KR20080010094A - 이온주입설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 이온주입설비에 대하여 개시한다. 그의 설비는 소정의 이온빔을 생성하는 이온 소스; 상기 이온빔에서 소정의 질량을 갖는 이온빔을 추출하는 질량 분석기; 상기 질량 분석기에서 추출된 상기 이온빔을 가속시키는 가속부; 상기 가속부에서 가속되는 상기 이온빔을 일방향으로 확장시키는 확장부; 및 상기 확장부에서 일방향으로 확장되는 상기 이온빔의 선폭을 정의하여 통과시키는 블록부; 및 상기 블록부에서 통과되는 상기 이온빔에 수직하도록 웨이퍼를 파지하는 척을 포함함에 의해 상기 이온빔의 균일도를 높일 수 있기 때문에 생산수율을 향상시킬 수 있다.

이온 소스, 질량 분석기, 가속, 확장, 블록(block)

Description

이온주입설비{Implanter}

도 1은 종래 기술에 따른 이온주입설비를 개략적으로 나타낸 다이아그램.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온주입설비를 개략적으로 나타낸 다이아 그램.

도 3은 도 2의 확장부 말단에 형성된 복수개의 라드를 나타내는 단면도.

도 4는 복수개의 라드가 채용되지 않은 이온빔의 단면과 복수개의 라드가 채용된 이온빔의 단면을 나타낸 도면.

도 5는 도 2의 블록부를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 이온빔 102 : 이온 소스

104 : 질량 분석기 106 : 가속부

108 : 확장부 120 : 척

122 : 블록부

본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로서, 상세하게는 반도체 제조공정이 수행되는 공정 챔버에서의 진공을 파괴시키지 않고 진공 센서를 교체토록 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 제조설비에 관한 것이다.

최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 대중화에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 또한, 그 기능적인 면에 있어서 반도체 장치의 소자 고집적화 경향에 따라 기판에 형성되는 개별 소자의 크기를 줄이면서 한편으로 소자 성능을 극대화시키기 위해 여러 가지 방법이 연구 개발되고 있다. 이러한 방법 중에 CMOS 기술과 같이, 실리콘 기판에 도전성 불순물을 주입하는 이온주입기술이 대두되고 있다. 이온 주입기술은 열확산기술과 함께 반도체기판 중에 불순물 도입을 위한 기본 공정기술이다. 원리적으로는 옛날부터 가능하다고 되고 있던 기술로서, 1960년대에는 이미 트랜지스터등이 이 방법에 의해서 시작되었다. 최근, LSI의 고집적화, 고밀도화에 대응해서 더 정밀한 불순물제어가 요구되고 있다. 더욱이, 양산기술면에서는 재현성의 향상, 처리능력의 향상이 요구되고 있다. 그 중에서 이온주입기술은 더욱 그 중요성이 증가하여 열확산기술에 대체해서 실용화되게 되었다. 또 이 기술에서는 열확산기술로는 불가능 내지는 아주 어려운 저농도 불순물 도입이나 절연막을 통한 도핑 등도 가능하게 되었다. 이와 같은 이온주입기술에 사용되는 일반적인 이온주입장치가 미국특허번호 4,922,106 또는 미국특허번호 6,635,880에 기재되어 있다.

이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 이온주입설비를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 이온주입설비를 개략적으로 나타낸 다이아그램이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 이온주입설비는, 외부에서 인가되는 전원전압을 이용하여 도전성 불순물을 대전시켜 소정 세기의 이온빔(10)을 생성하는 이온 소스(12)와, 상기 이온빔(10)에서 소정의 질량을 갖는 이온빔(10)을 추출하는 질량 분석기(14)와, 상기 질량 분석기(14)에서 추출된 상기 이온빔(10)을 가속시키는 가속부(16)와, 상기 가속부(16)에서 가속되는 상기 이온빔(10)을 일방향으로 확장시키는 확장부(18)와, 상기 확장부(18)에서 일방향으로 확장되는 상기 이온빔(10)에 수직하도록 웨이퍼(W)를 파지하는 척(20)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 이온소스는 가스 형태로 공급되는 도전성 불순물에 고전압을 인가하여 플라즈마(Plasma) 상태로 변환시켜 일정 전하량을 갖는 이온빔(10)을 형성한 후, 상기 이온빔(10)을 소정의 각도로 방사한다. 상기 이온빔(10)은 실리콘 재질의 웨이퍼(W) 내에 이온주입될 상기 도전성 불순물이 소정의 균일도를 갖고 직진된다.

