KR20060066792A - 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불순물을 웨이퍼에 주입하는 이온주입기에서 이온빔이 불균일하게 방사되는 것을 방지하기 위하여 전자석을 이용하여 이온빔을 조절하고 주위에 방사되는 이온들을 그라운드전극에 흡수하도록 함으로써 이온빔의 균일성을 유지하기 위한 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명의 포커싱 수단은 포커싱수단은 이온빔이 유입되는 입구측의 좌·우에 (+)극이 대향되는 전자석이 대칭으로 설치되어 있고, 상·하에는 (-)극이 대향되는 전자석이 대칭으로 설치되어 있으며; 이온빔의 출구측은 개구부가 타원형으로 형성되며; 상기 입구측과 출구측 사이의 통로는 전광후협의 피라미드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의한 본 발명에 의하면 이온빔의 균일성을 향상시키고 항상 동일한 상태의 이온빔을 유지할 수 있어 공정에러를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이온주입기, 포커싱수단, 균일성

Description

이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법{Beam uniformity controller in ion implanter and the method thereof}

도 1은 종래의 이온주입기에서 웨이퍼에 이온빔이 방사되는 경로를 보여주는 구조도,

도 2는 종래의 이온빔이 포커싱되는 경로를 보여주는 설명도,

도 3은 포커싱된 후 이온빔의 경로를 보여주는 설명도,

도 4는 본 발명에 따른 이온주입기를 보여주는 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 포커싱수단를 보여주는 상세도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 웨이퍼 10 : 이온소스

20 : 제1 각도 보정기 마그넷 30, 130 : 포커싱 장치

40 : 정전렌즈 50 : 제2 각도 보정기 마그넷

60 : 프로파일러 131 : (+)극 전자석

132 : (-)극 전자석 133 : 통로

134 : 입구측 135 : 출구측

본 발명은 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불순물을 웨이퍼에 주입하는 이온주입기에서 이온빔이 불균일하게 방사되는 것을 방지하기 위하여 전자석을 이용하여 이온빔을 조절하고 주위에 방사되는 이온들을 그라운드(Ground)전극에 흡수하도록 함으로써 이온빔의 균일성을 유지하기 위한 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법에 관한 것이다.

이온주입(ion implantation)은 불순물을 반도체 웨이퍼에 주입하는 기술이다. 소망하는 불순물 재료가 이온소스(source)에서 이온화되어 양이온으로 대전되고, 이온분류기에서 양이온 각각의 질량에 의해서 필요로 하는 양이온만을 추출하며, 그 추출된 이온들은 미리 정해진 에너지의 이온빔을 형성하도록 가속화되어, 이온빔이 웨이퍼의 표면으로 향한다.

빔의 활성 이온들은 반도체 물질 속으로 침투되고 이렇게 침투된 이온은 웨이퍼(또는 웨이퍼 상의 물질막)내의 원자핵 및 전자와 충돌하여 에너지를 잃고 일정한 깊이에서 멈추게 되고 반도체 물질의 결정 격자로 매립되어 원하는 전도도의 영역을 형성한다.

이온주입기에서 이온소스로부터 발산된 이온빔은 원하지 않는 이온의 혼입을 제거하기 위해 질량 분석되고, 원하는 에너지로 가속화되어, 타겟(target)인 웨이 퍼 표면으로 향한다. 이온빔은 주사장치를 이동하거나, 이온빔 주사기는 고정하고 타겟을 이동시키거나, 또는 빔 이동주사와 타겟 이동의 조합에 의해 타겟인 웨이퍼 전 표면으로 골고루 방사된다.

여기서, 이온빔은 스폿빔(spot beam)과 와이드빔(wide beam)으로 나눌수 있는데, 스폿빔(spot beam)은 직경 약 1cm정도의 작은 범위의 이온빔을 주사하여 이온주입하는 방식으로 직경이 큰 웨이퍼 표면에 골고루 이온빔을 방사하기 위하여는 웨이퍼의 이동거리 혹은 이온빔주사기의 이동거리가 상대적으로 길어지게 되는 단점이 있다.

