KR100828286B1 - 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온빔을 측정하는 패러데이컵(Faraday Cup)의 양측에 샘플컵(Sampling Cup)을 구성함으로써, 순간적인 전압 요동현상인 글리치(Glitch)된 이온빔을 감지하여 수정할 수 있도록 한 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 소스 헤드로부터 추출되어 분류자석을 거쳐 정량 분석된 이온빔을 주입하는 복수의 웨이퍼가 장착된 디스크의 디스크홀을 통해 입사되는 이온빔의 이온량을 측정하는 패러데이 컵을 포함하는 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에 있어서, 상기 패러데이컵의 양측에 설치된 샘플컵; 상기 샘플컵에 연결되어 이온빔의 전류를 측정하는 전류측정기; 상기 전류측정기에서 측정한 빔 전류 값을 바탕으로 상기 디스크홀의 중심으로부터 벗어난 방향 및 정도를 산출하여 이온빔이 디스크홀의 중심에 위치하도록 상기 분류자석의 자장을 가감시키는 시스템컨트롤러; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이온주입기, 패러데이컵, 샘플컵, 글리치, 이온빔

Description

이온주입기의 패러데이컵 어셈블리 {Faraday Cup Assembly of Ion Implanter}

도 1은 일반적인 이온주입장비의 구성을 보여주는 개략도,

도 2는 일반적인 웨이퍼가공실의 구성을 보여주는 내부구성도,

도 3은 디스크의 패러데이 홀을 지나는 이온빔이 패러데이 컵에서 측정되는 상태도,

도 4는 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리를 보여주는 개략적인 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에서 글리치된 이온빔을 측정하여 오류를 수정하는 과정을 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 진공부 20 : 이온공급부

30 : 분류자석 40 : 가속기

50 : 웨이퍼가공실 51 : 플래그 패러데이

52 : 패러데이컵 53 : 디스크

53a : 디스크홀 54 : 바이어스 어퍼처

55 : E-샤워 56 : 회전모터

60 : 이온빔 70 : 샘플컵

80 : 전류측정기 90 : 시스템컨트롤러

W : 웨이퍼

본 발명은 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온빔을 측정하는 패러데이컵(Faraday Cup)의 양측에 샘플컵(Sampling Cup)을 구성함으로써, 순간적인 전압 요동현상인 글리치(Glitch)된 이온빔을 감지하여 수정할 수 있도록 한 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 고집적화에 따라 더욱 정밀한 불순물(dopant)의 제어가 요구되며 더욱이 양산기술 측면에서는 재현성(repeatiblity) 및 처리능력(throughput) 향상이 중요하며, 이에 따라 이온주입(ion implantation) 공정에 대한 활용이 증가하고 있다.

이온주입 공정이란 불순물을 이온 상태로 만든 후, 이를 가속하여 웨이퍼 상의 특정부위에 선택적으로 주사함으로써 원하는 영역에 소정의 불순물 농도의 프로파일(profile)을 얻는 기술을 말한다.

도 1은 일반적인 이온주입장비의 구성을 보여주는 개략도이고, 도 2는 일반적인 웨이퍼가공실의 구성을 보여주는 내부구성도이며, 도 3은 디스크의 패러데이 홀을 지나는 이온빔이 패러데이 컵에서 측정되는 상태도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이온주입장치는 진공부(vaccum unit, 10), 이온 공급부(ion source unit, 20), 분류 자석(analyzer magnet, 30), 가속기(acceleration tube, 40), 주사기(scanner, 도시되지 않음) 및 웨이퍼가공실(endstation, 50)의 기본 요소로 이루어져 있다.

상기 이온 공급부(20)에서 고 진공 상태의 아아크 챔버(arc chamber)에 있는 필라멘트에 전류를 흘러줌으로써 열전자가 방출되고, 이러한 열전자가 필라멘트와 아아크 챔버 간의 전압에 의해 가속되고, 아아크 챔버 내부에 공급된 불순물 소스 기체와 충돌하면서 이온화된다.

