KR100532364B1 - 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치 - Google Patents

반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치 Download PDF

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Abstract

이온주입이 이루어지는 챔버내의 디스크 후단에 가속에너지를 감지하여 디스플레이하는 장치를 설치하여 이온빔의 가속에너지의 측정 및 감시가 실시간으로 이루어지도록 하는 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치에 관한 것으로서, 추출 및 가속된 이온빔이 회전하는 디스크에 장착된 웨이퍼에 주입되도록 하는 챔버를 구비하여 이루어지는 이온주입기에 있어서, 디스크를 통과하는 이온빔을 감지하는 이온빔감지부로부터 감지된 신호를 공급받아 전압으로 변환하고, 변환된 신호를 공급받아 상기 가속에너지의 크기로 나타내고, 가속에너지의 오류를 표시하는 감지부; 가속에너지가 설정되면 그에 해당되는 크기의 전원이 공급되도록 전원공급을 제어하는 제어부; 및 제어부에서 출력되는 신호에 따라 입자분리기에 공급되는 전원의 크기를 조절하는 전원부;를 구비하여 이루어지는 감시장치가 디스크의 후단에 설치되어서 가속에너지 확인이 이루어진다.
따라서, 실시간으로 웨이퍼에 주입되는 이온이 갖는 가속에너지를 수치로써 확인이 이루어지고, 가속에너지의 변화를 읽을 수 있어서 원하는 이온주입이 이루어짐으로 품질이 향상되며, 작업공수가 방지되는 효과가 있다.

