KR20080082263A

KR20080082263A - 페러데이 시스템 및 그가 채용되는 이온주입설비

Info

Publication number: KR20080082263A
Application number: KR1020070022890A
Authority: KR
Inventors: 김동수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-09-11

Abstract

본 발명은 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 페러데이 시스템 및 그가 채용되는 이온주입설비를 개시한다. 그의 시스템은, 제 1 방향으로 진행되는 이온빔을 수집하여 전류를 발생시키는 페러데이 컵; 상기 페러데이 컵에 수집되는 상기 이온빔에 의해 유발되는 2차전자의 방출을 방지하기 위해 상기 페러데이 컵의 입구 주변에서 소정 크기의 전기장을 형성하는 억제 전극; 상기 이온빔을 상기 페러데이 컵으로 통과시키는 개방구를 구비하고, 상기 억제 전극 및 페러데이 컵의 둘레를 감싸도록 형성 하우징; 및 상기 개방구에 통과되는 상기 이온빔이 진행되는 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 상기 하우징을 이동시키고, 상기 제 1 및 제 2 방향에 각각 수직하는 제 3 방향으로 상기 개방구가 이동되도록 상기 하우징을 회전시키는 구동부를 포함하여 이루어진다.

페러데이(faraday), 컵(cup), 하우징(housing), 구동부, 억제 전극(suppression electrode)

Description

페러데이 시스템 및 그가 채용되는 이온주입설비{Faraday system and ion implanter used same}

도 1은 본 발명에 따른 페러데이 시스템을 구비한 이온주입설비를 개략적으로 나타낸 구조 평면도.

도 2 및 도 3은 도 1의 페러데이 시스템을 개략적으로 나타낸 다이아 그램 및 사시도.

도 4는 도 3의 페러데이 컵 및 하우징의 회전에 의해 Y축 방향으로 가변되는 이온빔이 통과되는 유효 면적을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 이온빔 102 : 이온 소스

104 : 질량 분석기 106 : 제 1 자기 집중 전극

108 : 스캐터링 시스템 110 : 페러데이 시스템

112 : 페러데이 컵 114 : 억제 전극

116 : 하우징 120 : 타깃

130 : 챔버 140 : 유효 면적

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 상세하게는 도전성 불순물이 이온주입되는 웨이퍼에 조사되는 이온빔의 도즈를 카운터링 하기 위한 페러데이 시스템 및 그가 채용되는 이온주입설비에 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. 또한, 최근 LSI의 고집적화, 고밀도화에 대응해서 더 정밀한 불순물제어가 요구되고 있다. 더욱이, 양산기술면에서는 재현성의 향상, 처리능력의 향상이 요구되고 있다.

이와 같이 정밀한 이온주입공정이 이루어지는 이온주입설비는 다양한 종류가 있으나, 일반적으로 도전성 불순물 이온을 생성하는 이온 소스와, 소정의 질량을 갖는 도전성 불순물 이온을 분리 추출하는 질량 분석기와, 상기 질량 분석기에서 분리 추출된 도전성 불순물 이온을 집속시키는 자기 집속장치와, 상기 자기 집속장치에서 집속된 도전성 불순물 이온으로 이루어진 이온빔을 소정의 선폭으로 스캐닝시키는 스캐닝 시스템, 상기 스캐닝 시스템에서 스캐닝된 이온빔을 가속시키는 가속장치와, 상기 가속장치에서 가속된 상기 이온빔에 대응하여 웨이퍼를 고정시키고 일방향으로 이동시키는 타깃(target)과, 상기 웨이퍼 또는 타깃과 인접하도록 형성되어 상기 이온빔의 도즈을 카운터링하기 위한 페러데이 시스템을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 페러데이 시스템은 상기 웨이퍼에 이온주입되는 불순물 이온의 이온빔 도즈량을 정확한 값으로 카운터링하여 상기 이온주입설비로 하여금 오버 도즈(over dose) 및 언더 도즈(under dose)의 발생을 예방토록 할 수 있다. 따라서, 상기 페러데이 시스템은 상기 타깃에 고정된 웨이퍼와 소정 간격을 갖고 인접하도록 형성되어 상기 웨이퍼의 지름을 가로지는 선폭의 가장자리 상기 이온빔을 수집하여 상기 이온빔의 도즈를 카운터링하도록 형성되어 있다.