또한, 상기 질량 분석기(14)는 상기 이온소스에서 방사된 상기 이온빔(10)에 소정 세기의 자기장을 인가하여 특정 질량을 갖는 이온빔(10)을 추출한다. 예컨대, 상기 질량 분석기(14)는 상기 이온빔(10)에 수직하는 방향으로 인가되는 상기 자기장을 이용하여 상기 이온빔(10)의 회전반경에 따라 특정 전하량을 갖는 상기 도전성 불순물의 이온을 추출하여 상기 가속부(16)에 인가되도록 할 수 있다. 이 때, 소정의 질량을 갖는 상기 도전성 불순물의 이온은 상기 질량 분석기(14)의 말단의 마스크(13)에 형성된 분해구(13a)를 통과하여 상기 가속부로 진행될 수 있다.

상기 가속부(16)는 상기 도전성 불순물을 상기 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 깊이로 이온주입시키기 위해 상기 이온빔(10)을 소정의 속도로 가속시킨다. 예컨대, 상기 가속부(16)는 정전기를 이용하여 정전기적으로 대전된 상기 이온빔(10)을 가속시킬 수 있다. 이때, 상기 가속부(16)에서 가속되는 상기 이온빔(10)은 소정의 반경을 갖는 원형의 단면을 갖고 진행된다.

상기 확장부(18)는 상기 가속부(16)에서 가속된 상기 이온빔(10)을 일방향으로 확장시켜 상기 웨이퍼(W)의 지름 방향에 대하여 상기 이온빔(10)이 일괄 입사되도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 확장부(18)는 상기 이온빔(10)을 X축 방향으로 확장시켜 상기 웨이퍼(W)의 X축 방향에 대하여 상기 이온빔(10)이 일괄 입사되도록 하고, 상기 척(20)은 Y축 방향으로 상기 웨이퍼(W)를 수직 상승시켜 상기 웨이퍼(W)의 전면에 상기 도전성 불순물이 이온주입되도록 할 수 있다. 이때, 상기 확장부(18)는 소위 폴(pole)이라 불리우는 교정 자기장(correct magnet, 17)을 이용하여 상기 이온빔(10)을 X 방향으로 확장시킬 수 있다.

또한, X 방향으로 확장되는 상기 이온빔(10)의 균일도를 증가시키기 위해 X 방향으로 멀티 라드(multi rod)라 불리우는 복수개의 라드(19)가 소정의 간격을 갖고 설치된다. 이때, 상기 복수개의 라드(19)는 상기 이온빔(10)을 집속시키기 위한 전자석으로서 상기 Y 방향으로 서로 다른 간극을 가지도록 형성되어 있다.