반면에, 와이드빔에 의한 이온주입방식은 예를 들어 직경200mm의 웨이퍼라고 하면 200mm보다 긴 폭의 이온빔을 주사하여 일축 방향만의 웨이퍼 혹은 이온빔주사기의 스캔에 의하여 이온주입이 이루어지는 장점이 있으나, 이온빔의 폭이 길어짐에 따라 이온빔 강도의 전자기적 균일성이 전제되어야만 하는데, 본 발명의 이온주입기는 와이드빔을 사용하는 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 이온주입기에서 웨이퍼에 이온빔이 방사되는 경로를 보여주는 구조도이고, 도 2는 종래의 이온빔이 포커싱되는 경로를 보여주는 설명도이고, 도 3은 포커싱된 후 이온빔의 경로를 보여주는 설명도이다.

이온빔(100)은 이온소스(10)에서 1차원으로 주사되어 주사 원점(scan origin)이라 칭해지는 하나의 점으로부터 발산되고, 이온소스(10)에서 발산된 이온 빔(100)은 제1 각도 보정기 마그넷(20)을 거쳐 포커싱(focusing)을 수행하는 이온 광학 소자인 포커싱수단(30)를 통과하며, 상기 포커싱수단(30)를 통과한 이온빔(100)은 제2 각도 보정기 마그넷(50)을 거쳐 웨이퍼(1)에 주입된다.

상기 제1 각도 보정기 마그넷(20)은 이온소스(Source)(10)로부터 생성된 이온들 중에서 원하는 이온을 선택해내는 장치이다. 이러한 이온의 선택은 상기 제1 각도 보정기 마그넷(20)의 내부에 있는 마그넷(Magnet)이라고 칭해지는 수단에 의해서 수행된다. 제1 각도 보정기 마그넷(20)에 유입된 여러 가지 이온들이 마그넷에 의하여 유도된 자기장내에서 각각의 질량들에 따라서 분리됨으로써 원하는 이온만을 선택할 수 있다.

상기 포커싱수단(30)는 이온빔을 반도체 웨이퍼로 전달하기 위해 발산하는 이온 궤적에 전기장을 걸어 평행한 이온 궤적으로 변환시켜 상기 포커싱수단(30)에 형성된 슬릿(slit)(31)으로 포커싱(focusing)된다.

상기 제2 각도 보정기 마그넷(50)은 상기 포커싱수단(30)를 통과한 이온빔의 빔 상태를 프로파일러(60)에서 측정하여 균일성을 체크하게 된다. 만약 이온빔의 균일성을 만족하지 않는다고 판단되면, 프로파일러(60)에서 측정되는 이온빔의 균일성이 만족될 때까지 이온빔의 생성단계에서부터 전자기적 특성을 변경시키기 위하여 이온소스(10)나 포커싱수단(30) 또는 각도 보정기 마그넷(20,50)의 자계를 조 정한다.

각도 보정기 마그넷(20,50) 또는 포커싱수단(30)를 통과한 이온빔은, 이온빔의 파라미터에 따라 평행일 수 있고 수렴형 또는 발산형일 수 있다. 각도 보정기 마그넷(20,50)이 이용되는 경우에는 각도 보정기 마그넷(20,50)의 자계를 가변시킴으로써 평행성이 조정될 수 있다. 이온빔 파라미터가 변경되면 이온빔 평행성을 복귀시키기 위해 각도 보정기 마그넷(20,50)의 재조정이 요구된다.

한편, 포커싱은 상기 각도 보정기 마그넷(20,50) 또는 정전(electrostatic)렌즈(40)로 행해지는데, 이들은 주사된 이온빔의 굴곡화(bending), 포커싱 및 평행화 기능을 수행하지만 상기 제1 각도 보정기 마그넷(20)을 통과한 이온빔은 도 2에서 도시된 바와 같이 슬릿(31)을 통해 이온빔을 포커싱(focusing)되므로 항상 동일한 궤적을 그리며 포커싱수단(30) 및 정전렌즈(40)를 통과하지 않는다.

또한 이온빔의 경로가 틀어졌다고 해서 이를 확인할 수 있는 시스템도 갖고 있지 않으며, 단지 정전렌즈(40)에서 이온빔의 양만을 측정하여 원하는 만큼의 빔 커런트(Beam Current)가 나왔을 경우 문제가 없는 것으로 판단할 뿐이다.

