KR100765619B1 - 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법 - Google Patents

반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크형 이온주입장비에서 디스크 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하는 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법은 반도체 제조용 디스크형 이온주입장비의 오염된 디스크의 세정을 위해 상기 오염된 디스크의 표면에 존재하는 오염물질과 흡착하는 할로겐 이온을 공급하는 흡착단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 70 ~ 90 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 1차산란단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 110 ~ 130 KeV의 에너지 및 6 ~ 9 E14/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 2차산란단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 150 ~ 170 KeV의 에너지 및 1 ~ 3 E15/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 3차산란단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법에 의하면 디스크형 이온주입장비에서 콘디셔닝 임플란트 방법을 사용함으로써 디스크 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하여 공정을 안정화시키고 장비의 다운타임을 줄이고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이온주입장비, 파티클, 플레이크, 디스크

Description

반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법{Cleaning method of ion implantation equipment for semiconductor manufacturing}
도 1은 일반적인 디스크형 이온주입장비의 구성을 보여주는 개략도,
도 2는 디스크형 이온주입장비의 디스크의 구조를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법을 보여주는 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 진공부 20 : 이온 공급부
30 : 분류 자석 40 : 가속기
50 : 웨이퍼 가공실
본 발명은 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법에 관한 것 으로, 보다 상세하게는 디스크형 이온주입장비에서 디스크 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하는 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이온주입장비는 진공분위기 상태에서 이온화된 불순물(dopant)을 특정한 에너지로 가속시켜 웨이퍼에 넣어주는 반도체 제조장치로서, MOSFET 제조 공정시 문턱전압(threshold voltage) 조절 공정·웰(well) 형성 공정·소오스 및 드레인 영역 형성·커패시터(capacitor) 전극 형성공정 등 여러 단계의 공정에 사용된다.
종래의 확산에 의한 도핑방법(예를 들어 POCl3 도핑)과는 달리 이온주입 공정은 이온주입의 깊이 및 불순물의 양이 주입되는 원자의 크기, 이온의 속도 및 웨이퍼가 이온 주입 빔에 노출되는 시간 등의 조절에 의하여 더 정확하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 이온 주입 장비는 웨이퍼 1장씩 이온 주입을 진행하는 시리얼형(serial type) 장비와 여러 장의 웨이퍼를 진행하는 디스크형(disk type) 장비가 있다. 상기 디스크형 장비는 웨이퍼의 처리속도(throughput)의 면에서 유리하지만, 다수의 웨이퍼가 장착된 디스크의 표면이 오염에 취약하다는 문제점이 있다.
도 1은 일반적인 디스크형 이온주입장비의 구성을 보여주는 개략도이고, 도 2는 디스크형 이온주입장비의 디스크의 구조를 보여주는 사시도이다.
첨부된 도 1에 도시한 바와 같이, 디스크형 이온주입장비는 진공부(10), 이 온 공급부(20), 분류 자석(30), 가속기(40), 주사기(도시되지 않음) 및 웨이퍼 가공실(50)의 기본 요소로 이루어져 있다.
이온 공급부(20)에서는 고진공 상태의 아아크 실에 있는 필라멘트에 전류를 흘러줌으로써 열전자가 방출되고, 이러한 열전자가 필라멘트와 아아크실 간의 전압에 의해 아아크실 내부에 공급된 불순물 소스인 기체와 충돌하면서 이온화된다. 추출전극에 가해진 음의 전압에 의하여 상기 이온들은 아아크실 밖으로 추출되며, 이차 추출전압에 의하여 더욱 가속되면서 높은 에너지를 갖게 된다.
이렇게 형성된 이온들은 분류 자석(30)에 의하여 필요한 이온들만 선택적으로 가려지며 주사기에 의하여 여러가지 스캔(scan) 방식으로 웨이퍼 가공실(50)에 있는 웨이퍼 쪽으로 보내지면서 이온 주입이 진행된다.
디스크형 이온 주입기에서 웨이퍼는 웨이퍼 가공실(50)의 내부에 존재하는 회전 지지체(또는 디스크, 이하 '디스크'라 한다)의 표면에 장착된다. 첨부된 도 2에 도시한 바와 같이 상기 디스크가 회전함에 따라 웨이퍼는 이온 빔을 통과해 이동한다. 빔 경로를 따라 이동하는 이온은 회전하는 웨이퍼와 충돌하여 웨이퍼로 주입된다.
전술한 이온주입공정 진행 중에 오염물질이 발생되는 데, 이러한 오염물질은 이온 빔 중화장치의 내부표면, 주입장치의 내벽, 및 디스크 표면에 부착한다. 상기 오염물질은 이온소스에서 발생한 바람직하지 못한 이온 종, 상이한 이온 종의 연속주입에 의한 교차 종 오염(cross species contamination), 이온 충돌에 따른 감광막 입자의 분리 등으로부터 다양하게 발생한다.
또한 하이 커런트(high current) 이온주입 장비의 챔버 내부는 대부분 그래파이트(graphite) 재질로 되어 있으며, 상기 그래파이트들은 이온 빔이 지나가면서 형성하는 2차 전자의 발생을 억제하는 작용을 하게 된다.
그러나, 이러한 그래파이트들이 이온 빔과 충돌하거나 또는 빔 라인의 외벽에 증착된 플레이크(flake)들이 빔 라인에 모여 있다가 이온 빔이 지나면서 함께 웨이퍼 위로 떨어져 문제가 발생되고 있다. 특히 디스크형 이온 주입기에서는 오염된 디스크가 회전함에 따라 웨이퍼를 더욱 오염시킬 가능성이 있기 때문에 파티클과 같은 오염원의 관리는 중요하다.
오염된 디스크를 세정하는 종래의 방법으로서 주기적인 장비유지관리(preventive maintenance)시 상기 오염된 디스크를 세정하는 방법과 단순히 질소 가스를 불어줌(N2 blow)으로써 세정하는 방법이 있다.