이와 같은 종래의 페러데이 시스템이 채용되는 이온주입설비가 미국특허번호 제4,922, 106호, 제4,980,562호, 내지 6,723,998호에 개시되어 있다.

예컨대, 상기 페러데이 시스템은 Z축 방향으로 입사되고, X축 방향으로 스캐닝되는 이온빔에 대응될 수 있도록 X축 방향으로 이동되면서 상기 이온빔의 도즈량을 모니터링 하도록 형성되어 있다.

하지만, 종래의 페러데이 시스템은 Z축 방향으로 입사되는 이온빔에 대하여 페러데이 컵이 X축 방향으로 이동되면서 상기 이온빔의 도즈량을 모니터링 할 수 있도록 형성되어 있으나, 상기 페러데이 컵이 Y축 방향으로 이동될 수 없어 상기 Y축 방향으로 가변되는 상기 이온빔의 선폭 변화에 유연하게 대처하지 못하여 이온주입 불량을 야기시킬 수 있기 때문에 생산수율이 줄어드는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, Y축 방향으로 이동되면서 이온빔의 선폭 변화에 따른 이온빔의 도즈량을 모니터링하고, 상기 Y축 방향으로 가변되는 상기 이온빔의 선폭 변화에 따른 이온주입불량을 방지토록 하여 생산수율을 증대 또는 극대화 할 수 있는 페러데이 시스템 및 그를 이용한 이온주입설비를 제공하는 데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따른 페러데이 시스템은, 이온빔의 전류를 계측하여 이온의 도즈량을 검출하는 페러데이 시스템에 있어서: 제 1 방향으로 진행되는 상기 이온빔을 수집하여 전류를 발생시키는 페러데이 컵; 상기 페러데이 컵에 수집되는 상기 이온빔에 의해 유발되는 2차전자의 방출을 방지하기 위해 상기 페러데이 컵의 입구 주변에서 소정 크기의 전기장을 형성하는 억제 전극; 상기 이온빔을 상기 페러데이 컵으로 통과시키는 개방구를 구비하고, 상기 억제 전극 및 페러데이 컵의 둘레를 감싸도록 형성 하우징; 및 상기 개방구에 통과되는 상기 이온빔이 진행되는 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 상기 하우징을 이동시키고, 상기 제 1 및 제 2 방향에 각각 수직하는 제 3 방향으로 상기 개방구가 이동되도록 상기 하우징을 회전시키는 구동부를 포함 함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 양상은, 외부로부터 밀폐된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 일측 측벽에서 타측으로 제 1 방향으로 소정 세기의 이온빔을 입사시키고, 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 상기 이온빔을 스캐닝시키는 스캐닝 시스템; 상기 스캐닝 시스템에서 입사되는 상기 이온빔에 수직하여 웨이퍼를 고정하고, 상기 제 1 및 제 2 방향에 수직하는 방향으로 상기 웨이퍼를 이송시키는 타깃; 및 상기 타깃과 동일 또는 인접하는 위치에서 상기 제 1 방향으로 진행되는 상기 이온빔을 수집하여 전류를 발생시키는 페러데이 컵과, 상기 페러데이 컵에 수집되는 상기 이온빔에 의해 유발되는 2차전자의 방출을 방지하기 위해 상기 페러데이 컵의 입구 주변에서 소정 크기의 전기장을 형성하는 억제 전극과, 상기 이온빔을 상기 페러데이 컵으로 통과시키는 개방구를 구비하고, 상기 억제 전극 및 페러데이 컵의 둘레를 감싸도록 형성 하우징과, 상기 개방구에 통과되는 상기 이온빔이 진행되는 상기 제 2 방향으로 상기 하우징을 이동시키고, 상기 제 3 방향으로 상기 개방구가 이동되도록 상기 하우징을 회전시키는 구동부를 구비하는 페러데이 시스템을 포함하는 이온주입설비이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상 의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 페러데이 시스템을 구비한 이온주입설비를 개략적으로 나타낸 구조 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이온주입설비는, 도전성 불순물 이온을 생성하는 이온 소스(102)와, 소정의 질량을 갖는 도전성 불순물 이온을 분리 추출하는 질량 분석기(104)와, 상기 질량 분석기(104)에서 분리 추출된 도전성 불순물 이온을 집중시키는 제 1 자기 집중 전극(106)과, 상기 제 1 자기 집중 전극(106)에서 집중된 상기 도전성 불순물 이온의 이온빔(100)의 선폭과 도즈를 제어하여 X축 방향(예를 들어 제 2 방향)으로 스캐닝시키는 스캐닝 시스템(108)과, 상기 스캐닝 시스템(108)에서 스캐닝된 이온빔(100)을 Z축 방향(예를 들어, 제 1 방향)으로 가속시키는 가속장치(109)와, 상기 가속장치(109)에서 가속되는 상기 이온빔(100)을 이용하여 이온주입공정이 수행되도록 외부로부터 독립된 공간을 제공하는 챔버(130)와, 상기 챔버(130)의 일측을 통해 상기 가속장치(109)에서 가속된 상기 이온빔(100)에 노출되는 웨이퍼(W)를 고정시키고 상기 웨이퍼를 Y축 방향(예를 들어, 제 3 방향으로 이동시키는 타깃(target, 120)과, 상기 타깃(120) 또는 상기 타깃(120)에 고정된 웨이퍼에 인접하여 형성되며 상기 Z축 방향으로 입사되는 이온빔(100)을 수용하여 X축 방향으로 이동되면서 상기 스캐닝 시스템(109)에 의해 스캐닝되는 상기 이온빔(100)의 도즈량을 모니터링하고, 상기 X축 방향에 대하여 회전축을 두고 회전되면서 유사시에 Y축 방향으로 가변되는 상기 이온빔(100)의 선폭에 유연하게 대처하여 상기 이온빔(100)의 도즈량을 모니터링하도록 형성된 페러데 이 시스템(110)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.