이후 상기 이온들은 추출 전극에 가해진 음의 전압에 의하여 아아크 챔버 밖으로 추출되며, 이차 추출 전압에 의하여 더욱 가속되면서 높은 에너지를 갖게 된다.

이러한 이온들은 분류 자석(30)에 의하여 필요한 이온들만 선택적으로 가려지며 주사기에 의하여 여러 가지 스캔(scan) 방식으로 웨이퍼가공실(50)에 있는 웨이퍼 쪽으로 보내지면서 이온 주입이 진행된다.

도 2를 참조하면, 상기 웨이퍼가공실(50)은 이온 빔이 종국적으로 웨이퍼(60)에 주입되는 곳으로서, 이온량을 측정하는 장치인 플래그 패러데이(Flag Faraday)(51), 패러데이컵(Faraday Cup)(52)과, 웨이퍼(W)가 장착되는 디스크(Disk)(53), 바이어스 어퍼처(54), E-샤워(55), 회전모터(56)로 이루어져 있다.

상기 플래그 패러데이(51)는 공정진행 전에 적절히 셋업(set-up)된 빔 커런 트(Beam Current)를 리딩(Reading) 및 차단하고 있다가, 웨이퍼(W) 다수 장이 디스크(53)에 로딩된 후 상기 디스크(53)가 회전모터(56)에 의해 회전하기 시작하면 플래그 패러데이(51)가 이동하면서 이온 빔은 바이어스 어퍼처(54), E-샤워(55)를 지나 디스크(53)에 있는 다수 장의 웨이퍼(W)로 주입된다.

이 때, 상기 디스트(53)에 뚫려 있는 디스크홀(53a)을 통과한 이온 빔(60)은 패러데이컵(52)에 포집되게 되고, 상기 패러데이컵(52)은 빔 커렌트를 리딩하여 공정타임의 많고 적음을 판단하게 된다.

그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 글리치(Glitch: 여기선 Beam Hunting 또는 Beam Drop을 의미함.)된 이온빔(61)은 상기 패러데이컵(52)에서 감지할 수가 없어 현재의 빔 상태를 파악하기 어려운 문제점이 있고, 상기와 같은 이온빔(61)이 웨이퍼가공실(50)의 내벽에 부딪히게 되면 장비에 무리를 주게 되어 고가의 수리비용이 발생하는 문제가 있다.

또한, 상기와 같은 글리치(Glitch)된 이온빔(61)은 웨이퍼(W)에 고르게 주입되지 않아 결국 수율(Yield)이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 이온빔을 측정하는 패러데이컵(Faraday Cup)의 양측에 샘플컵(Sampling Cup)을 구성함으로써, 글리치(Glitch)에 의한 불완전한 이온빔을 감지하여 오류를 수정할 수 있도록 한 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리는,

소스 헤드로부터 추출되어 분류자석을 거쳐 정량 분석된 이온빔을 주입하는 복수의 웨이퍼가 장착된 디스크의 디스크홀을 통해 입사되는 이온빔의 이온량을 측정하는 패러데이 컵을 포함하는 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에 있어서,

상기 패러데이컵의 양측에 설치된 샘플컵; 상기 샘플컵에 연결되어 이온빔의 전류를 측정하는 전류측정기; 상기 전류측정기에서 측정한 빔 전류 값을 바탕으로 상기 디스크홀의 중심으로부터 벗어난 방향 및 정도를 산출하여 이온빔이 디스크홀의 중심에 위치하도록 상기 분류자석의 자장을 가감시키는 시스템컨트롤러; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플컵은 그래파이트 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샘플컵에서 측정되는 빔전류는 실시간으로 모니터링 되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 종래 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 4는 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리를 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에서 글리치된 이온빔을 측정하여 오류를 수정하는 과정을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리는, 웨이퍼가공실(50)의 패러데이컵(52), 디스크(53), 디스크홀(53a)의 구성은 종래의 기술과 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하고, 새로이 부가되는 구성 부재들의 동작을 중심으로 하여 상세히 설명한다.

