KR20050120075A - 이온주입 장치의 엔드 스테이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정전척 플래튼에 설치된 이미터, 체임버 벽에 설치된 리시버 및 인터락 시스템을 통해 정전척 플래튼의 경사각 점검을 용이하고 정확하게 실시함으로써 이온주입 공정의 균일도를 향상시키고 정확한 TW 및 면저항을 산출할 수 있는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 체임버 내의 정전척 플래튼을 포함하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 있어서, 상기 정전척 플래튼에 설치되며 신호를 송신하는 이미터, 상기 체임버 벽에 설치되며 상기 신호를 수신하는 리시버 및 상기 리시버의 신호에 따라 상기 정전척 플래튼의 경사각이 0˚가 되도록 작동하는 인터락 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 이온주입 장치의 엔드 스테이션은 정전척 플래튼에 이미터, 체임버 벽에 리시버 및 인터락 시스템을 통해 정전척 플래튼의 경사각 점검을 용이하고 정확하게 실시함으로써 이온주입 공정의 균일도를 향상시키며 빔전류의 정확한 측정으로 인해 정확한 TW 및 면저항을 산출할 수 있는 효과가 있다.

Description

이온주입 장치의 엔드 스테이션{End station of ion implanter}
본 발명은 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정전척 플래튼에 설치된 이미터, 체임버 벽에 설치된 리시버 및 인터락 시스템을 통해 정전척 플래튼의 경사각 점검을 용이하고 정확하게 실시함으로써 이온주입 공정의 균일도를 향상시키고 정확한 TW 및 면저항을 산출할 수 있는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전에 따라 반도체 소자 제조 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 소자는 집적도, 미세화, 동작속도 등을 향상시키는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이러한 고집적화 고밀도화에 대응하여 불순물의 정밀한 제어가 요구되고 있으며, 이에 따라 이온주입 기술은 그 중요성이 날로 더해가고 있다.
이온주입 장치는 이온화된 불순물을 가속시켜 기판의 표면에 도핑하는 장치이다. 이온주입 장치는 크게, 빔전류(beam current)량을 1㎃ 이내의 수십 ~ 수백 ㎂ 정도에서 사용하며 도즈(dose)량을 대략 1×1014 ions/cm2 이하로 사용하는 중전류 이온주입 장치(med current implanter), 빔전류량을 1 ~ 6㎃ 정도에서 사용하며 도즈량을 대략 1×1015 ions/cm2 이상에서 사용하는 대전류 이온주입 장치(high current implanter) 및 빔전류량을 1㎃ 이내의 수십 ~ 수백 ㎂로 사용하며 도즈량을 대략 1×1014 ions/cm2 이하에서 사용하나 500 keV ~ 1.5 MeV 정도의 높은 에너지 대역에서 사용하는 고에너지 이온주입 장치(high energy implanter)로 대별된다.
도 1은 일반적인 이온주입 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이온주입 장치는 이온 소스부(100), 질량분광계(102), 가속기(104), 포커싱부(106), 조사 시스템(114) 및 엔드 스테이션(end station, 116) 등으로 구성된다. 상기 이온 소스부(100)는 고전압에서 작동하며 주입하고자 하는 불순물을 포함한 플라즈마를 만들어 낸다. 예를 들어, PH3, BF3, AsH3와 같은 가스로부터 인(P), 붕소(B), 비소(As) 등의 불순물 도펀트를 생성한다. 상기 질량분광계(102)는 원하는 불순물 이온을 선택하기 위하여 직각으로 구부리며 선택된 이온은 슬릿을 통해 가속기(104)로 들어간다. 상기 가속기(104)는 선택된 이온들이 필요한 에너지를 가질 수 있도록 전기장을 가하는 장치이다. 상기 포커싱부(106)는 이온빔이 고진공의 빔라인(beamline)을 진행함에 따라 양이온 간의 반발력에 의해 단면적이 커지는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 상기 포커싱부(106)를 통과한 빔 중에서 중성빔(110)은 빔게이트(108)에 의해 빔트랩(112)으로 편향되어 제거된다. 상기 조사 시스템(114)은 이온빔을 기판 표면에 균일하게 주사하기 위한 장치로서 x축 편향판과 y축 편향판으로 구성된다. 상기 조사 시스템(114)에 의해 균일화된 이온빔은 기판(W)이 존재하는 엔드 스테이션(116)에 도달되어 실제로 주입 공정이 이루어지게 된다.
