KR102024757B1 - 이온 소스의 세정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

이온 소스의 세정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이온 소스의 세정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법은, 반도체 이온 주입기의 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하기 위한 이온 소스의 세정 방법에 있어서, 고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계; 및 상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 이온 소스에서 이온을 생성하는 이온 생성 단계; 상기 이온을 일정 전압으로 가속하여 이온 빔을 형성하는 이온 빔 형성 단계; 웨이퍼에 상기 이온 빔을 주입하는 이온 빔 웨이퍼 주입 단계; 이온 주입기로부터 분리한 상기 이온 소스를 세정하여 상기 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하는 이온 소스 세정 단계; 상기 이온 소스를 상기 이온 주입기에 결합시키고, 생성한 이온으로 이온 빔을 형성하여 상기 웨이퍼에 주입하는 이온 빔 웨이퍼 주입 단계를 포함하되, 상기 이온 소스 세정 단계는, 고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계; 상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계를 더 포함할 수 있다.

Description

이온 소스의 세정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 {METHOD FOR CLEANING ION SOURCE AND MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES USING IT}
본 발명은 이온 소스의 세정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하기 위한 이온 소스의 세정 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에 있어서 이온 주입(Ion Implantation)은, 반도체 물질의 전기적 특성 변형을 위해 반도체 물질의 결정 구조 속으로 도펀트(dopant)를 도입하는 공정이다.
이온 소스는 이온 주입 시스템의 일 구성으로, 이온을 생성한다. 이온 주입 공정에 필요한 이온 종류에 따라 BF3, AsH3, PH3 등의 도펀트 공급원료 가스를 이온 소스에 주입한다. 이온 소스는 도펀트 공급 가스를 분자 단위의 이온으로 분해하여 이온 주입 시스템에 공급하는데, 이온으로 분해되는 과정과 분해된 이온을 축출하는 과정에서 원하지 않는 종의 잔류물이 생성되어 이온 소스 영역에 축적될 수 있다.
이온 소스를 이루는 하나 이상의 구성요소 상에 축적된 잔류물은 이온 주입 시스템의 정상적인 작동 효율을 저하시켜, 불균일한 이온 생성을 야기하고 결국 이온 발생량을 감소시킨다. 잔류물 축적에 따른 이온 소스의 성능 저하를 막기 위해 일정 시간 작동 후 진공(vacuum)을 해제, 이온 주입 시스템에서 이온 소스를 분리하여 이온 소스의 세정을 필요로 한다.
종래 이온 소스의 세정 방법은, 습식 세정 공정을 주로 사용하여 왔다. 종래 이온 소스의 세정 방법은, 그 사용량의 조절이 어렵고 이온 소스 내 잔류물을 완전히 제거할 수 없을 뿐만 아니라, 이온 소스를 이온 주입 시스템에 설치 후 안정적인 이온 빔 발생을 위한 가스 배출(outgassing)이 오랜 시간 이루어져야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래 이온 소스의 세정 방법에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이온 소스 내 균일한 표면 거칠기(surface roughness)를 가지며 잔류물을 최소화해 설비 가동률을 향상시킨 이온 소스의 세정 방법과 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이온 소소의 세정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법은, 반도체 이온 주입기의 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하기 위한 이온 소스의 세정 방법에 있어서, 고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계; 및 상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 이온 소스에 초음파를 인가하여 세정하는 초음파 세정 단계; 및 상기 이온 소스를 드라이 오븐으로 건조시키는 건조 단계를 더 포함하며, 상기 초음파 세정 단계와 상기 건조 단계는 상기 습식 세정 단계와 상기 건식 세정 단계마다 각각 적어도 1회 이상 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 습식 세정 단계와 상기 건식 세정 단계에서는 고체 입자를 이용하여 세정하고, 상기 고체 입자는 SUS 볼, 스틸 볼(steel ball), SIC, 글라스, 세라믹, 시리우스, 시리우스 제타, 금강사 중 2종 이상이 혼합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고체 입자는 상기 SUS 볼과 상기 스틸 볼로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고체 입자는 2종으로 이루어지고, 그 중 어느 하나는 총 중량 대비 25 내지 