KR20070017868A - 이온주입장치 - Google Patents

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KR20070017868A
KR20070017868A KR1020050072509A KR20050072509A KR20070017868A KR 20070017868 A KR20070017868 A KR 20070017868A KR 1020050072509 A KR1020050072509 A KR 1020050072509A KR 20050072509 A KR20050072509 A KR 20050072509A KR 20070017868 A KR20070017868 A KR 20070017868A
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Abstract

본 발명은 진공 상태를 유지하면서 실시간으로 전계렌즈의 오염여부를 검출할 수 있는 저항측정장치를 구비하는 이온주입장치를 제공한다. 본 발명은 챔버; 챔버 내의 전계렌즈를 포함하는 도전체들; 도전체들와 챔버 사이를 절연시키는 절연체; 도전체들과 챔버에 전기적으로 접속되어 저항을 측정하는 저항측정장치를 포함하는 이온주입장치에 관한 것이다.
이온주입장치, 진공, 절연, 저항, 누설전류

Description

이온주입장치{Implanter}
도 1은 종래의 이온주입장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 이온전송부의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 저항측정장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 기판에 이온을 주입하는 이온주입장치에 관한 것이다.
이온주입장치는 이온빔을 생성하여 이온빔의 조사에 의해 반도체 기판의 물성을 변화시키는 장치이다. 예를 들면, 웨이퍼 상에 불순물영역이 생성되는 영역을 제외한 영역에 포토레지스트와 같은 적합한 마스크를 도포하고, 이온주입장치에 의하여 이온을 주입함으로써 웨이퍼 내에 도전층을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 이온주입장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 이온주입장치(200)는 하나의 진공계를 형성하는 이온 소스부(10), 애널라이저(20) 및 이온전송부(30) 및 공정챔버(60)를 포함한다. 이온소스부(10)는 이온소스부(10)에 결합된 가스케비넷(미도시)으로부터 가스를 공급받아 웨이퍼에 도핑되는 불순물 원소의 이온을 생성한다. 애널라이저(analyzer, 20)는 이온소스부(10)에 결합되고, 질량분석에 의하여 생성된 이온으로부터 소정의 이온을 선택한다. 이온전송부(30)는 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33) 그리고 이온가속관(32)으로 이루어진다. 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)는 이온을 집속(focusing)하고, 이온가속관(32)은 집속된 이온을 가속시켜 빔의 형태로 공정챔버(40) 내에 배치된 웨이퍼(100)의 표면에 이온을 주입한다.
이온주입장치(200)에서, 이온소스부(10)에서 생성된 초기 이온빔은 공정챔버(40)까지 이동하면서 파티클을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)에 의해 집속되지 않은 이온빔은 산란되어 소멸하기도 하고, 이온전송부(30)의 측벽 및 전계렌즈(31, 33)에 부딪혀 2차전자를 발생시키거나 스퍼터링을 하여 금속성 파티클을 발생시킬 수 있다. 특히, 이온가속관(32)을 통하여 고속으로 가속된 이온빔은 더욱 이온전송부(30)의 측벽 및 전계렌즈(31, 33)를 스퍼터링할 수 있으므로, 제 2 전계렌즈의 주변부의 절연파괴는 제 1 전계렌즈에 비하여 빈번하다. 또한, 이온주입동안 웨이퍼 표면에 도포된 포토레지스트의 스퍼터링 또는 가열에 의한 증발로 포토레지스트 성분의 파티클이 공정챔버(40) 뿐만 아니라 이온전송부(30)를 오염시킬 수 있다.
금속성 파티클의 오염으로 인한 전계렌즈를 비롯한 이온전송부의 절연파괴 및 오염은 이온빔의 집속을 방해한다. 그 결과, 이온주입공정에서, 웨이퍼 내로 주입되는 이온의 채널링 현상에 의하여, 도펀트(dopant)의 주입 깊이 및 분포를 정확히 제어할 수 없는 문제점이 발생한다.
종래에, 설비관리자가 전계렌즈를 비롯한 이온전송부의 오염여부를 판정하기 위해서는, 이온주입장치의 초저압을 상압으로 전환시키고, 이온전송부를 개방한 상태에서 오염여부를 판단하여야 한다. 이온전송부의 오염여부가 확실하지 않은 상태에서 오염정도를 파악하기 위하여, 이온주입장치를 정지시키고 많은 시간이 소요되는 압력 변환을 해야 하는 것은 생산성 측면에서 바람직하지 못한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이온주입공정 동안에도 전계렌즈를 비롯한 이온주입장치의 오염 여부 및 세정 시점을 정확히 판정할 수 있는 이온주입장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입장치는, 챔버; 상기 챔버 내의 전계렌즈를 포함하는 도전체들; 상기 도전체들과 상기 챔버 사이를 절연시키는 절연체; 상기 도전체들과 상기 챔버에 전기적으로 접속되어 저항을 측정하는 저항측정장치를 포함한다.