예컨대, 상기 이온 소스(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. 예컨대, 인(P)이 상기 소스 가스로 사용될 경우, 상기 이온 소스(102)는 각각 P+ 이온(single charged ion), P++ 이온(double charged ion)을 생성시킬 수 있다.

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(slit, 103)를 갖는 마스크(103)를 구비하여 이루어진다. 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 소정의 방향으로 자기장을 형성하는 제 1 자기 집중 전극(106)에 의해 집중된다.

예컨대, 상기 제 1 자기 집중 전극(106)은 양의 전하량을 갖고 일측으로 진행되는 상기 이온빔(100)을 집중시키기 위한 복수개의 사중극자 자기 렌즈 플레이트(quadrupole magnetic lens plate, 105)를 포함하여 이루어진다. 이때, 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 집중되어 진행토록 하기 위해 플레밍(fleming)의 오른손 법칙을 만족토록 형성되어 있다.

그리고, 상기 제 1 자기 집중 전극(106)에서 집중된 상기 이온빔(100)은 상기 스캐닝 시스템(108)으로 입사되어 소정의 선폭을 갖도록 스캐닝된다. 이때, 상기 스캐닝 시스템(108)은 도전성 불순물 이온들로 이루어진 이온빔(100)을 소정의 선폭 내에서 균일 또는 일정한 도즈(does)를 갖도록 제어한다.