75중량%로 함유될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법은, 반도체 이온 주입기의 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하기 위한 이온 소스의 세정 방법에 있어서, 고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계; 상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계; 및 상기 습식 세정 단계 및 상기 건식 세정 단계 중 적어도 어느 하나의 세정 단계 이후에 초음파를 상기 이온 소스에 주사하여 세정하는 초음파 세정 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 이온 소스에서 이온을 생성하는 이온 생성 단계; 상기 이온을 일정 전압으로 가속하여 이온 빔을 형성하는 이온 빔 형성 단계; 웨이퍼에 상기 이온 빔을 주입하는 이온 빔 웨이퍼 주입 단계; 이온 주입기로부터 분리한 상기 이온 소스를 세정하여 상기 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하는 이온 소스 세정 단계; 상기 이온 소스를 상기 이온 주입기에 결합시키고, 생성한 이온으로 이온 빔을 형성하여 상기 웨이퍼에 주입하는 이온 빔 웨이퍼 주입 단계를 포함하되, 상기 이온 소스 세정 단계는, 고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계; 상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 습식 세정 단계와 건식 세정 단계를 순차적으로 거쳐 이온 소스를 세정함으로써, 이온 소스의 표면 거칠기가 나노 단위로 균일한 표면 거칠기를 가지도록 한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 습식 세정 단계와 건식 세정 단계를 순차적으로 거쳐 이온 소스를 세정하여 이온 소스 상의 표면 거칠기를 최소화함으로써, 세정 공정 중 외부의 공기 중에 노출된 상태에서 대기물질에 의한 증착 현상을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 습식 세정 단계와 건식 세정 단계를 순차적으로 거쳐 이온 소스를 세정하여 이온 소스 상의 표면 거칠기를 최소화함으로써, 가스방출(outgassing) 작업 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 표면 거칠기와 평균 입도가 상이한 고체 입자 2종을 혼합하여 이온 소스 세정 방법에 사용함으로써, 이온 소스의 표면을 손상시키지 아니하면서도, 이온 소스의 잔류물을 줄여 세정 성능을 극대화시키는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 습식 세정 단계와 건식 세정 단계를 순차적으로 거쳐 이온 소스를 세정함으로써, 이온 발생량의 증대로 이온 주입기의 생산성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 습식 세정 단계와 건식 세정 단계를 순차적으로 거쳐 이온 소스를 세정함으로써, 잔존하는 잔류물을 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법 중 습식 세정 단계를 설명하기 위한 개략적인 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법 중 건식 세정 단계를 설명하기 위한 개략적인 참고도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6(a)와 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스 세정 방법에 의한 습식 세정 후 건식 세정 전후에 따른 공급원 이온 챔버의 일부 영역을 보이는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법 중 습식 세정 단계를 설명하기 위한 개략적인 참고도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법 중 건식 세정 단계를 설명하기 위한 개략적인 참고도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법을 나타낸 순서도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
이온 소스를 세정하기 위해서는 이온 주입 시스템 상의 원 위치로부터 이온 소스를 분리해 이온 소스를 입고시키는 단계, 배기가 잘되는 밀폐공간에서 이온 소스를 분해(해체)하는 단계, 이온 소스를 세정하는 단계, 이온 소스를 조립하는 단계, 이온 소스의 표면 거칠기, 잔류물 등을 분석하는 단계 및 이온 소스를 출고시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명은 그 중 이온 소스의 세정 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 이온 소스의 세정 방법은, 이온 주입 시스템 중 이온 소스를 세정하는 방법과 관련된다. 이온 소스는 이온 소스를 이루는 하나 이상의 구성요소를 포함한다.
도 1에 도시된 대로 이온 소스의 구성요소는 플라즈마 공정이 이뤄지는 공급원 이온 챔버와 이온 챔버 내에 포함되어 전압이 인가되면 열전자를 발생시키는 필라멘트 로드(filament rod), 공급원 이온 챔버와 필라멘트 로드를 절연시키는 공급원 절연체(insulator), 이온 빔 생성부, 이온 빔 추출부, 이온 빔 압축부 등의 구성요소를 포함한다. 이온 소스 및 이온 소스를 이루는 하나 이상의 구성요소(이하, '이온 소스'라 한다)는 이온 생성 공정 과정 중 그 표면상에 잔류물이 증착될 수 있다.
