KR20010003126A

KR20010003126A - A ion beam control system for ion implanting machine

Info

Publication number: KR20010003126A
Application number: KR1019990023289A
Authority: KR
Inventors: 차광호; 김도형
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2001-01-15

Abstract

PURPOSE: A system for controlling an ion beam of a semiconductor ion implanter is provided to prevent uniformity of an ion implantation process from being deteriorated, by applying an output signal of a vacuum gauge as a control signal of an ion beam. CONSTITUTION: A signal from an output terminal of a vacuum gauge(27) for measuring vacuum of a process chamber(11) is applied to a control unit(29) of an ion generating unit as a control signal, the ion generating unit having an effect on the quantity of an ion beam. The output signal of the vacuum gauge is applied to the control unit as a control signal by using a converter(28).

Description

Ion beam control system for semiconductor ion implantation equipment

본 발명은 이온주입장비의 이온빔 조절 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정챔버 내부의 진공도 변화에 따라 이온빔의 양을 조절할 수 있는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam control system of the ion implantation equipment, and more particularly to a system that can adjust the amount of the ion beam in accordance with the change in the degree of vacuum in the process chamber.

반도체장치는 웨이퍼 기판상에 도체, 반도체, 부도체의 박막을 형성하고 패터닝하여 전자, 전기 소자를 형성하고 이들을 연결하여 일정 기능의 회로를 구성한 것이다. 따라서 반도체장치를 형성하기 위해서는 도체, 반도체, 부도체 막을 형성하는 작업과 이를 가공하는 작업이 필요하고 그 과정은 다양하게 이루어진다.A semiconductor device forms a circuit of a certain function by forming and patterning a thin film of a conductor, a semiconductor, and a non-conductor on an wafer substrate to form electronic and electrical elements and connecting them. Therefore, in order to form a semiconductor device, a work for forming a conductor, a semiconductor, and a non-conductor film and a process for processing the same are required.

이들 가공 과정 가운데 하나로 이온주입 과정이 있다. 이온주입은 실리콘과 같은 반도체에 전자나 정공과 같은 전류 캐리어를 공급할 불순물 원소의 이온을 공급하기 위해 사용된다. 이온주입은 이온주입 장비의 이온발생기에서 아아크 방전 등의 방법으로 공급된 소오스 가스에서 이온을 발생시키고 발생된 이온들을 추출하여 인가된 전압을 통해 가속을 시켜 웨이퍼상의 특정층에 주입하는 것을 말한다.One of these processes is ion implantation. Ion implantation is used to supply ions of impurity elements to supply current carriers such as electrons or holes to semiconductors such as silicon. Ion implantation refers to generating ions from a source gas supplied by an arc generator, such as arc discharge, and extracting the generated ions to be accelerated through an applied voltage and implanted into a specific layer on a wafer.

이때 소오스 가스는 여러 가지 원소들의 이온이 함께 발생할 수 있으므로 이온이 가속되는 경로상에서 자기장을 설치하고 이 자기장을 통과하면서 굴절되는 이온들을 일정 위치의 슬릿을 통과하도록 하여 원하는 불순물의 이온만을 얻어내게 된다. 가속된 이온들은 공정챔버에서 회전하는 큰 플레이트의 주변부에 놓여 같이 회전하는 웨이퍼에 투입된다.At this time, since the source gas can generate ions of various elements together, a magnetic field is installed on the path where the ions are accelerated, and the ions refracted while passing through the magnetic field pass through the slit at a predetermined position to obtain only ions of desired impurities. Accelerated ions are placed in the periphery of the rotating large plate in the process chamber and injected into the rotating wafer.