예컨대, 상기 스캐닝 시스템(108)은 상기 질량 분석기(104)에서 추출되어 일방향으로 진행되는 이온빔(100)을 통과시켜 일방향으로 스캐터링시키는 복수개의 정전기 전향판(electrostatic deflector plate, 107a)과, 상기 복수개의 정전기 전 향판(107a)에서 방사형으로 스캐터링된 이온빔(100)을 서로 평행한 방향으로 자기 전향판(magnetic deflector plate, 107b)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 복수개의 정전기 전향판(107a)의 양단에 소정의 주파수(frequency)를 갖는 전압을 인가하여 상기 복수개의 정전기 전향판(107a) 사이를 통과하는 상기 이온빔(100)을 일정한 각도 이상으로 스캐터링시킬 수 있다. 이때, 상기 복수개의 정전기 전향판(107a)은 상기 이온빔(100)이 입사되는 방향에서 상기 이온빔(100)이 출사되는 방향으로 소정의 각도로 벌어지는 모양을 갖도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 이온빔(100)은 양의 전하를 갖는 도전성 불순물로 이루어져 있기 때문에 상기 복수개의 정전기 전향판(107a) 사이를 통과하면서 소정 주파수의 전압에 의해 주기적으로 반발력이 작용하여 일방향으로 일정한 각도를 갖는 방사형 모양으로 펼쳐질 수 있다.

또한, 상기 자기 전향판(107b)은 상기 복수개의 정전기 전향판(107a)에서 방사형 모양으로 펼쳐진 상기 이온빔(100)을 모아 일정한 선폭을 갖도록 할 수 있다. 이때, 상기 자기 전향판(107b)은 로렌츠 또는 페러데이의 법칙을 이용하여 방사형으로 펼쳐져 진행되는 상기 이온빔(100)에 수직하는 방향으로 자기장을 인가하여 상기 이온빔(100)의 진행 경로를 일방향으로 변경토록 할 수 있다. 또한, 상기 자기 전향판(107b)은 상기 정전기 전향판(107a)에서 방사형으로 펼쳐진 각도에 따라 자기장의 세기를 달리하거나, 자기장이 인가되는 면적을 달리하여 일정한 선폭을 갖는 이온빔(100)으로 변환시킬 수 있다. 예컨대, 상기 자기 전향판(107b)은 상기 정전기 전향판(107a)에 의해 스캐터링된 이온빔(100)의 각도가 증가함에 따라 넓은 면적의 자속(magnetic flex)에 상기 이온빔(100)이 노출되도록 형성된다. 즉, 상기 이온빔(100)이 통과되는 일측 또는 양측에서 상기 이온빔(100)에 수직하는 자기장을 형성하여 상기 이온빔(100)의 이동경로가 휘어지도록 할 수 있다. 이때, 상기 스캐닝 시스템(108)에서 스캐터링된 상기 이온빔(100)의 선폭은 상기 웨이퍼(W)의 X축 방향으로 정의된다. 또한, 상기 이온빔(100)이 상기 복수개의 자기 전향판(107b)사이를 통과할 경우, 상기 복수개의 자기 전향판(107b) 사이의 거리를 Y축의 두께로 하고, X축의 선폭을 갖는 이온빔(100)이 생성될 수 있다. 따라서, 상기 스캐닝 시스템(108)은 질량 분석기(104)를 통과한 이온빔(100)을 Y축으로 일정한 두께를 갖고 X축 방향으로 일정한 선폭으로 스캐터링 시키고, 단위 면적당 일정한 도즈를 갖도록 조절할 수 있다. 여기서, 상기 X축, Y축, 및 Z축은 편의상 직선 좌표계로서 카테시안 좌표계이다.