상기 엔드 스테이션(116)은 이온주입하기 위해 기판을 이송하는 로드/언로드 시스템(load/unload system)과 이온주입시 기판이 놓여지는 정전척(ESC: ElectroStatic Chuck) 플래튼(platen) 및 패러데이 시스템으로 구성되어 있다. 패러데이 시스템은 기판에 주입되는 이온의 양을 읽어내는 장치이다.
단결정 실리콘 기판과 같은 결정의 내부로 이온이나 전자가 입사했을 때 결정의 원자 배열에 대하여 특정한 방향으로 입사하면 특히 깊이 침입하는 현상을 채널링 효과(channeling effect)라 한다. 채널링 효과는 일부분에 이온이 깊이 주입되어 원하지 않은 부분까지 전기적 특성을 바꾸어 소자의 성능에 악영향을 미치며, 이온주입되는 깊이가 이온빔에 민감하게 변하여 이온주입 공정을 원활하게 제어하는 데 장애요인이 되고 있다. 종래에 채널링 효과를 예방하기 위한 방법으로 가장 널리 사용되는 방법은 기판을 입사되는 이온빔에 대하여 일정 각도(~ 7°)로 틀어주는(tilting) 방법이다. 그 외에 사용되는 방법에는 이온 주입 전에 수행하는 비결정질화 방법(pre-amorphizing method), 이온의 입사 방향을 불규칙하게 만들기 위한 산화면 투과 방법(implantation through oxide) 및 무거운 이온을 사용하는 방법 등이 있다.
상기 반도체 기판을 입사되는 이온빔에 대해 일정 각도로 틀어주는 방법은 정전척에 장착된 틸트 모터(tilt motor)에 의해 구동된다. 즉, 이 틸트 모터의 구동력으로 엔드 스테이션의 정전척을 입사되는 이온빔에 대해 일정 각도로 기울이는 것이다. 그런데 실제 제조 라인에서는 틸트 모터의 고장, 제어부의 오동작 및 오퍼레이터(operator)의 실수 등의 원인으로 기판의 경사각(tilt angle)이 오차를 나타내는 경우가 있다. 정전척은 공정 제어실의 모니터를 통하여 점검되지만 경사각 오차의 정도가 눈으로 파악할 정도로 크지 않아 공정 관리자가 쉽게 알 수 없기 때문에 관리하는 데 어려움이 있다. 그러나 경사각의 오차가 작다 해도 그 영향은 크다.
실제 반도체 제조 라인에서는 주기적으로 엔드 스테이션의 정전척 플래튼의 경사각을 측정하고 보정하여 이온주입 공정시 빔전류의 입사각이 제대로 이루어지도록 하고 있다.
도 2a 및 2b는 종래 기술에 의한 정전척 플래튼의 경사각 점검 방법을 나타낸 도면이다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 상기 정전척 플래튼(200)의 경사각의 측정 일반 막대자(204a) 또는 직각자(204b)를 이용하여 체임버(chamber) 벽(202a, 202b)과의 거리를 측정하여 좌우 대칭에 대한 위치를 비교하여 이루어진다. 그러나 이러한 기구적인 측정 방법은 상기 정전척 플래튼(200)의 정확한 경사각 측정 및 보정이 이루어질 수 없기에 빔전류가 실제 설정된 입사각과 차이가 발생하여 반도체 소자의 써마웨이브(Therma Wave, 이하 TW) 및 면저항(Rs : Sheet Resistance)에 영향을 주게 된다. 상기 TW 및 면저항은 이온주입 공정의 핵심적인 공정관리 항목으로서 정확한 측정이 이루어지지 않으면 불필요한 공정이 진행되어 자원의 낭비 또는 공정상의 사고를 일으킬 수 있으며 아울러 반도체 소자의 정확한 특성 파악도 이루어지지 않게 된다.
TW란 아르곤 레이저를 기판 표면에 주사하여 기판의 손상정도에 비례해서 생성되는 열파장 신호를 감지하여 측정하는 것으로서 결정결함 정도를 나타내는 지수이다. TW는 이온주입시의 도펀트, 에너지, 도즈에 따라 달라지며 보통 이온주입 장치의 정상여부를 판단하는 모니터링 항목으로 사용한다. 일반적으로 도즈가 증가할 때 TW도 증가한다.