투입되는 이온들의 입사 에너지는 이온들을 가속시키는 전압에 의해 결정되며 웨이퍼 면에서 어느 깊이에 있는 어느 물질층에 투입될 것인가를 결정한다. 그리고 이온의 개수 즉 does는 이온빔에 의해 형성되는 전류를 측정하여 알 수 있으며 does량은 이온이 주입되는 반도체층의 불순물 농도와 전도도를 결정하며 형성될 반도체장치의 특성을 결정하게 된다.The incident energy of the introduced ions is determined by the voltage which accelerates the ions and determines which material layer at which depth on the wafer surface. The number of ions, i.e., can be known by measuring a current formed by the ion beam, and the amount of does determines the impurity concentration and conductivity of the semiconductor layer into which ions are implanted and determines the characteristics of the semiconductor device to be formed.

한편, 이온주입 장비에서 이온주입 에너지와 이온주입량은 상당히 정밀하게 조절될 수 있는데 이는 주입되는 이온들의 경로상에 다른 종류의 기체 분자들이 없어서 충돌하지 않는다는 전제를 가지고 있다. 만약 대기중에서 이온주입을 진행할 경우 이온들은 가속되는 도중에 다른 기체 입자와 충돌하여 원하는 에너지를 가진 원하는 수의 이온이 웨이퍼에 투입될 수 없게 된다. 따라서, 이온주입 장비에서 웨이퍼에 주입되는 이온의 정확한 제어를 위해 빔의 모든 경로를 밀폐하고 이 밀폐된 공간인 공정챔버를 진공펌프를 통해 고진공으로 유지하고 있으며 이로써 이온빔이 경로상에서 다른 가스 입자와 충돌하여 발생할 수 있는 전류의 감지불량을 방지하게 된다.On the other hand, the ion implantation energy and the amount of ion implantation in the ion implantation equipment can be controlled very precisely, which has the premise that there are no other kinds of gas molecules in the path of the implanted ions do not collide. If ion implantation is carried out in the atmosphere, the ions collide with other gas particles during acceleration, so that the desired number of ions with the desired energy cannot be injected into the wafer. Therefore, all the paths of the beam are sealed for accurate control of the ions injected into the wafer in the ion implantation equipment, and the enclosed space, the process chamber, is maintained at high vacuum through a vacuum pump, which causes the ion beam to collide with other gas particles on the path. This prevents the misdetection of current that can occur.

그런데 이온주입 공정에서 흔히 이온주입 마스크로 포토레지스트 등이 사용되고 이를 이루는 물질들에 가속된 이온이 충돌하여 그 에너지가 물질을 변화시키면서 생긴 가스들이 방출되는 현상이 발생한다. 이 가스들은 대개 공정중 진공펌프를 통해 제거되는데 고에너지 다량의 이온주입이 이루어질 경우에는 그 발생량이 급증하여 진공펌프의 가스 제거량을 넘어서는 경우가 생길 수 있다. 이 가스는 공정챔버의 압력을 상승시키고 특히 웨이퍼 주변에 상대적으로 많은 입자들이 있으므로 장비에서 가속된 이온들이 웨이퍼에 입사하기 바로 전에 가스 입자와 충돌하여 에너지를 잃고 방향을 바꾸어 웨이퍼에 입사되지 못하거나 원하는 위치에 입사되지 못하는 문제가 생긴다.However, in the ion implantation process, a photoresist or the like is commonly used as an ion implantation mask, and accelerated ions collide with materials forming the same, and thus, gases generated by changing energy of the material are emitted. These gases are usually removed through the vacuum pump during the process. When a large amount of high energy ion implantation is performed, the amount of gas may increase rapidly and exceed the gas removal amount of the vacuum pump. This gas raises the pressure in the process chamber and, in particular, there are relatively many particles around the wafer, so that the accelerated ions in the equipment collide with the gas particles just before entering the wafer, losing energy and redirecting them, preventing them from entering the wafer or There is a problem of failing to enter the position.

이러한 현상이 많아지면 이온빔 전류에 의한 정확한 불순물 이온 주입 조절이 잘 이루어지지 않게 되고 결국 제조될 반도체장치의 동작특성을 변화시켜 불량을 유발하게 된다. 즉 이온주입시의 이러한 아웃 가스는 공정과 제품의 질에 치명적인 영향을 주게 된다.If this phenomenon increases, the impurity ion implantation control by the ion beam current may not be controlled well, and eventually, the operation characteristics of the semiconductor device to be manufactured may be changed, causing defects. This outgassing during ion implantation has a fatal effect on process and product quality.

