KR100757347B1

KR100757347B1 - 이온 주입 장치

Info

Publication number: KR100757347B1
Application number: KR1020060082659A
Authority: KR
Inventors: 김일경; 허노현; 이태원; 박성욱; 윤기영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2007-09-10
Also published as: US7560712B2; US20080054194A1

Abstract

공정챔버의 내부공간을 한정하는 경계면에 식각방지층을 갖는 이온 주입장치를 개시한다. 공정챔버는 이온주입공정이 진행되는 밀폐된 내부공간을 가지며 공정가스로부터 식각되는 것을 방지하기 위한 제1 식각방지부재를 구비한다. 지지평판은 공정챔버의 내부에 위치하여 이온주입 대상 기판을 지지하며 고주파 펄스원과 전기적으로 연결된다. 도전체는 지지평판과 일정한 거리만큼 이격되어 위치하고 지지평판과의 사이에 이온주입 공정을 위한 플라즈마가 형성되며 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제2 식각 방지부재를 구비한다. 전원접속부는 공정챔버의 내부로 고주파 전력(RF power)을 공급하며 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제3 식각 방지부재를 구비한다. 식각성 공정가스에 의한 경계면의 식각을 방지하고 이로 인한 오염물의 발생을 억제한다.

Description

이온 주입 장치 {ION IMPLANTER}

도 1은 종래의 이온주입 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 2는 이온 주입공정이 완료된 웨이퍼와 그 표면에서의 알루미늄 오염물의 양사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 주입장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 이온 주입장치를 이용한 경우의 알루미늄 오염물의 발생정도를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 공정챔버 120: 포트

140: 챔버 벽체 142: 제1 식각 방지부재

200: 지지평판 220: 플래튼

240: 플래튼 부싱 242: 제2 식각 방지부재

280: 제1 전원 300: 도전체

310 : 제3 식각 방지부재 400: 전원 접속부

410: 제4 식각 방지부재 500: 가스 공급유닛

600: 배출 유닛 700; 제2 전원

본 발명은 이온주입 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정가스에 대한 내식성(etching resistance)을 갖는 내벽으로 구성된 공정챔버를 구비하는 플라즈마 이온주입 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판에 대하여 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 연마, 세정 및 건조 등의 단위공정을 순차적, 선택적, 반복적으로 수행함으로써 제조된다. 상기 단위공정들 중에서 이온주입 공정은 5개의 가전자를 갖고 있는 붕소, 알루미늄, 인듐 등과 같은 P형 불순물과 안티몬, 인, 비소 등과 같은 3개의 가전자를 갖고 있는 N형 불순물을 이온 빔으로 형성시킨 후, 상기 이온 빔을 순수 실리콘에 주입시킴으로써 원하는 도전형 및 비저항의 소자를 얻는 공정을 말한다.

이러한 이온주입공정의 목적은 원하는 불순물을 원하는 양만큼 그리고 원하는 깊이만큼 웨이퍼 내로 주입함으로써 웨이퍼에 소정의 전기적 특성을 부여하는 것이다. 종래에는 이와 같은 이온주입을 위해 열확산 공정을 주로 이용하였지만, 불순물의 농도조절이 용이하고 이온 주입의 깊이도 정확하게 제어할 수 있다는 장점 때문에 이온 빔을 이용하는 것이 일반적이다. 특히, 최근에는 높은 에너지로 가속된 이온 빔을 이용하는 것보다는 공정챔버 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 전압을 조절하는 것이 보다 정교하게 이온 주입 깊이를 조절할 수 있다는 장점 때문 에 미세패턴을 갖는 고집적도의 반도체 소자의 제조공정에는 플라즈마 이온 주입공정이 널리 이용되고 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 이온주입 장치(90)는 밀폐된 내부공간을 갖는 챔버(10)를 구비한다. 상기 챔버(10)는 가공대상 웨이퍼를 로딩 및 언로딩 하기 위한 포트(12) 및 상기 챔버(10)의 외형을 형성하는 벽체(14)를 포함한다. 상기 벽체(14)의 상부 일부에는 RF 전력을 공급하기 위한 코일이 접촉하는 접속부(14a)가 형성된다. 상기 벽체(14)는 별도의 라이너(liner) 등을 구비하지 않으며 전기적으로 접지체로 기능하도록 벌크 알루미늄(Al)으로 구성되며, 상기 접속부(14a)는 절연성을 향상하고 질화 플루오르(NF3)를 이용한 세정에 견딜 수 있도록 알루미늄 산화물(Al2O3)로 구성된다.

상기 챔버(10)의 내부 바닥부에는 가공대상 웨이퍼(W)가 고정하기 위한 지지유닛(20)이 위치한다. 상기 지지유닛(20)은 표면에 상기 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 플래튼(platen, 22), 상기 플래튼(22)의 주변부를 둘러싸면서 챔버 내부의 가스와 상기 플래튼(22)을 격리시키는 플래튼 부싱(platen bushing, 24), 상기 플래튼(22) 및 상기 플래튼 부싱(24)의 상부에 위치하는 쉴드 링(shield ring, 26) 및 상기 웨이퍼(W)의 주변에서 상기 웨이퍼(W)를 상기 플래튼(22)의 표면으로 고정하기 위한 클램퍼(미도시)를 포함한다.

상기 플래튼(22)은 상기 벽체(14)의 바닥부에 위치하며 상부 표면은 상기 웨이퍼(W)를 지지할 수 있도록 편평하게 형성된다. 상기 플래튼(22)의 하부 표면은 제1 전원(28)과 연결되어 이온 주입 공정 수행 중에 상기 제1 전원(28)으로부터 전력을 공급 받는다. 특히, 상기 제1 전원(28)은 상기 웨이퍼(W)가 고정된 플래튼(22)으로 고전압의 펄스를 공급하여 상기 웨이퍼(W)와 플래튼(22)이 이온 주입 공정 수행 중 캐소드로서 기능하도록 한다.

상기 플래튼 부싱(24)의 상부면은 상기 플래튼의 상부 표면과 동일하게 위치하며, 상기 플래튼(22)의 외측을 감싸도록 형성된다. 특히, 상기 접속부(14a)와 마찬가지로 절연성을 향상하고 불화질소(Nitrogen fluoride, NF3)를 이용한 불순물 세정에 견딜 수 있도록 알루미늄 산화물(Al2O3)로 구성되어, 상기 이온 주입공정 수행 중에도 내부의 도핑 가스나 세정가스로부터 상기 플래튼(22)을 보호 할 수 있다.

상기 챔버(10)의 내부 상단부에는 상기 플래튼(24)으로부터 소정의 거리만큼 이격된 배펄(baffle, 30)이 위치한다. 상기 배펄(30)은 플라즈마 이온 주입 공정 진행시 발생하는 이차 이온을 원활하게 배출하기 위해 전기적으로 접지되어 있으며 전기 전도성이 우수한 알루미늄(Al)으로 구성되어 있다. 내부에는 다수의 냉각 튜브를 구비하여 공정 진행 중 상기 배펄(30)이 과도하게 가열되지 않도록 한다. 상기 배펄(30)은 상기 이온주입 공정 중 아노드의 역할을 한다.