전자의 방법은 오염된 디스크를 이온주입장치로부터 분리하여 솔벤트 및 연마제를 사용함으로써 세정 효과는 크지만 세정시 장시간이 소요되는 문제점이 있고, 후자는 오염된 디스크를 이온주입장치로부터 분리하지 않기 때문에 세정시간은 짧지만 세정효과는 크지 않다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 디스크형 이온주입장비에서 콘디셔닝 임플란트(conditioning implant) 방법을 제시함으로 써 디스크 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하고 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법은 반도체 제조용 디스크형 이온주입장비의 오염된 디스크의 세정을 위해 상기 오염된 디스크의 표면에 존재하는 오염물질과 흡착하는 할로겐 이온을 공급하는 흡착단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 70 ~ 90 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 1차산란단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 110 ~ 130 KeV의 에너지 및 6 ~ 9 E14/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 2차산란단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 150 ~ 170 KeV의 에너지 및 1 ~ 3 E15/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 3차산란단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡착단계는 불소 가스를 10 ~ 50 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
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이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법을 보여주는 흐름도이다.
첨부된 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법은 흡착단계, 1차산란단계, 2차산란단계, 3차산란단계를 포함하여 이루어진 것이다.
상기 흡착단계는 반도체 제조용 디스크형 이온주입장비의 오염된 디스크의 세정을 위해 상기 오염된 디스크의 표면에 존재하는 오염물질과 흡착하는 할로겐 이온을 공급하는 단계로서, 오염물질과 흡착력이 좋은 할로겐 가스를 이온화 시킨 후 낮은 에너지와 중간 도즈(dose) 조건으로 오염된 디스크 표면으로 입사시키는 단계이다.
상기 1차산란단계는 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 불활성 가스를 중간 에너지와 중간 도즈 조건으로 산란시키는 단계이고, 상기 2차산란단계는 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 불활성 가스를 높은 에너지와 중간 도즈 조건으로 산란시키는 단계이고, 상기 3차산란단계는 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 불활성 가스를 매우 높은 에너지와 높은 도즈 조건으로 산란시키는 단계이다.
따라서 반응성이 좋은 할로겐 이온이 디스크 표면에 존재하는 오염물질과 흡착하게 되며, 1차산란단계에서 불활성 가스 이온에 의하여 상기 오염물질과 흡착된 할로겐 이온이 반응하여 휘발성이 반응생성물을 형성하여 오염물질이 디스크의 표면으로부터 제거될 수 있는 것이다.
1차산란단계에서 제거되지 아니한 보다 강력한 결합에너지를 갖는 오염물질은 2차산란단계 내지 3차산란단계에 이르는 점차 증가되는 에너지 및 도즈를 갖는 불활성 기체의 이온 충돌에 의한 산란에 의하여 물리적으로 제거될 수 있는 것이다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법의 흡착단계는 불소 가스를 10 ~ 50 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 진행하는 것이 바람직하다. 불소가스는 할로겐 가스 중에서 가장 흡착력 및 반응성이 좋은 가스이고, 디스크의 표면에 흡착이 될 수 있도록 낮은 에너지를 사용하여 진행하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법의 1차산란단계는 아르곤 가스를 70 ~ 90 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법의 2차산란단계는 아르곤 가스를 110 ~ 130 KeV의 에너지 및 6 ~ 9 E14/cm2 도즈의 조건으로 진행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법의 3차산란단계는 아르곤 가스를 150 ~ 170 KeV의 에너지 및 1 ~ 3 E15/cm2 도즈의 조건으로 진행하는 것이 바람직하다.
따라서 1차산란단계에서 70 ~ 90 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 불활성 가스 이온에 의하여 상기 오염물질과 흡착된 할로겐 이온이 반응하여 휘발성이 반응생성물을 형성하여 오염물질이 디스크의 표면으로부터 제거될 수 있는 것이다.
이후 1차산란단계에서 제거되지 아니한 보다 강력한 결합에너지를 갖는 오염물질은 2차산란단계에서 110 ~ 130 KeV의 에너지 및 6 ~ 9 E14/cm2 도즈와 , 차산란단계에서 150 ~ 170 KeV의 에너지 및 1 ~ 3 E15/cm2 도즈의 아르곤 이온의 충돌에 의한 산란에 의하여 물리적으로 완전하게 제거될 수 있는 것이다.
본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법에 의하면 디스크형 이온주입장비에서 콘디셔닝 임플란트 방법을 사용함으로써 디스크 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하여 공정을 안정화시키고 장비의 다운타임(downtime)을 줄이고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 제조용 디스크형 이온주입장비의 오염된 디스크의 세정을 위해 상기 오염된 디스크의 표면에 존재하는 오염물질과 흡착하는 할로겐 이온을 공급하는 흡착단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 70 ~ 90 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 1차산란단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 110 ~ 130 KeV의 에너지 및 6 ~ 9 E14/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 2차산란단계; 상기 할로겐 이온이 흡착된 오염물질에 이온화된 아르곤 가스를 150 ~ 170 KeV의 에너지 및 1 ~ 3 E15/cm2 도즈의 조건으로 산란시키는 3차산란단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡착단계는 불소 가스를 10 ~ 50 KeV의 에너지 및 4 ~ 7 E14/cm2 도즈의 조건으로 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 이온주입장비의 오염된 표면 제거 방법.
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