만약 이 경우 측정된 이온빔의 양이 문제가 없으면 다음으로 제2 각도 보정기 마그넷(50)으로 이온빔을 보내어 이온빔의 균일성(Uniformity)를 조절하게 되는데, 이 경우 균일성을 만족하여 공정을 진행하게 되면 이온빔의 경로가 틀어짐으로 인해 웨이퍼(1)에 불순물이 주입되는 두께 등에 영향을 미쳐 웨이퍼(1) 좌우의 저항값(Rs)에 상당한 차이가 발생하게 되어 공정에러가 발생하고 웨이퍼 제조수율(Yield)의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법은 상·하, 좌·우로 (+)극과 (-)극이 대칭으로 배열된 전자석과 흑연(Graphite)으로 된 그라운드전극이 형성된 포커싱수단를 구비하여 이온빔이 균일하게 형성되도록 압축하고 직진성을 가진 이온빔만 통과시킴으로써 이온빔의 균일성을 향상시키고 공정에러를 방지할 수 있는 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법은, 이온빔이 생성되는 이온소스, 상기 이온소스로부터 생성된 이온들 중에서 원하는 이온을 선택해내는 제1 각도 보정기 마그넷, 상기 제1 각도 보정기 마그넷을 통과한 이온빔을 포커싱하는 포커싱수단, 상기 포커싱수단를 통과한 이온빔의 빔 상태를 프로파일러에서 측정하여 균일성을 체크하는 제2 각도 보정기 마그넷을 포함하여 이루어진 이온빔 균일성 조절장치에 있어서, 상기 포커싱수단은 이온빔이 유입되는 입구측의 좌·우에 (+)극이 대향되는 전자석이 대칭으로 설치되어 있고, 상·하에는 (-)극이 대향되는 전자석이 대칭으로 설치되어 있으며; 이온빔의 출구측은 개구부가 타원형으로 형성되며; 상기 입구측과 출구측 사이의 통로는 전광후협의 피라미드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통로의 내벽은 흑연(Graphite)으로 이루어진 그라운드(Ground)전극인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통로의 내벽은 계단형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 이온소스로부터 이온빔이 생성되는 단계, 상기 이온소스로부터 생성된 이온들 중에서 원하는 이온이 제1 각도 보정기 마그넷에서 선택되는 단계, 상기 제1 각도 보정기 마그넷을 통과한 이온빔이 포커싱수단에서 포커싱되는 단계, 상기 포커싱수단를 통과한 이온빔의 빔 상태를 제2 각도 보정기 마그넷에서 측정하여 균일성을 체크하는 단계, 상기 제2 각도 보정기 마그넷에서 이온빔이 웨이퍼에 주입되는 단계를 포함하여 이루어진 이온빔 균일성 조절방법에 있어서, 상기 이온빔이 포커싱수단에서 포커싱되는 단계는 (+)극이 좌·우 대칭으로 대향되게 형성된 전자석과 (-)극이 상·하 대칭으로 대향되게 형성된 전자석에 의해 이온빔이 압축되는 단계와 2차전자가 흑연인 통로내벽의 그라운드전극으로 흡수되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 이온주입기를 보여주는 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 포커싱수단를 보여주는 상세도이다.

이온소스, 제1 각도 보정기 마그넷, 제2 각도 보정기 마그넷의 구성은 도 4에 도시된 바와 같이 종래의 이온빔 균일성 조절장치의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하고, 이하 본 발명에 따른 포커싱수단(130)에 대해 상세히 설명한다.

상기 포커싱수단(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 이온빔이 유입되는 입구측의 좌·우에 대칭으로 (+)극이 대향되는 전자석(131)이 설치되어 있고, 상·하에는 대칭으로 (-)극이 대향되는 전자석(132)이 설치되어 있다.

이온빔은 (+)이온으로 이루어져 있으므로 전자석의 (+)극에 대해서는 척력이 작용하여 이온빔의 중심방향으로 압축되고 전자석의 (-)극에 대해서는 인력이 작용하게 되어 이온빔이 길게 늘어나게 된다. 그 결과 이온빔은 타원형의 형상으로 압축된다.

상기 포커싱수단(130)의 입구측(134)과 연결된 통로(133)는 출구측(135)으로 나아갈수록 단면적이 줄어드는 전광후협(前廣後狹)의 피라미드형상으로 되어 있고, 상기 통로(133) 내벽은 계단형상으로 이루어져 있다.

