KR100851901B1 - 이온 빔 추출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 중성 빔 에처의 이온 빔 추출장치에 관한 것으로, 슬릿이 형성된 그리드에 인가되는 전압을 조절하여 이온 빔의 방향과 세기를 조절함으로써 웨이퍼에 대한 에칭율의 균일성을 개선하여 반도체 생산성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 플라즈마로부터 이온 빔을 발생하는 이온소스; 및 상기 이온소스로부터 발생된 이온 빔의 진행 경로상에 위치하며, 인가되는 전압을 조절하여 이온 빔의 방향을 조절하는 그리드를 포함하는 것이다.

Description

이온 빔 추출장치{Apparatus for extraction ion beam}
도 1은 종래 중성 빔 챔버의 개략적인 구조도,
도 2는 종래 그리드의 평면도,
도 3은 본 발명에 의한 중성 빔 챔버의 개략적인 구조도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 그리드의 평면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 그리드의 평면도,
도 6a는 본 발명의 제2실시예에 의한 그리드의 슬릿 형태도,
도 6b는 본 발명의 제2실시예에 의한 그리드의 다른 슬릿 형태도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 이온 빔 추출장치의 개략적인 구조도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 이온 빔 추출장치의 개략적인 구조도,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 의한 이온 빔 추출장치의 개략적인 구조와 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 이온소스 20,21,22 : 그리드
20a, 21a : 슬릿 30 : 반사체
40 : 웨이퍼 50 : 아이솔레이터
61~65, 71~75 : 그리드
본 발명은 반도체 중성 빔 에처의 이온 빔 형성에 관한 것으로, 특히 슬릿이 형성된 그리드에 인가되는 전압을 조절하여 이온 빔의 방향과 세기를 조절하는 이온 빔 추출장치에 관한 것이다.
반도체소자의 고집적화에 대한 요구가 높아짐에 따라, 최근 반도체 집적회로의 설계에서 디자인룰이 더욱 감소되어 0.25㎛ 이하의 임계치수(Critical Dimension)가 요구되기에 이르렀다. 현재 이러한 나노미터급 반도체소자를 구현하기 위한 식각장비로는 고밀도 플라즈마 식각장치(High Density Plasma Etcher), 반응성 이온 식각장치(Reactive Ion Etcher) 등의 이온 강화용 식각장비가 주로 사용되고 있다.
이러한 반도체 전공정에서 이온 빔 또는 중성 빔으로 웨이퍼를 가공하기 위해서는 고 이온 플럭스(flux) 생성을 위한 그리드(grid)가 필요하였다.
종래, 중성 빔 에칭(etching)에 사용되는 그리드(3)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(9) 면적을 커버할만한 면적에 원형의 홀(5)이 형성되어 이온소스(1; 플라즈마)로부터 발생된 이온 빔이 통과하도록 하였다. 이 홀(5)의 지름은 약 3~6mm이다.
이온 빔의 진행 경로상 이온소스(1)의 후단에 위치하는 그리드(3)는 전압인가에 의해 전기장을 발생하여 이온 빔을 가속시킬 수 있으며, 동시에 이온 빔이 통 과되는 복수의 홀(5)에 의해 이온 빔을 집속시켜 에너지를 조절할 수 있도록 하였다.
상기 그리드(3)의 후단에는 입사되는 이온 빔을 반사시켜 중성 빔으로 변환시켜 주는 반사체(7)가 그리드(3)에서 약간 떨어진 곳에 위치하며, 이 반사체(7)는 웨이퍼(9) 측벽의 에칭을 효율적으로 하기 위해 약간의 각도(약, 5~9°)를 두고 있다.
이러한 종래 그리드(3)는 이온소스(1)에서 발생된 이온이 전기장을 통과할 때 이온을 추출해낸 후, 이를 집속하여 반사체(7)에서 중성 빔을 생성시켜 반도체기판인 웨이퍼(9)의 대상 막질을 에칭한다.
이때, 이온 플럭스(flux)는 플라즈마 밀도, 그리드(3)의 형태, 두께, 크기와 전기장의 영향을 받게 되며, 그리드(3)에는 복수의 홀(5)이 형성되어 있으므로 웨이퍼(9)에 대한 에칭율(etching rate)의 균일성(uniformity)을 개선하기 위해 웨이퍼(9)를 회전시킨다.
