KR20050005588A - 이온주입장치의 패러데이 컵 어셈블리 - Google Patents

Abstract

이온주입장치에서 공정 진행 도중에 빔 셋업(beam setup)을 다시 하게 될 경우 빔을 센싱하는 패러데이 컵(faraday cup)에서 산란된 이온들에 의해 패러데이 컵 아래에 위치한 웨이퍼에 원하지 않는 빔 증착(beam deposition)이 될 수 있다. 본 발명은 패러데이 컵에서 산란된 이온들이 웨이퍼에 도달하지 못하도록 차단부를 구비한 쉴드(shield)를 패러데이 컵에 장착하여 이러한 문제를 해결하는 것이다. 원하지 않는 빔 증착을 억제할 수 있으므로 원하는 이온만 웨이퍼에 정확히 주입하여 이온주입 공정의 효율성을 증대시킬 수 있다.

Description

이온주입장치의 패러데이 컵 어셈블리{Faraday cup assembly of ion implanter}

본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 이용되는 이온주입장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온주입장치의 이온 빔 센싱에 이용되는 패러데이 컵 어셈블리에관한 것이다.

반도체 제품을 만드는 공정에서 실리콘 웨이퍼에 불순물을 도입하는 공정은 재료의 전기전도도에 영향을 주어 전기적인 특성을 변화시키는 것으로서, 반도체 소자 제조 공정에서 가장 중요한 공정으로 간주되어 왔다. 이온주입장치는 불순물을 이온 상태로 만든 후 이를 가속하여 물리적으로 웨이퍼에 주입하는 장치이다. 주입된 깊이와 주입량은 가속전압과 이온 전류, 주입 시간에 의해 정해지기 때문에 이온주입장치를 사용하면 주입 공정의 자동 종점 검출과 정밀한 불순물 도입이 가능해진다.

도 1은 일반적인 이온주입장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이온주입을 위해서는 먼저 이온발생장치(11)에서 원하는 불순물이 이온 형태로 형성되고 축출장치(13)에 의해 축출된다. 축출된 이온들은 저에너지 가속기(15)에 의해 1차적으로 가속된다. 이온발생장치(11)로부터 축출된 이온빔은 원하지 않는 종류의 이온들을 제거하기 위하여 질량분석기(17)를 통과한다. 질량분석기(17)는 자기장 내에서 같은 에너지를 갖는 이온들이라도 질량이 다르면 굽는 효과가 다른 원리를 이용하여 원하는 이온빔만을 선택하여 통과시키는 기능을 한다. 일정 각도 범위로 굽은 이온들은 슬릿을 통해 여과시켜 원하는 불순물 이온빔을 얻을 수 있다. 여과된 불순물 이온빔은 고에너지 가속기(19)를 거쳐 가속된 후 웨이퍼(25)에 주입된다. 이 때, 가속기(19)를 거친 이온빔을 전기장 혹은 자기장을 이용하여 x축 또는 y축으로 편향시키는 편향기(21)가 있어서 이온빔을 웨이퍼(25)의 원하는 위치에 주입할 수 있다. 또한, 웨이퍼(25)는 디스크(27) 상에 안착되고 디스크(27)는 회전한다. 따라서, 이온빔이 한차례 웨이퍼(25)를 쓸고 지나가게 하면 웨이퍼(25)에 고르게 이온빔을 주입할 수 있다.

이러한 이온주입장치에는 이온빔의 경로 가운데 적어도 하나 이상의 위치에서 이온빔에 의해 형성되는 전류를 통해 전기 플럭스 혹은 도즈를 측정할 수 있는 이온측정기가 설치된다. 이러한 이온측정기는 대개 패러데이 컵(23)을 구비하여 이루어진다.

도 2는 종래 패러데이 컵 어셈블리의 간략한 구성을 보이기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 패러데이 컵 어셈블리 중에 포함되는 쉴드의 도면이다.