상기 챔버(10)의 상부 일부는 개구되어 가스공급 유닛(40)과 연결된다. 상기 가스공급 유닛(40)은 도핑 가스를 포함하고 있는 가스 소스(42)와 상기 가스 소스(42)와 연결되어 상기 챔버(10) 내부로 공급되는 소스가스의 유량을 조절하는 유동 제어기(44)를 포함한다. 상기 소스가스의 예로서는 수소계열의 PH3, AsH3 및 B2H6를 포함한다.

상기 챔버(10)의 바닥부 일부에는 상기 챔버(10)의 내부에 진공을 형성하기 위한 배출유닛(50)이 위치하며, 상기 챔버(10)의 접속부(14a)는 상기 챔버(10)의 상단부로 전원을 공급하기 위한 제2 전원(60)과 연결된다. 상기 제2 전원(60)은 RF 전원을 생성하기 위한 RF 생성기(62)와 상기 RF 생성기(62)와 연결된 임피던스 정합기(64)를 포함한다.

상기 챔버(10)의 포트(12)를 통하여 상기 플래튼(22)의 상부에 반도체 웨이퍼를 로딩하고 주입 대상 이온을 생성할 수 있는 소스가스를 상기 가스공급 유닛(40)을 통하여 상기 챔버(10)의 내부로 도입한다. 상기 제1 및 제2 전원(28, 60)으로부터 상기 배펄(30)과 상기 플래튼(22) 사이로 고전압 펄스가 인가되면 상기 웨이퍼(W) 부근에 플라즈마 시스(plasma sheath)를 갖는 방전 플라즈마가 형성된다. 이때, 상기 제2 전원(60)으로부터 연속 RF 전원이 공급되어 상기 플래튼(22)과 상기 배펄(30) 사이에 연속 플라즈마를 생성하며, 상기 제2 전원(28)으로부터 상기 플래튼(22)의 하부로 고전압 펄스가 인가되어 상기 플라즈마 내의 양이온이 상기 웨이퍼(W) 방향으로 가속된다. 따라서, 상기 웨이퍼(W)에 주입되는 이온의 깊이는 상기 플라즈마를 형성하기 위한 방전 전압의 크기에 비례하여 결정되며 이에 따라 상기 웨이퍼(W)의 표면에 얕은 접합영역을 효율적으로 형성할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같은 종래의 이온 주입장치(90)는 벌크 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)이 상기 소스가스와 상기 가공대상 웨이퍼(W)에 직접 노출되는 문제점이 있다. 상기 벽체(14) 및 상기 전원부(14a)의 내측면, 상기 배 펄(30) 및 상기 플래튼 부싱(24)의 측면은 모두 벌크 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 구성되며 이온 주입공정이 수행되는 상기 챔버(10)의 내부공간을 한정하며, 이온 주입공정이 수행되는 상기 챔버(10)의 내부 공간으로 직접 노출된다. 따라서, 상기 이온 주입공정 중에 상기 노출면은 상기 소스 가스와 직접 접촉한다.

상기한 바와 같이 증착특성이 강한 수소계열의 소스가스가 상기 챔버(10)의 내부로 공급되었으므로 이온 주입공정이 수행되는 동안 상기 소스가스와 상기 노출면을 구성하는 벌크 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)과 거의 반응하지 않아서 알루미늄에 의한 오염은 유발되지 않았다.

그러나, 상기 소스가스로 증착특성 보다는 식각특성이 우수한 불화계열의 소스가스(예를 들면 BF3)를 이용하는 경우에는 알루미늄으로 구성된 상기 노출면을 식각하여 이온 주입공정 수행 중 알루미늄 오염물(Al-contaminants)을 유발시키고 이에 따라 심각한 공정결함을 야기하는 문제점이 있다.

이와 같은 알루미늄 오염물에 의한 공정결함을 개선하기 위해, 불화계열의 소스가스를 이용하는 경우에는 이온 주입공정의 시작 전에 알루미늄으로 구성된 상기 노출면의 표면에 보호막을 먼저 형성한 후 공정을 진행하고 있다. 예를 들면, 노출면의 표면에 B2H6 막 또는 SiO2 막을 코팅하여 공정 진행 중 불화계열의 소스가스와 상기 노출면이 직접 접촉하는 것을 방지하여 상기 알루미늄 오염물이 생성되는 것을 방지하고 있다.

그러나, 상기와 같은 보호막의 형성은 보호막의 코팅을 위해 추가적인 공정 시간이 필요하다는 점과 상기 챔버(10)의 내부 공간에 노출된 모든 노출면에 대하여 완벽한 코팅이 불가능하여 보호막의 형성이 불완전하다는 문제점이 있다.

실제 이온 주입공정 시간을 측정한 결과, 순수한 이온 주입공정에 소요되는 시간과 거의 동일한 시간이 상기 보호막 형성에 소요되어 전체적인 이온 주입 공정의 효율을 약 50% 정도 상쇄시키는 결과를 초래하고 있다. 상기 이온 주입공정은 25매의 웨이퍼를 구비하고 있는 웨이퍼 카세트 단위별로 수행되므로 상기 보호막 형성 공정은 25매의 웨이퍼에 대한 매 이온 주입공정을 마친 후 주기적으로 반복된다. 따라서, 이러한 보호막 형성공정의 반복은 전체 반도체 장치의 생산성을 치명적으로 떨어뜨리고 있다.

또한, 상기 보호막의 형성에도 불구하고 공정이 진행된 매 웨이퍼 당 검출되는 알루미늄 오염물의 양은 지속적으로 증가하며, 이러한 경향은 웨이퍼 카세트별로 수행되는 매 이온 주입공정마다 주기적으로 관찰되고 있다. 이러한 결과는 상기 노출면의 특정영역이 보호막에 의해 완전히 커버되지 않아서 이온 주입공정이 진행될수록 커버되지 않은 영역으로부터 발생하는 알루미늄 오염물의 양이 증가하며, 이러한 경향은 상기 웨이퍼 카세트별로 수행되는 매 이온 주입공정마다 반복되고 있다.

표 1은 이온 주입공정이 완료된 각 웨이퍼 표면에서의 알루미늄 오염물의 양을 측정한 결과이다.

표 1

웨이퍼 번호	알루미늄 오염물(E10atoms/cm2)
1	0.01
2	1070
3	145.3
4	886.7
5	1283

표 1의 각 웨이퍼는 불화붕소(BF3)를 소스가스로 이용하여 약 7Kv의 전력을 공급하여 2E15의 도스량으로 이온 주입공정을 완료하였다. 또한, 이온 주입장치의 챔버 내부 공간으로 노출된 각 노출면은 매 이온 주입공정 수행 전에 아르곤과 B2H6을 이용하여 보호막을 형성하였다. 웨이퍼 1은 상기 노출면에 첫 번째 보호막을 형성한 후 제1회 이온 주입공정에서 첫 번째로 공정이 수행된 웨이퍼이며 웨이퍼 2는 제1회 이온 주입공정에서 25번째로 이온 주입공정이 수행된 웨이퍼이다. 이어서, 상기 노출면에 두 번째 보호막을 형성한 후 제2회 이온 주입공정을 수행한다. 웨이퍼 3은 제2회 이온 주입공정에서 첫 번째로 공정이 수행된 웨이퍼이며, 웨이퍼 4는 25번째로 공정이 수행된 웨이퍼이다. 마지막으로, 웨이퍼 5는 제2회 이온 주입공정에서 40번째로 공정이 수행된 웨이퍼이다. 상기 각 웨이퍼에서의 알루미늄 오염물의 양은 유도결합 플라즈마 질량분석법(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)에 의해 측정되었다.

