KR102193994B1 - Scan Robot for Semiconductor Wafer Ion Implantation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 링크의 일측에 수직으로 결합되고, 제 1 구동부의 구동에 의해 상기 제 1 링크를 회전시키는 L1축; 상기 제 1 링크의 상부에 상기 제 1 링크와 동일 길이의 제 2 링크가 포개지고 상기 제 1 링크의 타측과 이에 포개지는 상기 제 2 링크의 일측에 수직으로 결합되어 제 2 구동부의 구동에 의해 상기 제 2 링크를 회전시키는 L2축; 상기 제 2 링크의 타측 상부에 스캔헤드를 지지시키는 지지프레임이 포개지고, 상기 제 2 링크의 타측과 상기 지지프레임의 중앙에 수직으로 결합되어 제 3 구동부의 구동에 의해 상기 지지프레임을 회전시키는 R축; 및 상기 지지프레임에 수평으로 결합되어 상기 스캔헤드의 양측을 지지시키고, 제 4 구동부의 구동에 의해 상기 스캔헤드를 회전시키는 Y축;을 포함하여 구성되는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면 L1축과 L2축의 모션을 통해 수평방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있는 스칼라 모션을 구현하고, R축의 모션을 통해 좌,우 스캔 과정에서 이온 빔의 입사각이 일정하도록 조절하며, S축의 모션을 통해 웨이퍼 결정 방향에 따라 빔 채널링 현상을 방지하고 그림자 현상을 방지하여 웨이퍼 상의 이온 빔 주입의 균일도를 향상시키는 효과가 있다. 또한, 고 틸트각의 저 에너지 이온 주입 시에도 웨이퍼 상의 모든 곳이 등거리 이온 빔에 의하여 조사되어 웨이퍼 상의 도핑 균일도를 월등히 향상시키게 되고, 아울러 차세대 반도체의 도핑 균일도 요구조건을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is vertically coupled to one side of the first link, the L1 shaft for rotating the first link by driving the first driving unit; A second link having the same length as the first link is superimposed on an upper portion of the first link, and is vertically coupled to the other side of the first link and to one side of the second link superimposed thereon, and driven by the second driving unit. An L2-axis rotating the second link; A support frame for supporting the scan head is superimposed on the other side of the second link, and is vertically coupled to the other side of the second link and the center of the support frame to rotate the support frame by driving a third driving unit. shaft; And a Y-axis horizontally coupled to the support frame to support both sides of the scan head, and rotating the scan head by driving a fourth driver.
According to an embodiment of the present invention, a scalar motion capable of scanning in any designated direction in the horizontal direction is implemented through the motion of the L1 and L2 axes, and the incident angle of the ion beam is constant in the left and right scan process through the motion of the R axis. It is adjusted so as to prevent the beam channeling phenomenon according to the wafer crystal direction through the motion of the S-axis, and there is an effect of improving the uniformity of ion beam implantation on the wafer by preventing the shadow phenomenon. In addition, even when implanting low-energy ions with a high tilt angle, all areas on the wafer are irradiated by an equidistant ion beam, which significantly improves the doping uniformity on the wafer, and also has the effect of satisfying the doping uniformity requirements of next-generation semiconductors. .
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도체 웨이퍼의 이온주입 공정에서 웨이퍼를 수평 방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있도록 하여 웨이퍼 상에 주입되는 이온의 분포가 균일하게 되도록 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor wafer ion implantation scan robot, and more specifically, the ion implantation process of a semiconductor wafer enables the wafer to be scanned in any designated direction in the horizontal direction, so that the distribution of ions implanted on the wafer is uniform. The present invention relates to a semiconductor wafer ion implantation scan robot.
일반적으로 반도체 소자 제조 공정은, 실리콘 웨이퍼 상에 산화 공정, 사진식각 공정, 확산 공정, 이온주입 공정 및 금속 공정 등을 반복 진행하여 수행한다.In general, a semiconductor device manufacturing process is performed by repeatedly performing an oxidation process, a photolithography process, a diffusion process, an ion implantation process, and a metal process on a silicon wafer.
상기 공정 중 이온주입 공정은 소정의 에너지로 전하를 갖고 있는 불순물을 원하는 양만큼, 원하는 깊이만큼 웨이퍼로 주입하는 것을 말한다. 보통 반도체 공정에서 이온주입 공정은 실리콘 웨이퍼의 표면에 도판트(Dopant) 이온들을 주입하는 것을 말한다.Among the above processes, the ion implantation process refers to implanting an impurity having a charge with a predetermined energy into a wafer by a desired amount and a desired depth. In general, the ion implantation process in a semiconductor process refers to implanting dopant ions on the surface of a silicon wafer.
이온주입 공정에 사용되는 이온 주입장비(Ion Implanter)는 크게 다음의 세 가지 주요 부분으로 구성되어 있다. The ion implanter used in the ion implantation process is largely composed of the following three main parts.
