KR20030000457A - 센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치 - Google Patents

센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정의 이온 주입 장치(ion implantation apparatus)에 대한 것으로, 좀더 상세하게는 센서(sensor)가 구비된 구경 조리개(resolving aperture)를 갖는 이온 주입 장치에 대한 것이다. 종래 기술에 따른 이온 주입 장치에서, 이온 소오스(ion souse)는 구경 조리개와 충돌하여 구경 조리개와 냉각판을 마모 및 손상시킨다. 따라서 웨이퍼에 형성된 막과 이온 주입 장치의 오염 및 고장을 발생시킨다.
따라서, 본 발명에서는 구경 조리개와 냉각판 사이에 센서를 형성시킴으로써, 웨이퍼에 형성된 박막과 이온 주입 장치의 오염 및 고장 등의 발생을 방지 할 수 있으므로, 생산성 빛 경제성을 증대시킬 수 있으며, 고순도 및 고품질의 막을 웨이퍼에 형성시킬 수 있다.

Description

센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치{Resolving aperture having sensor in ion implantation apparatus}
본 발명은 반도체 제조 공정에서의 이온 주입 장치(ion implantation apparatus)에 대한 것으로, 좀더 상세하게는 센서가 구비된 구경 조리개(resolving aperture)를 갖는 이온 주입 장치에 대한 것이다.
반도체 칩에 미세회로를 형성하는 패브리케이션 공정(fabrication process; fab)은 확산, 사진, 식각, 박막 형성의 공정으로 나뉘어지며, 이 중에서 박막 형성 공정은 웨이퍼 위에 원하는 재질의 막을 소정의 두께로 형성시키는 공정을 말한다. 박막 형성 공정에는 화학적 기상 증착 방법(chemical vapr deposition; CVD), 물리적 기상 증착 방법(phsical vapor deposition; PVD)으로 나누어지며, 물리적 기상 증착 방법에는 스퍼터링(sputtering), 이온 주입법(ion implantation), 이온 증착법(ion evaporation)등이 있다.
이온 주입법은 주입하고자 하는 원소가 포함된 가스를 이온화시키고, 발생된 이온을 가속시켜 모재에 주입하는 방법으로 반도체 칩 제조 공정에서는, 웨이퍼를 n형 반도체 칩 또는 p형 반도체 칩으로의 도핑 시 또는 SiO2, SiN 등으로 형성된 마스크 형성 시에 이용된다. 이와 같은 이온 주입법은 소정의 진공이 형성된 챔버에서 실시되므로 고순도, 고정밀, 고균일 막이 형성되며, 상온 상태에서도 막 형성이 가능하므로 그 생산성이 우수하다.
도면을 참조하여 이온 주입 장치를 설명하겠다.
도 1은 종래 기술에 따른 이온 주입 장치의 간략도이다.
도 1과 같이, 종래 기술에 따른 이온 주입 장치(100)는 이온 소오스(ion souse part; 110), 가속(acceleration part; 120), 초점(focus part; 130), 중성자 빔 제거부(140), 스캐닝(scanning part; 150), 웨이퍼 홀더(wafer holder; 160) 등으로 구성된다.
이온 소오스부(110)에 주입된 가스는 전자(electron)와 충돌되어 이온화(ionization)되고, 형성된 이온 소오스는 가속부(120)에 주입되어 웨이퍼(1)와의 충돌 및 내부로 침투되어 막으로 형성될 수 있는 소정의 에너지를 갖도록 가속된다. 가속된 이온 소오스는 초점부(130)에서 소정의 빔 사이즈를 갖도록 조절되며, 중성자 빔 제거부(140)에서 중성자가 제거되어 스캐닝부(150)에서 X-축, Y-축으로 그 방향이 조절된다. 또는 스캐닝부에서 Y-축 방향이 조절된 이온 소오스는 중성자 빔 제거부에서 중성자가 제거되고, 스케닝부에서 X-축 방향이 조절된다. 방향이 조절된 빔은 웨이퍼(1)와 충돌되어 웨이퍼(1) 상에 침투된다. 이와 같은 막이 형성된 웨이퍼(1)는 어닐링(annealing) 과정을 통해 주입 성분의 확산 및 내부 스트레스 제거 등의 공정을 거친다.
이와 같은 이온 주입 장치(100)에서 가속부(120)는 이온 소오스를 모아주는 구경 조리개(121)가 그 입구에 위치되며, 구경 조리개(121)는 탄소 등의 재질로 형성된다.
도 2는 종래 기술에 따른 구경 조리개의 사시도이다.
도 2와 같이 구경 조리개(121)는 복수개의 단위 블록(unit block; 122)들로 구성되고, 그 중심에는 소정의 직경을 갖는 홀(126)이 형성되어 있다. 구경조리개(121)의 배면에는 냉각수가 포함된 냉각판(123)이 구비되어 이온 소오스와 구경 조리개(121)와의 충돌 시 발생되는 열을 냉각시킨다.
그러나, 이온 소오스는 홀(126) 뿐 아니라 구경 조리개(121)와 충돌되어, 구경 조리개(121)를 마모시킨다. 이와 같은 현상이 지속되면, 구경 조리개(121) 배면에 형성된 냉각판(123)이 이온 소오스에 노출되고, 노출된 냉각판(123)은 이온 소오스에 의해 마모 및 손상된다. 손상된 냉각판(123)의 재질(일반적으로 알루미늄)은 웨이퍼(1)의 막에 형성되어 오염시킨다. 또한 냉각판(123) 내부의 냉각수를 유출시켜 이온 주입 장치(100)의 오염 및 고장 등의 문제를 발생시킨다.
본 발명의 목적은 구경 조리개의 손상을 인식할 수 있는 센서가 구비된 구경 조리개(aperture)를 갖는 이온 주입 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 이온 주입 장치의 간략도,