그런데, 이와 같이 중성 빔에 사용되는 그리드(3)는 웨이퍼(9) 면적을 커버할 만한 면적에 원형의 홀(5)을 형성하여 이 홀(5)을 통해 이온을 통과시킴으로써 이온추출면적이 전체 플레이트의 면적 대비 20~30%에 미치지 못하기 때문에 전기장이나 플라즈마의 밀도를 높여야 한다.
플라즈마의 밀도를 높이게 되면, 중성 빔 챔버가 2개나 3개의 전극(그리드)으로 구성되어 있다는 점을 고려할 때, 전기장의 조절만으로는 이온 빔의 방향을 조절하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 웨이퍼(9)를 회전하더라도 에칭율(etching rate)의 균일성(uniformity)을 개선하기는 어렵기 때문에 이온 빔의 각도를 바꾸려면 이온소스(1)의 각도를 바꿔야 한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 슬릿이 형성된 그리드를 이용하여 장방형(長方形, Rectangular)의 이온 빔을 추출함으로써 이온 빔의 추출면적을 넓혀 고 이온 플럭스(flux)를 생성할 수 있는 이온 빔 추출장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 슬릿이 형성된 그리드를 복수 개 적층하여 각 그리드에 인가되는 전압을 조절함으로써 이온 빔의 방향을 조절할 수 있는 이온 빔 추출장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이온 빔의 방향을 전압을 통해 조절함으로써 하드웨어를 변형시키지 않고도 다양한 공정에 적용할 수 있는 이온 빔 추출장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이온 빔의 방향과 세기를 조절하여 에칭하고자 하는 막질의 균일성을 확보하고, 웨이퍼에 대한 에칭율의 균일성을 개선하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이온 빔 추출장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마로부터 이온 빔을 발생하는 이온소스; 및 상기 이온소스로부터 발생된 이온 빔의 진행 경로상에 위치하며, 인가되는 전압의 크기를 조절하여 이온 빔의 방향을 조절하는 그리드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그리드는 복수의 플레이트로 구성되며, 복수의 플레이트에는 각각 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 플레이트는 서로 대응하는 형태로 배치되어 이온 빔이 통과하는 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그리드는 이온 빔이 통과하는 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿은 복수 개로 이루어져, 장방형(長方形)의 이온 빔을 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬릿이 형성된 그리드를 복수 개 적층하여 각 그리드에 인가되는 전압을 조절하고, 상기 복수의 그리드에 형성된 슬릿은 중심이 오프셋되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 그리드를 통과한 이온 빔을 반사시켜 중성 빔으로 변환시켜 주는 반사체를 더 포함하고, 상기 반사체는 이온소스와 동일한 각도로 웨이퍼에 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 플라즈마로부터 이온 빔을 발생하는 이온소스; 및 상기 이온소스로부터 발생된 이온 빔의 진행 경로상에 위치하며, 인가되는 전압의 크기를 조절하여 이온 빔의 방향을 조절하는 복수의 그리드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 그리드는 이온 빔이 통과하는 슬릿이 형성된 그리드를 복 수 개 적층하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 그리드는 복수의 플레이트로 구성되며, 복수의 플레이트에는 각각 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 그리드에는 각각 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 중성 빔 챔버의 개략적인 구조도이다.
도 3에서, 이온소스(10)로부터 발생된 이온 빔이 이온 빔의 진행 경로상 이온소스(10)의 후단에 위치하는 그리드(20)의 복수 슬릿(20a)을 통과한 후, 반사체(30)에서 반사되어 중성 빔으로 변환된 후 웨이퍼(40)로 입사되어 웨이퍼(40)의 대상 막질을 에칭한다.
상기 이온소스(10)는 각종 반응가스로부터 이온 빔을 발생시킬 수 있는 것으로, 고주파를 공급하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생장치 등을 사용할 수 있으며, 다양한 형태로 변형된 이온소스를 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 이온소스(10)의 후단부에는 전압 인가에 의해 이온 빔을 가속시킬 수 있으며, 동시에 이온 빔이 통과될 수 있는 복수의 슬릿(20a)이 형성된 그리드(20)가 결합되어 있다. 그리드(20)의 다양한 형태는 도 4 내지 도 6를 참조하여 이후에 설명한다.
