KR100664375B1 - 이온 주입 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온 주입 장치에 관한것으로, 보다 자세하게는 빔 라인부(beam line section)를 통과한 원형 형태의 이온 빔을 분리하는 원뿔 형태 빔 분리기(beam spliter), 상기 빔 분리기를 통과한 빔이 평행화를 형성하기 위한 원통 형태의 전자석, 상기 전자석을 포함하는 엔드 스테이션(end station section)부, 상기 엔드 스테이션을 포함하는 이온 주입 장치(ion implantation apparatus)는 웨이퍼를 높은 속도로 회전 시켜 더욱 안정된 균일성을 확보하고, y 축 스캐닝(scanning)을 생략하므로써 엔드 스테이션부를 작게 설계하여 더 작은 공간을 차지하는 이온 주입 장치
따라서, 본 발명의 이온 주입 장치는 3차원 형태의 이온을 이온 빔 분리기와 이온 빔 평행화를 시켜서 빠른 속도로 회전하는 웨이퍼에 이온 주입시켜 안정성과 균일성을 향상 시켰다. 또한 y축 스캐닝을 생략하므로써 엔드 스테이션부를 작게 설계하므로 더 작은 공간을 차지하는 이온 주입 장치를 만드는 효과가 있다.
이온 주입 장치, 회전, 엔드스테이션, 빔 분리기, y축 스캐닝

Description

이온 주입 장치{Ion implantation apparatus}
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 이온 주입 장치 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 이온 주입 장치 단면도.
본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 빔 라인부(beam line section)를 통과한 원형 형태의 이온 빔을 분리하는 원뿔 형태 빔 분리기(beam spliter), 상기 빔 분리기를 통과한 빔이 평행화를 형성하기 위한 원통 형태의 전자석, 상기 전자석을 포함하는 엔드 스테이션(end station section)부, 상기 엔드 스테이션을 포함하는 이온 주입 장치(ion implantation apparatus)는 웨이퍼를 높은 속도로 회전시켜 더욱 안정된 균일성을 확보하고, y 축 스캐닝(scanning)을 생략하므로써 엔드 스테이션부를 작게 설계하여 더 작은 공간을 차지하는 이온 주입 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정중 불순물 주입 단계(doping)는 반도체 결정에 불순물 (dopant)을 넣는 공정이다. 불순물의 도핑 방법은 크게 이온화된 원자를 가속해서 실리콘 내에 강제적으로 주입하는 이온 주입법(implant)과 고상이나 기상의 원자를 열확산방식으로 주입하는 방법으로 나눌 수 있다. 이온 주입법은 또한 기존에 널리 사용하고 있는 고 에너지 이온 주입법을 응용하여 수 keV 정도의 가속 에너지로 이온 주입할 수 있는 이온 주입법과 무거운 원자를 이용하여 불순물 주입 깊이를 얇게 제어하는 이온 주입법, 그리고 소규모 실험실에서 비교적 쉽게 사용할 수 있는 플라즈마 이온 주입법등으로 나눌 수 있다.
반도체가 전기적 특성을 갖도록 하기 위해서는 불순물을 웨이퍼에 주입하여야 한다. 상기 불순물을 이온 상태로 만들어 가속시켜 웨이퍼에 선택적으로 주입시키는 장치가 이온 주입 장치이다. 즉, 이온 주입이란 필요한 종류의 이온을 필요한 양만큼, 필요한 깊이로, 전체 웨이퍼에 골고루, 웨이퍼 상의 필요한 부분만 주입하여, 주입된 이온이 실리콘 격자와 결합하여 P 또는 N형 반도체의 성질을 갖게 하는 것이다.
이온 주입 장치는 이온빔을 생성하는 이온소스부(ion source section), 생성된 이온에 필요한 에너지를 부여하는 빔라인부, 웨이퍼 가공실의 진공 및 대기 상태를 제어하여 웨이퍼의 로딩 및 언로딩을 제어하는 로드록부(load-lock section)를 포함하는 엔드스테이션부, 이온 주입 공정이 완료된 후 이온 주입 장치 내부에 남아 있는 배기 가스를 배출하는 배기 시스템(exhaust system)으로 구성된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 이온 주입 장치 단면도이다.
도 1a는 일반적인 이온 주입 장치이다. 상기 장치는 이온 소스 챔버부(ion source chamber, 101), 분석기(analyzer,102), 빔라인부(103), 엔드스테이션부(104)로 구성된다.
이온 소스 챔버부(101)는 일반적인 기체나 증발기(vaporizer)에 의한 기체를 아크/필라멘트/소스 마크네트 파워(arc/filament/source magnet power)를 공급하여 플라즈마 형태를 만든다. 상기 공정 후 추출 전압(extraction voltage)을 인가하여 양이온 빔을 추출한다.
빔 라인부(103)는 추출 전압을 인가로 추출된 양이온 빔을 분석기(102)로 필요한 양이온을 통과하도록 한다. 중간에 양이온 빔이 양이온의 반발력에 의해 흩날리는 것을 방지하기 위해 이온 빔을 포커싱(focusing)한다.
엔드스테이션부(104)는 균일한 조정(uniformity control)을 위해 여러 형태로 다르게 설계된다.
도 1b는 싱글 웨이퍼 공정을 진행하는 이온 주입 장치의 엔드스테이션부(107)이다. 스팟(spot) 형태의 이온 빔을 0kV 내지 30kV의 네거티브 전압(negative voltage)를 인가하여 전기(electrical)에 의한 x 축 스캔닝(scanning)을 하고, 전 자기(electric magnet, 106) 전력으로 이온 빔 평행을 하여 y축을 물리적인 스케닝(mechanical scanning)을 한다.