면저항은 이온주입하고 열처리한 후 기판 표면의 저항값을 나타내는 값이며 4-단자 프로브(4-point probe)를 사용하여 측정한다. 이온주입시의 도펀트, 에너지, 도즈에 따라 면저항 값이 달라지며 대략 1×1013 ions/cm2 이상의 도즈량에 대해서 모니터링하며 일반적으로 도즈가 증가하면 면저항은 감소한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 대한미국 공개특허 제2001-0097983호는 정전척 플래튼에 레벨러를 장착하여 정전척의 기울어짐 정도를 모니터링할 수 있는 엔드 스테이션을 개시하고 있다. 그러나 상기와 같이 레벨러를 사용하여 기울어짐 정도를 모니터링하는 방법은 레벨러의 공기방울의 눈금을 작업자가 눈으로 확인해야 하기 때문에 여전히 정밀한 측정이 불가능하다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정전척 플래튼에 설치된 이미터, 체임버 벽에 설치된 리시버 및 인터락 시스템을 통해 정전척 플래튼의 경사각 점검을 용이하고 정확하게 실시함으로써 이온주입 공정의 균일도를 향상시키고 정확한 TW 및 면저항을 산출할 수 있는 이온주입 장치의 엔드 스테이션을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 체임버 내의 정전척 플래튼을 포함하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 있어서, 상기 정전척 플래튼에 설치되며 신호를 송신하는 이미터, 상기 체임버 벽에 설치되며 상기 신호를 수신하는 리시버 및 상기 리시버의 신호에 따라 상기 정전척 플래튼의 경사각이 0˚가 되도록 작동하는 인터락 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적은 체임버 내의 정전척 플래튼을 포함하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 있어서, 상기 정전척 플래튼에 설치되며 신호를 송신하는 이미터, 상기 체임버 벽에 설치되며 상기 신호를 반사하는 미러, 상기 이미터와 소정 간격을 두고 상기 정전척 플래튼에 설치되며 상기 반사된 신호를 수신하는 리시버 및 상기 리시버의 신호에 따라 상기 정전척 플래튼의 경사각이 0˚가 되도록 작동하는 인터락 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 의한 정전척 플래튼의 경사각 점검 방법을 나타낸 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 정전척 플래튼(300)에 이미터(302)를 설치하고 체임버 벽(308)에는 리시버(304)를 설치한다. 그리고 상기 이미터(302)와 리시버(304)의 신호에 따라 작동하는 인터락 시스템(306)을 구비한다. 통상, 이온주입 장치의 엔드 스테이션 모듈은 소정의 간격을 두고 설치된 로드 락 체임버(load lock chamber), 좌우의 로드 락 체임버에 연결되는 좌우 이송 체임버(transfer chamber), 좌우 이송 체임버 사이에 위치하는 프로세스 체임버(process chamber) 및 프로세스 체임버와 연결된 빔라인 체임버(beamline chamber)를 포함하여 구성되며 상기 정전척 플래튼(300)은 프로세스 체임버 내에 존재한다.
작동 원리를 살펴 보면, 상기 정전척 플래튼(300)과 체임버 벽(308)이 이루는 각도가 정전척 플래튼이 기울어지지 않은 기준 위치에 해당하는 경사각 0˚에 위치하면 이미터(302)가 송출한 신호에 의해 리시버(304)가 턴온된다. 만일, 상기 정전척 플래튼(300)의 경사각이 0˚를 벗어나면 리시버(304)의 신호가 오프되고 인터락 시스템(306)이 동작하면서 정전척 플래튼의 경사각에 대한 초기화 작업을 수행하여 정전척 플래튼을 경사각 0˚에 해당하는 기준 위치로 가도록 한다. 상기 기준 위치로의 이동은 틸트 모터(도시하지 않음)를 구동하여 수행하는 것이 바람직하다. 상기 이미터(302) 및 리시버(304)는 초음파, 가시광선, 적외선 및 레이저 등의 신호를 송, 수신함으로써 상기 정전척 플래튼(300)의 경사각을 측정한다.
