KR20100138468A - 균일한 빔 각도를 갖도록 하는 이온주입방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 균일한 빔 각도를 갖도록 하는 이온주입방법은, 이온주입장치의 웨이퍼지지대의 배면에 이온빔 각도 측정장치를 배치시키는 단계와, 웨이퍼지지대의 배면에 대해 이온빔을 주사하면서 이온빔 각도 측정장치를 이용하여 이온빔 각도를 측정하는 단계와, 그리고 측정된 이온빔 각도에 편차가 있는 경우 이를 보정하는 단계를 포함한다.
이온주입, 균일한 이온빔 각도, 이온빔 각도 측정장치

Description

균일한 빔 각도를 갖도록 하는 이온주입방법{Method of implanting ions for having uniform beam angle}
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 이온주입방법에 관한 것으로서, 특히 균일한 빔 각도를 갖도록 하는 이온주입방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자, 예컨대 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체 메모리소자를 제조하기 위해서는 많은 수의 단위공정들이 수행되어야 한다. 이 단위공정들은 적층공정, 식각공정, 이온주입공정 등을 포함하며, 통상적으로 웨이퍼 단위로 이루어진다. 이와 같은 단위공정들 중에서 이온주입공정은, 강한 전기장에 의해 보론, 아스닉 등과 같은 도펀트 이온들을 가속시켜 웨이퍼 표면을 통과시키는 공정기술로서, 이와 같은 이온주입을 통해 물질의 전기적인 특성을 변화시킬 수 있다.
이온주입공정을 수행하는데 있어서, 주입되는 이온빔이 웨이퍼 표면에 일정한 각도로 주입되도록 하는 것이 매우 중요하다. 주입되는 이온빔이 웨이퍼 영역에 따라 다른 각도로 주입되게 되는 경우 웨이퍼 영역에 따라 주입되는 이온의 도즈 등이 달라지게 되고, 이는 웨이퍼에서 생산되는 반도체소자들의 특성을 불균일하게 만들기 때문이다. 따라서 현재에는 이온주입을 수행하는 과정에서 이온빔 각도 측정장치를 사용하여 이온빔이 웨이퍼에 주입되는 각도를 측정하고, 이 측정 결과에 따라 편차가 발생하는 경우 이에 대한 보정을 수행함으로써 웨이퍼 전 영역에 걸쳐서 일정한 각도로 이온빔이 주입되도록 하고 있다.
종래에는 이온빔 각도를 측정하기 위하여, 이온빔 각도 측정장치를 이온주입장치내에서 웨이퍼가 배치되는 엔드 스테이션(end station) 내에 장착하였다. 그러나 엔드 스테이션 내에 장착된 이온주입장치는 스캐닝이 진행되는 궤도와 차이가 있는 위치에 배치됨으로써 측정 결과가 부정확하게 나타난다. 그리고 이온빔 각도 측정장치는 세로 방향 또는 가로 방향의 어느 한 쪽 방향만을 측정함에 따라 양 방향을 모두 측정하기 위해서는 2가지 이상의 툴(tool)을 사용해서 2회 이상 측정해야 하므로 시간적인 손실을 야기한다. 또한 이온빔이 주입되는 경로와 이온빔 각도 측정장치가 중첩될 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼에 대한 금속오염의 주된 원인으로 작용하기도 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼에 주입되는 이온빔의 각도가 웨이퍼 전 영역에 대해 균일하게 적용되도록 할 수 있는 이온주입방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온주입방법은, 이온주입장치의 웨이퍼지지대의 배면에 이온빔 각도 측정장치를 배치시키는 단계와, 웨이퍼지지대의 배면에 대해 이온빔을 주사하면서 이온빔 각도 측정장치를 이용하여 이온빔 각도를 측정하는 단계와, 그리고 측정된 이온빔 각도에 편차가 있는 경우 이를 보정하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 상기 웨이퍼지지대는 정전척일 수 있다.
일 예에서, 상기 이온빔 각도 측정장치로 패러데이 측정장치를 사용할 수 있다.
일 예에서, 상기 이온빔 각도 측정장치는 웨이퍼지지대의 배면에 복수개 배치시킬 수 있다. 이 경우 복수개의 이온빔 각도 측정장치는, 웨이퍼지지대 배면에 있는 영역들 중 중앙, 좌측, 우측, 하측 및 상측 영역에 분산하여 배치되도록 할 수 있다.
