KR20070075860A

KR20070075860A - 이온 주입 장치

Info

Publication number: KR20070075860A
Application number: KR1020060004564A
Authority: KR
Inventors: 김도영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-24

Abstract

이온 주입 장치를 제공한다. 개시된 이온 주입 장치는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 마련되어 웨이퍼가 안착되는 플레이튼(Platen)과, 상기 웨이퍼로 이온을 주입하는 이온 공급부, 및 상기 플레이튼 상에 마련되어 상기 이온 공급부로부터 공급되는 이온의 컨디션(Condition)을 측정하는 패러데이 컵(Faraday Cup)을 구비한다.

상기 이온 주입 장치는 상기 플레이튼에 상기 패러데이 컵을 구비시킴으로써 이온 주입 공정 진행시에 웨이퍼와 동일한 위치와 구간에서 이온빔의 컨디션을 체크할 수 있게 하는데 있다.

플레이튼, 패러데이 컵, 이온 공급부, 이온 주입 장치

Description

이온 주입 장치{Ion Implantation Apparatus}

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1b는 도 1a의 A 방향에 따른 플레이튼의 정면도이다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 주입 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2b는 도 2a의 A방향에 따른 플레이튼의 정면도이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 이온 주입 장치

110 : 공정 챔버

112 : 플레이튼

113 : 패러데이 컵

114 : 틸팅부

116 : 구동축

120 : 이온 공급부

122 : 이온 소스부

126 : 이온 가속부

130 : 제어부

본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온빔의 상태를 측정할 수 있는 패러데이 컵이 구비된 이온 주입 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자는 웨이퍼 상에 포토리소그래피, 식각, 애싱, 확산, 화학기상증착, 이온주입 및 금속증착 등의 공정을 선택적으로 반복 수행함으로써 적어도 하나 이상의 도전층, 반도체층, 부도체층 등을 적층하여 조합되게 하는 것으로 만들어진다.

이러한 반도체소자 제조공정 중 이온주입공정은 반도체소자를 제조하는데 필요한 웨이퍼의 전기적 특성을 변화시키기 위하여 웨이퍼에 소정 불순물을 강제적으로 주입하는 공정을 말한다.

종래의 이온 주입 장치는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 마련되어 웨이퍼가 안착되는 플레이튼과, 상기 플레이튼으로부터 후방으로 일정거리 이격되어 상기 웨이퍼로의 이온의 주입량 및 주입 깊이 등의 조절을 위해 이온빔의 도즈량을 빔 전류로 측정하는 패러데이 컵과, 상기 패러데이 컵을 이온빔의 진행 경로와 수직인 동시에 지면에 평행하게 수평 이동시키는 구동 유닛을 구비한다.

상기 이온 주입 장치는 상기 플레이튼을 회전시키는 틸팅부 및 상하 이동시키는 구동축을 구비한다.

이온 주입 공정이 진행되기 전에 이온빔의 균일도를 체크하게 된다. 상기 과정을 설명하면, 상기 플레이튼은 상기 구동축의 구동에 의해 이온빔의 진행 경로의 하부에 위치하게 되고, 상기 구동 유닛이 상기 패러데이 컵을 좌우로 이동시키면서 균일도를 체크한다.

상기한 바와 같은 이온빔의 균일도 체크가 끝나면 상기 플레이튼이 이온빔의 경로상에 위치하도록 상기 구동축이 상승하는 한편, 상기 틸팅부가 회전하면서 상기 플레이튼 상의 웨이퍼를 이온빔의 주입 방향에 수직하도록 배치한다.

상기에서와 같이 이온빔을 센싱하는 패러데이 컵과 실제 이온 주입이 이루어지는 웨이퍼 간의 위치가 다르게 되므로, 단지 패러데이 컵에서 센싱한 이온빔상태를 계산해 추정함으로써 상기 웨이퍼에 이온 주입하게 되므로 정확한 이온빔의 상태를 알기 힘든 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기 패러데이 컵을 실제 이온 주입되는 웨이퍼와 동일한 위치에 구비하여 세밀한 이온 주입을 가능하게 하는 이온 주입 장치를 제공하고자 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이온 주입 장치는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내에 마련되어 웨이퍼가 안착되는 플레이튼(Platen)과, 상기 웨이퍼로 이온을 주입하는 이온 공급부, 및 상기 플레이튼 상에 마련되어 상기 이온 공급부로부터 공급되는 이온의 컨디션을 측정하는 패러데이 컵(Faraday Cup)을 구비한다.

상기 이온 주입 장치는 상기 패러데이 컵 및 상기 이온 공급부와 연결되어 상기 이온 공급부로부터 상기 플레이튼에 안착된 상기 웨이퍼로 주입되는 이온의 공급량을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 패러데이 컵은 상기 플레이튼 상에 바(bar) 형태로 설치될 수 있다.