종래에는 이러한 현상을 방지하게 위해 이온주입장비에 인터록 시스템을 운영하였다. 즉 이온주입이 진행됨에 따라 아웃 가스가 발생하여 공정챔버 내의 기압이 증가하여 일정 값을 넘어서면 이온빔의 주입이 중단되도록 이루어져 있었다.Conventionally, the interlock system was operated in the ion implantation equipment to prevent this phenomenon. That is, as the ion implantation proceeded, the outgas was generated, and the pressure in the process chamber increased, and the ion beam was stopped to be injected when a certain value was exceeded.

도1은 종래의 이온주입 장비 공정챔버에서 이루어지는 상황을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a situation made in the conventional ion implantation equipment process chamber.

공정챔버(11) 내부에서 이온주입이 이루어질 때 이온빔(13)이 디스크(14)상의 웨이퍼(15) 표면에 있는 포토레지스트 물질과 충돌하여 가스 분자(17)들을 발생시킨다. 상대적으로 이 가스 분자들은 웨이퍼 근처에 많이 위치하고 주입되는 이온들과 충돌하여 이온주입을 방해한다. 가스 분자들은 공정챔버에 연결 설치된 진공펌프(19)에 의해 일부씩 제거되나 고에너지 다량의 이온주입이 이루어질 경우 가스 발생량이 급증하므로 차차 챔버 내부의 압력이 올라간다. 공정챔버에 연결된 진공게이지(21)에는 압력이 증가되는 것이 측정된다. 압력이 미리 설정된 일정 값을 넘어서면 설비에 인터락이 이루어진다. 도2는 진공게이지에서 시간에 따라 압력값이 변화하는 형태를 나타낸 것이다. 인터락 시스템을 살펴보면, 진공게이지의 출력단자에서 출력된 주로 전압 형태의 출력신호는 설비의 비교기에 투입되어 미리 입력된 인터락 한계치와 비교된다. 출력신호치가 인터락 한계치를 넘으면 비교기의 신호가 이온빔 발생기의 아아크 전원을 단절하거나 가속전압의 인가를 중단하여 이온주입을 중단하게 된다. 압력값이 떨어져 출력신호치가 이 인터락 한계치보다 낮아지면 비교기는 새로운 신호를 발생시켜 작업자로 하여금 이온빔 발생기의 상태를 일반 공정진행 상태로 회복시켜 이온주입을 속행하게 한다.When ion implantation is performed inside the process chamber 11, the ion beam 13 collides with the photoresist material on the surface of the wafer 15 on the disk 14 to generate gas molecules 17. Relatively, these gas molecules are located near the wafer and collide with the implanted ions, preventing the implantation. The gas molecules are partially removed by the vacuum pump 19 connected to the process chamber, but when a large amount of high energy is injected, the amount of gas is rapidly increased, so the pressure inside the chamber is gradually increased. It is measured that the pressure is increased in the vacuum gauge 21 connected to the process chamber. If the pressure exceeds a preset value, the facility is interlocked. Figure 2 shows the form that the pressure value changes with time in the vacuum gauge. Looking at the interlock system, the output signal in the form of mainly voltage output from the output terminal of the vacuum gauge is input to the comparator of the equipment and compared with the input interlock threshold. When the output signal exceeds the interlock limit, the signal of the comparator interrupts the arc power supply of the ion beam generator or stops the application of the acceleration voltage to stop the ion injection. When the pressure value drops and the output signal value falls below this interlock limit, the comparator generates a new signal, allowing the operator to restore the state of the ion beam generator to the normal process state and continue ion implantation.

