KR20100113324A - 목표 이동형 플라즈마 주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목표 이동형 플라즈마 주입장치에 관한 것으로, 본 발명에 의한 목표 이동형 플라즈마 주입장치는, 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되어 순차 로딩되는 웨이퍼를 타겟 위치로 순차 구동시키는 웨이퍼 구동부; 상기 웨이퍼 구동부의 일측에 구비되어 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및 상기 웨이퍼 구동부의 상측에 구비되어 이온이 주입될 타겟 웨이퍼를 제외하고 나머지는 차폐하는 차폐부;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 이온의 과다 주입 발생을 방지하기 위해 타겟 웨이퍼에 이온 주입시 이온 주입 공간을 제외하고 나머지 공간은 차단하여 타겟 이외의 웨이퍼에 이온이 주입되는 것을 차폐하는 효과가 있다.

플라즈마, 이온 주입, 웨이퍼, 타겟, 차폐

Description

목표 이동형 플라즈마 주입장치{PLASMA IMPLANTATION SYSTEM WITH TARGET MOVEMENT}

본 발명은 목표 이동형 플라즈마 주입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마로부터 이온을 타겟 웨이퍼에만 주입하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치에 관한 것이다.

일반적으로 이온 주입은 반도체 웨이퍼 같은 반도체 기판 내로 전도성 변환 불순물(conductivity altering impurity)을 유입시키는 표준 기술로, 실시 기술인 빔 라인(Beam line) 이온 주입 장치는 통상 반도체 웨이퍼 내로 불순물을 유입하기 위해 사용된다. 종래의 빔 라인 이온 주입 장치에서, 소정 불순물 소재는 이온화되고, 이온들은 반도체 웨이퍼의 표면에서 안내되는 이온 빔을 형성하도록 가속된다. 웨이퍼와 충돌하는 빔 내의 이온들은 소정 전도성 영역을 형성하기 위해 반도체 소재 내로 관통한다.

더욱이, 플라즈마 주입 장치는 반도체 소재 내에 상대적으로 얕은 접합 또는 다른 형상을 형성하기 위하여, 상대적으로 낮은 에너지에서 반도체 웨이퍼 내로 이온을 주입하는데 사용된다. 플라즈마 주입 장치의 한 유형에서, 반도체 와이퍼는 플라즈마 주입 챔버 내에 위치된 고정(stationary) 전도성 디스크 상에 위치된다. 소정 도펀트(dopant)소재를 포함하는 이온화 공정 가스가 챔버 내로 유입되고, 반도체 웨이퍼 근방에 플라즈마를 형성하기 위한 전압이 가해진다. 플라즈마에 가해진 전기장은 반도체 웨이퍼를 향해 가속되고 반도체 웨이퍼 내로 주입하기 위하여 플라즈마 내에서 이온을 발생시킨다. 어떤 경우에는, 플라즈마 주입 장치가 상대적으로 낮은 주입 에너지에서 효과적으로 작동하는 것으로 알려져 있다.

한편, 플라즈마 주입 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼(4)가 플라즈마로부터 이온이 위치되고 주입되는 플라즈마 주입 챔버(1)를 포함한다. 이때, '이온(ion)'은 주입 공정 동안 웨이퍼에 주입된 다양한 입자들을 포함하는 것이다. 그런 입자들은 양성적 또는 음성적으로 전하를 띤 원자 또는 분자, 중성자, 오염균(contaminant) 등을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서, 웨이퍼(4)는 웨이퍼 구동 제어기(12)의 제어 하에 플라즈마 주입 챔버(1) 내의 웨이퍼를 이동시키기 위해 배열된 공작물 지지대(2)에 장착될 수 있다.