이온 소스에 잔존하는 잔류물과 반응시켜 잔류물을 제거하기 위하여 일정한 세정 조건이 총족된 상태에서 아래의 이온 소스의 세정 방법이 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법은, 습식 세정 단계(S410)와 건식 세정 단계(S440)를 포함할 수 있고, 나아가 초음파 세정 단계(S420 또는 S450)와 건조 단계(S430 또는 S460)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면 습식 세정 단계(S410)에서는, 액체 호닝(liquid horning)에 의하여 이온 소스를 세정할 수 있다. 습식 세정 단계(S410)에서는, 고체 입자를 세정 액체에 혼합하고 가압 주사하여 이온 소스 표면의 잔류물을 제거할 수 있다. 세정 액체는 정수 또는 초순수(DIW, deionized water)로 이루어질 수 있다. 습식 세정 후 정수 또는 초순수(DIW)로 이온 소스를 헹구어 줄 수 있다.
습식 세정 단계(S410)는, 고체 입자를 공급하는 고체 입자 공급부와 세정 액체를 공급하는 세정 액체 공급부, 고체 입자 공급부와 습식 챔버를 연결하는 고체 입자 공급관, 세정 액체 공급부와 습식 챔버를 연결하는 세정 액체 공급관, 고체 입자 공급관과 세정 액체 공급관의 연결 부분에 고체 입자와 세정 액체를 혼합하는 혼합기, 습식 챔버와 연결된 분사 노즐에 의하여 고체 입자가 포함된 세정 액체를 이온 소스에 분사하여 습식 세정할 수 있다.
이 경우 압축공기를 고체 입자가 포함된 세정 액체를 분사 노즐에 동시에 공급하여 가압력에 의해 세정 효과를 극대화할 수 있다. 분사노즐을 통해 분사된 고체 입자와 세정 액체는 탱크에 모여 재사용될 수 있다.
도 3을 참조하면 건식 세정 단계(S440)에서는, 습식 세정 단계(S410)를 거친 이온 소스를 세정할 수 있다. 건식 세정 단계(S440)에서는, 고체 입자를 일정 압력의 기체와 함께 분사하여 이온 소스 표면의 잔류물을 제거할 수 있다.
건식 세정 단계(S440)에서는, 습식 세정 단계(S410)에서의 고체 입자와 동종이거나 이종의 고체 입자를 이용해 세정할 수 있다. 건식 세정 단계(S440)에서는, 이종의 고체 입자들로 이루어진 것이 바람직하다. 또한 건식 세정 단계(S440)에 사용되는 고체 입자의 평균 입자는, 습식 세정 단계(S410)에서 사용되는 고체 입자보다 더 작을 수 있다.
건식 세정 단계(S440)는, 각각의 고체 입자를 공급하는 복수 개의 고체 입자 공급부와 고체 입자 공급부 및 건식 챔버를 연결하는 복수 개의 고체 입자 공급관, 고체 입자 공급관이 연결되는 부분에 복수 개의 고체 입자를 혼합하는 혼합기, 건식 챔버와 연결되어 압축 공기를 고체 입자와 함께 이온 소스에 분사하는 분사 노즐에 의하여 건식 세정할 수 있다.
분사 노즐에 의해 고체 입자를 이온 소스에 분사하고, 분사된 고체 입자들을 중력 방향에서 모은 후, 집진기(cyclone)를 거쳐 수거하여 재사용할 수 있다.
고체 입자는, 습십 세정 단계(S410)와 건식 세정 단계(S440)마다 복수 개가 구비될 수 있다. 고체 입자는 표면 거칠기와 평균 입경이 서로 다른 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 고체 입자는 2 종으로 이루어지고, 그 중 어느 하나는 고체 입자 총 중량 대비 25 내지 75 중량%로 함유될 수 있다. 이 경우 고체 입자 중 어느 하나의 표면 거칠기와 평균 입경은 다른 하나의 표면 거칠기와 평균 입경보다 작을 수 있다. 이종의 고체 입자 간 표면 거칠기와 평균 입경을 달리함으로써, 이온 소스 표면상의 긁힘을 최소화하면서도 이온 소스에 잔존하는 잔류물의 제거 효과를 극대화할 수 있다.