위치를 바꾸어 상기 정전척 플래튼(300)에 리시버, 체임버 벽(308)에 이미터를 구성하는 것도 가능하며, 정전척 플래튼(300)의 한 지점에 설치된 센서에서 송, 수신을 겸하는 것도 가능하다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 정전척 플래튼(300)의 한 지점에 이미터(302)를 설치하고 상기 이미터(302)와 소정 간격 떨어진 정전척 플래튼 상에 리시버(304)를 설치하는 방법도 가능하다. 이 경우, 체임버 벽(308)에는 평활도가 우수한 미러(310)를 형성하여 정전척 플래튼에서 송출된 신호가 상기 미러(310)에서 반사되어 되돌아오는 신호를 상기 리시버(304)에서 계측함으로써 상기 정전척 플래튼(300)의 경사각을 점검할 수 있다.
상술한 바와 같이 자동화, 디지털화된 경사각 점검 기구에 의해 정전척의 기울어진 정도를 정확히 파악하여 보정함으로써 실제 이온주입 공정시 기판의 경사각을 정확하게 제어할 수 있으며 정확한 빔전류의 측정이 가능해져 정확한 TW 및 면저항을 산출할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 정전척 플래튼의 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 정전척(400)은 정전척 플래튼(402), 정전척 섹터(ESC sector, 404), 벨로우(bellow, 406), 스파이더(spider, 408) 및 이미터(410)를 포함하여 구성된다. 상기 정전척 플래튼(402)은 반도체 기판을 고정하고 지지하는 역할을 하며, 상기 정전척 섹터(404)는 세라믹 재질로 형성되어 기판과 정전기적으로 대향되는 구성 요소이다. 상기 벨로우(406)는 정전척에 전력을 인가하는 단자이다. 한편 상기 스파이더(408)는 반도체 기판이 정전척에 이송될 때 정전기가 인가되기 전에 기판을 지지하는 역할을 하며 막대기 형태를 가지고 있고 구멍 안에 숨겨져 있다. 상기 이미터(410)는 정전척 플래튼의 경사각 측정을 위한 신호를 송출하기 위한 것으로 정전척 플래튼에 1개 이상 형성되도록 한다. 상기 정전척 섹터(404)에 홈을 판 후 그 홈에 상기 이미터(410)를 형성하는 것도 가능하나 상기 정전척 섹터(404)가 없는 정전척 플래튼(402)의 가장자리 또는 정전척 플래튼(402)의 옆면에 형성하는 것이 바람직하다. 상기 이미터(410)는 체임버 벽에 설치된 리시버에 신호, 예를 들어 적외선을 송신하여 정전척 플래튼(402)의 경사각을 계측한다.
정전척 플래튼의 경사각 점검은 이온주입 장치의 유지 보수 후에 실시하거나 이온주입 공정 직전에 수행하는 것이 가능하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 이온주입 장치의 엔드 스테이션은 정전척 플래튼에 이미터, 체임버 벽에 리시버 및 인터락 시스템을 통해 정전척 플래튼의 경사각 점검을 용이하고 정확하게 실시함으로써 이온주입 공정의 균일도를 향상시키며 빔전류의 정확한 측정으로 인해 정확한 TW 및 면저항을 산출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 이온주입 장치의 구성도.
도 2a 및 2b는 종래 기술에 의한 정전척 플래튼의 경사각 점검 방법을 나타낸 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명에 의한 정전척 플래튼의 경사각 점검 방법을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 정전척 플래튼의 평면도.

Claims (4)

  1. 체임버 내의 정전척 플래튼을 포함하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 있어서,
    상기 정전척 플래튼에 설치되며 신호를 송신하는 이미터;
    상기 체임버 벽에 설치되며 상기 신호를 수신하는 리시버; 및
    상기 리시버의 신호에 따라 상기 정전척 플래튼의 경사각이 0˚가 되도록 작동하는 인터락 시스템;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이미터 및 리시버는 적외선 센서임을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션.
  3. 체임버 내의 정전척 플래튼을 포함하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션에 있어서,
    상기 정전척 플래튼에 설치되며 신호를 송신하는 이미터;
    상기 체임버 벽에 설치되며 상기 신호를 반사하는 미러;
    상기 이미터와 소정 간격을 두고 상기 정전척 플래튼에 설치되며 상기 반사된 신호를 수신하는 리시버; 및
    상기 리시버의 신호에 따라 상기 정전척 플래튼의 경사각이 0˚가 되도록 작동하는 인터락 시스템
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 이미터 및 리시버는 적외선 센서임을 특징으로 하는 이온주입 장치의 엔드 스테이션.
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