이후, 상기 스캐닝 시스템(108)에 의해 일정한 선폭과 도즈를 갖는 이온빔(100)은 가속장치(109)에 의해 가속된다. 상기 가속장치(109)는 일정한 선폭과 두께를 갖는 이온빔(100)이 통과되는 슬롯(slot)이 형성된 복수개의 가속전극(도시하지 않음)에 인가된 전압차에 의해 가속된다. 예컨대, 복수개의 가속전극 중 상기 스캐닝 시스템(108)에 최인접한 가속전극에 고전압을 인가하고, 상기 스캐트링 시스템에서 상기 웨이퍼(W)의 방향으로 순차적으로 줄어드는 전압을 인가하고, 상기 웨이퍼(W)에 최인접한 가속전극을 접지시켜 상기 슬롯으로 통과되는 상기 이온빔(100)을 점진적으로 가속시킬 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 가속전극간의 거리와, 상기 복수개의 가속전극에 인가되는 전압에 의해 상기 이온빔(100)의 에너지 가 결정될 수 있다. 또한, 상기 복수개의 가속전극의 슬롯사이로 통과되는 이온빔(100)은 상기 슬롯에 해당되는 선폭 내에서 균일 또는 일정한 도즈를 갖도록 제어될 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 가속장치(109)에서 가속된 이온빔(100)은 제 2 자기 집중 전극(magnetic focusing electrode)에 의해 선폭과 두께가 제어될 수도 있다. 상기 가속장치(109)에 의해 소정의 에너지를 갖도록 제어된 이온빔(100)은 상기 타깃(120)에 고정된 웨이퍼(W)의 표면으로 입사된다. 이때, 상기 이온빔(100)은 상기 웨이퍼(W)와 타깃(120)의 횡단면(예를 들어, X축 방향)을 가로지르는 크기이상의 선폭으로 입사된다. 상기 타깃(120)은 상기 웨이퍼(W)의 전면이 상기 이온빔(100)에 노출될 수 있도록 소정시간을 주기로 Y축 방향으로 상승 또는 하강된다. 예컨대, 상기 타깃(120)은 상기 웨이퍼(W)와 동일 또는 유사한 모양을 갖도록 형성되거나, 상기 이온빔(100)이 입사되는 면에 대응하여 상기 웨이퍼(W)의 지름보다 큰 변을 갖는 정사각형 모양을 갖도록 형성되어 있다.

이때, 상기 웨이퍼(W) 및 타깃(120)의 일측에 형성된 페러데이 시스템(110)으로 상기 이온빔(100)의 선폭 가장자리 부분이 입사되어 상기 이온빔(100)의 도즈가 검출된다. 따라서, 상기 페러데이 시스템(110)은 상기 웨이퍼(W)로 입사되는 이온빔(100)의 도즈를 카운팅하여 상기 이온 소스(102), 질량 분석기(104), 자기 집속장치, 스캐닝 시스템(108), 및 가속장치(109)를 최적의 조건으로 제어하기 위해 사용되는 이온빔(100) 검출장치이다. 또한, 상기 페러데이 시스템(110)은 X축 방향의 선폭을 갖고 입사되는 이온빔(100)이 상기 웨이퍼(W)의 전면을 스캐닝할 때 까지 상기 이온빔(100)의 도즈를 검출할 수 있다.

상기 챔버는 상기 타깃(120) 및 상기 페러데이 시스템(110)을 대기중의 오염물질로부터 자유롭게 만들기 위한 독립된 공간을 제공토록 형성되어 있다.