이러한 주요 부분들은 이온빔(Ion Beam)을 추출하는 영역인 이온 소스(Ion Source) 영역, 추출한 이온 빔을 원하는 질량으로 분류하는 질량분류기(Mass Analyzer)와 이온 빔이 지나가는 통로인 빔 라인(Beamline)을 포함하는 터미널 (Terminal) 영역, 그리고 웨이퍼를 이송하여 최종적으로 이온 빔을 주입시키는 엔드 스테이션(End-Station) 영역으로 나눌 수 있다.These main parts include the ion source area, the area where the ion beam is extracted, the mass analyzer, which classifies the extracted ion beam into the desired mass, and the beamline, the path through which the ion beam passes. It can be divided into a terminal area including, and an end-station area where an ion beam is finally implanted by transferring a wafer.
엔드 스테이션 (End-Station) 영역에는 고 진공 상태인 프로세서 챔버 내에서 웨이퍼를 스캔하여 이온 빔을 주입시킨다. In the end-station area, an ion beam is implanted by scanning a wafer in a processor chamber in a high vacuum state.
도 1은 종래의 웨이퍼 빔 스캔 방식 중 가장 대표적인 예로서, 고 진공의 프로세스 챔버 하단에 에어 베어링(Air Bearing)을 설치하여 기구적으로 상,하 운동을 함으로써 수평 리본 빔 (Parallel Ribbon Beam) 또는 수평 스캔 빔(Parallel Scanned Beam)에 대하여 수직한 방향으로 기계적 스캐닝(Mechanical Scanning)을 하여 이온주입을 하였다.1 is the most representative example of the conventional wafer beam scanning method. By installing an air bearing at the bottom of a high vacuum process chamber to mechanically move up and down, a horizontal ribbon beam or horizontal Ion implantation was performed by mechanical scanning in a direction perpendicular to the parallel scanned beam.
그리고, 웨이퍼에 형성하고자 하는 소자의 종류에 따라 이온빔에 대해 웨이퍼가 일정한 각도만큼 기울어지도록 하여 일정시간 공정을 진행하는 틸트(Tilt)방식을 진행하게 된다. 따라서, 이온 주입 공정에서는 이온 빔이 웨이퍼 상에 입사되는 각도를 조절할 수 있는 능력이 필요하며, 이러한 입사각을 틸트각이라고 한다.In addition, according to the type of device to be formed on the wafer, a tilt method is performed in which the wafer is inclined by a certain angle with respect to the ion beam to perform a process for a certain time. Therefore, in the ion implantation process, the ability to adjust the angle at which the ion beam is incident on the wafer is required, and this angle of incidence is referred to as a tilt angle.
도 2에 도시된 바와 같이 종래에는 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 척(Wafer Chuck)의 회전축의 각도를 조정하여 이온 빔의 입사각인 틸트각을 조정하였다. As shown in FIG. 2, in the related art, the tilt angle, which is the incident angle of the ion beam, is adjusted by adjusting the angle of the rotation axis of the wafer chuck fixing the wafer.
그러나, 종래의 틸트각 조정방식은 도 3에 도시된 바와 같이 빔 퍼짐(Beam Blow-up) 현상이 심한 저 에너지 이온 빔을 고 틸트각(High Tilt Angle)으로 이온 주입할 경우 웨이퍼 상부와 웨이퍼 하부에 이온 빔이 도달하는 거리가 달라져서 웨이퍼 수직방향의 이온 빔 밀도가 차이가 나게 되고 따라서 이온 빔 주입 균일성이 나빠지는 문제점이 있었다. 이는 마치 한 밤 중에 플래시를 비추었을 때 거리가 가까우면 밝으나, 멀수록 빔이 퍼져서 어두워지는 것과 마찬가지이다. However, in the conventional tilt angle adjustment method, when ion implantation of a low energy ion beam having a severe beam blow-up phenomenon at a high tilt angle, as shown in FIG. 3, the upper and lower wafers The distance to which the ion beam reaches is changed, so that the ion beam density in the vertical direction of the wafer is different, and thus the ion beam implantation uniformity is deteriorated. This is like when the flash is lit in the middle of the night, the closer the distance is, the brighter it is, but the farther the beam spreads and darkens.
특히 최근에는 반도체 디바이스가 고밀도화 되면서 그 회로 선 폭이 급격히 축소되고 있으며, 따라서 도핑되는 깊이를 점점 더 웨이퍼 표면에 얇게 형성하기 위하여 점점 더 저 에너지(Low Energy) 이온 주입을 사용하여야만 한다.In particular, as semiconductor devices have become denser in recent years, their circuit line width has been rapidly reduced, and therefore, in order to form a doped depth thinner on the wafer surface, it is necessary to use increasingly low energy ion implantation.
