KR100677046B1

KR100677046B1 - 이온 주입 장치

Info

Publication number: KR100677046B1
Application number: KR1020050087762A
Authority: KR
Inventors: 서성원
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-02-01

Abstract

본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로서, 웨이퍼에 도핑하고자 하는 불순물 원소의 이온을 생성하는 소스부와, 생성된 이온을 감속 또는 가속하는 가속 컬럼을 포함하는 이온 빔 라인부, 및 웨이퍼가 놓이는 엔드 스테이션부를 포함하고, 이온 빔 라인부는 분석기에서 선별된 불순물 원소의 이온을 가속기로 가속한 후, 4중극 랜즈로 포커싱한 이온빔의 커런트를 측정하기 위한 페러데이와, 페러데이에서 측정된 이온빔을 피-샤워를 통해 엔드 스테이션부의 웨이퍼에 공급되는 동안 피-샤워에서 발생한 이차 전자가 소스부 쪽으로 역류하는 것을 방지하는 바이어스 어펴처를 포함하며, 이온 빔 라인부를 따라 파티클을 집진하도록 배치되는 적어도 하나 이상의 파티클 집진기를 포함한다.

이온 주입 장치, 패러데이, 바이어스 어퍼쳐, 파티클 집진기

Description

이온 주입 장치{ION IMPLANTING DEVICE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치의 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파티클 집진기의 부분 절개 사시도이다

도 3은 도 2의 파티클 집진기에 파티클이 집진되는 상태를 도시한 측단면도이다.

본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빔라인에서 발생한 파티클의 발생을 방지하여, 파티클이 이온 빔과 함께 가속되어 웨이퍼의 yield에 영향을 미치는 것을 방지하도록 하는 이온 주입 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 일반적으로 이온 주입 과정은 반도체 소자를 제조할 때 10¹⁴∼10¹⁸ 원자/㎤ 범위에서 불순물 농도를 조절할 수 있으며, 이는 확산 등 다른 불순물 주입기술을 이용한 것 보다 농도조절이 용이하며 이온주입의 깊이를 정확히 할 수 있다는 이점 때문에 반도체 소자의 집적도가 커짐에 따라 더욱 널리 사용되 고 있다.

통상의 이온 주입 공정은 이온 주입 장치 내의 웨이퍼를 배치하고 웨이퍼 표면에 가속된 이온을 충돌시켜서 웨이퍼 표면 내에 원하는 이온을 필요한 양만큼, 필요한 깊이로 주입한다.

최근들어 반도체 제조 업계에서는 반도체 제조 공정상에서 파티클에 의한 오염을 감소하기 위하여 각 단위 공정마다 파티클 발생원인과 그 대처방안에 찾고 있다. 특히, 이온 주입 공정에서 웨이퍼의 파티클 오염은 반도체 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 이온 주입 장치는 이온 빔 라인부에서 이온빔과 함께 가속된 파티클이 웨이퍼의 특성에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 이온 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이온 주입 장치는 웨이퍼에 도핑하고자 하는 불순물 원소의 이온을 생성하는 소스부와, 생성된 이온을 감속 또는 가속하는 가속 컬럼을 포함하는 이온 빔 라인부, 및 웨이퍼가 놓이는 엔드 스테이션부를 포함하고, 이온 빔 라인부는 분석기에서 선별된 불순물 원소의 이온을 가속기로 가속한 후, 4중극 랜즈로 포커싱한 이온빔의 커런트를 측정하기 위한 페러데이와, 페러데이에서 측정된 이온빔을 피-샤워를 통해 엔드 스테이션부의 웨이퍼에 공급되는 동안 피-샤워에서 발생한 이차 전자가 소스부 쪽으로 역류하는 것을 방지하 는 바이어스 어펴처를 포함하며, 이온 빔 라인부를 따라 파티클을 집진하도록 배치되는 적어도 하나 이상의 파티클 집진기를 포함한다.

파티클 집진기는 페러데이와 바이어스 어펴쳐 사이에 배치될 수 있다.

파티클 집진기는 일정 길이를 갖는 중공형 외부 케이스, 및 외부 케이스 내부에 동심을 갖도록 끼워지며 외부 케이스 내부에 파티클을 집진하도록 복수 통공이 구비된 내부 케이스를 포함할 수 있다.