그러나 이러한 인터락 시스템을 채택한 경우에도 공정이 중간에 단절되는 관계로 이온주입 균일성이 떨어지고, 작업자가 위 상황을 계속 모니터 한 경우가 아니면 공정을 재개시켜야 할지를 판단하기 위해 일정 사항을 점검하고 결정하는데 시간이 소요된다. 또한 잦은 인터락 발생은 설비의 효율을 떨어뜨리게 된다.However, even if this interlock system is adopted, the ion injection uniformity is inferior because the process is interrupted in the middle, and the schedule is checked and determined to determine whether the process should be restarted unless the operator continuously monitors the above situation. It takes time. Frequent interlocking also reduces the efficiency of the installation.

본 발명은 이온주입 공정에서 고에너지 다량 이온주입시 아웃 가스로 인하여 내부 압력이 증가하고 인터락이 발생하여 이온주입 균일성 같은 공정의 질이 나빠지고 작업상 효율을 저하되는 것을 방지할 수 있는 이온주입장비의 이온빔 조절 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, ion implantation can be prevented from deteriorating work efficiency and lowering the efficiency of the process such as uniformity of ion implantation due to the increase in internal pressure and interlock due to outgas when high energy ion implantation is performed in the ion implantation process. It is an object to provide an ion beam control system for equipment.

도2는 진공게이지에서 시간에 따라 압력값이 변화하는 형태를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the form that the pressure value changes with time in the vacuum gauge.

도3은 본 발명의 일 실시예를 개념적으로 도시한 도면이다.3 conceptually illustrates one embodiment of the present invention.

도4는 출력된 신호를 나타내는 그래프이며 시간에 따른 내부 압력이 전압으로 표현된다.4 is a graph showing the output signal, the internal pressure over time is represented by a voltage.

도5는 변환기에서 도4의 신호를 변환한 새로운 신호값이 시간에 따라 변화되는 것을 나타낸다.FIG. 5 shows that the new signal value obtained by converting the signal of FIG. 4 in the converter changes with time.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing

11: 공정챔버 13: 이온빔11: process chamber 13: ion beam

14: 디스크 15: 웨이퍼14: disk 15: wafer

17: 가스 분자 19: 진공펌프17: gas molecules 19: vacuum pump

21,27: 진공 게이지 28: 변환기21,27: vacuum gauge 28: transducer

29: 제어수단29: control means

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온빔 조절 시스템은 이온주입장비 공정챔버의 진공도를 측정하는 진공게이지의 출력단의 신호가 이온빔의 양에 영향을 미치는 이온발생기상의 제어수단에 조절 신호로 인가되어 이온빔의 양을 조절하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the ion beam control system of the present invention for achieving the above object, the signal of the output stage of the vacuum gauge for measuring the degree of vacuum of the process chamber of the ion implantation equipment is applied as a control signal to the control means on the ion generator affecting the amount of the ion beam ion beam Characterized in that it is made to adjust the amount of.

따라서, 본 발명에서의 이온빔 조절 시스템은 공정챔버의 진공도를 측정하는 진공게이지, 진공게이지의 신호를 이온빔 조절 신호로 바꿔주는 변환기, 변환된 신호를 받아들여 이온빔의 양에 영향을 미치는 이온발생기상의 제어수단을 구비하여 이루어지며 진공게이지의 출력단 신호는 주로 전압의 크기라는 형태로 전달되는데 이온발생기상의 제어수단이 이 신호를 그대로 받아들여 자체로 이온빔의 양을 조절할 경우는 변환기가 필요없게 된다.Therefore, the ion beam control system in the present invention is a vacuum gauge for measuring the vacuum degree of the process chamber, a converter for converting the signal of the vacuum gauge into an ion beam control signal, on the ion generator that receives the converted signal to affect the amount of ion beam It is provided with a control means, and the output signal of the vacuum gauge is mainly transmitted in the form of voltage. When the control means on the ion generator accepts the signal as it is and adjusts the amount of the ion beam by itself, no converter is required.