따라서, 고 틸트각(High Tilt Angle)에서 저 에너지 이온 빔을 사용하더라도 웨이퍼(Wafer) 위치에 상관없이 동일한 이온 빔 밀도로 이온 주입이 가능한 이온 주입 장비의 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, there is a need to develop an ion implantation device capable of implanting ions at the same ion beam density regardless of the location of a wafer, even if a low energy ion beam is used at a high tilt angle.
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본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, The present invention was devised to solve the conventional problem,
본 발명의 목적은 엔드 스테이션 영역의 고 진공 상태인 프로세서 챔버(Process Chamber)에 설치되어 터미널로부터 진행해오는 이온 빔이 웨이퍼(Wafer)상에 균일하게 주입되도록 웨이퍼를 수평 방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to scan a wafer in any designated direction in the horizontal direction so that an ion beam traveling from a terminal is uniformly injected onto the wafer by being installed in a processor chamber in a high vacuum state in the end station area. It is to provide a semiconductor wafer ion implantation scan robot capable of.
본 발명의 다른 목적은 고 틸트각의 저 에너지 이온 주입 시에도 웨이퍼 상의 모든 곳이 등거리 이온 빔에 의하여 조사되어 웨이퍼 상의 도핑 균일도를 향상시키고 아울러 차세대 반도체의 도핑 균일도 요구조건을 만족시킬 수 있는 독창적인 스캔 방식의 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to improve the doping uniformity on the wafer by irradiating all places on the wafer by an equidistant ion beam even when implanting low energy ions at a high tilt angle, and to satisfy the doping uniformity requirements of next-generation semiconductors. It is to provide a scan-type semiconductor wafer ion implantation scan robot.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇은 제 1 링크의 일측에 수직으로 결합되고, 제 1 구동부의 구동에 의해 상기 제 1 링크를 회전시키는 L1축; 상기 제 1 링크의 상부에 상기 제 1 링크와 동일 길이의 제 2 링크가 포개지고 상기 제 1 링크의 타측과 이에 포개지는 상기 제 2 링크의 일측에 수직으로 결합되어 제 2 구동부의 구동에 의해 상기 제 2 링크를 회전시키는 L2축; 상기 제 2 링크의 타측 상부에 스캔헤드를 지지시키는 지지프레임이 포개지고, 상기 제 2 링크의 타측과 상기 지지프레임의 중앙에 수직으로 결합되어 제 3 구동부의 구동에 의해 상기 지지프레임을 회전시키는 R축; 및 상기 지지프레임에 수평으로 결합되어 상기 스캔헤드의 양측을 지지시키고, 제 4 구동부의 구동에 의해 상기 스캔헤드를 회전시키는 Y축;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention provided to achieve the above object is vertically coupled to one side of the first link, and rotates the first link by driving the first driver. L1-axis; A second link having the same length as the first link is superimposed on an upper portion of the first link, and is vertically coupled to the other side of the first link and to one side of the second link superimposed thereon, and driven by the second driving unit. An L2-axis rotating the second link; A support frame for supporting the scan head is superimposed on the other side of the second link, and is vertically coupled to the other side of the second link and the center of the support frame to rotate the support frame by driving a third driving unit. shaft; And a Y axis that is horizontally coupled to the support frame to support both sides of the scan head and rotates the scan head by driving a fourth driving unit.
여기서, 상기 제 1 구동부는 상기 L1축이 상기 제 1 링크에 수직 결합되도록 제 1 링크의 하부에 구비되고, 상기 제 2 구동부는 상기 L2축이 상기 제 2 링크에 수직 결합되도록 상기 제 1 링크의 타측 내부에 구비되며, 상기 제 3 구동부는 상기 R축이 상기 지지프레임의 중앙에 수직 결합되도록 상기 제 2 링크의 타측 내부에 구비되고, 상기 제 4 구동부는 상기 Y축이 상기 지지프레임의 상단에 수평 결합되도록 상기 지지프레임의 일측에 구비되는 것을 특징으로 한다.Here, the first driving unit is provided under the first link so that the L1 axis is vertically coupled to the first link, and the second driving unit is the first link so that the L2 axis is vertically coupled to the second link. It is provided inside the other side, the third driving part is provided inside the other side of the second link so that the R-axis is vertically coupled to the center of the support frame, and the fourth driving part has the Y-axis at the upper end of the support frame. It characterized in that it is provided on one side of the support frame to be horizontally coupled.
그리고, 상기 제 1 구동부와, 제 2 구동부는 동기화하여 구동하고, 상기 제 1 링크는 상기 L1축을 기준으로 좌,우 회전하고, 상기 제 2 링크는 상기 L2축을 기준으로 좌,우 회전하여 상기 스캔헤드를 좌,우 수평 이동시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the first driving unit and the second driving unit are driven in synchronization, and the first link rotates left and right with respect to the L1 axis, and the second link rotates left and right with respect to the L2 axis to perform the scan. It is characterized by moving the head horizontally to the left and right.