웨이퍼(4)가 플라즈마 주입 챔버(1) 내에서 적당히 위치되면, 진공 제어기(13)는 플라즈마 방전 영역(7) 내의 챔버(1)에 제어된 낮은 압력 환경을 만들 수 있고, 웨이퍼는 플라즈마 방전 영역(7)에 발생되는 플라즈마로부터 이온이 주입될 수도 있다. 플라즈마는 플라즈마 방전 영역(7)에 적절한 크기 및 형상으로 된 플라즈마 발생 장치에 의해 적절한 방법으로 발생될 수 있다.

플라즈마 발생 장치는 전극(5)(통상, 양극) 및 중공의 펄스 공급원(6)(통상, 음극 펄스 공급원)을 포함한다. 가스 공급원(14)을 포함하는 플라즈마 발생 장치의 작동은 플라즈마 주입 제어기(11)에 의해 제어된다.

예를 들면, 플라즈마 주입 제어기(11)는 플라즈마 주입 챔버(1), 공작물 지지대(2), 전극(5), 중공의 펄스 공급원(6), 가스 공급원(14) 및 가스를 이온화하기 위한 적당한 공급원과 반도체 웨이퍼(4)에 적당한 플라즈마를 발생시키고 이온을 주입하며 다른 소정 기능을 수행하는 전기장을 제공하는 다른 구성요소들의 하우징과 연통된다.

그리고 플라즈마 발생 장치는 중공의 펄스 공급원(6)에 의해 형성된 전기장으로 소정 도펀트 소재를 함유하는 가스 공급원(14)에 의해 제공되는 가스를 노출시킴에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 내의 이온은 전극(5)과 공작물 지지대(2)/반도체 웨이퍼(4) 사이에 형성된 전기장에 의해 반도체 웨이퍼(4)를 향해 가속되고 거기에 주입될 수 있는 내용으로 선출원된 공개특허 2005-0019889호에 기술되어 있다.

그러나 종래의 개방된 플라즈마 주입 챔버(1)에서 다수의 웨이퍼(4)를 회전시켜 타겟 웨이퍼(4)에 플라즈마로부터 이온을 주입하는 과정에서 실제 이온 주입을 원하지 않는 웨이퍼(즉, 이온 주입이 완료된 웨이퍼 혹은 대기중인 웨이퍼)에 이온이 주입되는 현상이 발생하며, 이는 원하는 이온 주입량(Dose 량)을 제어하는데 변수로 작용하여 이온의 과다 주입이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적 은 이온의 과다 주입 발생을 방지하기 위해 타겟 웨이퍼에 이온 주입시 이온 주입 공간을 제외하고 나머지 공간은 차단하여 타겟 이외의 웨이퍼에 이온이 주입되는 것을 차폐할 수 있게 한 목표 이동형 플라즈마 주입장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되어 순차 로딩되는 웨이퍼를 타겟 위치로 순차 구동시키는 웨이퍼 구동부; 상기 웨이퍼 구동부의 일측에 구비되어 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및 상기 웨이퍼 구동부의 상측에 구비되어 이온이 주입될 타겟 웨이퍼를 제외하고 나머지는 차폐하는 차폐부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 차폐부는 상기 타겟 웨이퍼를 감쌀 수 있도록 하방으로 연결된 돌출부재가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 돌출부재 내부에 상기 타겟 웨이퍼 또는 상기 타겟 웨이퍼를 상기 돌출부재 내부로 위치시키는 승강부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 승강부는 상기 웨이퍼 구동부에 설치되어 상기 타겟 웨이퍼를 상기 차폐부 방향으로 상승시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 승강부는 상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 차폐부를 상기 타겟 웨이퍼 방향으로 하강시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 돌출부재는 상기 차폐부에서 승강되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이온이 주입될 타겟 웨이퍼를 제외하고 나머지를 차폐할 수 있도록 상부에 차폐공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되어 설정 패턴으로 다수 배치되는 웨이퍼를 타겟 위치로 순차 구동시키는 웨이퍼 구동부; 및 상기 웨이퍼 구동부의 일측에 구비되어 상기 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 차폐공간은 상기 챔버 상부가 돌출되어 형성되는 홈 또는 상기 챔버 내 천장에 격막 형태로 형성되는 돌기인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 웨이퍼 구동부에는 상기 웨이퍼 구동부를 상기 차폐공간으로 상승시키는 승강부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 목표 이동형 플라즈마 주입장치는, 이온의 과다 주입 발생을 방지하기 위해 타겟 웨이퍼에 이온 주입시 이온 주입 공간을 제외하고 나머지 공간은 차단하여 타겟 이외의 웨이퍼에 이온이 주입되는 것을 차폐하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 목표 이동형 플라즈마 주입장치를 첨부도면을 참조하여 실시 예들을 들어 설명하면 다음과 같다.