바람직하게는 상기 이온주입장치는 상기 챔버 벽에 배치되고, 상기 전계렌즈에 바이어스를 인가하기 위한 하나 이상의 피드쓰루(feed through)를 포함하고, 상기 도전체는 상기 전계렌즈와 상기 피드쓰루를 연결하는 도선을 포함한다.
바람직하게는, 상기 저항측정장치는 상기 챔버외부로부터 상기 피드쓰루 및 상기 챔버 외부의 접지된 표면과 전기적으로 접속되어 상기 도전체들와 상기 챔버 사이의 저항을 측정한다. 또한, 상기 저항측정장치는 상기 도전체들과 상기 챔버 사이의 저항을 선택적으로 측정할 수 있는 스위칭 수단을 포함한다.
바람직하게는, 상기 저항측정장치는 측정된 저항값을 기록할 수 있는 기억수단 또는 출력할 수 있는 출력수단을 포함할 수 있다. 또한, 상기 저항측정장치는 측정된 저항값이 기준 저항값보다 작을 경우 경보신호(alarm signal)를 발생시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 영역들의 크기는 설명을 명확하게 하기 위하여 과장된 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 이온전송부의 상세도이다.
도 2를 참조하면, 이온전송부(도 1의 30)의 양단에는 이온소스부(도 1의 10)로부터 전송된 이온빔을 집속하기 위하여 제 1 전계렌즈(31) 및 제 2 전계렌즈(33)가 배치된다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)는 사중극렌즈(quadrupole lens)이다. 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)는 제 1 도선(300a)을 통하여 바이어스가 인가되어 극성을 띤 이온빔이 일정한 직경을 갖도록 집속한다. 특히, 이온가속관(32)에 의해 가속된 이온빔을 집속하는 제 2 전계렌즈는 고에너지 렌즈라 한다.
제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)는, 예를 들면 흑연으로 제조된다. 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)에 인가되는 바이어스는 수십 내지 수백 KV 의 고전압을 사용한다. 따라서, 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)에 고전압을 인가하기 위한 제 1 도선(300a)에 절연을 위한 피복을 적용하면, 고전압에 의하여 피복이 파괴되어 고장이 발생하므로 피복을 적용하지 않는다. 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)는 절연지지대(미도시)에 의하여 소정의 하우징(미도시)에 고정되어 챔버(30) 내에 배치된다. 여기서, 챔버(30)는 이온전송부(도 1의 30)를 지칭하거나, 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)만 또는 이온가속관(32)을 포괄하는 진공 시스템을 의미한다.
제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)에 이온 빔이 충돌하면, 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)를 이루는 표면 물질이 스퍼터링(sputtering)될 수 있다. 그 결과, 스퍼터링된 전도성 물질, 예를 들면 흑연이 절연지지대(미도시) 및 챔버(30)와 함께 접지된 하우징(미도시)의 표면에 피복될 수 있다. 스퍼터링된 물질이 지지대에 충분히 피복되면 제 1 및 제 2 전계전극(31, 33)과 접지된 하우징 및 챔버(30) 사이에 전류 경로를 형성함으로써 절연파괴 또는 전기단락이 발생할 수 있다. 특히, 제 2 전계렌즈(33)는 이온가속관(32)을 통과하여 고속으로 가속된 이온빔을 집속하므로 제 1 전계렌즈(31)의 주변부보다 제 2 전계렌즈(33)의 주변부에서 이온빔에 의한 스퍼터링이 더 강하게 발생하며, 제 1 전계렌즈(31)의 주변부보다 오염이 더 심하다. 그 결과, 제 2 전계렌즈(33)에서 도전성 오염원에 의한 절연파괴가 더 빈번하게 발생한다.
본 발명에 따르면, 전기적으로 절연되어 있는 제 2 전계렌즈(31, 33) 및 제 1 도선(300a)과 전계렌즈(31, 33)를 고정하는 하우징(미도시) 및 챔버(30) 사이의 저항을 측정하여 절연파괴 여부 및 오염 여부를 판정할 수 있다.
통상적으로, 챔버(30)의 벽면에는 챔버(30) 외부로부터 전계렌즈(31, 33)에 바이어스를 인가하기 위한 도선(300a)이 접속될 수 있는 하나 이상의 피드쓰루(feed through, 400)를 구비한다. 챔버 외부의 전력원(미도시)으로부터 피드쓰루(400)에 접속되는 도선(미도시)에 의하여, 제 1 및 제 2 전계렌즈(31, 33)에 바이어스가 인가된다.