또한, 상기 제 3 구동부는 상기 제 1 구동부와 동기화하여 구동하고, 상기 R축은 상기 L1축과 동일한 회전각으로 상기 스캔헤드를 회전시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the third driving unit is driven in synchronization with the first driving unit, and the R axis rotates the scan head at the same rotation angle as the L1 axis.
또한, 상기 L1축을 회전시켜 틸트각을 조정하고, 상기 조정된 틸트각에서 상기 제 1 구동부와 제 2 구동부의 구동을 동기화하여 상기 L1축을 기준으로 상기 제 1 링크를 좌,우 회전하고, 상기 L2축을 기준으로 상기 제 2 링크를 좌,우 회전하여 상기 스캔헤드를 좌,우 수평 이동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, by rotating the L1 axis to adjust the tilt angle, and synchronizing driving of the first driving unit and the second driving unit at the adjusted tilt angle, the first link is rotated left and right with respect to the L1 axis, and the L2 The scan head is horizontally moved to the left and right by rotating the second link left and right based on an axis.
그리고, 상기 제 3 구동부는 상기 조정된 틸트각에서 상기 제 1 구동부와 동기화하여 구동하고, 상기 R축은 상기 L1축과 동일한 회전각으로 상기 스캔헤드를 회전시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the third driving unit is driven in synchronization with the first driving unit at the adjusted tilt angle, and the R-axis rotates the scan head at the same rotation angle as the L1 axis.
상기 Y축은 상기 스캔헤드의 웨이퍼를 웨이퍼 로드 또는 언로드 위치로 회전시키거나 또는 상기 스캔헤드의 웨이퍼를 이온 주입위치 또는 빔 프로파일링 위치로 회전시키는 것을 특징으로 한다.The Y axis is characterized by rotating the wafer of the scan head to a wafer loading or unloading position or rotating the wafer of the scan head to an ion implantation position or a beam profiling position.
그리고, 상기 스캔헤드는 웨이퍼를 잡아주는 웨이퍼 척과, 상기 웨이퍼 척을 회전시키는 S축과, 상기 S축을 구동시키는 제 5 구동부를 포함하여 구성되고, 상기 S축은 상기 Y축과 수직을 이루며 상기 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 척을 회전시켜 웨이퍼의 트위스트각(Twist Angle) 또는 방위각(Orientation Angle)을 조정하는 것을 특징으로 한다.
The scan head includes a wafer chuck for holding a wafer, an S axis for rotating the wafer chuck, and a fifth driving unit for driving the S axis, and the S axis is perpendicular to the Y axis, and the wafer is The wafer chuck is rotated to adjust the twist angle or orientation angle of the wafer.
본 발명의 실시 예에 따르면, L1축과 L2축의 모션을 통해 수평방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있는 스칼라 모션을 구현하고, R축의 모션을 통해 좌,우 스캔 과정에서 이온 빔의 입사각이 일정하도록 조절하며, S축의 모션을 통해 웨이퍼 결정 방향에 따라 빔 채널링 현상을 방지하고 그림자 현상을 방지하여 웨이퍼 상의 이온 빔 주입의 균일도를 향상시키는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, a scalar motion capable of scanning in any designated direction in the horizontal direction is implemented through the motion of the L1 and L2 axes, and the incident angle of the ion beam in the left and right scan process is It is adjusted to be constant, and there is an effect of improving the uniformity of ion beam implantation on the wafer by preventing the beam channeling phenomenon according to the wafer crystal direction and preventing the shadow phenomenon through the motion of the S-axis.
또한, 고 틸트각의 저 에너지 이온 주입 시에도 웨이퍼 상의 모든 곳이 등거리 이온 빔에 의하여 조사되어 웨이퍼 상의 도핑 균일도를 월등히 향상시키게 되고, 아울러 차세대 반도체의 도핑 균일도 요구조건을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, even when implanting low-energy ions with a high tilt angle, all areas on the wafer are irradiated by an equidistant ion beam, which significantly improves the doping uniformity on the wafer, and also has the effect of satisfying the doping uniformity requirements of next-generation semiconductors. .
도 1은 종래의 웨이퍼 빔 스캔 방식을 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 종래 웨이퍼 빔 스캔방식에서 틸트각 조정 모션을 도시한 개념도.
도 3은 도 1 및 도 2의 종래 웨이퍼 빔 스캔방식에서 웨이퍼의 고각도 틸트 이온 주입 시 문제점을 설명하기 위해 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇의 웨이퍼 빔 스캔방식을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇의 구성을 설명하기 위한 모식도.
도 6의 (a),(b)는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇의 L1축, L2축, R축의 각 구동부가 동기화 구동되어 좌,우 스캔되는 동작을 설명하기 위한 모션도.
도 7의 (a),(b)는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇의 45°틸트 스캔 동작을 설명하기 위한 모션도.
도 8의 (a),(b)는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇에서 Y축 구동에 따른 스캔헤드의 동작을 설명하기 위한 모션도.