표 1을 참조하면, 웨이퍼 1과 웨이퍼 2 및 웨이퍼 3, 웨이퍼 4와 웨이퍼5에서의 알루미늄 오염물의 양이 모두 서로 다르게 측정되었다. 특히, 동일한 웨이퍼 카세트에 대한 이온 주입공정 동안에도 각 웨이퍼로부터 측정된 알루미늄 오염물의 양이 서로 다르게 측정된다는 것은 상기 챔버(10)의 내부공간으로 노출된 모든 노 출면에 대하여 보호막이 형성되지 않았음을 의미한다. 또한, 이러한 알루미늄 오염물의 증가 경향은 반복되는 매 이온 주입공정에서 동일하게 발생하는 것을 알 수 있다. 매 이온 주입공정에서 각 웨이퍼당 발생하는 알루미늄 오염물의 증가경향은 이차이온 질량분석법에 의한 측정으로 더욱 명료하게 확인할 수 있다.

도 2는 이온 주입공정이 완료된 웨이퍼와 그 표면에서의 알루미늄 오염물의 양사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에서, 각 웨이퍼 표면의 알루미늄 오염물의 양은 표면 이차이온 질량분석법(surface-secondary ion mass spectrometry, surf-SIMS)으로 측정하였다. 도 2에서 가로축은 웨이퍼 번호를 나타내며 세로축은 알루미늄 오염물의 양을 나타내는 것으로서 웨이퍼 표면의 단위 입방 센티미터 당 측정된 알루미늄 원자의 개수를 나타낸다. 본 이온 주입장치에 공급되는 웨이퍼 카세트는 25매의 웨이퍼를 포함하고 있으므로 매 25매의 웨이퍼에 대한 이온 주입공정이 완료된 후 상기 노출면에 보호막을 형성하고 이온 주입공정을 수행하였다. 따라서, 웨이퍼 1, 웨이퍼 12 및 웨이퍼 25는 제1회 이온 주입공정이 완료된 웨이퍼를 의미하며, 웨이퍼26, 웨이퍼 37 및 웨이퍼 49는 제2회 이온 주입공정이 완료된 웨이퍼를 의미한다.

도 2에 의하면, 동일한 이온 주입공정에서 각 웨이퍼에서의 알루미늄 오염물의 양은 공정이 진행될수록 선형적으로 증가하고 있으며, 제1회 이온 주입공정에서 각 웨이퍼 당 알루미늄 오염물이 증가하는 비율과 제2회 이온 주입공정에서 각 웨이퍼 당 알루미늄 오염물이 증가하는 비율은 거의 유사함을 알 수 있다. 즉, 각 웨이퍼에서의 알루미늄 오염물이 증가하는 비율은 매 이온 주입공정에서 유사한 비율 로 반복되고 있음을 알 수 있다.

표 1 및 도 2의 측정결과는 불화계열의 소스가스를 사용하여 이온 주입공정을 수행하는 경우 생산성 감수를 희생하면서까지 채택한 보호막 형성공정은 상기 노출면의 식각으로 인한 오염을 방지하는 데는 효과가 없음을 알려주고 있다.

따라서, 불화계열 가스를 소스가스로 이용하는 이온 주입공정에서 상기 노출면의 식각에 의한 공정오염을 방지할 수 있는 장치는 여전히 해결되어야 할 과제로 남아 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 추가공정 없이 식각성 소스가스에 의해 공정챔버내부 공간의 경계면이 식각되지 않는 이온 주입 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입장치는 밀폐된 내부공간을 가지며 상기 내부공간에서 이온 주입공정이 진행되는 공정챔버, 상기 공정챔버의 내부에 위치하여 이온주입 대상 기판을 지지하고 고주파 펄스원과 전기적으로 연결된 지지평판(supporting platen), 상기 지지평판과 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 상기 지지평판과의 사이 공간에 상기 이온주입 공정을 위한 플라즈마가 형성되며, 상기 플라즈마를 형성하기 위한 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제1 식각 방지부재를 갖는 도전체 및 상기 공정챔버의 내부로 고주파 전력(RF power)을 공급하는 전원 접속부를 포함한다.

일실시예로서, 상기 도전체는 알루미늄으로 구성되며 상기 공정챔버를 통하 여 전기적으로 접지되어 상기 이온주입 공정 진행 중에 발생하는 이차이온을 흡수하여 배출하며, 상기 제1 식각 방지부재는 상기 도전체의 표면에 접착된 실리콘 평판을 포함한다. 이때, 상기 실리콘 평판은 실리콘 계열의 물질과 알루미늄 입자와 같은 도전성 입자를 포함한다. 상기 제1 식각 방지부재는 상기 도전체의 표면에 형성된 실리콘 막으로 형성될 수 있으며, 상기 도전체의 표면에 코팅된 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)막 또는 그라파이트(graphite)막으로 형성될 수도 있다.

일실시예로서, 상기 전원 접속부는 알루미늄 산화물로 구성되며 상기 공정가스에 의한 상기 전원 접속부의 식각을 방지하기 위한 제2 식각 방지부재를 포함한다. 상기 제2 식각 방지부재는 상기 전원 접속부로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하는 라이너를 포함하며, 상기 라이너는 실리콘(Si), 쿼츠(Quartz) 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN) 중의 어느 하나로 이루어진다. 특히, 상기 쿼츠 라이너는 상기 전원 접속부와 동일한 유전상수를 갖는다. 상기 제2 식각 방지부재는 상기 전원 접속부의 표면에 코팅된 박막을 포함하며, 상기 박막은 이트륨 산화물(Y2O3), 무공성 알루미늄 산화물(pour-free Al2O3) 또는 실리콘(Si)으로 구성된다.

일실시예로서, 상기 공정챔버는 알루미늄으로 구성되며 상기 공정가스에 의한 상기 공정챔버의 식각을 방지하기 위한 제3 식각 방지부재를 더 포함한다. 상기 제3 식각 방지부재는 상기 공정챔버로부터 소정의 거리만큼 이격된 라이너와 상기 라이너의 표면에 코팅된 박막을 포함한다. 상기 라이너는 알루미늄으로 구성되며 상기 박막은 실리콘, 산화 이트륨(Y2O3) 또는 전해 산화물(anodized oxide) 중의 어느 하나로 구성된다. 상기 제3 식각 방지부재는 폴리이미드로 구성된 라이너로 구성될 수 있다.

일실시예로서, 상기 지지평판은 상기 지지평판을 상기 내부공간으로부터 격리시키고 상기 공정챔버에 고정하기 위한 평판 부싱(bushing)을 더 포함하며, 상기 평판 부싱은 알루미늄 산화물로 구성되며 상기 공정가스에 의한 상기 평판부싱의 식각을 방지하기 위한 제4 식각 방지부재를 더 포함한다. 상기 제4 식각 방지부재는 상기 평판부싱으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 쿼츠(quartz)로 구성된 라이너 또는 상기 평판부싱의 표면에 코팅된 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)막으로 형성될 수 있다.