일 예에서, 측정된 이온빔 각도에 대한 편차를 보정하는 단계는, 웨이퍼지지대의 위치의 변경, 이온빔 소스의 조절 및 이온빔라인의 파라메타 수정을 통해 수 행할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 웨이퍼지지대의 상면에 웨이퍼를 로딩하는 단계와, 그리고 이온빔 각도 편차가 보정된 조건으로 웨이퍼에 대해 이온빔을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼를 지지하는 정전척 배면에 이온빔 각도 측정장치를 배치시킨 후에 이에 대해 이온빔 각도를 측정하고, 측정 결과를 반영하여 이온빔 각도 편차가 발생하는 경우 이를 보정함으로써 웨이퍼 전 영역에 대해 균일한 각도로 이온빔이 주입되도록 할 수 있으며, 또한 실제 이온빔이 웨이퍼상에 주입되는 동안 이온빔 각도 측정장치가 사용되지 않음으로써 이온빔 각도 측정장치에 의한 금속오염과 같은 문제가 발생되지 않는다는 이점이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 균일한 빔 각도를 갖도록 하는 이온주입방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다. 그리고 도 2는 정전척의 배면을 나타내 보인 도면이다. 또한 도 3은 도 2의 정전척 배면에 장착되는 이온빔 각도 측정장치의 일 예를 나타내 보인 도면이며, 도 4는 도 3의 이온빔 각도 측정장치에 의해 측정된 빔 전류의 분포를 나타내 보인 그래프이다.
도 1을 참조하면, 이온빔 셋업(setup) 단계에서 정전척(ESC; Electro-Static Chuck)의 배면이 이온빔에 대향되도록 정전척을 회전시킨다(단계 110). 정전척은 이온주입이 이루어지는 동안 웨이퍼를 지지하기 위한 것으로서, 경우에 따라서는 정적척 외의 다른 웨이퍼지지대가 사용될 수도 있다. 통상적으로 정정척은 이온주입장치의 엔드 스테이션(end station)에서 웨이퍼가 안착되는 상면이 이온빔에 대향되도록 배치된다. 따라서 상기 단계 110을 수행하기 위해서는, 정전척의 상면에 이온빔이 주입되는 면과 반대가 되도록 하고 정전척의 배면이 이온빔이 주입되는 면이 되도록 정전척을 180도 회전시켜야 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 정전척의 배면에는 복수개의 이온빔 각도 측정장치(300)들이 배치된다. 도 2에서 참조부호 "200"으로 나타낸 영역은 정전척의 배면 중에서 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼영역을 나타낸다. 본 실시예에서, 이온빔 각도 측정장치(300)들은, 중앙영역(C)을 기준으로 가로방향인 X 방향의 양 단부(L, R)와 세로방향인 Y 방향이 양 단부(T, B)에 배치된다. X 방향의 양 단부(L, R)에 배치되는 이온빔 각도 측정장치(300)들은 X 방향의 이온빔 각도를 측정하는데 사용되며, Y 방향의 양 단부(T, B)에 배치되는 이온빔 각도 측정장치(300)들은 Y 방향의 이온빔 각도를 측정하는데 사용된다. 그리고 중앙(C)에 배치되는 이온빔 각도 측정장치(300)들은 중앙에서의 이온빔 각도를 측정하는데 사용된다.
이온빔 각도 측정장치(300)로는 여러가지 장치들이 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 패러데이(Faraday) 측정장치를 사용한다. 구체적으로 도 3에 나타낸 바와 같이, 패러데이 측정장치는, 본체(310)와 본체에 연결되는 전류측정장치(320)를 포함하여 구성된다. 이온빔(301, 302, 303)이 본체(310)에 주입되면, 전류측정장치(320)는 주입되는 이온빔(301, 302, 303)의 전류(I)를 측정하고, 이를 분석함으로써 주입되는 이온빔(301, 302, 303)의 각도를 파악할 수 있다. 이온빔(301)은 패 러데이 측정장치의 본체(310)에 대해 수직으로 입사하고, 이온빔(302)은 패러데이 측정장치의 본체(310)에 대해 +θ의 각도로 입사하며, 그리고 이온빔(303)은 패러데이 측정장치의 본체(310)에 대해 -θ의 각도로 입사하는 경우를 예로 들면, 도 4의 그래프에 나타낸 바와 같이, 표면에 수직으로, 즉 0도의 각도로 입사하는 이온빔(301)의 경우 측정되는 빔 전류(I)는 최대값으로 검출된다. 그리고 +θ의 각도로 입사하는 이온빔(302)의 경우 그 각도가 최대각도(θmax)가 될때까지 빔 전류(I)는 지수적으로 감소한다. 마찬가지로 -θ의 각도로 입사하는 이온빔(303)도 그 각도가 최소각도(θmin)가 될때까지 빔 전류(I)는 지수적으로 감소한다. 여기서 최대각도(θmax) 및 최소각도(θmin)는 패러데이 측정장치가 감지할 수 있는 이온빔의 최대 및 최소 각도를 의미하며, 이 각도를 벗어나는 각도로 주입되는 이온빔에 대해서는 페러데이 측정장치를 통해서 검출할 수 없다.