또한, 상기 패러데이 컵은 상기 플레이튼의 외주부을 따라서 호 형상으로 설치될 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 한편, 첨부된 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위해 다소 과장되어진 것으로 이해되는 것이 바람직하며, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸 다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치(100)를 설명하기 위한 구성도이고, 도 1b는 도 1a의 A 방향에 따른 플레이튼(112)의 정면도이다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 이온 주입 장치(100)는 공정 챔버(110)와, 상기 웨이퍼(118)로 이온을 주입하는 이온 공급부(120), 및 제어부(130)를 구비한다.

상기 이온 공급부(120)는 주로 불순물을 이온화시키는 이온소스부(122)와, 이온화된 불순물을 웨이퍼 상에 강제적으로 주입되기에 적합하도록 가속시키는 이온가속부(127)로 구성된다. 이때, 상기 이온소스부(122)는 이온을 발생시키는 이온발생기(123)와, 이온발생기(123)로부터 이온을 추출하는 이온추출기(124)와, 이온추출기(124)로부터 제공되는 이온의 극성을 변환시키는 극성변화기(125)와, 이온으로부터 특정 이온을 선별하는 질량분석기(126)를 포함한다.

여기서, 이온발생기(123)는 아크방전형, 고주파(radio frequency)형, 이중플라즈마트론(duoplasmatron)형, 냉음극(cold cathode)형, 스퍼터(sputter)형, 페닝(penning ionization)형 등의 이온 발생기가 사용될 수 있다.

그리고, 이온가속부(127)는 이온을 가속시키며 극성을 변환시키기 위한 가속기(128), 이온의 초점을 조절하기 위한 포커싱 마그네트(미도시)와 이온의 진행 방향을 조절하기 위한 이온편향계(129), 및 이온의 이온전류를 측정하기 위한 이온전류 측정부(미도시) 등을 포함한다.

상기 이온 공급부(120)는 공급된 중성상태의 반응가스가 필라멘트로부터 발생된 열전자 등에 의해서 활성화되어 전자를 이탈시켜 양이온이 발생하면, 상기 발생된 양이온은 고전압이 인가되는 이온추출기(124)를 통과하며 희망하는 양이온만이 추출된다. 이어서, 상기 이온추출기(124)에 의해서 추출된 양이온은 각기 서로 다른 질량을 갖고 있으므로 질량분석기(126)를 통과하며 자장의 세기에 따라 원하는 질량을 갖는 양이온만이 선별 분류된다. 다음으로, 이렇게 선별 분류된 양이온은 가속기(128)를 통과하면서 특정 에너지로 가속된 후, 이온발생원에서 이탈된 전자와 다시 결합하여 중성상태로 공정 챔버(110) 내의 웨이퍼(118)에 주입된다.

상기 공정 챔버(110)는 웨이퍼(118)가 안착되는 플레이튼(112)과, 상기 플레이튼(112) 상에 배치되어 상기 이온 공급부(120)로부터 공급되는 이온의 컨디션을 측정하는 패러데이 컵(113)과, 상기 플레이튼(112)에 연결되는 틸팅부(114), 및 구동축(116)을 구비한다.

상기 플레이튼(112)은 웨이퍼(118)가 안착되어 이온 주입이 이루어질 수 있는 지지대의 역할을 하고, 정전기적 인력이나 진공 흡입 등에 의해 상기 웨이퍼(118)를 움직이지 않도록 고정할 수 있다.

상기 틸팅부(114)는 그 내부의 제 1구동부(114a)에 의해서 회전이 가능하고, 상기 구동축(116)은 제 2구동부(116a)에 의해서 상하 이동이 가능하게 된다. 따라서, 상기 틸팅부(114)와 구동축(116)은 상기 플레이튼(112)의 회전 및 상하부 이동을 가능하게 한다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 패러데이 컵(113)은 상기 플레이튼(112)의 상부에 바(bar)형태로 장착될 수 있다. 보다, 구체적으로 상기 패러데이 컵 (113)은 지지대(113a)에 의해서 상기 플레이튼(112)의 외주부(112a) 상단에 연결될 수 있다.

상기 패러데이 컵(113)은 이온빔의 진행 경로에 수직한 방향으로 좌우로 이동하면서 이온빔의 컨디션을 체크할 수 있는데, 예를 들어 균일도, 전류량, 인텐시티(Intensity) 등을 측정할 수 있다. 상기 패러데이 컵(113)의 이동은 구동축(116)에 연결된 수평구동 유닛(미도시)에 의해서 상기 플레이튼이 이동함으로써 가능하게 된다.

다시 도 1a를 참조해서, 이온 주입 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼 공급부(미도시)로부터 플레이튼(112)에 웨이퍼(118)가 안착되고 정전기력에 의해서 상기 웨이퍼(118)를 고정시킨 후에 이온 공급부(120)에서 공정 챔버(110) 내로 토출되는 이온빔의 균일도를 체크하는 과정이 진행된다.