Description

반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치
본 발명은 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온주입이 이루어지는 챔버내의 디스크 후단에 가속에너지를 감지하여 디스플레이하는 장치를 설치하여 실시간에 이온빔의 가속에너지의 측정 및 감시가 이루어지도록 하는 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치에 관한 것이다.
통상, 반도체 제조 기술에 있어서 이온주입이란 목표물의 표면을 파고 들어갈 만큼 높은 에너지를 원자이온에 인가함으로써 목표물 속으로 원자이온을 넣어주는 기술을 말하고, 이 기술을 이행하는 설비가 이온주입설비이다.
반도체 제조공정에서 이온주입설비는 1014 내지 1018 원자/㎤ 범위에서 불순물 농도를 조절할 수 있으며, 이는 다른 불순물 주입기술을 이용한 것보다 농도의 조절이 용이하므로 많이 사용되고 있다.
전술한 이온주입설비는 진공장치, 이온공급장치, 이온가속추출장치, 이온분석장치, 가속장치 및 디스크가 설치되는 챔버 등으로 구분되어질 수 있으며, 각 구성부분으로는 이온분해와 추출 그리고 가속을 위한 다양한 레벨의 고전압이 공급되어야 한다. 이러한 다양한 레벨의 전압이 공급됨에 따라서 이온공급장치에서 공급되는 가스가 플라즈마 상태로 변환된 후, 인가전압에 의하여 형성되는 전계에 의하여 이온이 가속되어 추출되고, 추출된 이온에 의하여 형성된 이온빔이 회전진행되는 지점에서 이온의 양 및 크기 등이 분석되어지며, 이온은 웨이퍼에 적당한 깊이로 주입되도록 가속이 조절된다.
이온주입시 원하는 깊이 및 두께로 이온을 주입하기 위해서는 이온에 주어지는 전계의 세기에 따라 가속에너지가 다르게 된다. 이러한 가속에너지를 측정하여 이온에 설정된 가속으로 이온이 주입되는 지를 확인할 수 있다.
그런데, 종래에는 이온주입이 이루어지는 설비에서 주입되는 이온의 도즈량을 측정할 수 있었으나, 가속에너지를 모니터링할 수 있는 장치는 구현되어 있지 않았다. 즉 종래의 이온주입장치는 도1에서 보는 바와 같이, 이온공급원(10)으로부터 빔추출구(12)를 통해 양이온이 추출되면 전하변환기(14)에서 음이온으로 변환되어 분석기(16)로 공급된다.
분석기(16)로 공급된 이온은 빔을 형성하고 회전되면서 정량분석이 이루어진다.
그리고, 가속관(18)을 통하면서 이온빔(32)은 가속에너지를 얻으며, 스트리퍼(20)를 통과하면서 음이온에서 양이온으로 변환되어 가속관(18)을 통과할 때의 가속에너지의 두배로 가속된다. 그리고 챔버(30)에 포함되는 마그네트(22)에서 소정 각도로 회전하여 디스크(26)에 장착된 웨이퍼(24)로 이온이 주입된다.
그리고, 이온이 주입되면서 디스크(26)를 통과하는 이온빔(32)은 패러데이컵(28)에 부딪히면서 도즈량이 카운트되어 이루어진다.
이와 같이 종래에는 이온빔이 특정 에너지를 갖도록 전원이 공급되어 가속관(18) 및 스트리퍼(20)를 통하면서 가속되는데, 실제 이온빔의 가속에너지를 1/1000로 축소된 크기를 나타내는 측정기를 통해 주기적으로 측정 하였다. 그러나 200keV 이상의 가속에너지는 파악할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 이온주입이 이루어지는 동안 이온빔이 갖는 가속에너지를 실시간으로 모니터링하여 설정된 기준을 확인할 수 있는 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치는, 추출되고 가속된 이온빔이 회전하는 디스크에 장착된 웨이퍼에 주입되도록 하는 챔버를 구비하여 이루어지는 이온주입기에 있어서, 상기 디스크를 통과하는 상기 이온빔을 감지하는 이온빔감지부; 상기 이온빔감지부로부터 감지된 신호를 공급받아 전압으로 변환하는 변환부; 상기 변환부로부터 변환된 신호를 공급받아 상기 가속에너지의 크기로 나타내고, 가속에너지의 오류를 표시하는 감지부; 상기 가속에너지가 설정되면 그에 해당되는 크기의 전원이 공급되도록 전원공급을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력되는 신호에 따라 상기 입자분리기에 공급되는 전원의 크기를 조절하는 전원부;를 구비하여 이루어지는 감시장치가 상기 디스크의 후단에 설치되어서 상기 가속에너지 확인이 이루어진다.
또한, 상기 감지부와 상기 제어부 사이에는 상기 감지부로부터 공급되는 가속에너지의 적정한 변화값으로 설정하는 전환부가 더 설치되어 이루어질 수 있으며, 상기 이온빔감지부는 상기 이온빔을 감지하는 빔센서; 및 상기 빔센서의 센싱신호를 공급받아서 적정한 수준의 전압으로 상기 변환부로 공급하는 변환기;로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 빔센서는 상기 가속에너지에 따라 다른 경로를 갖는 상기 이온빔을 감지하도록 둘 이상의 센서를 구비하여 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 상기 입자분리기에는 상기 전원을 공급받는 코일이 감겨 있어서 공급되는 전원의 세기에 따라 다른 크기의 자장이 형성된다.
또한, 상기 감시장치는 200keV 이상의 가속에너지를 갖는 이온빔이 발생하는 입자가속기에 설치될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 실시예는 도2에서 보는 바와 같이 디스크(26)의 후단에 이온빔(32)이 갖는 가속에너지를 모니터링할 수 있는 감시장치(40)를 설치하여 이루어진다.
이를 도3을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도3은 도2의 감시장치(40)를 상세하게 나타낸 도면으로서, 디스크(26)를 통과한 이온빔(32)은 입자분리기(42)를 통과하고, 가속에너지에 따라 서로 다른 위치에 있는 빔센서(44a, 44b, 44c, 44d, 44e)에 충돌하게 된다. 빔센서(44a, 44b, 44c, 44d, 44e)에는 각각 연산증폭기(operational amplifier)(46, 48, 50, 52, 54)가 연결되어 있어서 소정 전압이 출력되어 변환부(56)에 전압이 공급된다.
이에 따라 변환부(56)는 연결된 연산증폭기(46, 48, 50, 52, 54)의 위치에 따라 공급된 전압의 크기를 파악하여 해당 위치에 맞는 연산증폭기(46, 48, 50, 52, 54)가 나타내는 에너지의 크기를 나타내는 신호를 감지부(58)로 공급한다.
감지부(58)는 제어부(60)에 직접 연결되거나, 전환부(62)를 통해 제어부(60)에 변화요구값에 대한 신호를 공급하도록 이루어지고, 설정된 가속에너지를 감지할 수 있도록 기준을 전원(64)에 공급하여 설정되도록 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 실시예는, 이온빔(32)이 입자분리기(42)를 통하면서 가속에너지에 따라 소정 위치를 갖으면서 빔센서(44a, 44b, 44c, 44d, 44e)에 부딪히면 빔센서(44a, 44b, 44c, 44d, 44e)의 위치에 해당되는 전류가 연산증폭기(46, 48, 50, 52, 54)에 공급되어 소정 전압이 변환부(56)에 공급된다. 결국 감지부(58)에 소정 크기를 갖는 가속에너지의 크기로 표시되어 작업자가 이를 확인하며, 설정된 가속에너지의 범위를 벗어나게 되면 경보를 발생한다.
또한, 이온주입이 이루어지고 있는 동안 가속에너지가 변동되면 감지부(58)에서 실시간으로 디스플레이되는 값을 판단하여 원하는 공정 수행여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 감시장치(40)는 챔버내부에 설치될 수 있으나, 챔버 내부의 공간이 협소하여 설치하기가 어려운 경우에는 입자분리기(42)와 빔센서(44a, 44b, 44c, 44d, 44e)를 디스크(26) 후단의 챔버 내부에 설치하여야 하고, 나머지 구성요소는 외부로 빼내서 설치하는 것이 바람직하다.
200keV 이상 1000keV의 에너지를 갖는 이온주입기에서의 가속에너지 측정 및 모니터링은 본 실시예에 따른 장치를 통해 이루어진다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 의하면, 이온주입이 이루어지는 챔버 내부에 주입되는 가속에너지가 감지되고, 그 크기가 디스플레이됨으로써 원하는 가속에너지를 갖는 이온이 주입되는 것을 확인할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 실시간으로 웨이퍼에 주입되는 이온이 갖는 가속에너지를 수치로써 확인이 이루어지고, 가속에너지의 변화를 읽을 수 있어서 원하는 이온주입이 이루어짐으로 품질이 향상되며, 작업공수가 방지되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 종래의 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치가 설치되는 부위를 나타내는 도면이다.
도3은 도2의 감시장치의 구성을 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 이온공급원 12 : 빔추출구
14 : 전하변환기 16 : 분석기
18 : 가속관 20 : 스트리퍼(Stripper)
22 : 마그네트 24 : 웨이퍼
26 : 디스크 28 : 패러데이컵
30 : 챔버 32 : 빔라인
40 : 감시장치 42 : 입자분리기
44a ∼ 44e : 빔센서 46 ∼ 54 : 연산증폭기(operational amplifier)
56 : 변환부 58 : 감지부
60 : 제어부 62 : 전환부
64 : 전원

