨이퍼의 소정 영역에 형성된 기준 영역과, 상기 기준 영역 이외의 영역에서의 이온 빔 이동 속도가 다르게 1 차 이온 주입을 수행하는 단계와;

   상기 1 차 이온 주입이 수행된 후, 상기 웨이퍼 고정판 회전 수단을 소정 각도 회전시킨 후 상기 웨이퍼 고정판 변위 발생 수단을 제어하여 상기 웨이퍼의 소정 영역에 형성된 기준 영역과, 상기 기준 영역 이외의 영역에서의 이온 빔 이동 속도가 다르게 2차 이온 주입을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입량 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 고정판 회전수단이 회전하는 각도는 상기 이온 주입 수행하는 총 단계를 360°로 나눈 각도인 것을 특징으로 하는 이온 주입량 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 영역은 상기 웨이퍼의 중앙이고, 상기 기준 영역 이외의 영역은 상기 웨이퍼의 에지로, 상기 웨이퍼의 중앙 부분보다 상기 웨이퍼의 에지 부분에서의 이온 빔 이동 속도가 느린 것을 특징으로 하는 이온 주입량 제어 방법.