KR20070075932A - 이온주입기의 패러데이장치 및 그 패러데이 바이어스전압공급방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온주입시스템에서 이온주입 시 패러데이컵에 인가되는 바이어스전압을 에너지 대역별로 조정하는 이온주입시스템의 패러데이 장치 및 그 패러데이 바이어스전압 공급방법에 관한 것이다.

이온에너지 변동량에 따라 억제 바이어스 전압을 조절하여 이온량의 카운트오류를 방지하는 이온주입기의 패러데이장치는, 웨이퍼가 장착되는 디스크의 후방에 설치되어 이온주입에 따른 도우즈량을 측정하기 위한 패러데이컵과, 상기 패러데이컵으로 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류메터와, 이온주입 에너지 대역별로 서로 다른 억제바이어스 전압 제어신호를 발생하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 억제바이어스 전압 제어신호에 의해 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 역전압을 발생하는 바이어스 전압 조절부를 포함한다.

이온주입, 패러데이컵, 패러데이 바이어스 전압, 전류미러

Description

이온주입기의 패러데이장치 및 그 패러데이 바이어스전압 공급방법{FARADAY DEVICE OF ION IMPLANTATION SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING BAIS VOLTAGE OF FARADAY THEREOF}

도 1은 종래의 일반적인 이온주입 장치를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이온주입시스템의 패러데이 장치의 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 웨이퍼 12: 이온발생기

13: 빔 14: 이온변환기

16: 이온 질량분석기 18: 이온가속기

20: 텐디트론 쳄버류 22: 디스크

24: 패러데이컵 25: 전류미터

28: 그라운드 실드 29: 어퍼쳐

30: 바이어스 전원 31: 바이어스 플레이트

32: 바이어스 전압조절부

본 발명은 이온주입기의 패러데이장치에 관한 것으로, 특히 이온주입시스템에서 이온주입 시 패러데이컵에 인가되는 바이어스전압을 에너지 대역별로 조정하는 이온주입시스템의 패러데이장치에 관한 것이다.

일반적으로 이온주입 공정은 순수 실리콘(Si) 웨이퍼에 5개의 가전자를 가지고 있는 P형 불순물(예, 붕소, 알루미늄, 인듐)과 3개의 가전자를 가지고 n형 불순물(예:안티몬, 인, 비소) 등을 플라즈마 이온빔상태로 만든 후 반도체 결정속에 침투시켜 필요한 전도형 및 비저항의 소자를 얻는 공정을 말한다.

이러한 이온주입공정은 반도체소자를 제조할 시 10E14∼10E18 원자/㎤ 범위에서 불순물 농도를 조절할 수 있으며, 이는 확산등 다른 불순물 주입기술을 이용한 것 보다 농도조절이 용이하며 이온주입의 깊이를 정확히 할 수 있다는 이점 때문에 반도체소자의 집적도가 커짐에 따라 더욱 널리 사용되고 있다.

이때 통상의 이온주입장치는 소정의 페러데이 시스템을 구비하며, 작업자는 페러데이 시스템을 통해 이온주입 시 발생하는 이차전지를 효과적으로 억제하고 정확한 값의 도우즈를 카운팅하여 오버 도우즈 및 언더도우즈의 발생을 예방하고 있다.

도 1은 종래의 일반적인 이온주입 장치를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하여 반도체 웨이퍼에 불순물 이온이 주입되는 과정을 구체적으로 살펴보면, 이온주입 되어질 불순물을 함유한 불순물공급원(도시되지 않음)으로 부터 가스 또는 고체 상태로 불순물이 이온 발생기(12)로 공급된다. 상기 이온 발생기(12)는 자체의 전력공급원과 진공펌프를 구비하여 투입된 불순물을 플라즈마를 형성시켜 이온화시킨다.

상기 이온 발생기(12)로부터 발생된 양이온(i)은 적정한 전압을 인가함으로써 이온추출기(13)를 통하여 이온발생기(12)로부터 발생된 양이온이 추출되어지며, 추출된 양이온은 이온 변환기(14)에서 마그네슘을 매개로 음이온으로 변환된다.