내부 케이스의 내주면은 나선형으로 형성될 수 있으며, 통공은 나선 홈부를 따라 형성될 수 있다.

외부 케이스 및 내부 케이스는 중 적어도 하나는 그래파이터 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 주입 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이온 주입 장치를 도시한 개략도이다.

이 도면을 참조하여 설명하며, 이온 주입 장치는 소스부(source part; 10)와, 이온 빔 라인부(ion beam line part; 20) 및 엔드 스테이션부(end station part; 30)를 포함하여 구성된다.

소스부(10)는 도핑하고자 하는 불순물 원소의 이온을 생성한다. 이온 빔 라인부(20)는 웨이퍼에 주입하고자 하는 이온을 선택하고, 선택된 이온을 가속 또는 감속하여 웨이퍼에 원하는 깊이로 도핑될 정도의 에너지를 부여하며, 엔드 스테이션부(30)는 이온 주입할 웨이퍼가 놓이는 곳이다.

이온 빔 라인부(20)는 분석기(analyzer; 21), 가속기(accelerator; 미도시), 4중극 랜즈(Quadrupole lens; 22), 페러데이(faraday; 23), 바이어스 어펴쳐(bias aperture; 24) 및 파티클 집진기(particle accumulator; 25)를 포함한다.

분석기(21)는 소스부로부터 공급된 불순물 원소를 마그넷(analyzer magnet)의 자기장의 세기를 조절하여 원하는 질량(mass) 및 전하(charge)를 가진 이온 만을 선별적으로 통과시킨다.

가속기는 분석기(21)에서 선별된 이온을 가속링에서 가속 전압(acceleration voltage) 또는 감속 전압(deacceleration voltage)을 인가하여 가속 또는 감속한다.

4중극 랜즈(22)는 가속기에서 가속 또는 감속된 이온빔이 마그넷 내부를 이동하며 둥근 원모양의 포커싱이 이루어지도록 하며, 집중에 의해 블로우업(blow-up)되는 것을 방지하도록 한다.

페러데이(23)는 웨이퍼에 주입할 이온 빔의 커런트(current)를 측정한다. 이온 주입 전 패러데이(23)를 헤드 업(head up) 상태에서 이온 빔의 커런트를 측정한 후 이온 주입 모드가 되면 헤드 다운(head down)되면서 이온 빔을 통과시킨다.

바이어스 어펴쳐(24)는 엔드 스테이션부(30)의 플라즈마 샤워(plasma-shower; 31)에서 발생한 이차 전자들이 이온 빔을 타고 소스부(10) 쪽으로 역류하는 것을 플라즈마 샤워(31) 안에 머물도록 해준다.

파티클 집진기(25)는 이온 빔 라인부(20)에서 에너지에 따라 이온 빔과 함께 가속되어 웨이퍼의 전기적 특성을 변화시킬 수 있는 파티클들을 집진할 수 있도록, 이온 빔 라인부(20)을 따라 적어도 하나 이상이 형성된다.

이온 빔의 커런트를 측정하기 위해 해드업된 상태의 패러데이(23)는 이온 빔이 셋-업(set-up)된 상태에서는 웨이퍼로 주입되는 것을 막는다. 이때 발생하는 파티클의 양이 많고 또 주변에 생기는 플레이크(flake)의 양도 많아지게 된다.

이온 주입이 시작되기 위해서는 패러데이(23)가 옆으로 이동하며 해드-다운되는 순간 많은 양의 파티클이 뒤쪽 바이어스 어퍼쳐(24)와 플라즈마 샤워(31) 쪽으로 이동하며, 나아가서 디스크에 있는 웨이퍼로 주입되게 된다. 따라서, 파티클 집진기(25)는 패러데이(23)와 바이어스 어펴쳐(24) 사이에 배치되는 것이 가장 바람직하다

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파티클 집진기의 부분 절개 사시도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 파티클 집진기(25)는 일정 길이를 갖는 중공 원통형 외부 케이스(26) 및 외부 케이스(26) 내부에 동심을 갖도록 끼워지며 외부 케이스 내부에 파티클을 집진하도록 복수 통공(27c)이 구비된 내부 케이스(27)를 포함한다.