이와 같이 복수개의 이온빔 각도 측정장치(300)들이 배치된 정전척의 배면이 이온빔이 주입되는 방향을 향하도록 회전시킨 후에는, 정전척의 배면에 대한 이온주입을 수행한다(단계 120). 이에 따라 이온빔 소스로부터 생성된 이온빔은 이온주입장치 내의 여러 장치들, 예컨대 가속장치 등을 통과한 후에 정전척의 배면을 향하게 된다. 이때 정전척의 배면에 배치되어 있는 이온빔 각도 측정장치(300)들을 사용하여 웨이퍼영역(200)의 각 영역별 빔 각도를 측정한다(단계 130). 이와 같은 측정을 통해 X 방향으로의 이온빔 각도, Y 방향으로의 이온빔 각도, 및 중앙에서의 이온빔 각도를 측정할 수 있다.
다음에 이와 같이 측정된 이온빔 각도가 기준값과 일치하는지를 판단한다(단 계 140). 기준값과 일치하지 않는 경우, 즉 이온빔 각도 편차가 존재하는 경우에는 이온빔 각도를 보정한다(단계 150). 일 예에서, 이온빔 각도의 보정은, 정전척의 위치를 변경하거나, 이온빔 소스를 조절하거나, 또는 이온빔라인의 파라메타를 수정함으로써 수행할 수 있다. 이와 같이 이온빔 각도의 편차를 보정한 후에는 단계 120의 과정을 다시 수행한다. 이와 같은 과정은 측정된 이온빔 각도가 기준값과 일치될 때까지 반복된다.
측정된 이온빔 각도가 기준값과 일치하는 경우, 정전척을 원래의 위치로 회전시킨다(단계 160). 즉 정전척의 배면이 이온빔이 주입되는 면과 반대가 되도록 위치시키고, 웨이퍼가 안착되는 상면이 이온빔이 주입되는 면에 대향되도록 정전척을 180도 회전시킨다. 다음에 웨이퍼지지대의 상면에 웨이퍼를 로딩한다(단계 170). 그리고 로딩된 웨이퍼에 대해 이온주입을 수행한다(단계 180).
도 1은 본 발명에 따른 균일한 빔 각도를 갖도록 하는 이온주입방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다.
도 2는 정전척의 배면을 나타내 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 정전척 배면에 장착되는 이온빔 각도 측정장치의 일 예를 나타내 보인 도면이다.
도 4는 도 3의 이온빔 각도 측정장치에 의해 측정된 빔 전류의 분포를 나타내 보인 그래프이다.

Claims (7)

  1. 이온주입장치의 웨이퍼지지대의 배면에 이온빔 각도 측정장치를 배치시키는 단계;
    상기 웨이퍼지지대의 배면에 대해 이온빔을 주사하면서 상기 이온빔 각도 측정장치를 이용하여 이온빔 각도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 이온빔 각도에 편차가 있는 경우 이를 보정하는 단계를 포함하는 이온주입방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼지지대는 정전척인 이온주입방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이온빔 각도 측정장치로 패러데이 측정장치를 사용하는 이온주입방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온빔 각도 측정장치는 상기 웨이퍼지지대의 배면에 복수개 배치시키는 이온주입방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수개의 이온빔 각도 측정장치는, 상기 웨이퍼지지대 배면에 있는 영역들 중 중앙, 좌측, 우측, 하측 및 상측 영역에 분산하여 배치되도록 하는 이온주입방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정된 이온빔 각도에 대한 편차를 보정하는 단계는, 상기 웨이퍼지지대의 위치의 변경, 이온빔 소스의 조절 및 이온빔라인의 파라메타 수정을 통해 수행하는 이온주입방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼지지대의 상면에 웨이퍼를 로딩하는 단계; 및
    상기 이온빔 각도 편차가 보정된 조건으로 상기 웨이퍼에 대해 이온빔을 주입하는 단계를 더 포함하는 이온주입방법.
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