이렇게 음이온으로 변환된 불순물이온은 자기장내에서 이온질량에 따라 굴절반경이 다름을 이용한 이온 질량분석기(16)를 거쳐 이온 가속기(18)로 들어간다. 이온가속기(18)에는 자체의 전압공급원이 포함되어 투입된 불순물 음이온이 가속되면서 고에너지를 획득하게되며, 이어서 텐디트론챔버(Tendetron Chamber)(20)를 거친 이온빔은 집속, 주사 및 전하 분류되어 디스크(Disk)(22)상에 위치한 웨이퍼(10)의 소정 부위에 주입된다. 상기 디스크(22)에는 도우즈(DOES)량을 측정하기 위한 패러데이컵(24)이 구성되며, 패러데이컵(24)에 이온주입에 따른 이차전자 억제를 위한 역전압이 인가되며, 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류미터(25)가 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 이온주입장치의 도우즈량을 측정하는 동작을 보면, 텐디트론쳄버(20)로부터 주사된 +형 이온빔 입자는 그라운드실드(28)에 형성된 어퍼쳐(Aperture)(29)를 통과하여 디스크(22)에 얼라인된 웨이퍼(10)의 표면과 충돌한다. 이때 이온입자는 웨이퍼(10)의 내부에 소정 깊이로 주입되고 웨이퍼(10)는 +극성을 이룬다. 그리고 그라운드에서는 상술한 이온주입에 대응하여 바이어스 플레이트 (31)로 바이어스전원(30)인 -600V를 인가한다. 이때 주변에 소정의 전기장이 형성되고, 이 전기장은 튕겨져 나오는 -형 이온입자인 이차전자에 소정의 반발력을 가하여 2차전자가 웨이퍼(10)의 본래자리로 되돌아가도록 하여 웨이퍼(10)를 중성화시키고, 이에 의해 +극성을 이루던 웨이퍼(10)는 전기적인 안정성을 확보한다. 이렇게 하여 +형 이온빔입자가 웨이퍼(10)에 주입될 때 디스크(22)에 바이어스 전원에 의한 카운팅전자가 공급되면 전류미터(25)는 도우즈량에 해당하는 전류값을 표시한다. 즉, 전류미터(25)는 웨이퍼(10)에 양이온이 주입되어 대전되는 양만큼 음전하가 디스크(22)쪽으로 공급되는 전류의 양을 표시한다.

그런데 차세대 반도체장치는 더 많은 이온가속 에너지를 요구하고 이에 따라 종래의 이온가속 에너지로 충분하던 에너지 대역(예컨대 30KeV~1200KeV)보다 더 높은 레벨의 에너지 대역이 새로운 반도체 이온주입 공정에 도입되고 있다. 이에 따라 다음과 같은 문제점이 발생되었다.

첫 번째로 이온소스에서 이온가속시스템을 통해 가속된 이온이 이온량을 카운트하는 패러데이컵에서 충돌하면서 스퍼터링된 2차전자가 패러데이컵으로 들어오는 플러스 이온(+이온)과 중성화되면서 정밀한 이온카운트에 심각한 오류가 발생시킬 수 있다.

두 번째로 패러데이컵 전면에 2차전자가 외부로 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 억제 바이어스 전압(Supperssion Bias Voltage)을 인가하는데 억제바이어스 전압을 사용하게 되면 울트라 하이에너지 대역에서는 패러데이컵 내부에서 2차전자가 더 높은 에너지를 가지고 스퍼터링되었을 때 패러데이컵 내부로 이탈을 방지하 지 못하여 이온량을 카운트하는데 오류가 발생하는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이온주입장치에서 이온에너지 변동량에 따라 억제 바이어스 전압을 조절하여 이온량의 카운트오류를 방지하는 이온주입기의 패러데이장치 및 그 패러데이 바이어스전압 공급방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이장치는, 웨이퍼가 장치되는 디스크의 후방에 설치되어 이온주입에 따른 도우즈량을 측정하기 위한 패러데이컵과, 상기 패러데이컵으로 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류메터와, 이온주입 에너지 대역별로 서로 다른 억제바이어스 전압 제어신호를 발생하는 콘트롤러와, 상기 콘트롤러의 억제바이어스 전압 제어신호에 의해 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 역전압을 발생하는 바이어스 전압 조절부를 포함함을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입기의 패러데이장치는, 웨이퍼가 장치되는 디스크의 후방에 설치되어 이온주입에 따른 도우즈량을 측정하기 위한 패러데이컵과, 상기 패러데이컵으로 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류메터와, 상기 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 복수 의 전압을 발생하는 바이어스 전압 조절부와, 상기 바이어스 전압 조절부로부터 발생된 복수의 전압 중에 하나를 선택하여 상기 패러데이컵으로 제공하는 스위치를 포함함을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 적용되는 이온주입기의 패러데이 바이어스 전압공급방법은, 웨이퍼가 장착되는 디스크의 후방에 설치되어 있는 패러데이컵으로 이온빔을 주입하는 단계와, 상기 패러데이컵으로 이온빔이 주입될 때 이차전자를 억제하기 위한 복수의 바이어스전압을 생성하는 단계와, 상기 생성한 복수의 바이어스 전압 중에 상기 이온빔이 주입되는 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 하나의 바이어스전압을 선택하여 공급하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이온주입시스템의 구성도이다.