< 실시 예 1 >

본 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(110), 웨이퍼 구동부(120), 플라즈마 발생부(130), 차폐부(140) 및 제어부를 포함한다.

상기 챔버(110)는 내부에 웨이퍼 구동부(120), 플라즈마 발생부(130) 및 차폐부(140) 등이 구비되며, 일측에 플라즈마 발생을 위한 가스 공급원이 구비되고 가스 공급원은 제어부에 의해 작동이 제어된다. 그리고 상기 챔버(110)의 타측에는 챔버(110) 내부를 진공 상태로 전환하는 진공 펌프(도면에 미도시) 등이 구비된다.

상기 웨이퍼 구동부(120)는 챔버(110) 내부에 구비되어 설정 패턴으로 다수 배치되는 웨이퍼(W)를 타겟 위치로 순차 구동시키며, 스테이지(122) 및 회전부(124)를 포함한다.

상기 스테이지(122)는 상면에 챔버(110)의 일측을 통해 로딩된 웨이퍼(W)가 방사형태로 배치되면서 어느 한 웨이퍼(W)가 타겟(Target) 위치로 회동되며 타겟 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 발생부(130)에서 발생된 플라즈마로부터 이온을 공급하는 작업대이다.

상기 회전부(124)는 스테이지(122)의 저면 중심부에 설치되어 스테이지(122) 상에 로딩된 웨이퍼(W)를 타겟 위치 즉, 플라즈마 발생부(130)의 일직선상 하측에 위치되면서 설정 피치(pitch)만큼 스테이지(122)가 회동될 수 있게 동력을 제공하는 회전수 제어가 가능한 구동모터 등이 이에 접목된다.

이때, 상기 회전부(124)에는 차폐부(140)를 승강시킬 수 있도록 승강부(126)가 더 구비된다. 여기서 상기 승강부(126)는 실린더 등이 이에 접목되며 차폐부(140)의 돌출부재(144) 내부로 타겟 웨이퍼(W)를 위치시킬 수 있도록 스테이 지(122) 및 회전부(124)를 상승시키고 공정 수행 후 하강시킬 수 있도록 동력을 제공한다.

상기 플라즈마 발생부(130)는 웨이퍼 구동부(120)의 일측인 타겟 웨이퍼(W) 상에 구비되어 제어부의 제어에 의해 타겟 웨이퍼(W)에 플라즈마를 발생시키며, 전극(132) 및 펄스 소스(134)를 포함한다.

상기 전극(132)은 통상적으로 양극이며, 펄스 소스(134)의 상측에 위치되고 플라즈마 주입에 따른 제어를 하기 위해 제어부와 연결된다.

상기 펄스 소스(pulse source: 134)는 전극(132)의 하측에 중공 형성된 원통 형태로 형성되면서 타겟 웨이퍼(W) 상에 위치되며 제어부와 연결된다.

즉, 본 실시 예에서의 상기 플라즈마 발생부(130)는 펄스 소스(134)에 의해 형성된 전기장으로 특정 도펀트(dopant) 소재를 함유하는 가스 공급원에 의해 제공되는 가스를 노출시킴에 따라 플라즈마를 발생시킨다. 그리고 플라즈마 내의 이온은 전극(132)과 스테이지(122) 및 웨이퍼(W) 사이에 형성된 전기장에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 향해 가속되고 주입될 수 있다.