상기 그리드(20)의 후단에는 입사되는 이온 빔을 반사시켜 중성 빔으로 변환시켜 주는 반사체(30)가 그리드(20)에서 약간 떨어진 곳에 위치하며, 이 반사체(30) 는 이온소스(10)와 동일한 각도로 웨이퍼(40)에 평행하게 설치되어 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 그리드의 평면도이다.
도 4에서, 본 발명의 그리드(20)는 일정한 직경을 갖는 복수의 슬릿(20a)을 형성한 구조로, 복수의 슬릿(20a)을 통과하는 이온 빔을 직사각형 등의 장방형(長方形, Rectangular) 형태로 추출함으로써 이온 빔의 추출면적을 전체 플레이트의 면적 대비 50% 이상으로 넓힐 수 있어 종래의 20~30%에 비하여 이온밀도를 높일 수 있다.
따라서, 이온소스(10)의 출력을 높여 플라즈마 밀도를 높이지 않더라도 이온밀도를 높일 수 있기 때문에 고 이온 플럭스(flux) 생성이 가능하여 이온 빔의 플럭스(flux)를 쉽게 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 그리드의 평면도이다.
도 5에서, 본 발명의 그리드는 2개의 그리드(21,22)를 서로 대응한 형태로 배치하여 복수의 슬릿(21a)을 형성한 구조로서, 상기 2개의 그리드(21,22)는 원호형상의 전극부재(21b,22b)에 막대형상의 바(21c,22c)가 원형상을 이루도록 복수 개 형성되어 있으며, 상기 복수 개의 바(21c,22c)가 서로 대응함에 따라 복수의 슬릿(21a)이 사각형 등의 장방형(Rectangular) 형태로 형성된다.
상기 원호형상의 전극부재(21b,22b) 사이에는 아이솔레이터(50)가 위치하고, 2개의 그리드(21,22)에는 서로 다른 전압(V, V')이 인가되며, 필요에 따라 동일한 전압이 인가될 수도 있다.
이처럼, 한쪽 그리드(21)에 V라는 전압을 다른 쪽 그리드(22)에 V’라는 전 압을 인가함에 따라 이온 빔의 방향을 조절할 수 있으며, 이로 인해 웨이퍼(40)의 에칭율 및 에칭의 균일성을 개선할 수 있게 된다.
도 6a는 본 발명의 제2실시예에 의한 그리드의 슬릿 형태도이고, 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 의한 그리드의 다른 슬릿 형태도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시한 그리드(21,22)의 슬릿 형태를 나타낸 것으로, 원호형상의 전극부재(21b,22b)에 형성된 막대형상의 바(21c,22c)를 다양한 형태로 변형한 것이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 의한 이온 빔 추출장치의 개략적인 구조도이다.
도 7에서, 이온소스(10)의 후단에는 제1전압(V1)이 인가되는 제1그리드(61)가 위치하고, 제1그리드(61)의 후단에는 제2전압(V2)이 인가되는 제2그리드(62)가 위치하며, 제2그리드(62)의 후단에는 제3전압(V3)이 인가되는 제3그리드(63)와 제4전압(V4)이 인가되는 제4그리드(64)가 도 5에 도시한 바와 같이, 서로 대응하는 형태로 위치하고, 제3 및 제4그리드(63,64)의 후단에는 제5전압(V5)이 인가되는 제5그리드(65)가 위치한다. 상기 그리드(61~65)는 필요에 따라 더 많이 적층할 수 있다.
상기 복수 개의 그리드(61~65)에는 복수의 슬릿(61a,62a,63a,65a)이 각각 형성되어 있으며, 이온 빔은 이 복수의 슬릿(61a,62a,63a,65a)을 통해 반사체(30) 및 웨이퍼(40)로 전달된다.
이처럼, 다양한 형태의 그리드(61~65)를 복수 개 적층하여 각 그리드(61~65)에 인가되는 전압을 서로 다르게 조절하면, 슬릿(61a,62a,63a,65a)을 통과하는 이온 빔의 방향을 쉽게 조절할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 의한 이온 빔 추출장치의 개략적인 구조도이다.
도 8에서, 이온소스(10)의 후단에는 제1전압(V1)이 인가되는 제1그리드(71)가 위치하고, 제1그리드(71)의 후단에는 제2전압(V2)이 인가되는 제2그리드(72)가 위치하며, 제2그리드(72)의 후단 일측에는 제3전압(V3)이 인가되는 제3그리드(73)가 위치하고, 제2그리드(72)의 후단 타측에는 제4전압(V4)이 인가되는 제4그리드(74)가 제3그리드(73)와 대칭된 형태로 위치하고, 제3 및 제4그리드(73,74)의 후단에는 제5전압(V5)이 인가되는 제5그리드(75)가 위치한다.