Claims (5)

  1. 추출되고 가속된 이온빔이 회전하는 디스크에 장착된 웨이퍼에 주입되도록 하는 챔버를 구비하여 이루어지는 이온주입기에 있어서,
    200keV 이상의 가속에너지를 갖고 상기 디스크를 통과하는 상기 이온빔을 감지하는 이온빔감지부;
    상기 이온빔감지부로부터 감지된 신호를 공급받아 전압으로 변환하는 변환부;
    상기 변환부로부터 변환된 신호를 공급받아 상기 가속에너지의 크기로 나타내고, 가속에너지의 오류를 표시하는 감지부;
    상기 가속에너지가 설정되면 그에 해당되는 크기의 전원이 공급되도록 전원공급을 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 출력되는 신호에 따라 상기 입자분리기에 공급되는 전원의 크기를 조절하는 전원부;
    를 구비하여 이루어지는 감시장치가 상기 디스크의 후단에 독립적으로 설치되어서 상기 가속에너지 확인이 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부와 상기 제어부 사이에는 상기 감지부로부터 공급되는 가속에너지의 적정한 변화값으로 설정하는 전환부가 더 설치되어 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 이온 주입기의 가속에너지 실시간 감시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이온빔감지부는,
    상기 이온빔을 감지하는 빔센서; 및
    상기 빔센서의 센싱신호를 공급받아서 적정한 수준의 전압으로 상기 변환부로 공급하는 변환기;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 빔센서는,
    상기 가속에너지에 따라 다른 경로를 갖는 상기 이온빔을 감지하도록 둘 이상의 센서를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체 이온주입기의 가속에너지 실시간 감시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 입자분리기에는,
    상기 전원을 공급받는 코일이 감겨 있어서 공급되는 전원의 세기에 따라 다른 크기의 자장이 형성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 이온 주입기의 가속에너지 실시간 감시 장치.
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