일실시예로서, 상기 고주파 펄스원은 1Kv 내지 10Kv의 고전압을 100Hz 내지 2KHz의 펄스 반복율로 1마이크로 초 내지 50 마이크로 초 동안 상기 지지평판으로 공급하며, 상기 RF 파워는 2MHz의 주파수를 갖는 3.3KW의 전력을 갖는다. 상기 공정가스는 3불화붕소(BF3)와 같은 불화계 가스를 포함한다.

본 발명에 의하면, 공정챔버 내부공간을 한정하는 경계면에 식각 방지부재를 형성함으로써 알루미늄 오염물의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공정시간 단축의 효과도 아울러 달성할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 리세스, 패드, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상에", "상부" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 이온 주입장치(900)는 밀폐된 내부공간(S)을 가지며 상기 내부공간(S)에서 이온 주입공정이 수행되는 공정챔버(100), 상기 공정챔버(100)의 내부에 위치하여 이온주입 대상 기판(W)을 지지하고 고주파 펄스원과 전기적으로 연결된 지지평판(supporting platen, 200), 상기 지지평판(200)과 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 상기 지지평판(200)과의 사이 공간에 상기 이온주입 공정을 위한 플라즈마가 형성되는 도전체(300) 및 상기 공정챔버(100)의 내부로 고주파 전력(RF power)을 공급하는 전원 접속부(400)를 포함한다.

상기 공정챔버(100)는 가공대상 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩 하기 위한 포트(120) 및 상기 공정챔버(100)의 외형을 형성하는 벽체(140) 및 상기 이온주입 공 정을 위한 공정가스로부터 상기 벽체(140)가 식각되는 것을 방지하기 위한 제1 식각방지부재(142)를 구비한다. 상기 가공대상 웨이퍼(W)는 일실시예로서 반도체 웨이퍼를 포함한다.

일실시예로서, 상기 공정챔버의 내부공간(S)은 이온 주입공정을 위한 플라즈마가 형성되는 공간으로서 소정의 제어 시스템에 의해 거의 진공에 가깝게 유지된다. 일실시예로서, 상기 내부공간(S)은 약 1밀리토르 내지 약 500밀리토르의 압력으로 유지된다. 상기 내부공간(S)을 진공으로 형성한 후 이온 주입공정에 필요한 공정가스를 도입한 후 상기 공정챔버(100)에 고주파 전력(RF power)을 인가하여 상기 내부공간(S)에 방전 플라즈마를 형성한다. 일실시예로서, 상기 공정가스는 PH3, AsH3 및 B2H6 등과 같은 수소계열의 가스뿐만 아니라 불화붕소(BF3)와 같은 불화계열의 가스도 포함한다.

일실시예로서, 상기 포트(120)는 상기 벽체(140)의 일부분에 형성되어 상기 내부공간(S)과 외부 주변부를 연결하는 통로역할을 한다. 상기 내부공간(S)은 거의 진공에 가깝게 유지되고 상기 공정챔버의 외부 주변부는 대기압 상태를 유지하고 있으므로 상기 포트(120)는 감압 시스템(미도시)을 구비하여 상기 내부공간(S)의 진공도를 저하시키지 않도록 구성된다.

일실시예로서, 상기 벽체(140)는 전기적으로 접지되도록 벌크 알루미늄(Al)으로 구성되며 상기 공정 챔버(100)의 형상을 유지하고 상기 내부 공간(S)을 밀폐시킨다. 상기 내부공간(S)과 접하는 상기 벽체(140)의 내측면에는 상기 불화계열의 공정가스에 의해 식각되는 것을 방지하기 위한 제1 식각 방지부재(142)가 위치한 다.

일실시예로서, 상기 제1 식각 방지부재(142)는 상기 벽체(140)로부터 소정의 거리만큼 이격된 라이너(142a)와 상기 라이너의 표면에 코팅된 박막(142b)을 포함한다. 상기 라이너(142a)는 알루미늄(Al)으로 구성되며, 상기 박막(142a)은 실리콘(Si), 산화 이트륨(Y2O3), 전해 산화물(anodized oxide)등과 같은 내식각성이 우수한 물질로 구성된다. 상기 전해 산화물이나 산화 이트륨은 이온 주입공정 수행 후의 세정가스로 이용되는 불화질소(NF3)에 대한 내식각성이 뛰어나고 파티클 제어에 우수하지만, 알루미늄과 비교하여 접지특성이 떨어지므로 본원발명의 경우 상기 박막(142b)은 실리콘(Si)으로 형성된다. 다른 실시예로서, 상기 제1 식각 방지부재(142)는 폴리이미드로 구성되는 켑튼 테이프(Kapton tape, 공업용 플라스틱을 제품을 지칭하는 듀퐁사의 상표명)로 형성된 라이너를 포함한다. 상기 켑튼 테이프는 설치 및 제거가 용이하고 형상 변형의 가능성이 많아 다양한 형상의 벽체에 쉽게 적용할 수 있다.

상기 기판(W)을 지지하기 위한 상기 지지평판(supporting platen, 200)은 표면에 상기 기판(W)을 지지하기 위한 플래튼(platen, 220), 상기 플래튼(220)의 주변부를 둘러싸면서 상기 플래튼(220)을 상기 내부공간(S)의 공정가스로부터 격리시키고 상기 공정챔버(100)에 고정하기 위한 플래튼 부싱(platen bushing, 240), 상기 플래튼(220) 및 상기 플래튼 부싱(240)의 상부에 위치하는 쉴드 링(shield ring, 260) 및 상기 기판(W)의 주변에서 상기 기판(W)을 상기 플래튼(220)의 표면으로 고정하기 위한 클램퍼(미도시)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 플래튼(220)은 상기 벽체(140)의 바닥부에 위치하며 상부 표면은 상기 기판(W)을 지지할 수 있도록 편평하게 형성된다. 상기 플래튼(220)의 하부 표면은 제1 전원(280)과 연결되어 이온 주입 공정 수행 중에 상기 제1 전원(280)으로부터 전력을 공급 받는다. 특히, 상기 제1 전원(280)은 상기 웨이퍼(W)가 고정된 플래튼(220)으로 고전압의 펄스를 공급하여 상기 웨이퍼(W)와 플래튼(220)이 이온 주입 공정 수행 중 캐소드로 기능하도록 한다.

일실시예로서, 상기 제1 전원(280)은 약 1Kv 내지 약 10Kv의 고전압을 약 100Hz 내지 약 2KHz의 펄스 반복율로 약 1마이크로 초 내지 약 50 마이크로 초 동안 상기 플래튼(220)으로 인가한다. 이 펄스 매개변수 값들은 단지 예로써 주어진 것이며, 본 발명의 범주 내에서 다른 값들이 사용될 수 있음은 자명하다.

상기 플래튼(220)을 둘러싸는 상기 플래튼 부싱(240)은 상기 플래튼(220)의 상부 표면과 동일한 평면을 형성하도록 위치한다. 일실시예로서, 상기 플래튼 부싱(240)은 절연성을 향상하고 불화질소(Nitrogen fluoride, NF3)를 이용한 불순물 세정에 견딜 수 있도록 알루미늄 산화물(Al2O3)로 구성되어, 상기 이온 주입공정 수행 중에도 상기 공정챔버(100) 내부의 공정가스나 세정가스로부터 상기 플래튼(220)을 보호 할 수 있다. 상기 플래튼 부싱(240)은 상기 공정챔버 내부의 공정가스로부터 식각되는 것을 방지하기 위해 제2 식각 방지부재(242)를 구비한다.