소스 헤드로부터 추출되어 분류자석(30)을 거쳐 정량 분석된 이온빔(60)은 복수의 웨이퍼(W)가 장착된 디스크(53)의 디스크홀(53a)을 통해 패러데이컵(52)에 입사되어 이온량(DOSE)을 측정하게 된다. 이때, 글리치(Glitch)된 이온빔(61)을 측정하여 오류를 수정할 수 있는 구조가 마련되어야 한다.

이를 구현하기 위한 실시 예를 설명하기 위하여 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리는 샘플컵(70), 전류측정기(80), 시스템컨트롤러(90)를 포함하여 구성된다.

상기 샘플컵(70)은 상기 패러데이컵(52)의 양측에 소정거리 이격되게 설치되어 있다.

이 경우 상기 샘플컵(70)은 패러데이컵(52)에서 감지하지 못하는 글리치된 이온빔(61)을 감지하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 샘플컵(70)은 그래파이트(Graphite)재질로 형성되어 있어, 감지된 이온빔을 흡수시켜 중성화시킬 수 있도록 되어 있다.

상기 전류측정기(Current Integrator)(80)는 상기 샘플컵(70)에 연결되어, 상기 샘플컵(70)에서 감지한 이온빔(61)의 이온양(DOSE) 및 빔 전류 등을 측정하게 된다.

상기 시스템컨트롤러(90)는 상기 전류측정기(80)에서 측정한 빔전류를 바탕으로 상기 디스크홀(53a)의 중심으로부터 벗어난 방향 및 정도를 산출하여, 이온빔(61)이 디스크홀(53a)의 중심에 위치하도록 상기 분류자석(30)의 자장을 가감시키는 역할을 하게 된다.

도 5를 참조하여 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 웨이퍼가공실(50)에서 웨이퍼(W)에 이온을 주입하는 과정에서 샘플컵(70)에 글리치된 이온빔(61)이 감지되면 상기 샘플컵(70)에는 전류가 흐르게 되어 전류측정기(80)로 보내지게 된다.

상기 시스템컨트롤러(90)에서는 전류측정기(80)에서 측정한 빔 전류 값을 바탕으로 상기 디스크홀(53a)의 중심으로부터 벗어난 방향 및 정도를 산출하여, 상기 분류자석(30)의 자장을 가감시켜 이온빔(61)이 디스크홀(53a)의 중심에 위치하도록 하는 튜닝(Tuning) 작업을 거친 후 이온주입을 다시 실시하게 된다.

한편, 상기 샘플컵(70)에서 측정되는 빔 전류는 실시간으로 모니터링 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으 나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리는 글리치(Glitch)에 의한 불완전한 이온빔을 감지하여 수정할 수 있게 됨으로써 장비의 수리비용을 절감할 수 있으며, 웨이퍼의 수율(Yield)을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 소스 헤드로부터 추출되어 분류자석을 거친 이온빔을 주입하는 복수의 웨이퍼가 장착된 디스크의 디스크홀을 통해 입사되는 이온빔의 이온량을 측정하는 패러데이 컵을 포함하는 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리에 있어서,

   상기 패러데이컵의 양측에 설치된 샘플컵;

   상기 샘플컵에 연결되어 이온빔의 전류를 측정하는 전류측정기;

   상기 전류측정기에서 측정한 빔 전류 값을 바탕으로 상기 디스크홀의 중심으로부터 벗어난 방향 및 정도를 산출하여 이온빔이 디스크홀의 중심에 위치하도록 상기 분류자석의 자장을 가감시키는 시스템컨트롤러;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리.
2. 제 1항에 있어서, 상기 샘플컵은 그래파이트 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리.
3. 제 1항에 있어서, 상기 샘플컵에서 측정되는 빔전류는 실시간으로 모니터링 되는 것을 특징으로 하는 이온주입기의 패러데이컵 어셈블리.

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