먼저 도 2를 참조하여 종래의 패러데이 컵 어셈블리를 살펴보면, 이온빔 경로 인근에는 패러데이 컵(23)이 설치되어 이온빔을 포집할 수 있다. 이온빔 포집을 위해서는 도시되지는 않았지만 패러데이 컵(23)을 이동시킬 수 있는 수단이나, 스위핑(sweeping)에 의해 이온빔의 방향을 바꿀 수 있는 수단이 구비된다. 이온빔(29)이 패러데이 컵(23)에 포집되면 여기에 연결된 접지배선(31)을 통해 전류가 흐르면서 전류 측정기(33)에 의해 이온빔 전류 혹은 도즈(dose)가 측정된다. 그런데, 이온빔(29)이 패러데이 컵(23)에 접촉되면 이온빔(29)의 최외곽 전자가 떨어져서 2차 전자(35)가 발생한다. 정확한 이온 센싱을 위해 2차 전자(35)가 후속으로 인가되는 이온빔에 접근하지 못하도록, 패러데이 컵(23) 앞쪽에 쉴드(39)를 장착하고 바이어스 전압 공급부(37)에서 여기에 바이어스 전압을 인가하여 음으로 대전시킨다.

쉴드(39)는 도 3에 도시된 바와 같이, 패러데이 컵의 입구를 덮는 모양과 크기를 가진 장방형 플레이트(41)에 이온빔이 들어갈 수 있는 홀(43)을 구비한 형상이다.

이온주입장치에서 공정 진행 도중에 각종 에러에 의해 공정이 중단되면, 다시 빔 셋업(beam setup)을 진행하게 된다. 이 때, 공정 진행 중이던 웨이퍼(25) 위로 패러데이 컵 어셈블리가 움직이며 빔 전류(beam current)를 측정하게 된다. 그런데, 이 과정에서 쉴드(39)에서 퉁겨져 나온 이온빔 및 2차 전자(45) 등에 의해 공정 진행 중이던 웨이퍼(25) 위에 원하지 않는 추가적인 빔 증착이 발생하는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이온주입장치의 이온측정기인 패러데이 컵 어셈블리에 의한 불필요한 빔 증착을 방지할 수 있는 패러데이 컵 어셈블리를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 이온주입장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 종래 패러데이 컵 어셈블리의 간략한 구성을 보이기 위한 도면이다.

도 3은 종래 패러데이 컵 어셈블리 중에 포함되는 쉴드의 문제점을 보이기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 패러데이 컵 어셈블리의 구성을 보이기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패러데이 컵 어셈블리 중에 포함되는 쉴드의 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패러데이 컵 어셈블리 중에 포함되는 다른 쉴드의 도면이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패러데이 컵 어셈블리는 이온빔이 주입되어 접촉하는 패러데이 컵과, 상기 패러데이 컵에 연결되고 상기 이온빔의 전류를 측정하여 상기 이온빔의 이온양을 측정하는 측정부와, 상기 패러데이 컵의 입구에 설치되고 2차 전자가 후속으로 주입되는 이온빔에 접근하는 것을 억제하는 쉴드와, 상기 쉴드와 상기 패러데이 컵에 전압을 공급하는 바이어스 전압공급부를 포함하고, 상기 쉴드는 상기 쉴드 표면에서 산란되는 이온빔 또는 2차 전자가 웨이퍼로 입사하지 못하도록 하는 차단부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 쉴드는 상기 패러데이 컵의 입구를 덮으며 가운데 홀을 가진 장방형 플레이트로서 상기 패러데이 컵 반대편으로 상기 웨이퍼와 거의 나란하게 꺾인 절곡부를 포함하도록 구성할 수 있다. 이 경우에 상기 절곡부의 외측 모서리는 완만하게 가공된 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 패러데이 컵에 장착되는 쉴드의 모양을 변경하여 불필요한 빔 증착을 방지할 수 있도록 한 패러데이 컵 어셈블리를 제공한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 4 내지 도 6에는 본 발명에 따른 이온주입장치의 패러데이 컵 어셈블리의 다양한 실시예가 도시되어 있다.

<제1 실시예>

먼저 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 패러데이 컵 어셈블리는 이온빔(129)이 주입되어 접촉하는 패러데이 컵(123)을 포함한다. 따라서, 이온빔 경로 인근에 설치되어 이온빔을 포집할 수 있다. 이온빔 포집을 위해서는 도시되지는 않았지만 패러데이 컵(123)을 이동시킬 수 있는 수단이나, 스위핑에 의해 이온빔의 방향을 바꿀 수 있는 수단이 구비된다. 이온빔(129)이 패러데이 컵(123)에 포집되면 여기에 연결된 측정부(A)에서 이온빔의 전류를 측정하여 이온빔의 이온양을 측정한다. 측정부(A)는 패러데이 컵(123)에 연결된 접지배선(131)을 통해 전류가 흐르면서 전류 측정기(133)에 의해 이온빔 전류 혹은 도즈를 측정하는 방식에 의할 수 있다.