내부 케이스(27)의 내주면에는 길이 방향을 따라 나선 형태로 돌출된 나선 돌출부(27a)를 구비한다. 이 나선 돌출부(27a)는 이온빔과 함께 가속된 파티클들이 내부 케이스를 통과할 때 나선을 따라 회전하며 길이 방향을 통과하도록 한다.

그리고, 통공(27c)은 나선 홈(27b)을 따라 다수개가 형성되며, 이 통공(27c)을 통해 나선을 따라 회전하는 파티클이 원심력에 의해 외부 케이스(26)의 내부로 집진되도록 한다.

또한, 파티클 집진기(25)는 가속된 상태로 이온 빔이 통과하는 빔 라인의 내부에 배치되어 파티클을 집진하도록 구성되기 때문에 외부 케이스(26) 및 내부 케이스(27)는 적어도 어느 하나는 그래파이터 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 이온 빔이 통과하는 내부 케이스(27)를 그래파이터 재질로 형성함으로써 이온 빔이 통과하면서 2차 전자가 발생하는 것을 억재하는 역할을 한다.

도 3은 도 2의 파티클 집진기로 파티클이 집진되는 상태를 도시한 측단면도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 이온 빔 라인부(20)에서 이온 빔의 커런트 측정을 위해 빔 라인을 막고 있던 패러데이(23)가 이온 주입을 위해 해드 다운(head-dawn)되는 순간 퇴적돼있던 많은 양의 파티클들이 이온 빔과 함께 파티클 집진기(25)의 내부 케이스(27)로 유입된다.

그리고, 파티클 집진기(25)의 내부 케이스(27)로 유입된 파티클은 내주면에 형성된 나선 돌출부(27a)들 사이의 나선 홈부(27b)에 쌓이거나, 나선 방향을 따라 회전하며 길이 방향을 따라 이송하게 된다.

결국, 파티클은 나선 방향으로 회전 이송하며 나선 홈부(27b)에 형성된 통공(27c)을 통해 외부 케이스(26)로 내부에 집진된다.

따라서, 파티클 집진기(25)가 이온 빔 라인부(20) 내에 발생된 파티클들을 집진함으로써 이온 빔과 함께 가속된 파티클이 웨이퍼로 공급되어 웨이퍼 표면에 마이크로-스크레치(micro-scratch) 등을 발생시킴으로써 웨이퍼의 특성을 열화시키는 것을 방지할 수 있도록 한다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온 주입 장치는 이온 빔 라이부에서 이온빔과 함께 가속된 파티클이 웨이퍼의 특성에 영향을 주는 것을 방지하는 효과를 갖는다.

Claims

웨이퍼에 도핑하고자 하는 불순물 원소의 이온을 생성하는 소스부,

생성된 이온을 감속 또는 가속하는 가속 컬럼을 포함하는 이온 빔 라인부, 및

상기 웨이퍼가 놓이는 엔드 스테이션부를 포함하고,

상기 이온 빔 라인부는 분석기에서 선별된 불순물 원소의 이온을 가속기로 가속한 후, 4중극 랜즈로 포커싱한 이온빔의 커런트를 측정하기 위한 페러데이와,

페러데이에서 측정된 이온빔을 플라즈마 샤워를 통해 엔드 스테이션부의 웨이퍼에 공급되는 동안 플라즈마 샤워에서 발생한 이차 전자가 소스부 쪽으로 역류하는 것을 방지하는 바이어스 어펴처를 포함하며,

중공형 외부 케이스와 상기 외부 케이스 내부에 동심을 갖도록 끼워지며 외부 케이스 내부에 파티클을 집진하도록 복수 통공이 구비된 내부 케이스로 구성되며, 상기 이온 빔 라인부를 따라 파티클을 집진하도록 배치되는 적어도 하나 이상의 파티클 집진기를 포함하는 이온 주입 장치.
제1항에 있어서,

상기 파티클 집진기는,

상기 페러데이와 상기 바이어스 어펴쳐 사이에 배치되는 이온 주입 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 내부 케이스는,

내주면이 나선형 형상을 갖는 이온 주입 장치.
제1항에 있어서,

상기 통공은 나선 홈부를 따라 형성되는 이온 주입 장치.
제1항에 있어서,

상기 외부 케이스 및 내부 케이스는 중 적어도 하나는 그래파이터 재질로 이루어지는 이온 주입 장치.