도 9의 (a),(b)는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇에서 스캔헤드의 S축 구동에 따른 웨이퍼의 트위스트각(Twist Angle) 또는 방위각(Orientation Angle) 조정을 설명하기 위한 모션도.
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇에 의한 웨이퍼의 고각도 틸트 이온 주입 시 도핑 균일도를 설명하기 위해 도시한 평면도. 1 is a conceptual diagram showing a conventional wafer beam scanning method.
2 is a conceptual diagram illustrating a tilt angle adjustment motion in the conventional wafer beam scanning method of FIG. 1.
3 is a side view illustrating a problem in implanting high angle tilt ions of a wafer in the conventional wafer beam scanning method of FIGS. 1 and 2.
4 is a conceptual diagram illustrating a wafer beam scanning method of a semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram for explaining the configuration of a semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are synchronously driven driving units of the L1 axis, L2 axis, and R axis of the semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention to explain the operation of scanning left and right. Motion too.
7A and 7B are motion diagrams for explaining the 45° tilt scan operation of the semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention.
8A and 8B are motion diagrams for explaining the operation of the scan head according to Y-axis driving in the semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B illustrate adjustment of the twist angle or orientation angle of the wafer according to the S-axis driving of the scan head in the semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention. A motion diagram to illustrate.
10 is a plan view illustrating a doping uniformity during high-angle tilt ion implantation of a wafer by a semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention.
이하의 본 발명에 대한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예에 대한 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.The following detailed descriptions of the present invention are embodiments in which the present invention may be practiced, and reference is made to the accompanying drawings, which are illustrated as examples of the embodiments. These embodiments are described in detail sufficient for those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it is to be understood that the position or arrangement of individual components in each described embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention.
따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.Therefore, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims, if appropriately described. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over several aspects.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used while considering functions in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.
발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In the present invention, when a part "includes" a certain component in the whole, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise specified. In addition, terms such as "... unit" and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇은 수직 리본 빔(Vertical Ribbon Beam) 또는 수직 스캔 빔(Vertical Scanning)에 대하여 L1축, L2축, R축, Y축, S축으로 이루어진 5개의 구동축의 움직임을 통해 수평면 내의 모든 방향에 대한 좌,우 기계적 스캐닝을 한다. As shown in FIGS. 4 and 5, the semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention has an L1 axis, an L2 axis, and an R with respect to a vertical ribbon beam or a vertical scan beam. It performs left and right mechanical scanning in all directions in the horizontal plane through the movement of five drive axes consisting of axis, Y axis and S axis.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 링크(100)의 일측 하부에는 제 1 구동부(110)가 구비되고, 제 1 구동부(110)의 구동축인 L1축(120)이 제 1 링크(100)의 일측에 수직으로 결합된다. L1축(120)은 스캔로봇의 기준 축이 되고, 제 1 구동부(110)의 구동에 의해 제 1 링크(100)를 좌,우 회전시킨다. First, as shown in FIG. 5, a