상기 차폐부(140)는 웨이퍼 구동부(120)의 상측에 위치되면서 챔버(110) 내 천장에 고정되어 이온이 주입될 타겟 웨이퍼(W)를 제외하고 나머지 웨이퍼(W)는 이온 주입을 차폐한다.

여기서, 상기 차폐부(140)는 스테이지(122)의 형상과 대응되는 형상으로 형성되면서 절연체 등의 코팅 또는 재질 자체를 플라즈마로부터 악영향을 방지하게 구비하며 챔버(110) 내 천장에 고정되는 고정부재(142)와, 일측에 형성되어 타겟 웨이퍼(W)를 감쌀 수 있도록 하방으로 연결된 돌출부재(144)가 형성된다.

이때, 상기 차폐부(140)에는 돌출부재(144)가 구비되는 것을 예시하였으나 구비하지 않고 홀이 형성될 수도 있으며, 돌출부재(144)가 차폐부(140)에 일체식으로 구비될 수 있고 길이에 따라 교체할 수 있도록 분리형으로도 구비할 수 있으며 분리형이면서 자동 방식에 의해 승강 가능하도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 차폐부(140)는 본 실시 예에서 웨이퍼 구동부(120)의 승강부(126)에 의해 승강하는 것으로 예시하였으나, 다른 실시 예로 챔버(110)의 상측에 고정되는 승강부(도면에 미도시)에 의해 승강이 가능하며, 이 경우 웨이퍼 구동부(120)에는 승강부(126)가 구비되지 않으면서 회전 구동 이외에 승강 구동은 하지 않는다.

즉, 상기 웨이퍼(W)가 로딩된 웨이퍼 구동부(120)는 승강하지 않고 차폐부(140)를 승강부가 하강시켜 타겟 위치를 제외한 나머지 웨이퍼(W)로 이온이 주입되는 것을 차폐할 수 있고 공정 완료 후 차폐부(140)를 상승시킨다.

그러므로 본 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치의 작동 과정은 우선, 스테이지(122) 상에 방사형태로 로딩되는 웨이퍼(W) 중 타겟 위치 상측에 플라즈마 발생부(130)가 구비되며 플라즈마 발생은 펄스 소스(134)에 의해 형성된 전기장으로 특정 도펀트 소재를 함유하는 가스 공급원에 의해 제공되는 가스를 노출시킴에 따라 플라즈마를 발생시킨다.

즉, 플라즈마 주입시 제어부의 제어에 의해 가해진 전압 펄스는 웨이퍼(W)가 적당히 플라즈마에 대해 위치되고, 이온이 주입 과정에 걸쳐 웨이퍼(W)에 균일하게 주입될 경우, 주입이 자주 발생하도록 하면서 시간에 맞추어 조절될 수 있다.

따라서, 웨이퍼(W)가 플라즈마에 보이는 비율에 비교되는 상대적으로 높은 비율로 플라즈마에 펄스를 가함에 따라 웨이퍼의 의사 무작위 부분(pseudo-random portion)은 각 펄스에 대해 플라즈마로부터 이온이 주입될 수 있다.

이때, 플라즈마로부터 타겟 웨이퍼(W) 상에 이온을 주입하기 전에 승강부(126)를 제어부에 의해 구동시켜 차폐부(140)의 돌출부재(144) 내부로 타겟 위치에 로딩된 타겟 웨이퍼(W)를 위치시키며 나머지 웨이퍼(W)는 차폐하게 된다.

다음으로, 플라즈마 내의 이온을 전극(132)과 스테이지(122) 및 웨이퍼(W) 사이에 형성된 전기장에 의해 웨이퍼(W)를 향해 가속시키고 주입하게 한다.

다음으로, 이웃한 웨이퍼(W)를 타겟 위치로 이동시키기 위해 승강부(126)를 제어부에 의해 구동시켜 공정 완료된 타겟 웨이퍼(W)에서 차폐부(140)의 돌출부재(144)를 이격시킨다.