본 발명의 저항측정장치(500)는 전계렌즈(31, 33), 하우징(미도시), 피드쓰루(400), 챔버 벽면(30)를 경유하는 경로의 전기저항을 측정한다. 따라서, 챔버(30) 외측의 피드쓰루(400)에 저항측정을 위한 제 2 도선(300b)이 접속된다. 또한, 접지된 챔버(30) 벽면의 임의의 위치에 제 3 도선(300c)이 접속된다. 또한, 제 3 도선(300c)은 접지 상태이므로 챔버가 아닌 다른 접지된 표면에 접속될 수 있다.
바람직하게는, 저항측정장치(500)는 하나 이상의 제 2 도선과 제 3 도선에 의하여 형성된 회로의 저항을 선택적으로 측정할 수 있는 스위칭 수단(500a)을 구비할 수 있다. 스위칭 수단(500a)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 바에 따라 적합한 배선 구조를 형성하여 구현할 수 있다.
본 발명의 이온주입장치는 챔버의 진공이 유지된 상태에서, 전력원(미도시)으로부터 전원을 차단한 후, 저항측정장치(500a)에 의하여 저항을 측정하여 전계렌 즈(31, 33), 챔버(30), 피드쓰루(400)의 오염여부를 판정할 수 있다. 예를 들면, 저항이 큰 경우에는 오염되지 않은 상태이지만 저항이 작은 경우에는 절연되어야 할 챔버의 각 부분이 오염되어 절연파괴가 발생한 것이다. 금속성 파티클의 오염으로 인한 전계렌즈를 비롯한 챔버 내의 오염은 이온빔의 집속을 방해하여 이온주입의 정확한 제어를 곤란하게 한다.
따라서, 본 발명의 이온주입장치는 오염여부를 판정하기 위하여 챔버(30) 내의 압력을 상압으로 전환시켜 오염여부를 관찰하고 다시 이온주입을 위한 진공상태로 전환하는 공정이 생략되어 더욱 용이하게 오염여부 및 세정 시점을 정확히 판정할 수 있다. 또한, 이온주입의 불량이 발생한 경우 챔버 내의 오염이 그 원인인지 여부를 정확히 판단할 수 있는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 저항측정장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 측정된 저항값은 적합한 표시부(500b)를 통하여 표시된다. 바람직하게는, 저항측정장치(500)는 측정된 저항값을 기록할 수 있는 기억수단(500e) 또는 저항값을 출력하는 출력수단(500b)을 포함할 수 있다. 기억수단(500b)은 예를 들면, 하드디스크, CDROM, 반도체 메모리 소자 등일 수 있다. 출력수단(500b)은 상용 컴퓨터 프린터일 수 있다. 본 발명의 저항측정장치(500)는 기억수단(500e)과 출력수단(500b)에 의하여 작업자에게 챔버 오염정도의 시간적 추이를 제공함으로써 세정시점을 예측할 수 있도록 하는 이점을 제공한다.
또한, 바람직하게는, 저항측정장치(500)는 측정된 저항값이 절연상태의 기준 저항값보다 작을 경우 경보신호(alarm signal, 500c)를 발생시킬 수 있다. 그 결 과, 작업자는 청각적으로 오염 정도를 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 이온주입장치는, 진공 상태를 유지하면서 실시간으로 전계렌즈를 비롯한 챔버의 오염여부를 검출할 수 있는 저항측정측정장치를 구비함으로써, 설비 관리자가 오염여부 및 세정 시점을 용이하게 판정할 수 있으며, 오염여부 판정을 위해 챔버의 진공을 상압으로 하였다가 다시 진공상태로 복원하는 과정을 생략할 수 있으므로, 반도체 소자의 생산성을 향상시키고, 제품의 제조 비용을 절감시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내의 전계렌즈를 포함하는 도전체들;
    상기 도전체들과 상기 챔버 사이를 절연시키는 절연체;
    상기 도전체들과 상기 챔버에 전기적으로 접속되어 저항을 측정하는 저항측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 벽에 배치되고, 상기 전계렌즈에 바이어스를 인가하기 위한 하나 이상의 피드쓰루(feed through)를 포함하고,
    상기 도전체는 상기 전계렌즈와 상기 피드쓰루를 연결하는 제 1 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저항측정장치는 상기 챔버외부로부터 상기 피드쓰루 및 상기 챔버 외부의 접지된 표면과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항측정장치는 상기 도전체들과 상기 챔버 사이의 저항을 선택적으로 측정할 수 있는 스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전계렌즈는 고에너지 렌즈인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항측정장치는 측정된 저항값을 기록할 수 있는 기억수단 또는 출력할 수 있는 출력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항측정장치는 측정된 저항값이 기준 저항값보다 작을 경우 경보신호(alarm signal)를 발생하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100867087B1 (ko) * 2007-06-26 2008-11-04 주식회사 동부하이텍 이온주입기의 파티클 제거구조

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