고체 입자는 SUS 볼, 스틸(steel) 볼, SIC, 글라스 비드(beads), 세라믹 비드, 시리우스, 시리우스 제타, 금강사(알루미늄옥사이드)일 수 있다.
그 중 SUS 볼은 구 형상으로 매끈한 표면 거칠기와 0.1 내지 0.4mm의 평균 입경을 가질 수 있다. 스틸 볼은 구 형상으로 거친 표면 거칠기를 가지며, 0.4mm의 평균 입경을 가질 수 있다. SIC는 80 mesh일 수 있다. 또한 금강사는 100 내지 500㎛의 평균 입경을 가지는 80 또는 100 mesh일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면 고체 입자는 SUS 볼과 스틸 볼로 이루어질 수 있다. SUS 볼의 표면 거칠기와 평균 입경은 스틸 볼보다 작을 수 있다. 또한 SUS 볼은 총 중량 대비 스틸 볼과 같거나 고중량%로 고체 입자에 함유될 수 있다. 표면 거칠기가 작고 평균 입경이 작은 SUS 볼은 이온 소스 표면을 손상시키지 아니하며, 표면 거칠기가 크고 평균 입경이 큰 스틸 볼은 이온 소스 표면에 잔존하는 잔류물 제거 성능이 우수하여, SUS 볼과 스틸 볼로 이루어진 고체 입자를 이용한 이온 소스의 세정 방법은 이온 소스의 균일한 표면 거칠기를 갖게 하면서도 잔존하는 잔류물을 효과적으로 제거할 수 있다.
아래에서는 이를 극대화하기 위한 2종의 고체 입자 함량비에 따른 표준 거칠기의 측정결과를 알아보기로 한다.
도 6(a)와 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온 소스 세정 방법에 의한 습식 세정 후 건식 세정 전후에 따른 공급원 이온 챔버의 일부 영역을 보이는 도면이다.
도 6(a)는 습식 세정을 거친 후 이온 소스의 표면 상태이고, 도 6(b)는 본 발명에 따른 습식 세정과 건식 세정을 거친 후 이온 소스의 표면 상태이다.
도 6(a)와 도 6(b)에 도시된 이온 소스 표면의 표면 거칠기를 통해 습식 세정과 습식 세정 후 건식 세정을 거쳤을 때 각각의 세정 효과는 하기 표 1 내지 표 3과 같다.
이온 소스 표면의 평균 거칠기는 조도계를 이용하여 측정한다. 중심선 평균 거칠기(arithmetical average roughness)를 의미하는 Ra의 값을 기준한다. Ra는 중심선에서 측정값들까지 떨어진 거리의 절대값을 합해 평균한 값으로, 중심선이 평균선으로부터 떨어진 거리를 의미한다.
세정 전 습식 세정(횟수) 습식 세정 후 건식 세정
1회 2회 3회 SUS 볼(중량%)
0 20 25 50 75 80 100
스틸 볼(중량%)
100 80 75 50 25 20 0
Ra
(μm)		 0.91 1.75 1.82 1.89 0.93 0.90 0.75 0.68 0.63 0.71 0.74
세정 전 습식 세정(횟수) 습식 세정 후 건식 세정
1회 2회 3회 SUS 볼(중량%)
0 20 25 50 75 80 100
글라스 비드(중량%)
100 80 75 50 25 20 0
Ra
(μm)		 0.91 1.75 1.82 1.89 0.78 0.76 0.67 0.65 0.64 0.72 0.74
세정 전 습식 세정(횟수) 습식 세정 후 건식 세정
1회 2회 3회 스틸 볼(중량%)
0 20 25 50 75 80 100
글라스 비드(중량%)
100 80 75 50 25 20 0
Ra
(μm)		 0.91 1.75 1.82 1.89 0.78 0.79 0.76 0.75 0.82 0.91 0.93
표 1 내지 표 3을 참조하면, 세정 전 0.91 μm인 Ra가 습식 세정의 횟수를 높일수록 표면 거칠기가 1.75 μm, 1.82 μm, 1.89 μm로 증가하였다. 따라서 습식 세정만으로는 세정 횟수를 늘리더라도 세정 효과가 오히려 떨어지는 것을 알 수 있다.