그러나, 종래의 이온주입설비는 X 방향으로 상기 이온빔(10)을 확장시키는 것이 용이할 수 있으나, Y축으로의 이온빔(10)의 조절이 용이하게 진행되지 못하여 와이드빔(20)의 균일도(Uniformity)에 이상이 발생하여 이온주입불량이 발생될 수 있다. 예컨대, 이온 이외의 다른 불순물이 제거됨에 따라 이온빔(10) 내부에 지역적으로 빈공간이 발생되고, 이러한 상태의 이온빔(10)이 스캔부(16)에서 X축 스캔이 진행되어 와이드 이온빔(10)이 형성됨으로서 상기 이온빔(10)의 균일도가 떨어지고, 균일도가 떨어진 와이드 이온빔(10)이 웨이퍼(W) 상에 주입됨으로서 이온주입불량이 발생하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, Y축 방향으로 설정 균일도 이상을 갖는 이온빔을 생성토록 하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 이온주입설비를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 이온주입설비는, 소정의 이온빔을 생성하는 이온 소스; 상기 이온빔에서 소정의 질량을 갖는 이온빔을 추출하는 질량 분석기; 상기 질량 분석기에서 추출된 상기 이온빔을 가속시키는 가속부; 상기 가속부에서 가속되는 상기 이온빔을 일방향으로 확장시키는 확장부; 및 상기 확장부에서 일방향으로 확장되는 상기 이온빔의 선폭을 정의하여 통과시키는 블록부; 및 상기 블록부에서 통과되는 상기 이온빔에 수직하도록 웨이퍼를 파지하 는 척을 포함함을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이온주입설비를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온주입설비를 개략적으로 나타낸 다이아 그램이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이온주입설비는, 소정의 이온빔(100)을 생성하는 이온 소스(12)와, 상기 이온빔(100)에서 소정의 질량을 갖는 이온빔(100)을 추출하는 질량 분석기(104)와, 상기 질량 분석기(104)에서 추출된 상기 이온빔(100)을 가속시키는 가속부(106)와, 상기 가속부(106)에서 가속되는 상기 이온빔(100)을 일방향으로 확장시키는 확장부(108)와, 상기 확장부(108)에서 일방향으로 확장되는 상기 이온빔(100)이 수직방향으로 균일하게상기 이온빔(100)의 선폭을 정의하여 통과시키는 블록부(122)와, 상기 블록부(122)에서 통과되는 상기 이온빔(100)에 수직하도록 웨이퍼(W)를 파지하는 척(120)을 포함하여 구성된다.

여기서, 이온 소스(102)는 보론(Boron), BF2, 인(phosphorus), 또는 아세닉(Arsenic)과 같은 다양한 종류의 도전성 불순물을 양의 전하를 갖는 이온 상태로 여기시켜 상기 질량 분석기(104)에 공급한다. 도시되지는 않았지만, 상기 이온 소 스(102)는 상기 도전성 불순물을 소스 가스의 형태로 공급하는 소스 가스 공급부와, 상기 도전성 불순물의 소스 가스를 대전시키기 위해 열전자(thermal electron)를 방출하는 필라멘트(filament)와, 상기 열전자에 의해 대전되는 도전성 불순물 이온으로부터 방출되는 2차 전자를 포획하는 소스 억제 전극(source suppression electrode)과, 상기 도전성 불순물 이온을 상기 질량 분석기(104)를 향해 가속시키는 소스 가속전극(source acceleration electrode)으로 이루어진다. 이때, 상기 소스 가스는 상기 열전자에 의해 충돌되어 여러 종류로 대전된 이온의 즉, 복수의 이온종으로 생성되고, 상기 이온종은 다시 다양한 질량을 갖는 원자 이온 또는 분자 이온으로 생성된다.

또한, 질량 분석기(104)는 상기 가속 전극에서 가속된 이온들로부터 소정의 이온종을 선택적으로 추출하기 위해 상기 이온빔(100)이 진행하는 방향에 수직되는 쌍극자 마그넷을 인가하여 상기 이온의 질량 및 전하량에 따라 다양한 종류의 이온빔(100)이 서로 다른 편향각을 갖도록 하는 분해 마그넷(도시하지 않음)과, 상기 분해 마그넷에 의해 동일 또는 유사한 편향각을 갖는 소정의 불순물 이온들을 통과시키는 분해구(103a)를 갖는 마스크(103)를 구비하여 이루어진다.

이때, 상기 질량 분석기(104)를 통과하는 이온은 상기 이온 소스(102)에서 공급된 이온의 전기 에너지, 운동 에너지 및 구심력으로부터 다음과 같은 수식이 성립함을 알 수 있다.

(수식)

여기서, 'r'은 상기 편향각의 중심에 대한 곡률 반경, 'const'는 상수, 'B'는 마그넷, 'm'은 이온의 질량, 'V'는 이온이 갖는 에너지, 'Q'는 이온의 대전된 전하량을 각각 나타낸다.