이하 도면을 참조하면서 일 실시예를 통해 본 발명의 이온빔 조절 시스템을 좀 더 살펴보기로 한다.Hereinafter, the ion beam control system of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명의 일 실시예를 개념적으로 도시한 도면이다. 진공게이지(27)의 출력단에서는 챔버 내의 압력을 전압의 형태로 표시한 출력신호가 발생한다. 이 신호는 변환기(28)로 입력된다. 변환기에서 변환된 신호는 이온발생기 전원의 전류제어기와 같은 제어수단(29)에 입력되어 이온 발생장치를 조절한다. 도4는 출력된 신호를 나타내는 그래프이며 시간에 따른 내부 압력이 전압으로 표현된다. 전압의 크기는 대개 인터락 한계치보다 낮은 값으로 상승한 후 하강하는 곡선을 그린다. 도5는 변환기에서 도4의 신호를 변환한 새로운 신호값이 시간에 따라 변화되는 것을 나타낸다. 도5의 신호는 일정값 가령 인터록 한계치에서 도4의 출력 전압값을 제한 값을 나타내고 있으며 도4와는 반대로 하강하다가 상승하는 형태가 되어 있다.3 conceptually illustrates one embodiment of the present invention. At the output end of the vacuum gauge 27, an output signal indicating the pressure in the chamber in the form of a voltage is generated. This signal is input to the transducer 28. The signal converted by the converter is input to the control means 29, such as the current controller of the ion generator power source to control the ion generator. 4 is a graph showing the output signal, the internal pressure over time is represented by a voltage. The magnitude of the voltage is usually a curve that rises and falls below the interlock limit. FIG. 5 shows that the new signal value obtained by converting the signal of FIG. 4 in the converter changes with time. The signal of FIG. 5 shows a limit value of the output voltage value of FIG. 4 at a predetermined value, for example, an interlock limit value, and is in the form of falling and rising opposite to FIG. 4.

이상의 예에서는 인터록이 일반적으로 걸리지 않고 사전에 공정챔버 압력 증가에 따라 이온빔 양이 서서히 감소하므로 전류의 양 조절을 통한 이온주입량의 조절에 어려움이 없게 되며, 인터락에 의한 공정중단이 없으므로 웨이퍼 부분에 따라 주입이온의 농도가 균일하지 않게 되는 문제를 없앨 수 있으며, 작업자의 시간 소모의 문제가 전혀 없게 된다. 물론 다른 원인에 의한 공정챔버 내부 압력 증가로 인터락이 발생할 수 있으나 이온빔의 작용으로 아웃 가스가 발생하여 인터락이 발생하는 것은 사전에 막을 수 있다.In the above example, since the interlock is not generally applied and the ion beam amount gradually decreases with the increase of the process chamber pressure in advance, there is no difficulty in controlling the ion implantation amount by controlling the amount of current, and there is no process interruption due to the interlock. Therefore, the problem that the concentration of the implanted ion is not uniform can be eliminated, and there is no problem of time consuming workers. Of course, the interlock may occur due to an increase in the internal pressure of the process chamber due to another cause, but the interlock may be prevented in advance by the outgas generated by the action of the ion beam.

본 발명에 따르면 이온주입 공정에서 고에너지 다량 이온주입시 아웃 가스로 인하여 내부 압력이 증가하고 인터락이 발생하여 이온주입 균일성 같은 공정의 질이 나빠지고 작업상 효율을 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, in the ion implantation process, the internal pressure increases due to the outgas during the high energy ion implantation, and interlocks occur, thereby preventing the quality of the process such as ion implantation uniformity from being deteriorated and reducing the operational efficiency.

Claims

The ion beam control of the ion implantation equipment, characterized in that the signal from the output end of the vacuum gauge for measuring the vacuum degree of the process chamber is applied as a control signal to the control means on the ion generator affecting the amount of the ion beam to adjust the amount of the ion beam system.

The method of claim 1,

The output signal of the vacuum gauge is applied to the control means by the converter as an adjustment signal, the ion beam control system of the ion implantation equipment.

The method according to claim 1 or 2,

And the control means is an arc current power source of the ion generator.