그리고, 제 1 링크(100)의 상부에는 제 1 링크(100)와 동일 길이의 제 2 링크(200)가 포개진다.In addition, a
제 1 링크(100)의 타측 내부에는 제 2 구동부(210)가 구비되고, 제 2 구동부의 구동축인 L2축(220)이 상부로 돌출되어 제 2 링크(200)의 일측에 수직으로 결합된다. L2축(220)은 제 2 구동부(210)의 구동에 의해 제 2 링크(200)를 좌,우 회전시킨다. A
그리고, 제 2 링크(200)의 타측 상부에는 스캔헤드(400)를 지지시키는 지지프레임(300)이 포개진다. Further, a
제 2 링크(200)의 타측 내부에는 제 3 구동부(310)가 구비되고, 제 3 구동부(310)의 구동축인 R축(320)이 상부로 돌출되어 지지프레임(300)의 중앙에 수직으로 결합된다. R축(320)은 제 3 구동부(310)의 구동에 의해 지지프레임(300)을 좌,우 회전시킨다. A
여기서, 제 1 구동부(110)와, 제 2 구동부(210)와, 제 3 구동부(310)는 동기화되어 구동한다. Here, the
도 6의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 0°의 스캔의 경우, 도 6(a)의 초기 상태에서 도 6(b)에 도시된 바와 같이 제 1 링크(100)는 제 1 구동부(110)가 구동하면 L1축(120)을 기준으로 회전하고, 제 1 링크와 동일길이를 갖는 제 2 링크(200)는 제 1 구동부와 동기화된 제 2 구동부(210)가 구동하면 L2축(220)을 기준으로 회전하여 스캔헤드(400)를 좌,우 수평 이동시킨다.In the case of a scan of 0° as shown in FIGS. 6A and 6B, the
도 6(b)를 참고로 하여 보다 구체적으로 설명하면 제 1 구동부(110)의 구동에 의해 제 1 링크(100)는 L1축(120)을 기준으로 좌측으로 회전하고 이와 동시에 제 1 구동부와 동기화된 제 2 구동부(210)의 구동에 의해 제 2 링크(200)는 L2축(220)을 기준으로 좌측으로 회전하며, 이어서 제 1 구동부(110)의 구동에 의해 제 1 링크(100)는 L1축(120)을 기준으로 우측으로 회전하고 이와 동시에 제 1 구동부와 동기화된 제 2 구동부(210)의 구동에 의해 제 2 링크(200)는 L2축(220)을 기준으로 우측으로 회전하여 스캔헤드(400)를 좌,우 수평 이동시킨다. 이와 동시에 제 1 구동부(110)와 동기화된 제 3 구동부(310)의 구동에 의해 스캔헤드(400)는 R축(320)을 기준으로 좌,우 회전하게 된다. 이때, R축(320)은 좌,우 스캔 과정에서 이온 빔의 입사각이 일정하도록 조절하는 역할을 한다. Referring to Fig. 6(b), the
즉, 스캔헤드(400)는 L1축(120), L2축(220), R축(320)의 동시회전을 통해 수평방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있는 스칼라 모션을 구현하게 된다. That is, the
그리고, 도 7의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 45°틸트 스캔의 경우, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 0°의 초기 상태에서 기준이 되는 L1축(120)을 45°회전시킨다. 이때, 제 1 구동부(110)의 구동에 의해 L1축(120)을 45°회전시키면 제 1 링크(100), 제 2 링크(200), 스캔헤드(400)가 45°각도로 회전된다. 그리고, 스캔헤드(400)가 45°틸트된 상태에서 도 7(b)에 도시된 바와 같이 스캔헤드(400)를 좌,우 수평이동시킨다. 여기서, 스캔헤드(400)의 좌,우 수평이동은 도 6(b)의 설명과 동일하게 이루어진다. And, in the case of a 45° tilt scan as shown in (a) and (b) of FIG. 7, as shown in FIG. 7 (a), in the initial state of 0°, the
즉, 스캔헤드(400)는 45°틸트된 상태에서 수평방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있는 스칼라 모션을 구현하게 된다. That is, the
한편, 지지프레임(300)에 지지되는 스캔헤드(400)는 수평으로 결합되는 Y축(420)에 결합된다.Meanwhile, the
도 5에 도시된 바와 같이 지지프레임(300)의 일측에는 제 4 구동부(410)가 구비되고, 제 4 구동부(410)의 구동축인 Y축(420)이 지지프레임(300)에 수평으로 결합되어 스캔헤드(400)의 양측을 지지시키며 제 4 구동부(410)의 구동에 의해 스캔헤드(400)를 회전시킨다.As shown in FIG. 5, a
도 8의 (a),(b)에 도시된 바와 같이 제 4 구동부(410)의 구동에 의해 회전하는 Y축(420)은 스캔헤드(400)를 웨이퍼 로드 또는 언로드 위치로 회전시키거나 또는 스캔헤드의 웨이퍼 척에 놓인 웨이퍼를 이온 주입위치 또는 빔 프로파일링 위치로 회전시키는 역할을 한다. As shown in (a) and (b) of FIG. 8, the Y-
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 스캔헤드(400)는 웨이퍼(Wafer)를 잡아주는 웨이퍼 척(401)과, 웨이퍼 척(401)을 회전시키는 S축(402)과, S축(402)을 구동시키는 제 5 구동부(403)를 포함하여 구성된다. As shown in (a) of FIG. 9, the
그리고, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 S축(402)은 Y축(420)과 수직을 이루고, 제 5 구동부(403)의 구동에 의해 웨이퍼(Wafer)가 놓이는 웨이퍼 척(401)을 회전시켜 웨이퍼(Wafer)의 트위스트각(Twist Angle) 또는 방위각(Orientation Angle)을 조정한다. And, as shown in (b) of FIG. 9, the S-
여기서, 이온 주입 시 틸트각(Tilt Angle) 및 트위스트각(Twist Angle)을 조정해야 하는 첫 번째 이유는 반도체 결정 방향에 따라서 발생하는 빔 채널링 현상을 방지하기 위하여 채널링이 어려운 결정방향으로 빔 입사각을 조정해야 하기 때문이며, 두 번째 이유는 최근 3차원 구조로 된 반도체에서 틸트 이온주입 시 발생하는 그림자 현상을 방지하기 위하여 여러 각도에서 이온 주입을 하여야 하기 때문이다. Here, the first reason to adjust the tilt angle and the twist angle during ion implantation is to adjust the beam incidence angle in the crystal direction where channeling is difficult to prevent the beam channeling phenomenon that occurs depending on the semiconductor crystal direction. The second reason is that ion implantation must be performed at various angles in order to prevent a shadow phenomenon that occurs during tilt ion implantation in a semiconductor having a three-dimensional structure.