따라서, 질량 분석기(104)는 일정한 곡률 반경(r)을 갖는 도전성 불순물 이온들만을 선택하여 상기 분해구(103a)에 통과시켜 추출토록 할 수 있다. 이때, 상기 질량 분석기(104)에서 추출된 이온빔(100)은 상기 분해구(103a)를 통과하는 과정에서 스캐터링되어 상기 질량 분석기(104)의 후단에서 방사형으로 퍼질 수 있기 때문에 자기 집중전극에 의해 집중될 수도 있다.

상기 가속기는 상기 이온빔(100)을 가속시켜 소정의 에너지를 갖도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 가속기는 입자를 가속시키는 사이클로트론(cyclotron)에 구성되는 사중극자 자기 렌즈 플레이트(quadruple magnetic lens plate)를 포함하여 이루어진다. 상기 사중극자 자기 렌즈 플레이트(105)는 상기 이온빔(100)을 중심에 두고 N극과 S극이 회전되면서 교번하여 배치되는 영구자석 또는 전자석으로 이루어지며, 반시계 방향으로 회전하는 자기장의 중심으로 상기 이온빔(100)이 집중되면서 상기 이온빔(100)의 진행 방향으로 소정의 에너지를 전달받아 가속된다.

상기 확장부(108)는 상기 가속기에서 가속된 상기 이온빔(100)을 일방향으로 확장시켜 웨이퍼(W)의 지름 방향에 대하여 상기 이온빔(100)이 일괄 입사되도록 할 수 있다.

예컨대, 상기 확장부(108)는 상기 이온빔(100)을 X축 방향으로 확장시켜 상기 웨이퍼(W)의 X축 방향에 대하여 상기 이온빔(100)이 일괄 입사되도록 하고, 상 기 척(120)은 Y축 방향으로 상기 웨이퍼(W)를 수직 상승시켜 상기 웨이퍼(W)의 전면에 상기 도전성 불순물이 이온주입되도록 할 수 있다. 이때, 상기 확장부(108)는 소위 폴(pole)이라 불리우는 교정 자기장(107)(correct magnet)을 이용하여 상기 이온빔(100)에 수직하는 방향으로 자기장을 입사하고, 상기 자기장에 의해 상기 이온빔(100)이 수직하는 방향으로 굴절된다. 따라서, 상기 교정 자기장(107)에 의해 굴절된 상기 이온빔(100)은 상기 웨이퍼(W)의 X축 방향으로 확장되어 입사될 수 있다. 또한, 상기 확장부(108)에서 일방향으로 확장된 상기 이온빔(100)의 중심부분과 가장자리 부분이 서로 다른 속도를 가지고 상기 웨이퍼(W)의 전면에 입사될 수 있기 때문에 상기 이온빔(100)의 속도를 균일하게 해야만 한다. 따라서, 상기 확장부(108)의 말단에 소정 간격을 갖고 설치된 복수개의 라드(109)를 설치하여 상기 이온빔(100)의 속도를 균일하게 할 수 있다. 상기 복수개의 라드(109)는 상기 교정 자기장(107)에 의해 확장되는 이온빔(100) 중 가장자리 위치의 상기 이온빔(100)의 속도를 증가시켜 상기 이온빔(100)의 속도를 균일하게 할 수 있다.

도 3은 도 2의 확장부(108) 말단에 형성된 복수개의 라드(109)를 나타내는 단면도로서, 상기 복수개의 라드(109)는 상기 확장부(108)의 말단에서 약 13개정도의 쌍으로 이루어진 전자석으로 이루어지며, 상기 이온빔(100)을 중심에 두고 타원형을 갖도록 배열된다. 여기서, 상기 복수개의 라드(109)는 외부에서 인가되는 전류에 의해 소정의 자기장을 생성할 수 있으며, 각기 별도로 구분되어 상기 자기장이 서로 다른 세기로 조절되도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 확장부(108)에서 굴절되는 상기 이온빔(100)의 가장자리 부분은 중심 부분에 비해 속도가 낮아 상기 복수개의 라드(109)에서 인가되는 자기장을 이용하여 균일한 속도의 확장된 이온빔(100)이 되도록 설정될 수 있다. 이때, 상기 복수개의 라드(109)에서 인가되는 자기장은 거리 역수의 제곱에 비례하여 줄어든다. 따라서, 복수개의 라드(109)는 가장자리 부분의 간극이 좁고 중심 부분의 간극이 넓기 때문에 상기 복수개의 라드(109)에서 인가되는 자기장의 크기가 서로 동일하더라도 상기 교정 자기장(107)에서 확장되는 상기 이온빔(100)의 가장자리 부분이 중심에 비해 더 큰 자기장을 받아 가속되도록 할 수 있다.