도 2는 종래 기술에 따른 구경 조리개의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 간략도,
도 4는 본 발명에 따른 구경 조리개의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
1 : 웨이퍼100, 200 : 이온 주입 장치
101, 201 : 챔버110 : 이온 소오스부
120, 220 : 가속부121, 221 : 구경 조리개
122, 222 : 단위 블록123, 223 : 냉각판
126, 226 : 홀130 : 초점부
140 : 중성자 빔 제거부150 : 스캐닝부
160 : 웨이퍼 홀더224 : 와이어
225 : 센서270 : 빔 조절부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치는, 이온 소오스부, 가속부, 초점부, 중성자 빔 제거부, 스캐닝부, 웨이퍼 홀더 등으로 구성된 이온 주입 장치에 있어서, 가속부는, 중심에 형성된 홀(hole)과 상기 홀을 중심으로 나뉘어진 둘 이상의 단위 블록으로 형성된 구경 조리개와, 구경 조리개 배면에 형성된 냉각판과, 구경 조리개와 냉각판 사이에 형성되고 홀 주변으로부터 소정의 거리에 형성된 센서(sensor), 및 센서 및 이온 소오스부와 전기적으로 연결된 빔 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 센서는 이온을 인식할 수 있는 이온 감지 센서인 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 주입 장치의 간략도, 도 4는 본 발명에 따른 구경 조리개의 사시도이다.
도 3 내지 도 4와 같이 본 발명에 따른 센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치(200)는, 챔버(201), 이온 소오스부(110), 가속부(220), 초점부(130), 중성자 빔 제거부(140), 스캐닝부(150), 웨이퍼 홀더(160) 등으로 구성된다.
이와 같은 이온 주입 장치(200)의 가속부(220)는 구경 조리개(221)를 포함한다. 구경 조리개(221)는 중심에 형성된 홀(226)을 포함하며, 그 중심을 기준으로 둘 이상의 단위 블록(222)으로 나뉘어진다. 이와 같은 구경 조리개(221)에는 냉각판(223)이 부착되며, 구경 조리개(221)와 냉각판(223) 사이에는 센서(225)가 구비된다. 센서(225)는 구경 조리개(221)의 홀(226)로부터 소정의 거리만큼 떨어져 형성되며, 이온 소오스부(110)와 함께 빔 조절부(270)와 전기적으로 연결된다. 여기서 센서(225)는 이온을 감지 할 수 있는 이온 감지 센서인 것이 바람직하다.
따라서, 구경 조리개(221)의 중심으로부터 소정의 거리에 이온 소오스가 충돌되면, 이온 센서(225)에 의해 충돌된 이온이 감지되어 빔 조절부(270)에 전기적 신호가 전송되고, 이온의 전하량이 임의의 기준 이상이면 빔 조절부(270)는 이온 소오스부(110)에 정지(interlock)를 알리는 전기적 신호를 전달시킨다. 이와 같은 전기적 신호는 Ta, Cu, Ag, Au 등의 재질로 형성된 와이어(wire)를 통해 전달된다.
이와 같은 원리에 의해 구경 조리개와 냉각판이 일정 기준 이상으로 손상되거나 마모되면 이온 소오스부(110)는 작동되지 않는다. 따라서 웨이퍼(1)에 형성된 박막과 이온 주입 장치(200)의 오염 및 고장 등의 발생이 방지될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
예를 들어 본 발명의 구경 조리개는 이온 주입 장치 뿐 아니라, 이온빔(ion beam)을 이용하여 사물을 고 배율로 관찰하는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 등의 측정 기기 및 이온빔을 이용하여 사물의 재질을 분석하는 분석 기기 등의 구경 조리개에도 이용 될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 이온 주입 장치는 구경 조리개에 센서를 형성시킴으로써, 웨이퍼에 형성된 박막과 이온 주입 장치의 오염 및 고장 등의 발생을 방지 할 수 있다.
더불어, 구경 조리개와 냉각판에 의한 불순물 주입이 방지되므로 고순도, 고품질의 막을 웨이퍼에 형성할 수 있다.

Claims (2)

  1. 이온 소오스부(ion souse part), 가속부(acceleration part), 초점부(focus part), 중성자 빔 제거부, 스캐닝부(scanning part), 웨이퍼 홀더(wafer holder) 등으로 구성된 이온 주입 장치에 있어서,
    상기 가속부는, 중심에 형성된 홀(hole)과 상기 홀을 중심으로 나뉘어진 둘 이상의 단위 블록(unit block)으로 형성된 구경 조리개와, 상기 구경 조리개 배면에 형성된 냉각판과, 상기 구경 조리개와 냉각판 사이에 형성되고 상기 홀 주변으로부터 소정의 거리에 형성된 센서(sensor), 및 상기 센서 및 이온 소오스부와 전기적으로 연결된 빔 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 센서는 이온을 인식할 수 있는 이온 감지 센서인 것을 특징으로 하는 센서가 구비된 구경 조리개를 갖는 이온 주입 장치.
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