도 2 및 도 3은 도 1의 페러데이 시스템(110)을 개략적으로 나타낸 다이아 그램 및 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 페러데이 시스템(110)은, 상기 가속장치(109)에서 가속되어 Z축 방향으로 진행되는 상기 이온빔(100)을 수집하여 전류를 발생시키는 페러데이 컵(112)과, 상기 페러데이 컵(112)에 수집되는 상기 이온빔(100)에 의해 유발되는 2차전자의 방출을 방지하기 위해 상기 페러데이 컵(112)의 입구(111) 주변에서 소정 크기의 전기장을 형성하는 억제 전극(114)과, 상기 이온빔(100)을 상기 페러데이 컵(112)으로 통과시키는 개방구(113)를 구비하고, 상기 억제 전극(114) 및 페러데이 컵(112)의 둘레를 감싸도록 형성 하우징(116)과, 상기 개방구(113)에 통과되는 상기 이온빔(100)이 진행되는 X축 방향으로 상기 하우징(116)을 이동시키고, Y축 방향으로 상기 개방구(113)가 이동되도록 상기 하우징(116)을 회전시키는 구동부(118)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 페러데이 컵(112)은 상기 이온빔(100)을 수집하기 위해 상기 이온빔(100)이 입사되는 방향으로 일측이 개방된 그릇 모양을 갖도록 형성되어 있다. 예컨대, 상기 페러데이 컵(112)은 내부로 입사되는 상기 이온빔(100)의 전하를 흡수할 수 있는 도전성이 우수한 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성되어 있다. 상기 페러데이 컵(112)에 입사된 상기 이온빔(100)의 전하는 단위 시간당 전하량으로 카운터링되어 전류계(117)에 나타난다. 이때, 상기 전류계(117)는 상기 페러데이 컵(112)과 접지단(119)사이에 직렬로 연결되어 있다. 따라서, 상기 페러데이 컵(112)은 양의 전하량을 갖는 상기 이온빔(100)을 수집하여 전류계(117)로 하여금 전류가 검출되도록 할 수 있다.

또한, 상기 페러데이 컵(112)에 수집되는 이온빔(100)은 상기 페러데이 컵(112)의 표면과 충돌되는 과정에서 2차 전자를 발생시킬 수 있다. 상기 페러데이 컵(112)에서 상기 2차 전자는 상기 페러데이 시스템(110)에 인접한 웨이퍼(W)로 튀어 이온빔(100)의 에너지에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 억제 전극(114)을 이용하여 상기 페러데이 컵(112) 내부에서 발생되는 2차전자를 상기 페러데이 컵(112) 내부에 가두어 둘 수가 있다. 예컨대, 상기 억제 전극(114)은 상기 페러데이 컵(112) 입구(111)를 둘러싸는 링(ring) 모양으로 형성되어 있으며, 상기 2차 전자의 방출을 방지토록 하기 위해 외부의 전원전압단(118)에서 공급되는 소정 크기의 음의 직류전압이 인가된다.

또한, 상기 억제 전극(114)과 상기 페러데이 컵(112)은 상기 하우징(116)에 의해 둘러싸여 상기 페러데이 컵(112)과 억제 전극(114) 주위로 인가되는 이온빔(100)으로부터 보호된다. 여기서, 상기 하우징(116)은 상기 페러데이 컵(112)과 상기 억제 전극(114)의 주위로 인가되는 이온빔(100)을 차폐시키고, 상기 페러데이 컵(112)과 상기 억제 전극(114)의 내부로 인가되는 이온을 선택적으로 통과시키는 개방구(113) 형성되어 있다. 또한, 상기 하우징(116)은 양의 전하량을 갖는 이온빔(100)과의 충돌에 의해 전기적으로 대전되지 않도록 접지단(119)으로 접지되어 있다. 예컨대, 상기 하우징(116)은 상기 이온빔(100)을 흡수하고, 상기 이온 빔(100)에 의한 반응을 최소화시킬 수 있는 흑연(graphite) 재질로 형성되어 있다.

상기 구동부(118)는 상기 하우징(116)을 X축 방향으로 수축 또는 팽창시키고, 상기 X축을 회전축으로 하여 상기 하우징(116)의 개방구(113)가 소정의 방위각을 갖도록 상기 하우징(116)을 회전시킬 수 있다. 예컨대, 상기 구동부(118)는 상기 하우징(116)의 일측으로 연결되는 샤프트(119)와, 상기 샤프트(119)를 회전시키는 회전 동력을 생성하는 모터(도시되지 않음)와, 상기 모터에서 생성된 회전 동력을 이용하여 상기 하우징(116)을 소정의 회전비로 회전시키는 기어를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 구동부(118)는 상기 하우징(116)의 개방구(113)를 통해 X축 방향으로 적어도 웨이퍼 단면에 대응되는 거리 이상 상기 하우징(116)을 수평 이동시킬 수 있고, 상기 개방구(113)에 수직으로 입사되는 상기 이온빔(100)의 입사각이 90°이하의 방위각을 갖도록 상기 하우징(116)을 회전시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 구동부(118)는 상기 챔버(130)의 내부 또는 외부에서 소정의 회전 동력을 생성하는 적어도 하나 이상의 동력 공급원과, 상기 동력 공급원에서 생성된 회전 동력을 직선 동력으로 변환시키는 동력 변환유닛과, 상기 동력 변환유닛에서 변환되어 전달되는 직선 동력에 의해 수축 또는 팽창되면서 상기 하우징(116)을 X축 방향으로 이동시키도록 상기 하우징(116)의 측단으로 연결되는 샤프트와, 상기 샤프트를 소정의 방위각으로 회전시키는 회전 제어 유닛을 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 하우징(116)의 수평 이동과 회전 이동은 서로 독립적으로 이루어져야만 한다.