다시 표 1 내지 표 3을 참조하면 습식 세정 후 건식 세정을 거친 경우, 고체 입자의 중량%에 따라 표면 거칠기가 달라짐을 알 수 있다. 건식 세정을 할 경우 SUS 볼과 스틸 볼, SUS 볼과 글라스 비드, 스틸 볼과 글라스 비드 함량 중 25 내지 75 중량%의 함량비에서 이온 소스의 표면 거칠기 성능이 공통적으로 낮아짐을 알 수 있다.
표 1의 실험데이터에서 75 중량% 스틸 볼 대비SUS 볼을 25 중량%로 섞은 경우, 0.91 μm에서 0.75 μm로 감소하여, 세정 전보다 세정 후 이온 소스의 표면 요철이 덜 발생한 것을 확인할 수 있다.
표 2와 표 3의 실험데이터 중 100 중량%의 글라스 비드를 사용할 경우, 0.91 μm 인 Ra가 0.78 μm로 감소하여 이온 소스의 표면 요철이 덜 발생한 것을 확인할 수 있다. 다만 글라스 비드의 입자 표면이 매끄러워 이온 소스로부터 잔류물을 탈락시키기 어렵다. 즉 이온 소스의 잔류물 제거 성능은 떨어진다.
이온 소스 표면에 요철을 발생시키지 않으면서도 잔존하는 잔류물 제거 효과를 가져오기 위하여 고체 입자는 2종을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 표 1 내지 표 3은 2종의 고체 입자 중 SUS 볼과 글라스 비드, 스틸 볼과 글라스 비드의 함량비를 보여주는 것으로, 결과적으로 2종 함량비는, 25 내지 75 중량%를 가지는 것이 바람직하다.
따라서 습식 세정 단계(S410) 후 건식 세정 단계(S440)에 의하는 것과 건식 세정 단계(S440)에서 평균 입도가 서로 다른 고체 입자를 혼합하여 건식 세정 하는 것이 효과적임을 알 수 있다. 또한 건식 세정(S440) 단계에서 총중량 대비 2종의 고체 입자 중 1종을 25 내지 75중량%로, 다른 1종을 75 내지 25중량%로 가져가는 것에 효과적임을 알 수 있다.
초음파 세정 단계(S420 또는 S450)에서는, 이온 소스에 초음파를 인가하여 외관상 눈에 보이지 않는 잔류물 또는 습식 세정 단계(S410)와 건조 세정 단계(S430)를 거치면서 이온 소스에 잔류하는 고체 입자를 제거할 수 있다. 초음파 세정 단계(S420 또는 S450)는, 이온 소스에 초음파를 인가하여 초음파에 의한 미세 진동에 의해 표면의 잔류물 또는 고체 입자를 제거할 수 있다.
초음파 세정 단계(S420 또는 S450)에서는, 과산화수소가 포함된 용액에 이온 소스를 침지시켜 초음파 세정할 수 있다. 바람직하게 용액 중 과산화수소는 총 중량대비 35중량%를 차지할 수 있다.
또한 초음파 세정 단계(S420 또는 S450)에서는, 이온 소스에 30분 동안 초음파를 인가할 수 있다.
건조 단계(S430 또는 S460)에서는, 드라이 오븐을 이용하여 이온 소스를 건조시킬 수 있다. 바람직하게는 건조 단계에서 70 내지 100℃의 온도 범위로 이온 소스를 건조시킬 수 있다.
초음파 세정 단계(S420 또는 S450)와 건조 단계(S430 또는 S460)는 습식 세정 단계와 건식 세정 단계마다 각각 적어도 1회 이상 이루어질 수 있다. 이온 소스에 잔존하는 잔류물의 양에 따라 초음파 세정 단계(S420 또는 S450)와 건조 단계(S430 또는 S460)를 증감할 수 있다.
도 2와 같이 일 실시 예에 따르면 이온 소스의 세정 방법은, 습식 세정 단계(S410)와 초음파 세정 단계(S420), 건조 단계(S430), 건식 세정 단계(S440), 초음파 세정 단계(S450), 건조 단계(S460) 순으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이온 소스의 세정 방법은, 습식 세정 단계(S410)와 건식 세정 단계(S440), 초음파 세정 단계(S420 또는 S450)를 포함할 수 있다.