일실시예로서, 상기 제2 식각 방지부재(242)는 상기 플래튼 부싱(240)으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하는 라이너를 포함한다. 상기 라이너는 쿼츠(quartz) 또는 테플론(Teflon)으로 구성될 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 제2 식각 방지부재(242)는 상기 플래튼 부싱(240)의 표면에 코팅된 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)막을 포함한다. 상기 쿼츠 라이너는 두께에 따라 세정요 가스인 불화질소(NF3)에 대한 내식각성이 차이점을 보이므로 소요 불화질소 가스의 용량에 따라 적절한 두께를 갖도록 형성한다. 상기 DCL막은 경도가 우수한 장점이 있으며 탄소의 특성에 따른 전기적 물성을 고려할 필요가 있다. 본 발명의 경우, 제2 식각 방지부재(242)는 쿼츠 라이너로 형성된다. 따라서, 상기 이온 주입공정 수행 중에 상기 공정가스에 의해 상기 플래튼 부싱(240)이 식각되는 것을 방지할 수 있다.

상기 쉴드 링(260)은 상기 플래튼(220) 및 상기 플래튼 부싱(240)의 상부에 위치하여 상기 웨이퍼(W)의 공정 유효면적을 확장한다. 상기 쉴드 링(260)의 내측면은 상기 웨이퍼(W)의 외측면에 대응하는 형상을 가지며 상기 웨이퍼(W)와 동일한 물질로 형성된다. 따라서, 상기 웨이퍼(W)가 상기 플래튼(220)의 상부에 고정되면 상기 웨이퍼(W)와 상기 쉴드 링(260)은 연속적으로 연결되어 하나의 가공 형상을 완성한다. 상기 이온 주입장치(900)는 상기 웨이퍼(W)와 비교하여 표면적이 확장된 상기 가공형상을 갖는 기판에 대하여 이온 주입공정을 수행하므로 주입되는 이온들의 표면 균일도를 향상시킬 수 있다. 상기 기판(W)은 상기 클램퍼에 의해 상기 플래튼(220)의 표면으로 고정된다. 상기 클램퍼는 기계적 구성물일수도 있고 정전척 등과 같은 전기적 구성물일 수도 있다.

상기 도전체(300)는 상기 공정챔버(100)의 내부에서 상기 지지평판(200)과 소정의 거리만큼 이격되어 위치한다. 일실시예로서, 상기 지지평판(200)은 상기 공 정챔버(100)의 하부에 위치하고 상기 도전체(300)는 상기 공정챔버(100)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 도전체(300)는 내부에는 다수의 냉각 튜브를 구비하여 공정 진행 중 과도한 가열을 방지하고 있다.

일실시예로서, 상기 도전체(300)는 도전성을 향상하기 위해 알루미늄으로 구성되며, 상기 공정챔버(100)를 통하여 전기적으로 접지되어 상기 이온 주입공정 진행 중에 발생하는 이차이온을 흡수하여 배출하는 배펄(baffle)형상을 갖는다.

상기 도전체(300)는 상기 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제3 식각 방지부재(310)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 제3 식각 방지부재(310)는 상기 도전체(300)의 표면에 접착된 실리콘 평판을 포함한다. 상기 실리콘 평판은 실리콘 계열의 물질과 도전성 입자를 포함하며, 상기 도전성 입자는 알루미늄 입자를 포함한다. 상기 실리콘 평판은 전기적 특성을 개별적인 이온 주입공정의 특성을 반영하여 조절할 수 있다는 장점이 있다.

다른 실시예로서, 상기 제3 식각 방지부재(310)는 상기 도전체(300)의 표면에 형성된 실리콘 막을 포함한다. 상기 실리콘 막은 제작이 용이하다는 장점이 있지만, 알루미늄과 동일한 수준의 저항을 얻기 어렵다고 세정가스인 불화질소(NF3)가스에 대한 내식각성이 우수하지 않다는 단점이 있다.

또 다른 실시예로서, 상기 제3 식각 방지부재(310)는 상기 도전체(300)의 표면에 코팅된 유사 다이아몬드 탄소(diamond-like carbon, DLC)막 또는 그라파이트(graphite)막을 포함한다. 상기 DLC 막 또는 상기 그라파이트 막은 제작에 어려 움은 있지만 도전특성이 우수하고 경도가 우수한 단점이 있다. 따라서, 생산 효율성 보다는 정교한 공정이 요구되는 경우에 상기 제3 식각방지부재(310)로 사용할 수 있다.

상기 도전체(300)는 이온 주입공정 시 상기 플래튼(220)과 상호작용하여 상기 도전체(300)와 상기 플래튼(220) 사이의 내부공간에 플라즈마를 형성한다. 즉, 상기 도전체(300)는 플라즈마 형성을 위한 아노드 전극의 역할을 하고 상기 플래튼(220)은 캐소드의 역할을 하여 아노드와 캐소드 사이에 인가된 고전압의 전력에 의해 상기 내부공간으로 제공된 공정가스는 플라즈마 상태로 형성된다.

상기 공정챔버(100)의 내부로 고주파 전력(RF power)을 공급하기 위한 상기 전원 접속부(400)는 상기 공정챔버(100)의 벽체(140)와 일체로 형성되며, 상기 고주파 전력을 생성하는 제2 전원(700)과 전기적으로 연결되어 있다.

일실시예로서, 상기 전원 접속부(400)는 절연특성과 세정가스인 불화질소(NF3)에 대한 내식각성이 우수한 알루미늄 산화물(Al2O3)로 구성되며, 외측면은 상기 제2 전원으로부터 RF 전력을 공급받는 전력코일(760)과 접촉하고, 내측면에는 상기 공정가스에 의한 상기 전원 접속부(400)의 식각을 방지하기 위한 제4 식각방지 부재(410)를 구비한다.

상기 제2 전원(700)은 RF 전원을 생성하기 위한 RF 생성기(720), 상기 RF 생성기(720)와 연결된 임피던스 정합기(740) 및 상기 임피던스 정합기(740)를 경유한 RF 전원을 상기 공정챔버(100)의 내부공간(S)으로 인가하기 위한 유도코일(760)을 포함한다. 일실시예로서, 상기 RF 생성기(720)는 2MHz의 주파수를 갖는 약 3.3KW의 전력을 생성한다.

일실시예로서, 상기 제4 식각 방지부재(410)는 상기 전원 접속부(400)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하는 라이너(liner)를 포함한다. 상기 라이너는 실리콘, 쿼츠 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN) 중의 어느 하나로 구성되며, 특히 상기 쿼츠 라이너는 상기 전원 접속부(400)와 동일한 유전상수를 갖도록 형성된다. 상기 쿼츠 라이너는 제작이 용이하고 상기 공정챔버에 적용하기에 가장 용이하다는 장점이 있으며, 상기 알루미늄 나이트라이드 라이너는 식각율이 알루미늄 산화물의 약 절반에 불과하여 내식각성이 매우 우수하다는 장점이 있으며, 상기 실리콘 라이너는 상기 내부공간(S)에 형성되는 플라즈마의 특성에 따라 적용여부가 결정되는 한계가 있다.