다음으로, 상기 회전부(124)를 제어부에 의해 제어하여 스테이지(122)를 회전 구동시키고 이에 스테이지(122) 상에 로딩된 웨이퍼(W) 중 타겟 위치와 이웃한 웨이퍼(W)를 타겟 위치로 이동시킨다.

< 실시 예 2 >

본 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 챔버, 웨이퍼 구동부, 플라즈마 발생부 및 제어부를 포함하며, 웨이퍼 구동부, 플라즈마 발생부 및 제어부는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 챔버(210)는 앞선 실시 예에서와는 다르게 이온이 주입될 타겟 웨이퍼를 제외하고 나머지를 차폐할 수 있도록 챔버(210) 자체 상부에 차폐공간(212a, 212b)이 형성된다.

상기 차폐공간(212a)은 타겟 웨이퍼(W)를 제외한 나머지 웨이퍼(W)를 차폐하도록 챔버(210) 상면이 호 형상으로 돌출 형성되어 홈 형태를 이루도록 한다.

다른 실시 예의 상기 차폐공간(212b)은 타겟 웨이퍼(W)를 제외한 나머지 웨이퍼(W)를 차폐하도록 챔버(210) 내 천장에 호 형상이면서 격막 형태로 형성되는 돌기 형태를 이루도록 한다.

이때, 상기 차폐공간(212a, 212b)이 챔버(210) 상부에 구비될 경우 웨이퍼 구동부가 상승하여 차폐공간(212a, 212b) 내부에 웨이퍼(W)를 위치시켜야 하므로 웨이퍼 구동부에 승강부(도면에 미도시)가 더 구비된다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 플라즈마 주입 장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 상기 플라즈마 주입 장치에서 공작물 지지대를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치를 도시한 개략도이다.

도 4는 상기 목표 이동형 플라즈마 주입장치에서 웨이퍼 구동부 및 차폐부를 도시한 분해 사시도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치에서 차폐공간이 형성된 챔버를 도시한 부분 개략도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 챔버 120: 웨이퍼 구동부

122: 스테이지 124: 회전부

126: 승강부 130: 플라즈마 발생부

140: 차폐부 144: 돌출부재

Claims (9)

1. 챔버;

   상기 챔버 내부에 구비되어 순차 로딩되는 웨이퍼를 타겟 위치로 순차 구동시키는 웨이퍼 구동부;

   상기 웨이퍼 구동부의 일측에 구비되어 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부; 및

   상기 웨이퍼 구동부의 상측에 구비되어 이온이 주입될 타겟 웨이퍼를 제외하고 나머지는 차폐하는 차폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 차폐부는 상기 타겟 웨이퍼를 감쌀 수 있도록 하방으로 연결된 돌출부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 돌출부재 내부에 상기 타겟 웨이퍼 또는 상기 타겟 웨이퍼를 상기 돌출부재 내부로 위치시키는 승강부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플 라즈마 주입장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 승강부는 상기 웨이퍼 구동부에 설치되어 상기 타겟 웨이퍼를 상기 차폐부 방향으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 승강부는 상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 차폐부를 상기 타겟 웨이퍼 방향으로 하강시키는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 돌출부재는 상기 차폐부에서 승강되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
7. 이온이 주입될 타겟 웨이퍼를 제외하고 나머지를 차폐할 수 있도록 상부에 차폐공간이 형성되는 챔버;

   상기 챔버 내부에 구비되어 설정 패턴으로 다수 배치되는 웨이퍼를 타겟 위치로 순차 구동시키는 웨이퍼 구동부; 및

   상기 웨이퍼 구동부의 일측에 구비되어 상기 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 차폐공간은 상기 챔버 상부가 돌출되어 형성되는 홈 또는 상기 챔버 내 천장에 격막 형태로 형성되는 돌기인 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 웨이퍼 구동부에는 상기 웨이퍼 구동부를 상기 차폐공간으로 상승시키는 승강부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.

Images