이온 소스의 세정 방법에서, 습식 세정 단계(S410) 및 건식 세정 단계(S440) 중 적어도 어느 하나의 세정 단계 이후에 초음파 세정 단계(S420 또는 S450)를 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 이온 생성 단계(S10), 이온 빔 형성 단계(S20), 이온 빔 웨이퍼 주입 단계(S30), 이온 소스 세정 단계(S40) 및 이온 빔 웨이퍼 주입 단계(S50)를 포함할 수 있다.
이온 생성 단계(S10)에서는, 이온 소스에서 이온을 생성할 수 있다.
이온 빔 형성 단계(S20)에서는, 이온을 일정 전압으로 가속하여 이온 빔을 형성할 수 있다.
이온 빔 웨이퍼 주입 단계 S30)에서는, 웨이퍼에 이온 빔을 주입할 수 있다.
이온 소스 세정 단계(S40)에서는, 이온 주입기로부터 분리한 이온 소스를 세정하여 이온 소스 내 잔류물을 제거할 수 있다.
이온 빔 웨이퍼 주입 단계(S50)에서는, 이온 소스를 이온 주입기에 결합시키고, 재생성한 이온을 이온 빔으로 재형성하여 웨이퍼에 주입할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 반도체 이온 주입기의 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하기 위한 이온 소스의 세정 방법에 있어서,
    고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계; 및
    상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계를 포함하며,
    상기 고체 입자는 수거되어 재사용이 가능한, 이온 소스의 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 소스에 초음파를 인가하여 세정하는 초음파 세정 단계; 및
    상기 이온 소스를 드라이 오븐으로 건조시키는 건조 단계를 더 포함하며,
    상기 초음파 세정 단계와 상기 건조 단계는 상기 습식 세정 단계와 상기 건식 세정 단계마다 각각 적어도 1회 이상 이루어지는, 이온 소스의 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 습식 세정 단계와 상기 건식 세정 단계에서는 고체 입자를 이용하여 세정하고,
    상기 고체 입자는 SUS 볼, 스틸(steel) 볼, SIC, 글라스 비드, 세라믹 비드, 시리우스, 시리우스 제타, 금강사 중 2종 이상이 혼합된, 이온 소스의 세정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고체 입자는 상기 SUS 볼과 상기 스틸 볼로 이루어진, 이온 소스의 세정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 SUS 볼의 표면 거칠기와 평균 입경은 상기 스틸 볼보다 작은, 이온 소스의 세정 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 고체 입자는 2종으로 이루어지고,
    그 중 어느 하나는 총 중량 대비 25 내지 75중량%로 함유된, 이온 소스의 세정 방법.
  7. 반도체 이온 주입기의 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하기 위한 이온 소스의 세정 방법에 있어서,
    고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계;
    상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계; 및
    상기 습식 세정 단계 및 상기 건식 세정 단계 중 적어도 어느 하나의 세정 단계 이후에 초음파를 상기 이온 소스에 주사하여 세정하는 초음파 세정 단계를 포함하며,
    상기 고체 입자는 수거되어 재사용이 가능한, 이온 소스의 세정 방법.
  8. 이온 소스에서 이온을 생성하는 이온 생성 단계;
    상기 이온을 일정 전압으로 가속하여 이온 빔을 형성하는 이온 빔 형성 단계;
    웨이퍼에 상기 이온 빔을 주입하는 이온 빔 웨이퍼 주입 단계;
    이온 주입기로부터 분리한 상기 이온 소스를 세정하여 상기 이온 소스에 잔존하는 잔류물을 제거하는 이온 소스 세정 단계;
    상기 이온 소스를 상기 이온 주입기에 결합시키고, 생성한 이온으로 이온 빔을 형성하여 상기 웨이퍼에 주입하는 이온 빔 웨이퍼 주입 단계를 포함하되,
    상기 이온 소스 세정 단계는,
    고체 입자가 함유된 액체를 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 습식 세정 단계;
    상기 고체 입자와 동종 또는 이종의 고체 입자가 함유된 기체를 습식 세정된 상기 이온 소스에 가압 주사하여 세정하는 건식 세정 단계를 더 포함하며,
    상기 고체 입자는 수거되어 재사용이 가능한, 반도체 소자의 제조 방법.
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