다른 실시예로서, 상기 제4 식각 방지부재(410)는 상기 전원 접속부(400)의 표면에 코팅된 박막을 포함한다. 상기 박막은 이트륨 산화물(Y2O3), 무공성 알루미늄산화물(pour-free Al2O3) 또는 실리콘(Si)으로 구성된다. 상기 이트륨 산화막(Y2O3)은 폴리머 및 불화질소를 이용한 인시츄(in-situ) 세정공정에서 내식각성이 우수하지만, 상기 실리콘 막은 상기 불화질소에 대한 내식각성이 상대적으로 떨어진다.

상기 공정챔버(100)의 상부 일부는 개구되어 가스공급 유닛(500)과 연결된다. 상기 가스공급 유닛(500)은 공정가스를 포함하고 있는 가스소스(520)와 상기 가스 소스(520)와 연결되어 상기 공정챔버(100) 내부로 공급되는 소스가스의 유량을 조절하는 질량 유동 제어기(540)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 가스 공급유닛(500)은 상기 공정챔버(100)의 상부에 위치하여 상기 도전체(300)의 상부면으로 공정가스를 공급한다. 따라서, 상기 공정가스는 상기 도전체(300)의 상부면을 따라 퍼져서 상기 공정챔버의 상부 측벽(140)을 따라 상기 내부공간(S)으로 균일하게 충전된다.

상기 공정챔버(100)의 바닥부 일부에는 상기 공정챔버(100)의 내부에 진공을 형성하기 위한 배출유닛(600)이 위치한다. 일실시예로서, 상기 배출유닛(600)은 제어밸브(미도시) 및 상기 제어밸브와 연동된 진공펌프(미도시)를 구비한다. 이온 주입공정이 완료되면 상기 플라즈마를 포함한 공정가스가 상기 배출유닛(600)으로 배기되고 새로운 이온 주입공정이 수행되기 전에 상기 내부공간은 상술한 바와 같은 내부압력을 구비하는 진공상태로 형성된다.

상술한 바와 같은 이온 주입장치(900)의 구동은 아래와 같은 방식으로 이루어진다.

상기 공정챔버(100)의 포트(120)를 통하여 상기 플래튼(220)의 상부에 반도체 웨이퍼(W)를 로딩하고 주입 대상 이온을 생성할 수 있는 소스가스를 상기 가스공급 유닛(500)을 통하여 상기 공정챔버(100)의 내부공간(S)으로 도입한다. 상기 제1 및 제2 전원(280, 700)으로부터 상기 도전체(300)와 상기 플래튼(220)으로 각각 고전압 펄스 및 RF 전력이 인가되면 상기 웨이퍼(W) 부근에 플라즈마 시스(plasma sheath)를 갖는 방전 플라즈마가 상기 도전체(300)와 상기 플래튼(220) 사이에 형성된다. 이때, 상기 제2 전원(700)으로부터 연속 RF 전원이 공급되어 상기 플래튼(220)과 상기 도전체(300) 사이에 연속 플라즈마를 생성하며, 상기 제2 전원(280)으로부터 상기 플래튼(220)의 하부로 고전압 펄스가 인가되어 상기 플라즈마 내의 양이온이 상기 웨이퍼(W) 방향으로 가속된다. 따라서, 상기 웨이퍼(W)에 주입되는 이온의 깊이는 상기 플라즈마를 형성하기 위한 방전 전압의 크기에 비례하여 결정되며 이에 따라 상기 웨이퍼(W)의 표면에 얕은 접합영역을 효율적으로 형성할 수 있다.

상술한 바와 같은 이온 주입공정 중에 수소계열의 공정가스뿐만 아니라 불화계열의 공정가스가 공급된다 할지라도 상기 내부공간(S)에 노출된 상기 공정챔버(110), 상기 플래튼 부싱(240), 상기 도전체(300) 및 상기 전원 접속부(400)의 식각을 최소할 할 수 있으며 이에 따라 알루미늄 오염물의 발생을 최소화 할 수 있다.

이온주입 장치에 관한 성능시험

본원발명에서 제시한 이온 주입장치의 개선안을 반영하여 이온 주입공정을 수행 한 후 각 웨이퍼에서 알루미늄 오염물의 양을 측정하였다. 제1 이온 주입장치는 종래 이온 주입장치의 전원 접속부에 2매의 쿼츠 라이너로 식각 방지부재를 형성한 것이며, 제2 이온 주입장치는 종래 이온 주입장치의 전원 접속부, 도전체 및 플래튼 부싱에 각각 쿼츠 라이너, 실리콘 평판 및 테프론으로 식각 방지부재를 형성한 것이다. 제3 이온 주입장치는 종래 이온 주입장치의 전원 접속부, 도전체, 벽체 및 플래튼 부싱에 각각 쿼츠 라이너, 실리콘 평판, 켑튼 테이프 및 테프론으로 식각 방지부재를 형성한 것이다. 상기와 같은 샘플 이온 주입장치를 이용하여 이온 주입장치의 내부공간으로 노출된 벽면에 대한 보호막 형성공정 없이 각 웨이퍼 카세트 별로 이온 주입공정을 실시하였다.

표 2는 제1 이온 주입장치를 이용하여 이온 주입공정을 수행한 웨이퍼를 수거하여 알루미늄 오염물의 양을 측정한 것이다.

표 2

웨이퍼 번호	알루미늄 오염물(E10atoms/cm2)
1	50.21
2	16.48
3	92.39

표 2의 각 웨이퍼는 불화붕소(BF3)를 소스가스로 이용하여 약 7Kv의 전력을 공급하여 이온 주입공정을 수행하였다. 웨이퍼 1은 5E16의 도즈량으로 약 87초간 진행된 이온 주입 공정의 50번째 웨이퍼를 지칭하며, 웨이퍼 2는 2E15의 도즈량으로 약 3초간 진행된 이온 주입 공정의 25번째 웨이퍼를 지칭한다. 또한, 웨이퍼 3은 2E15의 도즈량으로 약 3초간 진행된 이온 주입 공정의 첫번째 웨이퍼를 지칭한다. 상기 각 웨이퍼에서의 알루미늄 오염물의 양은 유도결합 플라즈마 질량분석법(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)에 의해 측정되었다.

표 2를 참조하면, 전원 접속부의 식각 방지부재만으로도 알루미늄 오염물의 양이 종래와 종래의 이온 주입장치에서 수행된 웨이퍼의 알루미늄 오염물의 양을 측정한 표 1의 결과와 비교하여 현저하게 감소하였음을 알 수 있다. 특히, 웨이퍼 1은 비교적 장시간 동안 이온 주입공정을 수행하였음에도 불구하고 발생된 알루미늄 오염물의 양이 종래와 비교하여 현저하게 감소하였으므로 식각 방지부재에 의한 오염물 감소효과가 우수함을 알 수 있다.

표 3은 제2 이온 주입장치를 이용하여 이온 주입공정을 수행한 웨이퍼를 수거하여 알루미늄 오염물의 양을 측정한 것이다.