도 4는 복수개의 라드(109)가 채용되지 않은 이온빔(100)의 단면과 복수개의 라드(109)가 채용된 이온빔(100)의 단면을 나타낸 도면으로서, 상기 복수개의 리드가 채용되지 않은 상기 이온빔(100)은 교정 자기장(107)에 의해 횡 방향으로 확장되어 진행되지만 종 방향에 대하여 무작위(random)로 흩어져 진행된다. 또한, 복수개의 리드가 채용된 상기 이온빔(100)은 횡 방향으로 확장되어 진행되고, 종 방향으로 중심에서 집중되어 진행된다. 여기서, 상기 이온빔(100)은 상기 복수개의 리드에서 인가되는 자기장에 의해 중심에서 집중될 수 있다. 그러나, 복수개의 리드에서 인가되는 자기장의 세기에 따라 상기 이온빔(100)이 횡 방향으로 일정하지 않고, 너울진 모양의 선폭을 갖게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 이온주입설비는 확장부(108)에서 일방향으로 확장되어 진행되는 이온빔(100)의 선폭을 정의하는 블록부(122)를 구비하여 균일도가 우수한 상기 이온빔(100)이 웨이퍼(W)에 입사되도록 할 수 있다.

도 5는 도 2의 블록부(122)를 나타낸 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 블록부(122)는 상기 확장부(108)에서 확장된 이온빔(100)을 직사각형 모양의 슬릿(123)에 통과시키고, 상기 슬릿(123)의 오곽으로 진행되는 이온빔(100)을 차폐토록 형성되어 있다. 여기서, 상기 블록부(122)는 상기 이온빔(100)이 충돌되어 전기적으로 대전되지 않도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 블록부(122)는 접지된 텅스텐 또는 그라파이트(graphite) 재질로 형성되어 있다. 상기 블록부(122)에 형성된 슬릿(123)은 상기 이온빔(100)의 확장폭과 선폭을 직사각형 모양으로 정의한다. 이때, 상기 슬릿(123)을 통과하는 상기 이온빔(100)은 상기 직사각형 모양의 내부에서 일정한 균일도를 갖도록 진행된다. 또한, 상기 이온빔(100)은 일정한 도즈(dose)를 갖도록 제어될 수도 있다.

결국, 본 발명에 따른 이온주입설비는 확장부(108)에서 일방향으로 확장되어 진행되는 이온빔(100)의 선폭을 정의하는 블록부(122)를 구비하여 상기 이온빔(100)의 확장된 방향에 수직하는 방향으로 설정 균일도 이상을 갖는 이온빔(100)을 생성토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.

또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 확장부에서 일방향으로 확장되어 진행되는 이온빔의 선폭을 정의하는 블록부를 구비하여 상기 이온빔의 확장된 방향에 수직하는 방향으로 설정 균일도 이상을 갖는 이온빔을 생성토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정의 이온빔을 생성하는 이온 소스;

   상기 이온빔에서 소정의 질량을 갖는 이온빔을 추출하는 질량 분석기;

   상기 질량 분석기에서 추출된 상기 이온빔을 가속시키는 가속부;

   상기 가속부에서 가속되는 상기 이온빔을 일방향으로 확장시키는 확장부; 및

   상기 확장부에서 일방향으로 확장되는 상기 이온빔의 선폭을 정의하여 통과시키는 블록부; 및

   상기 블록부에서 통과되는 상기 이온빔에 수직하도록 웨이퍼를 파지하는 척을 포함함을 특징으로 하는 이온주입설비.
2. 제 1 항에 있어서

   상기 블록부는 전기적으로 접지함을 특징으로 하는 이온주입설비.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 블록부는 텅스텐 또는 그라파이트 재질로 형성함을 특징으로 하는 이온주입설비.

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