도 4는 도 3의 페러데이 컵(112) 및 하우징(116)의 회전에 의해 Y축 방향으 로 가변되는 이온빔(100)이 통과되는 유효 면적(140)을 나타낸 도면으로서, 이온빔(100)은 상기 페러데이 컵(112)의 입구(111) 및 상기 하우징(116)의 개방구(113)에 수직하는 방향으로 입사될 경우 최대의 유효 면적(140)을 갖도록 입사된다. 또한, 상기 페러데이 컵(112) 및 상기 하우징(116)이 회전됨에 따라 상기 페러데이 컵(112)의 입구(111) 및 상기 하우징(116)의 개방구(113)가 상기 이온빔(100)에 대하여 입사각이 커지기 때문에 상기 이온빔(100)이 통과되는 유효 면적(140)이 줄어든다. 여기서, 상기 이온빔(100)은 Y축에 수직하는 Z축 방향으로 입사되고, 상기 이온빔(100)의 입사각은 X축과 Y축이 이루는 평면의 법선이 상기 Z축에 대하여 회전되는 회전각(θ)으로 나타내어질 수 있다. 예컨대, 상기 이온빔(100)의 입사각이 0°일 경우, 상기 X축 및 Y축이 이루는 평면의 법선이 상기 Z축에 평행한 방향이고, 상기 이온빔(100)의 입사각이 45°일 경우, 상기 X축 및 상기 Y축이 이루는 평면의 법선이 상기 Z축에 45°로 회전된 방향이다. 이때, 상기 이온빔(100)의 입사각이 증가되면 상기 이온빔(100)이 통과되는 유효 면적(140)이 줄어든다. 따라서, 이론상으로 상기 이온빔(100)의 입사각이 증가될 경우, 상기 하우징(116)의 개방구(113) 및 상기 페러데이 컵(112)의 입구(111)를 통과하는 상기 이온빔(100)의 도즈량이 줄어들어야 한다. 이때, 상기 이온빔(100)이 Y축 방향의 일측으로 편중되어 입사될 경우, 상기 이온빔(100)의 입사각이 증가되더라도 상기 이온빔(100)의 도즈량이 줄어들지 않게 된다. 따라서, 이온빔(100)에 수직하는 방향에 회전축을 갖는 구동부(118)를 이용하여 하우징(116) 및 페러데이 컵(112)을 회전시키고, 상기 이온빔(100)의 입사각의 증감에 따라 상기 이온빔(100)이 입사되는 상기 하우징(116) 의 개방구(113) 및 상기 페러데이 컵(112)의 입구(111)를 통해 입사되는 상기 이온빔(100)의 도즈량을 모니터링하고, 이온빔(100)의 입사각이 증가되더라도 상기 이온빔(100)이 줄어들지 않을 경우, 상기 이온빔(100)이 Y축 방향의 일측으로 편중되어 입사되는 것으로 판단토록 할 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 페러데이 시스템(110)은 스캐닝 시스템에서 X축 방향으로 스캐닝되는 이온빔(100)의 도즈량을 검출하는 페러데이 컵(112) 및 상기 페러데이 컵(112)을 커버링하는 하우징(116)을 X축 방향에 중심축을 두고 소정의 방위각으로 회전시키는 구동부(118)를 구비하여 상기 페러데이 컵(112) 및 상기 하우징(116)이 Y축 방향으로 이동되면서 이온빔(100)의 선폭 변화에 따른 이온빔(100)의 도즈량을 모니터링하고, 상기 Y축 방향으로 가변되는 상기 이온빔(100)의 선폭 변화에 유연하게 대처하여 이온주입불량을 방지토록 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.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스캐닝 시스템에서 X축 방향으로 스캐닝되는 이온빔의 도즈량을 검출하는 페러데이 컵 및 상기 페러데이 컵을 커버링하는 하우징을 X축 방향에 중심축을 두고 소정의 방위각으로 회전시키는 구동부를 구비하여 상기 페러데이 컵 및 상기 하우징이 Y축 방향으로 이동되면서 이온빔의 선폭 변화에 따른 이온빔의 도즈량을 모니터링하고, 상기 Y축 방향으로 가변되는 상기 이온빔의 선폭 변화에 유연하게 대처하여 이온주입불량을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