이처럼, 다양한 형태의 그리드(71~75)를 복수 개 적층하는 구조에서 복수 층의 그리드(71~75)를 구성할 때, 슬릿(71a~75a)의 중심이 서로 오프셋(offset)되어 있으며, 오프셋된 슬릿(71a~75a)의 지름은 각 그리드(71~75)마다 크기가 다를 수 있다.
이 구조에서도, 각 그리드(71~75)에 인가되는 전압의 크기는 다르며, 인가되는 전압을 조절함으로써 이온 빔의 방향을 변화시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 의한 이온 빔 추출장치의 개략적인 구조와 시 뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9에서, 본 발명의 이온 빔 추출장치는 도 8와 마찬가지로 복수의 슬릿(71a~75a)이 형성된 그리드(71~75)를 복수 개 적층하여 복수 층의 그리드(71~75)를 구성하는 구조로서, 도 8과 다른 점은 제1전압(V1)이 인가되는 제1그리드(71)의 슬릿(71a) 형상이 다른 형태로 설치된 것으로, 설계자가 필요에 따라 다양한 형태로 변형된 구조를 사용할 수 있다.
이때에도, 도 8과 마찬가지로 슬릿(71a~75a)의 중심이 서로 오프셋(offset)되어 있으며, 오프셋된 슬릿(71a~75a)의 지름은 각 그리드(71~75)마다 크기가 다를 수 있다.
이러한 오프셋 타입의 그리드(71~75)는 제작이 용이하며, 구조를 간단하게 할 수 있다.
상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이온 빔 추출장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 이온 빔 추출장치에 의하면, 복수의 슬릿이 형성된 그리드를 이용하여 장방형(長方形, Rectangular)의 이온 빔을 추출함으로써 이온소스의 출력을 높여 플라즈마 밀도를 높이지 않더라도 이온의 추출 면적을 넓혀 이온밀도를 높일 수 있고, 고 이온 플럭스(flux)를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명은 슬릿이 형성된 그리드를 복수 개 적층하여 각 그리드에 인가되는 전압을 조절함으로써 이온 빔의 방향을 움직일 수 있기 때문에 이온소스와 반사체의 각도를 바꾸지 않더라도 이온 빔의 방향을 쉽게 조절할 수 있으며, 이로 인해 하드웨어를 변형시키지 않고도 다양한 공정에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 이온 빔의 방향과 세기를 조절하여 에칭하고자 하는 막질의 균일성을 확보하고, 웨이퍼에 대한 에칭율의 균일성을 개선하여 반도체 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 플라즈마로부터 이온 빔을 발생하는 이온소스; 및
    복수의 플레이트로 이루어져 상기 이온소스로부터 발생된 상기 이온 빔의 진행경로 상에 위치하며, 상기 복수의 플레이트 각각에 다른 전압의 크기를 가지는 전압이 인가되어 상기 이온 빔의 방향을 조절하는 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 플레이트는 서로 대응하는 형태로 배치되어 이온 빔이 통과하는 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 그리드는 이온 빔이 통과하는 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  5. 제 3항 또는 4항에 있어서,
    상기 슬릿은 복수 개로 이루어져, 장방형(長方形)의 이온 빔을 추출하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  6. 제 3항 또는 4항에 있어서,
    상기 슬릿이 형성된 그리드를 복수 개 적층하여 각 그리드에 인가되는 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 그리드에 형성된 슬릿은 중심이 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 그리드를 통과한 이온 빔을 반사시켜 중성 빔으로 변환시켜 주는 반사체를 더 포함하고,
    상기 반사체는 이온소스와 동일한 각도로 웨이퍼에 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  9. 플라즈마로부터 이온 빔을 발생하는 이온소스; 및
    복수의 플레이트로 이루어져 상기 이온소스로부터 발생된 상기 이온 빔의 진행경로 상에 위치하며, 상기 복수의 플레이트 각각에 다른 전압의 크기를 가지는 전압이 인가되어 상기 이온 빔의 방향을 조절하는 복수의 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 그리드는 이온 빔이 통과하는 슬릿이 형성된 그리드를 복수 개 적층하여 구성한 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 그리드에는 각각 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 추출장치.
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