상기 통로(133)를 피라미드형상으로 함으로써 이온빔의 경로가 상기 포커싱수단(130)의 출구측(135)을 통과하면서 퍼져 나가는 것을 방지하여 이온빔의 직진성을 확보하여 균일성을 유지할 수 있게 된다.

또한 상기 통로(133)는 흑연(Graphite) 재질로 된 그라운드(Ground)전극으로 이루어져 있고 그 내벽은 계단형상으로 되어 있는데, 이온소스로부터 생성된 양이 온 중 이온빔을 형성하지 못하고 이온주입기 내벽에 충돌하면서 생성되어 이온주입기 내부를 떠도는 양이온인 2차전자를 흡수할 수 있도록 구성하였다.

만약 통로(133) 내벽이 2차전자를 흡수하지 못하게 되면 이온소스로부터 계속하여 생성되는 이온빔에 상기 2차전자가 영향을 미치게 되어 이온빔의 균일성에 영향을 줄 수 있으므로, 상기 2차전자는 그라운드전극으로 흡수되도록 하여 이온빔의 균일성이 유지되도록 하였다. 이온빔의 출구측(135)은 타원형으로 형성되어 있어 상기 (+)극의 전자석 방향으로부터 압축된 이온빔이 균일성을 유지하면서 통과할 수 있도록 하였다.

이온빔이 위와같이 압축되면 단순히 슬릿만 형성되어 있는 종래의 포커싱수단과 달리 이온빔이 균일성을 유지하면서 웨이퍼(1)에 주입될 수 있어 공정에러를 방지하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치 및 방법에 의하면, 포커싱수단를 (+),(-)극의 전자석 이용하여 이온빔을 압축하고 포커싱수단 통로를 피라미드 형상으로 하는 한편 통로를 흑연으로 된 그라운드전극으로 함으로써 직진성을 가진 이온빔만 통과시킴으로써 이온빔의 균일성을 향상시키고 항상 동일한 상태의 이온빔을 유지할 수 있어 공정에러를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 이온빔이 생성되는 이온소스, 상기 이온소스로부터 생성된 이온들 중에서 원하는 이온을 선택해내는 제1 각도 보정기 마그넷, 상기 제1 각도 보정기 마그넷을 통과한 이온빔을 포커싱하는 포커싱수단, 상기 포커싱수단를 통과한 이온빔의 빔 상태를 프로파일러에서 측정하여 균일성을 체크하는 제2 각도 보정기 마그넷을 포함하여 이루어진 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치에 있어서,

   상기 포커싱수단은 이온빔이 유입되는 입구측의 좌·우에 (+)극이 대향되는 전자석이 대칭으로 설치되어 있고, 상·하에는 (-)극이 대향되는 전자석이 대칭으로 설치되어 있으며; 이온빔의 출구측은 개구부가 타원형으로 형성되며; 상기 입구측과 출구측 사이의 통로는 전광후협의 피라미드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 통로의 내벽은 흑연으로 이루어진 그라운드전극인 것을 특징으로 하는 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 통로의 내벽은 계단형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절장치.
4. 이온소스로부터 이온빔이 생성되는 단계, 상기 이온소스로부터 생성된 이온들 중에서 원하는 이온이 제1 각도 보정기 마그넷에서 선택되는 단계, 상기 제1 각도 보정기 마그넷을 통과한 이온빔이 포커싱수단에서 포커싱되는 단계, 상기 포커싱수단를 통과한 이온빔의 빔 상태를 제2 각도 보정기 마그넷에서 측정하여 균일성을 체크하는 단계, 상기 제2 각도 보정기 마그넷에서 이온빔이 웨이퍼에 주입되는 단계를 포함하여 이루어진 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절방법에 있어서,

   상기 이온빔이 포커싱수단에서 포커싱되는 단계는 (+)극이 좌·우 대칭으로 대향되게 형성된 전자석과 (-)극이 상·하 대칭으로 대향되게 형성된 전자석에 의해 이온빔이 압축되는 단계와 2차전자가 흑연인 통로내벽의 그라운드전극으로 흡수되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온주입기에 있어서 이온빔 균일성 조절방법.

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