따라서, 본 발명은 L1축(120)과 L2축(220)의 모션을 통해 수평방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있는 스칼라 모션을 구현하게 되고, R축(320)의 모션을 통해 좌,우 스캔 과정에서 이온 빔의 입사각이 일정하도록 조절하며, S축(402)의 모션을 통해 웨이퍼 결정 방향에 따라 빔 채널링 현상을 방지하고 그림자 현상을 방지하여 웨이퍼 상의 이온 빔 주입의 균일도를 향상시킨다.Accordingly, the present invention implements a scalar motion that can scan in any designated direction in the horizontal direction through the motion of the
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇에 의한 웨이퍼의 고 각도 틸트 이온 주입 시 도핑 균일도를 설명하기 위해 도시한 평면도이다. 10 is a plan view illustrating a doping uniformity during high angle tilt ion implantation of a wafer by a semiconductor wafer ion implantation scan robot according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇은 0°틸트 이온 주입 시(0°Tilt Implantation) 웨이퍼 상의 모든 위치가 등거리 이온 빔에 의해 균일한 이온 빔 밀도로 웨이퍼 스캐닝 된다. As shown in FIG. 10, the semiconductor wafer ion implantation scan robot scans the wafer at a uniform ion beam density by an equidistant ion beam at all positions on the wafer during 0° tilt implantation (0° Tilt Implantation).
아울러 고 각도로 틸트 하였을 때에도 수직 리본 빔 또는 수직 스캔 빔에 대해 좌-우로 웨이퍼 스캐닝하기 때문에 틸트각에 상관없이 빔 경로 차이가 없으며, 이로 인하여 웨이퍼 스캔 중 빔 균일도가 일정하게 유지되어 웨이퍼 상의 모든 위치에서 균일하게 이온이 주입될 수 있게 된다. In addition, even when tilted at a high angle, there is no difference in the beam path regardless of the tilt angle because the wafer is scanned left-right with respect to the vertical ribbon beam or vertical scan beam. Ions can be uniformly implanted at
이와 같이 본 발명은 이온 빔이 웨이퍼(Wafer)상에 균일하게 주입되도록 웨이퍼를 수평 방향의 어떠한 지정된 방향으로도 스캔할 수 있으며, 고 틸트각의 저 에너지 이온 주입 시에도 웨이퍼 상의 모든 곳이 등거리 이온 빔에 의하여 조사되어 웨이퍼 상의 도핑 균일도를 월등히 향상시키게 된다. As described above, in the present invention, the wafer can be scanned in any designated direction in the horizontal direction so that the ion beam is uniformly implanted on the wafer, and even when implanting low energy ions with a high tilt angle, all places on the wafer are It is irradiated by the beam to significantly improve the doping uniformity on the wafer.
또한, 기존 스캔방향의 웨이퍼 위치별로 이온 빔 경로의 거리 차이 및 그에 따른 이온 빔 사이즈의 변화로 인해 유발되는 도핑 균일도 문제를 해결하고, 아울러 차세대 반도체의 도핑 균일도 요구조건을 만족시킬 수 있게 된다. In addition, it is possible to solve the problem of doping uniformity caused by the difference in distance of the ion beam path for each wafer location in the existing scan direction and the change in the ion beam size accordingly, and also satisfy the doping uniformity requirement of the next generation semiconductor.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment described above. That is, a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs can make a number of changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are Equivalents should be regarded as falling within the scope of the present invention.
100: 제 1 링크 110: 제 1 구동부
120: L1축 200: 제 2 링크
210: 제 2 구동부 220: L2축
300: 지지프레임 310: 제 3 구동부
320: R축 400: 스캔헤드
401: 웨이퍼 척 402: S축
403: 제 5 구동부 410: 제 4 구동부
420: Y축100: first link 110: first driving unit
120: L1-axis 200: second link
210: second driving unit 220: L2-axis
300: support frame 310: third driving unit
320: R axis 400: scan head
401: wafer chuck 402: S axis
403: fifth driving unit 410: fourth driving unit
420: Y axis
Claims (9)
상기 제 1 링크의 상부에 상기 제 1 링크와 동일 길이의 제 2 링크가 포개지고 상기 제 1 링크의 타측과 이에 포개지는 상기 제 2 링크의 일측에 수직으로 결합되어 제 2 구동부의 구동에 의해 상기 제 2 링크를 회전시키는 L2축;
상기 제 2 링크의 타측 상부에 스캔헤드를 지지시키는 지지프레임이 포개지고, 상기 제 2 링크의 타측과 상기 지지프레임의 중앙에 수직으로 결합되어 제 3 구동부의 구동에 의해 상기 지지프레임을 회전시키는 R축; 및
상기 지지프레임에 수평으로 결합되어 상기 스캔헤드의 양측을 지지시키고, 제 4 구동부의 구동에 의해 상기 스캔헤드를 회전시키는 Y축;을 포함하고,
상기 제 1 구동부와, 제 2 구동부는 동기화하여 구동하고, 상기 제 1 링크는 상기 L1축을 기준으로 좌,우 회전하고, 상기 제 2 링크는 상기 L2축을 기준으로 좌,우 회전하여 상기 스캔헤드를 좌,우 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.An L1 shaft which is vertically coupled to one side of the first link and rotates the first link by driving the first driving unit;
A second link having the same length as the first link is superimposed on an upper portion of the first link, and is vertically coupled to the other side of the first link and to one side of the second link superimposed thereon, and driven by the second driving unit. An L2-axis rotating the second link;
A support frame for supporting the scan head is superimposed on the other side of the second link, and is vertically coupled to the other side of the second link and the center of the support frame to rotate the support frame by driving a third driving unit. shaft; And
Including; horizontally coupled to the support frame to support both sides of the scan head, and to rotate the scan head by driving a fourth driving unit; and
The first driving unit and the second driving unit are driven in synchronization, the first link rotates left and right with respect to the L1 axis, and the second link rotates left and right with respect to the L2 axis to move the scan head. A semiconductor wafer ion implantation scan robot, characterized in that it moves horizontally left and right.