한편, 이온빔(129)이 패러데이 컵(123)에 접촉되면 이온빔(129)의 최외곽 전자가 떨어져서 2차 전자(135)가 발생한다. 패러데이 컵(123)의 입구에는 정확한 이온 측정을 위해 2차 전자(135)가 후속으로 인가되는 이온빔에 접근하지 못하도록 쉴드(139)가 설치된다. 바이어스 전압공급부(137)를 이용하여 쉴드(139)와 패러데이 컵(123)에 바이어스 전압을 인가하여 음으로 대전시키면 2차 전자(135)가 쉴드(139) 밖으로 나가기 어려워진다.

또한, 쉴드(139)는 그 표면에서 산란되는 이온빔 또는 행여 존재할지도 모르는 2차 전자가 웨이퍼로 입사하지 못하도록 하는 차단부(147)를 구비한다. 도 5를 참조하여 차단부(147)를 가진 쉴드(139)를 더 상세히 살펴보면, 쉴드(139)는 패러데이 컵의 입구를 덮으며 가운데 홀(143)을 가진 장방형 플레이트(141)로서, 패러데이 컵 반대편으로 웨이퍼(125)와 거의 나란하게 꺾인 절곡부가 차단부(147)를 구성하도록 되어 있다.

이온주입장치에서 공정 진행 도중에 각종 에러에 의해 공정이 중단된 경우, 다시 빔 셋업을 위해 공정 진행 중이던 웨이퍼(125) 위로 패러데이 컵 어셈블리가 움직이며 빔 전류를 측정한다. 이 때, 쉴드(139)에서 퉁겨져 나온 이온빔 및 2차전자(145)는 웨이퍼(125)로 향하던 중 차단부(147)에서 다시 산란되므로 그 경로가 145'로 표시한 바와 같이 웨이퍼(125)로부터 멀어지게 된다. 따라서, 웨이퍼(125) 상에 원하지 않는 빔 증착을 방지할 수 있다.

<제2 실시예>

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패러데이 컵 어셈블리 중에 포함되는 다른 쉴드의 도면이다. 도 5에서와 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 반복적인 설명은 생략한다.

본 실시예는 차단부(147)를 구성하는 절곡부의 외측 모서리(149)를 완만하게(혹은 둥글게) 가공한 것이다. 제1 실시예에서의 각진 형태보다는, 본 실시예에서와 같이 곡면 처리하게 되면 충격에 의한 해당 부위 파손이 줄어드는 효과가 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 쉴드의 모양을 변경함으로써 원하지 않는 빔 증착을 억제할 수 있으므로 원하는 이온만 웨이퍼에 정확히 주입할 수 있다. 따라서, 이온주입 공정의 효율성을 증대시킬 수 있다. 이에 따라 반도체 소자의 생산성을 증가시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 이온빔이 주입되어 접촉하는 패러데이 컵;

   상기 패러데이 컵에 연결되고 상기 이온빔의 전류를 측정하여 상기 이온빔의 이온양을 측정하는 측정부;

   상기 패러데이 컵의 입구에 설치되고 2차 전자가 후속으로 주입되는 이온빔에 접근하는 것을 억제하는 쉴드; 및

   상기 쉴드와 상기 패러데이 컵에 전압을 공급하는 바이어스 전압공급부를 포함하고,

   상기 쉴드는 상기 쉴드 표면에서 산란되는 이온빔 또는 2차 전자가 웨이퍼로 입사하지 못하도록 하는 차단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 패러데이 컵 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 쉴드는 상기 패러데이 컵의 입구를 덮으며 가운데 홀을 가진 장방형 플레이트로서 상기 패러데이 컵 반대편으로 상기 웨이퍼와 거의 나란하게 꺾인 절곡부를 포함한 것을 특징으로 하는 패러데이 컵 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 절곡부의 외측 모서리는 완만하게 가공된 것을 특징으로 하는 패러데이 컵 어셈블리.