이온빔의 전류를 계측하여 이온의 도즈량을 검출하는 페러데이 시스템에 있어서:

제 1 방향으로 진행되는 상기 이온빔을 수집하여 전류를 발생시키는 페러데이 컵;

상기 페러데이 컵에 수집되는 상기 이온빔에 의해 유발되는 2차전자의 방출을 방지하기 위해 상기 페러데이 컵의 입구 주변에서 소정 크기의 전기장을 형성하는 억제 전극;

상기 이온빔을 상기 페러데이 컵으로 통과시키는 개방구를 구비하고, 상기 억제 전극 및 페러데이 컵의 둘레를 감싸도록 형성 하우징; 및

상기 개방구에 통과되는 상기 이온빔이 진행되는 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 상기 하우징을 이동시키고, 상기 제 1 및 제 2 방향에 각각 수직하는 제 3 방향으로 상기 개방구가 이동되도록 상기 하우징을 회전시키는 구동부를 포함함을 특징으로 하는 페러데이 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 구동부는 상기 하우징을 회전시키는 회전 동력을 생성하는 모터와, 상기 모터에서 생성된 회전 동력을 이용하여 상기 하우징을 소정의 회전비로 회전시 키는 기어를 포함함을 특징으로 하는 페러데이 시스템.
외부로부터 밀폐된 공간을 제공하는 챔버;

상기 챔버의 일측 측벽에서 타측으로 제 1 방향으로 소정 세기의 이온빔을 입사시키고, 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향으로 상기 이온빔을 스캐닝시키는 스캐닝 시스템;

상기 스캐닝 시스템에서 입사되는 상기 이온빔에 수직하여 웨이퍼를 고정하고, 상기 제 1 및 제 2 방향에 수직하는 방향으로 상기 웨이퍼를 이송시키는 타깃; 및

상기 타깃과 동일 또는 인접하는 위치에서 상기 제 1 방향으로 진행되는 상기 이온빔을 수집하여 전류를 발생시키는 페러데이 컵과, 상기 페러데이 컵에 수집되는 상기 이온빔에 의해 유발되는 2차전자의 방출을 방지하기 위해 상기 페러데이 컵의 입구 주변에서 소정 크기의 전기장을 형성하는 억제 전극과, 상기 이온빔을 상기 페러데이 컵으로 통과시키는 개방구를 구비하고, 상기 억제 전극 및 페러데이 컵의 둘레를 감싸도록 형성 하우징과, 상기 개방구에 통과되는 상기 이온빔이 진행되는 상기 제 2 방향으로 상기 하우징을 이동시키고, 상기 제 3 방향으로 상기 개방구가 이동되도록 상기 하우징을 회전시키는 구동부를 구비하는 페러데이 시스템을 포함함을 특징으로 하는 이온주입설비.