가스 또는 고체 상태의 불순물로 플라즈마를 형성시켜 이온화시키는 이온발생기(12)와, 상기 이온 발생기(12)로부터 발생된 양이온(i)에 적정한 전압을 인가함으로써 양이온을 추출하는 이온추출기(13)와, 상기 이온추출기(13)로부터 추출된 양이온을 마그네슘을 매개하여 음이온으로 변환하는 이온변환기(14)와, 상기 이온변환기(14)로부터 음이온으로 변환된 불순물이온을 가속시켜 전기장이나 자기장을 지나게 함으로써 그 진행방향을 변화시키는 질량분석기(16)와, 상기 질량분석기(16)로부터 진행방향이 변화된 불순물이온을 가속시켜 고에너지를 획득하는 이온가속기(18)와, 상기 이온가속기(18)로부터 획득한 고에너지를 갖는 이온빔을 집속, 주사 및 전하 분류하는 텐디트론챔버(Tendetron Chamber)(20)와, 이온주입할 웨이퍼(10)를 고정시키기 위한 디스크(22)와, 상기 디스크(22)에 형성되어 도우즈(DOES)량을 측정하기 위한 패러데이컵(24)과, 소정의 전압 제어신호에 의해 이온에너지 대역에 대응하여 이온주입에 따른 이차전자 억제를 위한 역전압을 발생하는 바이어스 전압 조절부(32)와, 상기 패러데이컵(24)에 연결되어 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류미터(25)와, 이온주입 에너지 대역별로 서로 다른 억제바이어스 전압 제어신호를 발생하는 콘트롤러(32)로 구성되어 있다.

상술한 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예의 동작을 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 이온주입 되어질 불순물을 함유한 불순물공급원(도시되지 않음)으로 부터 가스 또는 고체 상태로 불순물이 이온 발생기(12)로 공급된다. 상기 이온 발생기(12)는 자체의 전력공급원과 진공펌프를 구비하여 투입된 불순물을 플라즈마를 형성시켜 이온화시킨다.

이때 이온추출기(13)에 적정한 전압을 인가하게되면 이온발생기(12)로부터 발생된 양이온을 추출하며, 이온 변환기(14)는 이온추출기(13)로부터 추출한 양이온을 마그네슘을 매개로 음이온으로 변환한다.

이러한 음이온으로 변환한 불순물이온은 자기장내에서 이온질량에 따라 굴 절반경이 다르게 하여 이온 질량분석기(16)를 거쳐 이온가속기(18)로 들어간다. 이온가속기(18)에는 자체의 전압공급원이 포함되어 투입된 불순물 음이온이 가속되면서 고에너지를 획득하게되며, 이어서 텐디트론챔버(Tendetron Chamber)(20)를 거친 이온빔은 집속, 주사 및 전하 분류되어 디스크(Disk)(22)상에 위치한 웨이퍼(10)의 소정 부위에 주입된다. 이때 텐디트론쳄버(20)로부터 주사된 +형 이온빔입자는 그라운드실드(28)에 형성된 어퍼쳐(Aperture)(29)를 통과하여 디스크(22)에 얼라인된 웨이퍼(10)의 표면과 충돌한다. 이때 이온입자는 웨이퍼(10)의 내부에 소정 깊이로 주입되고 웨이퍼(10)는 +극성을 이룬다. 그리고 그라운드에서는 상술한 이온주입에 대응하여 바이어스 플레이트(31)로 인가되어 소정의 자기장을 형성시킨다. 이때 주변에 소정의 전기장이 형성되고, 이 전기장은 튕겨져 나오는 -형 이온입자인 이차전자에 소정의 반발력을 가하여 이차전자가 웨이퍼(10)의 본래자리로 되돌아가도록 하여 웨이퍼(10)를 중성화시키고, 이에 의해 +극성을 이루던 웨이퍼(10)는 전기적인 안정성을 확보한다. 이렇게 하여 +형이온 빔입자가 웨이퍼(10)에 주입될 때 디스크(22)에 바이어스 전원에 의한 카운팅전자가 공급되면 전류미터(25)는 도우즈량에 해당하는 전류값을 표시한다. 즉, 전류미터(25)는 웨이퍼(10)에 양이온이 주입되어 대전되는 양만큼 음전하가 디스크(22)쪽으로 공급되는 전류의 양을 표시한다.