상기 제 1 구동부는 상기 L1축이 상기 제 1 링크에 수직 결합되도록 제 1 링크의 하부에 구비되고, 상기 제 2 구동부는 상기 L2축이 상기 제 2 링크에 수직 결합되도록 상기 제 1 링크의 타측 내부에 구비되며, 상기 제 3 구동부는 상기 R축이 상기 지지프레임의 중앙에 수직 결합되도록 상기 제 2 링크의 타측 내부에 구비되고, 상기 제 4 구동부는 상기 Y축이 상기 지지프레임의 상단에 수평 결합되도록 상기 지지프레임의 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 1,
The first driving part is provided under the first link so that the L1 axis is vertically coupled to the first link, and the second driving part is inside the other side of the first link so that the L2 axis is vertically coupled to the second link. And the third driving part is provided inside the other side of the second link so that the R-axis is vertically connected to the center of the support frame, and the fourth driving part is provided with the Y-axis horizontally connected to the upper end of the support frame. Semiconductor wafer ion implantation scan robot, characterized in that provided on one side of the support frame as possible.
상기 제 3 구동부는 상기 제 1 구동부와 동기화하여 구동하고, 상기 R축은 상기 L1축과 동일한 회전각으로 상기 스캔헤드를 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 1,
Wherein the third driving unit is driven in synchronization with the first driving unit, and the R axis rotates the scan head at the same rotation angle as the L1 axis.
상기 L1축을 회전시켜 틸트각을 조정하고, 상기 조정된 틸트각에서 상기 제 1 구동부와 제 2 구동부의 구동을 동기화하여 상기 L1축을 기준으로 상기 제 1 링크를 좌,우 회전하고, 상기 L2축을 기준으로 상기 제 2 링크를 좌,우 회전하여 상기 스캔헤드를 좌,우 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 1,
Rotate the L1 axis to adjust the tilt angle, synchronize the driving of the first driving unit and the second driving unit at the adjusted tilt angle to rotate the first link left and right with respect to the L1 axis, and rotate the first link to the left and right based on the L2 axis. And rotating the second link left and right to horizontally move the scan head left and right.
상기 제 3 구동부는 상기 조정된 틸트각에서 상기 제 1 구동부와 동기화하여 구동하고, 상기 R축은 상기 L1축과 동일한 회전각으로 상기 스캔헤드를 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 5,
The third driving unit is driven in synchronization with the first driving unit at the adjusted tilt angle, and the R axis rotates the scan head at the same rotation angle as the L1 axis.
상기 Y축은 상기 스캔헤드의 웨이퍼를 웨이퍼 로드 또는 언로드 위치로 회전시키거나 또는 상기 스캔헤드의 웨이퍼를 이온 주입위치 또는 빔 프로파일링 위치로 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 1,
The Y axis rotates the wafer of the scan head to a wafer loading or unloading position, or rotating the wafer of the scan head to an ion implantation position or a beam profiling position.
상기 스캔헤드는 웨이퍼를 잡아주는 웨이퍼 척과, 상기 웨이퍼 척을 회전시키는 S축과, 상기 S축을 구동시키는 제 5 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 1,
The scan head includes a wafer chuck for holding a wafer, an S axis for rotating the wafer chuck, and a fifth driving unit for driving the S axis.
상기 S축은 상기 Y축과 수직을 이루고, 상기 웨이퍼가 놓이는 웨이퍼 척을 회전시켜 웨이퍼의 트위스트각(Twist Angle) 또는 방위각(Orientation Angle)을 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 이온주입 스캔로봇.The method of claim 8,
The S-axis is perpendicular to the Y-axis, and the wafer chuck on which the wafer is placed is rotated to adjust a twist angle or an orientation angle of the wafer.
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