표 3

웨이퍼 번호	알루미늄 오염물(E10atoms/cm2)
1	21.39
2	2.09
3	28.70

표 3의 각 웨이퍼에 대한 측정 조건은 표2의 경우와 동일하다. 즉, 표 3의 각 웨이퍼는 불화붕소(BF3)를 소스가스로 이용하여 약 7Kv의 전력을 공급하여 이온 주입공정을 수행하였다. 웨이퍼 1은 5E16의 도즈량으로 약 87초간 진행된 이온 주입 공정의 50번째 웨이퍼를 지칭하며, 웨이퍼 2는 2E15의 도즈량으로 약 3초간 진행된 이온 주입 공정의 25번째 웨이퍼를 지칭한다. 또한, 웨이퍼 3은 2E15의 도즈량으로 약 3초간 진행된 이온 주입 공정의 첫번째 웨이퍼를 지칭한다. 상기 각 웨이퍼에서의 알루미늄 오염물의 양은 유도결합 플라즈마 질량분석법(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)에 의해 측정되었다.

표 3을 참조하면, 전원 접속부, 애노드 역할을 하는 도전체 및 플래튼 부싱에 각각 식각 방지부재를 형성함으로써 전원 접속부에만 식각 방지부재를 형성한 경우보다 알루미늄 오염물의 양이 상당히 감소하였음을 알 수 있다. 비교적 장시간 이온 주입공정을 수행한 웨이퍼 1의 경우에도 50% 이상 오염물의 양이 감소하였음을 알 수 있다. 이러한 결과는 종래의 알루미늄 오염물의 양과 비교하면 더욱 현저한 개선효과임을 알 수 있다.

또한, 동일한 공정조건으로 10장의 웨이퍼에 대한 이온 주입공정을 진행한 후에 측정한 알루미늄 오염물의 양은 10.40atoms/cm2인 반면, 100장의 웨이퍼에 대한 이온 주입공정을 진행한 후에 측정한 알루미늄 오염물의 양은 7.12atoms/cm2로 나타났다. 즉, 웨이퍼 스테이지를 변경 한 후에 이온 주입공정을 수행하여도 측정되는 오염물의 양은 일정한 수준을 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 공정챔버의 내측면에 관한 일부 불완전한 식각방지에 기인하는 알루미늄 오염물의 주기적인 증가는 발생하지 않음을 알 수 있다.

표 4는 제3 이온 주입장치를 이용하여 이온 주입공정을 수행한 웨이퍼를 수거하여 알루미늄 오염물의 양을 측정한 것이다.

표 4

웨이퍼 번호	알루미늄 오염물(E10atoms/cm2)
1	4.87
2	0.81
3	4.93

표 4의 각 웨이퍼에 대한 측정 조건은 표2의 경우와 동일하다. 즉, 표 4의 각 웨이퍼는 불화붕소(BF3)를 소스가스로 이용하여 약 7Kv의 전력을 공급하여 이온 주입공정을 수행하였다. 웨이퍼 1은 5E16의 도즈량으로 약 87초간 진행된 이온 주입 공정의 50번째 웨이퍼를 지칭하며, 웨이퍼 2는 2E15의 도즈량으로 약 3초간 진행된 이온 주입 공정의 25번째 웨이퍼를 지칭한다. 또한, 웨이퍼 3은 2E15의 도즈량으로 약 3초간 진행된 이온 주입 공정의 첫번째 웨이퍼를 지칭한다. 상기 각 웨이퍼에서의 알루미늄 오염물의 양은 유도결합 플라즈마 질량분석법(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)에 의해 측정되었다.

표 4를 참조하면, 공정챔버의 벽체부까지 식각 방지부재를 형성한 경우에는 알루미늄 오염물의 양이 종래와 종래의 이온 주입장치에서 수행된 웨이퍼의 알루미늄 오염물의 양을 측정한 표 1의 결과와 비교하여 현저하게 감소하였음을 알 수 있다. 특히, 웨이퍼 1은 비교적 장시간 동안 이온 주입공정을 수행하였음에도 불구하고 발생된 알루미늄 오염물의 양이 종래와 비교하여 현저하게 감소하였으므로 식각 방지부재에 의한 오염물 감소효과가 우수함을 알 수 있다. 또한, 웨이퍼 1 및 웨이퍼 3을 비교하면 오염물의 양이 비슷한 수준으로 측정되어 처음으로 공정이 진행된 웨이퍼와 50번째로 공정이 진행된 웨이퍼 사이에 큰 편차를 갖지 않음도 부가적으로 더욱 확인할 수 있다.

상술한 바와 같은 실험결과에 의하면, 공정챔버의 내부면에 대한 보호막을 형성하지 않고 이온 주입공정을 수행하였음에도 불구하고 BF3가스를 이용한 이온 주입공정에서 발생하는 알루미늄 오염물의 양은 현저하게 감소함을 알 수 있다. 즉, 공정 챔버의 내부공간을 한정하는 경계면에 식각 방지부재를 형성함으로써 상기 경계면의 식각에 의한 오염물의 발생을 현저하게 줄일 수 있다. 특히, 상기 식각 방지부재의 종류는 수행하고자 하는 이온 주입공정의 종류와 작업환경에 따라 다양하게 형성할 수 있으므로 다양한 종류의 이온 주입공정에 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 이온 주입장치를 이용한 경우의 알루미늄 오염물의 발생정도를 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시된 그래프에서 A 영역은 종래의 이온 주입장치에서 보호막을 형성하여 이온 주입공정을 수행하는 경우를 나타내며, B 영역은 종래의 전원 접속부에 쿼츠 라이너를 형성하여 식각 방지부재를 형 성한 이온 주입장치를 나타낸다. C 영역은 전원 접속부에 쿼츠 라이너를 형성하고 도전체에 실리콘 평판을 부착하며 플래튼 부싱에 테프론 라이너를 형성하여 식각 방지부재를 형성한 이온 주입장치를 나타내며, D 영역은 전원 접속부에 Y2O3막을 코팅하고 도전체에 실리콘 평판을 부착하며 플래튼 부싱에 테프론 라이너를 형성하여 식각 방지부재를 형성한 이온 주입장치를 나타낸다. E 영역은 D 영역의 이온 주입장치의 벽체를 캡턴 테이프를 이용하여 라이너를 형성한 것을 나타낸다.

도 4를 참조하면, A 영역으로부터 E 영역으로 진행하면서 알루미늄 오염물의 양이 지속적으로 감소함을 알 수 있다. 따라서, 보호막을 형성하지 않더라도 공정챔버의 내부공간을 한정하는 경계면에 식각 방지부재를 형성하여 충분히 알루미늄 오염물의 양을 줄일 수 있음을 알 수 있다. 더군다나, A 영역과 비교하여 나머지 B, C, D 및 E 영역에서 공정종료시간이 더욱 짧아졌음을 알 수 있다. 이는 보호막 형성공정을 진행하지 않음으로 인한 공정시간 단축을 나타내고 있다.