틸팅부(114)는 제 1구동부(114a)에 의해서 회전하여 상기 플레이튼(112)이 지면과 수직하게 향하도록 하고, 구동축(116)은 제 2구동부(116b)에 의해서 하측으로 이동하여 패러데이 컵(113)이 이온빔의 진행 경로 상에 위치하도록 한다. 상기 과정 수행시에 상기 플레이튼(112)은 이온빔이 직접 플레이튼(112) 표면에 충돌하지 않도록 이온빔의 진행 경로보다 하부에 위치하게 된다.

상기의 균일도 체크 작업이 종료하면, 실제 이온 주입 공정이 이루어진다.

상기 플레이튼(112)은 구동축(116)에 의해 상측으로 이동하여 이온빔의 진행 경로 상에 위치하게 된다. 이후, 구동축(116)의 상하측으로의 반복 이동에 의해서 상기 플레이튼(112)에 안착된 웨이퍼(118)에 상기 이온빔이 균일하게 입사될 수 있도록 한다. 결국, 상기 패러데이 컵(113)은 상기 플레이튼(112)과 같이 이동함으로써 동일한 위치 및 구간에서 웨이퍼(118)에 주입되는 이온빔의 량을 측정할 수 있게 한다.

상기 이온 주입 장치(100)는 패러데이 컵(113), 이온 공급부(120), 제 1구동부(114a), 및 제 2구동부(116a)에 연결되어 상기 이온 공급부(120)로부터의 이온 공급 및 상기 구동부들(114a,116a)의 구동을 제어하는 제어부(130)를 추가적으로 구비할 수 있다.

상기 제어부(130)의 작용을 살피면, 상기 패러데이 컵(113)에서 측정된 이온의 컨디션이 상기 제어부(130)에 기 설정된 기준 범위를 벗어나게 되면 상기 이온 공급부(120)를 제어하여 상기 공정 챔버(110)로의 이온빔의 전하량, 속도 등을 조절하게 한다. 또한, 상기 틸팅부(114)와 구동축(116)을 통하여 상기 플레이튼(112)의 회전각 및 상하 이동 속도를 조절함으로써 이온빔이 웨이퍼(118)에 균일하게 입사하는 것을 가능하게 한다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 주입 장치(100')를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2b는 도 2a의 A방향에 따른 플레이튼(112)의 정면도이다.

본 발명 내용에 따른 이온 주입 장치의 다른 실시예(100')를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 다른 실시예에 따른 상기 이온 주입 장치(100')의 경우 그 대부분의 구성 요소들이 전술한 일 실시예(100)와 동일하다. 다만, 패러데이 컵(113')의 부착위치 및 그 형태에 차이가 있다. 따라서, 전술한 상기 이온 주입 장치의 일 실시예(100)와 동일한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하고, 차별되는 특징에 대해서만 설명한다.

다른 실시예에 따른 패러데이 컵(113')은 상기 플레이튼(112)의 외주부를 따라서 일정한 호 형상을 이루도록 배치될 수 있다. 상기 플레이튼(112)은 구동축(116)에 의해 주기적으로 상하 방향으로 반복 이동하면서 이온 주입이 이루어지므로 상기 플레이튼(112)의 중앙을 기준으로 상부 또는 하부에 반원의 형태로 배치됨이 바람직하다. 상기 패러데이 컵(113')은 웨이퍼(118)의 외주부에 밀접하게 배치되므로 상기 웨이퍼(118)에 입사되는 이온빔의 컨디션을 정확하게 알 수 있게 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 웨이퍼가 안착된 플레이튼 상부에 패러데이 컵을 구비하여 상기 플레이튼의 이동에 따라 상기 패러데이 컵도 동일한 위치와 구간에서 이동하도록 함으로써 상기 웨이퍼에 주입되는 이온빔의 컨디션을 정확하게 측정할 수 있게 한다.

Claims

공정 챔버;

상기 공정 챔버 내에 마련되어 웨이퍼가 안착되는 플레이튼(Platen);

상기 웨이퍼로 이온을 주입하는 이온 공급부; 및

상기 플레이튼 상에 마련되어 상기 이온 공급부로부터 공급되는 이온의 컨디션(Condition)을 측정하는 패러데이 컵(Faraday Cup)을 포함하는 이온 주입 장치.
제 1항에 있어서,

상기 패러데이 컵 및 상기 이온 공급부와 연결되어 상기 이온 공급부로부터 상기 플레이튼에 안착된 상기 웨이퍼로 주입되는 이온의 공급량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제 1항에 있어서,

상기 패러데이 컵은 상기 플레이튼 상에 바(bar) 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
제 1항에 있어서,

상기 패러데이 컵은 상기 플레이튼의 외주부를 따라서 호 형상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.