도 1c는 13 내지 15장의 웨이퍼(108)를 배치(batch) 형태로 공정이 진행되는 이온 주입 장치의 엔드스테이션부(107)이다. 스팟 형태의 이온 빔이 13 내지 15장의 웨이퍼(108)를 배치로 할 수 있는 디스크를 고속RPM(Revolutions Per Minute)으로 회전(rotation)시켜 y축의 물리적인 스캐닝을 한다.
도 1d는 웨이퍼의 x축으로 폭이 넓은 빔을 y축을 물리적인 스캔닝을 한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원뿔 형태의 빔 분리기에서 나온 빔은 평행화를 형성하기 위한 원통 형태의 전자석을 통과하여 회전 하는 웨이퍼에 균일한 빔을 입사 시키므로써, 웨이퍼를 높은 속도로 회전 시켜 더욱 안정된 균일성을 확보하고, y축 스캐닝을 생략하므로써 엔드 스테이션부를 작게 설계함을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 빔 라인부를 통과한 원형 형태의 이온 빔을 분리하는 원뿔 형태의 빔 분리기, 상기 분리기를 통과한 빔이 평행화를 형성하기 위한 원통 형태의 전자석을 포함하는 엔드 스테이션부를 제작하여, 웨이퍼를 높은 속도로 회전 시켜 더욱 안정된 균일성을 확보할 수 있는 엔드 스테이션부의 설계로 이루어진 이온 주입 장치에 의해 달성된다.
반도체 제조공정에서 이온주입장치는 1E14원자/㎠ 내지 1E18 원자/㎠ 범위에서 주입되는 불순물의 농도를 조절할 수 있으며, 이는 다른 불순물을 주입하는 기술보다 농도조절이 매우 용이하다는 점 및 불순물의 주입위치를 정확히 제어할 수 있다는 점 등에 의해 최근 가장 일반적으로 사용하고 있는 불순물 주입장치이다.
상기 이온주입장치는 이온 소스 챔버부, 분석기, 빔 라인부 및 엔드스테이 션부 등으로 나뉘어질 수 있으며, 이들 각 구성부분에는 각 단계의 특성에 따라 다양한 레벨(Level)의 전압이 공급되어진다. 즉 공급되는 전압을 이용하여 소스가스(Source Gas)가 충전되는 이온공급원에서 이온이 발생되며, 발생된 이온들은 일정한 레벨의 전압에 의해 각기 추출 및 가속되어 엔드스테이션부 상에 위치하는 웨이퍼에 일정한 가속에너지를 가지고 주입된다.
도 2는 본 발명에 의한 이온 주입 장치 단면도이다.
도 2는 엔드스테이션부의 자세한 단면도이다. 빔 라인부를 통과한 원형 형태의 이온 빔이 퍼져 있다. 원뿔 형태의 빔 분리기(beam spliter, 201)는 0kV 내지 50kV로 이온 빔을 분리시킨다. 상기 원뿔 형태의 빔 분리기를 통과한 빔은 원통형태의 전자석(202)을 통과하여 평행화가 이루어진다. 상기 빔은 웨이퍼의 모든 면에 동시에 이온 주입을 할 수 있게 된다. 균일성 조절은 웨이퍼 만을 장착한 웨이퍼 회전 장치(203)를 1000RPM 내지 100,000RPM으로 회전시킨다. 상기 웨이퍼 만을 회전시키기 때문에 고속으로 회전시킬 수 있어 향상된 공정 수행을 얻을 수 있다. 또 y축 스캔닝이 필요 없어 엔드스테이션부를 작게 설계할 수 있고, 더 작은 이온 주입 장치를 만들 수 있다.
상술한 발명 실시예는 이온 주입 장치의 엔드 스테이션부를 개선하여, 3차원형태의 이온을 이온 빔 분리와 이온 빔을 평행화 시켜서 웨이퍼를 높은 속도로 회전시켜 더욱더 안정된 균일성을 확보할 수 있다. 또 y 축 스캔닝이 필요 없어 엔드 스테이션부를 작게 설계하므로써 더 작은 공간을 갖는다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 이온 주입 장치는 3차원 형태의 이온을 이온 빔 분리기와 이온 빔 평행화를 시켜서 빠른 속도로 회전하는 웨이퍼에 이온 주입시켜 안정성과 균일성을 향상 시켰다. 또한 y축 스캐닝을 생략하므로써 엔드 스테이션부를 작게 설계하므로 더 작은 공간을 차지하는 이온 주입 장치를 만드는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 웨이퍼 이온 주입 장치에 있어서,
    일정한 전압을 인가하여 이온 빔을 분리하는 원뿔 형태의 빔 분리기;
    상기 분리기를 통과한 빔의 평행화를 형성하기 위한 원통 형태의 전자석;
    웨이퍼가 제공되며, 상기 빔을 상기 웨이퍼에 균일하게 이온 주입시키기 위하여 웨이퍼를 1000RPM 내지 100,000RPM으로 회전시키는 웨이퍼 회전 장치; 및
    상기 빔 분리기, 전자석, 웨이퍼 회전 장치로 구성되는 엔드 스테이션부
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 빔 분리기의 전압은 0kV를 초과하며 50kV 이하임을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  3. 삭제
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