본 발명은 고집적화된 차세대 반도체 메모리장치가 개발되면서 실리콘 웨이퍼 (10)상에 더 높은 이온에너지를 정밀하게 요구하고 있으며, 이온가속 에너지 대역이 1200KeV보다 높은 레벨의 에너지 대역이 도입되면서 보다 깊은 이온을 주입하 도록 하고 있다. 1200KeV이상의 에너지가 웨이퍼(10) 상에 이온주입될 때 이온주입되는 이온량을 더욱 더 정밀하게 카운트하기 위해서는 패러데이컵(24)으로 제공되는 패러데이전압을 에너지 대역에 대응하여 공급하여야 한다. 따라서 콘트롤러(34)는 이온에너지에 따라 억제바이어스 전압을 제어하기 신호를 바이어스 전압조절부(32)로 인가한다. 바이어스 전압조절부(32)는 콘트롤러(34)의 제어에 의해 억제 바이어스 전압을 조절하여 패러데이컵(24)의 바이어스 플레이트(31)로 인가한다. 이로 인해 패러데이컵(24)으로 인가되는 억제바이어스 전압이 이온에너지의 대역에 맞게 공급되므로 이온량의 카운트오류를 방지할 수 있다. 여기서 상기 콘트롤러(34)는 이온에너지 대역별로 서로 다른 억제바이어스 전압으로 제어하기 위한 데이터 베이스를 포함하고 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는 이온에너지 대역 별로 서로 다른 억제바이어스 전압을 자동으로 제어하도록 하고 있으나 바이어스 전압조절부(32)로부터 복수의 서로 다른 전압을 발생하도록 하고, 그 발생되는 복수의 전압 중 스위치를 이용하여 수동으로 선택하도록 하는 것도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 이온주입시스템에서 이온주입 시 패러데이컵으로 인가하는 억제바이어스 전압을 이온주입 에너지 대역에 대응하여 공급하도록 하여 패러데이컵에서 도우즈량을 측정할 때 카운트오류를 방지할 수 있는 이점이 있 다.

Claims (3)

1. 이온주입기의 패러데이장치에 있어서,

   웨이퍼가 장치되는 디스크의 후방에 설치되어 이온주입에 따른 도우즈량을 측정하기 위한 패러데이컵과,

   상기 패러데이컵으로 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류메터와,

   이온주입 에너지 대역별로 서로 다른 억제바이어스 전압 제어신호를 발생하는 콘트롤러와,

   상기 콘트롤러의 억제바이어스 전압 제어신호에 의해 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 역전압을 발생하는 바이어스 전압 조절부를 포함함을 특징으로 하는 이온주입기의 패러데이장치.
2. 이온주입기의 패러데이장치에 있어서,

   웨이퍼가 장치되는 디스크의 후방에 설치되어 이온주입에 따른 도우즈량을 측정하기 위한 패러데이컵과,

   상기 패러데이컵으로 주입되는 도우즈량을 빔전류로 측정하기 위한 전류메터와,

   상기 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 복수의 전압을 발생 하는 바이어스 전압 조절부와,

   상기 바이어스 전압 조절부로부터 발생된 복수의 전압 중에 하나를 선택하여 상기 패러데이컵으로 제공하는 스위치를 포함함을 특징으로 하는 이온주입기의 패러데이장치.
3. 이온주입기의 패러데이 바이어스 전압공급방법에 있어서,

   웨이퍼가 장착되는 디스크의 후방에 설치되어 있는 패러데이컵으로 이온빔을 주입하는 단계와,

   상기 패러데이컵으로 이온빔이 주입될 때 이차전자를 억제하기 위한 복수의 바이어스전압을 생성하는 단계와,

   상기 생성한 복수의 바이어스 전압 중에 상기 이온빔이 주입되는 이온에너지 대역에 대응하는 이차전자 억제를 위한 하나의 바이어스전압을 선택하여 공급하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 이온주입기의 패러데이 바이어스 전압 공급방법.

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