KR20100113325A - 목표 이동형 플라즈마 주입장치 - Google Patents

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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 구동시키며 웨이퍼 로딩 위치에 배기구가 형성되는 스테이지; 및 상기 스테이지의 일측에 구비되어 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 스테이지의 웨이퍼 로딩 위치에 형성된 배기구로 플라즈마를 배기하여 도핑 균일성(Doping uniformit)을 확보 가능하고 플라즈마 발생시 이온 주입에 필요없는 라디칼(radical)이나 전자 등을 배기하여 이온 주입 효율을 향상시킴에 따라 양산시 작업 처리량을 향상시키는 효과가 있다.
플라즈마, 이온 주입, 웨이퍼, 타겟, 배기

Description

목표 이동형 플라즈마 주입장치{PLASMA IMPLANTATION SYSTEM WITH TARGET MOVEMENT}
본 발명은 목표 이동형 플라즈마 주입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마로부터 이온을 웨이퍼에 주입할 때 플라즈마를 웨이퍼의 근접 위치에서 배기시키는 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 스테이지의 웨이퍼 로딩 위치에 형성된 배기구로 플라즈마를 배기하여 도핑 균일성(Doping uniformit)을 확보 가능하고 플라즈마 발생시 이온 주입에 필요없는 라디칼(radical)이나 전자 등을 배기하여 이온 주입 효율을 향상시킴에 따라 양산시 작업 처리량을 향상시킬 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 구동시키며 웨이퍼 로딩 위치에 배기구가 형성되는 스테이지; 및 상기 스테이지의 일측에 구비되어 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 배기구는 상기 웨이퍼를 기준으로 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 배기구는 홀 또는 원호 형태 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 배기구는 플라즈마 발생 영역인 타겟 위치에서 작동되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 목표 이동형 플라즈마 주입장치는, 스테이지의 웨이퍼 로딩 위치에 형성된 배기구로 플라즈마를 배기하여 도핑 균일성(Doping uniformit)을 확보 가능하고 플라즈마 발생시 이온 주입에 필요없는 라디칼(radical)이나 전 자 등을 배기하여 이온 주입 효율을 향상시킴에 따라 양산시 작업 처리량을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 목표 이동형 플라즈마 주입장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치는 도면에는 도시하지 않았지만 챔버, 웨이퍼 구동부(120), 플라즈마 발생부 및 제어기를 포함하며, 상기 챔버, 플라즈마 발생부 및 제어기는 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 웨이퍼 구동부(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 챔버 내부에 구비되어 순차 로딩되는 웨이퍼(W)를 타겟 위치로 순차 구동시키며, 스테이지(122) 및 스테이지 구동부(126)를 포함한다.
상기 스테이지(122)는 상면에 챔버의 일측을 통해 로딩된 웨이퍼(W)가 방사형태로 배치되면서 어느 한 웨이퍼(W)가 타겟(Target) 위치로 회동되며 타겟 웨이퍼(W) 상에 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마로부터 이온을 공급하는 작업대이다.
이때, 상기 스테이지(122) 중 웨이퍼(W)가 로딩되는 웨이퍼(W)의 외측에 배기구(124)가 다수 형성되되 상기 배기구(124)는 웨이퍼(W)를 중심으로 방사상으로 형성되며, 본 실시 예에서는 배기구(124)가 홀 형태인 것으로 예시하였으나, 원호 형태 등으로 변경 실시가 가능하다.
그리고 상기 배기구(124)는 챔버(110) 내부를 진공 상태로 전환하는 진공 펌프(도면에 미도시)에 연결되거나 별도의 배기 펌프 등에 의해 연결될 수도 있다.
더욱이, 상기 배기구(124)를 통한 배기시 플라즈마 발생부의 하측이면서 플라즈마가 발생하는 영역인 타겟 위치에서 작동되도록 진공 펌프 또는 별도의 배기 펌프가 제어기에 의해 제어된다.
상기 스테이지 구동부(126)는 스테이지(122)의 저면 중심부에 설치되어 스테이지(122) 상에 로딩된 웨이퍼(W)를 타겟 위치 즉, 플라즈마 발생부의 일직선상 하측에 위치되면서 설정 피치(pitch)만큼 스테이지(122)가 회동될 수 있게 동력을 제공하는 회전수 제어가 가능한 구동모터 등이 이에 접목된다.
그러므로 본 실시 예에 따른 목표 이동형 플라즈마 주입장치의 작동 과정은 우선, 스테이지(122) 상에 방사형태로 로딩되는 웨이퍼(W) 중 타겟 위치 상측에 플라즈마 발생부가 구비되며 플라즈마 발생은 펄스 소스에 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, 실 공정시 발생된 플라즈마가 스테이지(122) 측면으로 빠져나가기 이전에 제어기에 의해 제어된 진공 펌프 또는 별도의 배기 펌프가 작동하고 이에 배기구(124)를 통해 타겟 웨이퍼(W)의 하방으로 배기되어 스테이지(122) 측면으로 빠져나갈 경우 발생되는 악영향을 최소화할 수 있으므로 도핑 균일도가 향상된다.
또한, 플라즈마 발생시 배기구(124)를 통해 이온 주입에 필요없는 라디칼(radical)이나 전자 등을 배기하여 이온 주입 효율을 향상시킴에 따라 양산시 작업 처리량을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 플라즈마 내의 이온을 전극과 스테이지(122) 및 웨이퍼(W) 사이에 형성된 전기장에 의해 웨이퍼(W)를 향해 가속시키고 주입하게 한다.
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 주입장치에서 웨이퍼 구동부를 도시한 사시도이다.
도 4는 상기 목표 이동형 플라즈마 주입장치에서 웨이퍼 구동부의 스테이지 및 배기구를 도시한 측단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
20: 웨이퍼 구동부 122: 스테이지
124: 배기구 124: 스테이지 구동부

Claims (4)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되어 순차 로딩되는 웨이퍼를 타겟 위치로 순차 구동시키며 웨이퍼 로딩 위치에 배기구가 형성되는 스테이지; 및
    상기 스테이지의 일측에 구비되어 타겟 웨이퍼에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기구는 상기 웨이퍼를 기준으로 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배기구는 홀 또는 원호 형태 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배기구는 플라즈마 발생 영역인 타겟 위치에서 작동되는 것을 특징으로 하는 목표 이동형 플라즈마 주입장치.
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