즉, 공정챔버 내부공간을 한정하는 경계면에 식각 방지부재를 형성함으로써 알루미늄 오염물의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공정시간 단축의 효과도 아울러 달성할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정챔버의 내부공간을 한정하는 경계면에 공정가스에 의한 경계면 식각을 방지할 수 있는 식각 방지부재를 형성함으로써 식각성 있는 공정가스를 이용하여 이온 주입공정을 수행하는 경우 경계면의 식각에 발생할 수 있는 오염물의 양을 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 상기 경계면의 식각을 방지하기 위한 보호막 형성공정을 생략할 수 있으므로 상기 보호막 형성을 위한 공정시간을 줄임으로써 전체적인 이온 주입공정 시간을 단축할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

밀폐된 내부공간을 가지며 상기 내부공간에서 이온 주입공정이 진행되는 공정챔버;

상기 공정챔버의 내부에 위치하여 이온주입 대상 기판을 지지하고 고주파 펄스원과 전기적으로 연결된 지지평판(supporting platen);

상기 지지평판과 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 상기 지지평판과의 사이 공간에 상기 이온주입 공정을 위한 플라즈마가 형성되며, 상기 플라즈마를 형성하기 위한 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제1 식각 방지부재를 갖는 도전체; 및

상기 공정챔버의 내부로 고주파 전력(RF power)을 공급하는 전원 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
제1항에 있어서, 상기 도전체는 알루미늄으로 구성되며 상기 공정챔버를 통하여 전기적으로 접지되어 상기 이온주입 공정 진행 중에 발생하는 이차이온을 흡수하여 배출하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 식각 방지부재는 상기 도전체의 표면에 접착된 실리콘 평판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제3항에 있어서, 상기 실리콘 평판은 실리콘 계열의 물질과 도전성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제4항에 있어서, 상기 도전성 입자는 알루미늄 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 식각 방지부재는 상기 도전체의 표면에 형성된 실리콘 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 식각 방지부재는 상기 도전체의 표면에 코팅된 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)막 또는 그라파이트(graphite)막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 접속부는 알루미늄 산화물로 구성되며, 상기 공정가스에 의한 상기 전원 접속부의 식각을 방지하기 위한 제2 식각 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제8항에 있어서, 상기 제2 식각 방지부재는 상기 전원 접속부로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하는 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제9항에 있어서, 상기 라이너는 실리콘(Si), 쿼츠(Quartz) 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN) 중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제10항에 있어서, 상기 쿼츠 라이너는 상기 전원 접속부와 동일한 유전상수를 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제8항에 있어서, 상기 제2 식각 방지부재는 상기 전원 접속부의 표면에 코팅된 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제12항에 있어서, 상기 박막은 이트륨 산화물(Y2O3), 무공성 알루미늄 산화물(pour-free Al2O3) 또는 실리콘(Si)으로 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제1항에 있어서, 상기 공정챔버는 알루미늄으로 구성되며 상기 공정가스에 의한 상기 공정챔버의 식각을 방지하기 위한 제3 식각 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제14항에 있어서, 상기 제3 식각 방지부재는 상기 공정챔버로부터 소정의 거리만큼 이격된 라이너와 상기 라이너의 표면에 코팅된 박막을 포함하는 것을 특징 으로 하는 이온 주입장치.
제15항에 있어서, 상기 라이너는 알루미늄으로 구성되며 상기 박막은 실리콘, 산화 이트륨(Y2O3) 또는 전해 산화물(anodized oxide) 중의 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제14항에 있어서, 상기 제3 식각 방지부재는 폴리이미드로 구성된 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제1항에 있어서, 상기 지지평판은 상기 지지평판을 상기 내부공간으로부터 격리시키고 상기 공정챔버에 고정하기 위한 평판 부싱(bushing)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제18항에 있어서, 상기 평판 부싱은 알루미늄 산화물로 구성되며 상기 공정가스에 의한 상기 평판부싱의 식각을 방지하기 위한 제4 식각 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제19항에 있어서, 상기 제4 식각 방지부재는 상기 평판부싱으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 쿼츠(quartz)로 구성된 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제19항에 있어서, 상기 제4 식각 방지부재는 상기 평판부싱의 표면에 코팅된 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제1항에 있어서, 상기 고주파 펄스원은 1Kv 내지 10Kv의 고전압을 100Hz 내지 2KHz의 펄스 반복율로 1마이크로 초 내지 50 마이크로 초 동안 상기 지지평판으로 공급하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제1항에 있어서, 상기 RF 파워는 2MHz의 주파수를 갖는 3.3KW의 전력을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제1항에 있어서, 상기 공정가스는 불화계 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제24항에 있어서, 상기 불화계 가스는 3불화붕소(BF3)가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
밀폐된 내부공간을 가지며 상기 내부공간에서 이온 주입공정이 진행되고 상기 이온주입공정을 위한 공정가스로부터 식각되는 것을 방지하기 위한 제1 식각방 지부재를 구비하는 공정챔버;

상기 공정챔버의 내부에 위치하여 이온주입 대상 기판을 지지하며 고주파 펄스원과 전기적으로 연결된 지지평판(supporting platen);

상기 지지평판과 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 상기 지지평판과의 사이 공간에 상기 이온주입 공정을 위한 플라즈마가 형성되며, 상기 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제2 식각 방지부재를 구비하는 도전체; 및

상기 공정챔버의 내부로 고주파 전력(RF power)을 공급하며, 상기 공정가스에 의한 식각을 방지하기 위한 제3 식각 방지부재를 구비하는 전원 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
제26항에 있어서, 상기 공정챔버는 알루미늄으로 구성되며, 상기 제1 식각 방지부재는 상기 공정챔버로부터 소정의 거리만큼 이격된 라이너와 상기 라이너의 표면에 코팅된 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제27항에 있어서, 상기 라이너는 알루미늄으로 구성되며 상기 박막은 실리콘, 산화 이트륨(Y2O3) 또는 전해 산화물(anodized oxide) 중의 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제26항에 있어서, 상기 도전체는 알루미늄으로 구성되며, 상기 공정챔버를 통하여 전기적으로 접지되어 상기 이온주입 공정 진행 중에 발생하는 이차이온을 흡수하여 배출하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치.
제29항에 있어서, 상기 제2 식각 방지부재는 상기 도전체의 표면에 접착된 실리콘 평판을 포함하며, 상기 실리콘 평판은 실리콘 계열의 물질과 알루미늄 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제26항에 있어서, 상기 제3 식각 방지부재는 상기 전원 접속부와 동일한 유전상수를 갖고 쿼츠(quartz)로 구성된 라이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제26항에 있어서, 상기 지지평판은 상기 지지평판을 상기 내부공간으로부터 격리시키고 상기 공정챔버에 고정하기 위한 평판 부싱(bushing)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제32항에 있어서, 상기 평판 부싱은 알루미늄 산화물로 구성되며 상기 공정가스에 의한 상기 평판부싱의 식각을 방지하기 위한 제4 식각 방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제33항에 있어서, 상기 제4 식각 방지부재는 상기 평판부싱으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치하고 쿼츠(quartz)로 구성된 라이너를 포함하는 것을 특징 으로 하는 이온 주입장치.
제26항에 있어서, 상기 고주파 펄스원은 1Kv 내지 10Kv의 고전압을 100Hz 내지 2KHz의 펄스 반복율로 1마이크로 초 내지 50 마이크로 초 동안 상기 지지평판으로 공급하며, 상기 RF 파워는 2MHz의 주파수를 갖는 3.3KW의 전력을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제26항에 있어서, 상기 공정가스는 불화계 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
제36항에 있어서, 상기 불화계 가스는 3불화붕소(BF3)가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.