KR100706809B1 - 이온 빔 조절 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 빔을 조절하는 이온 빔 조절 방법을 제공한다. 이온 소스로부터의 이온 빔의 경로 상에 복수의 인출전극이 배치된다. 인출전극들은 이온이 통과하도록 형성된 복수의 인출공들을 구비하고, 복수의 인출전극에는 서로 다른 전위가 인가된다. 그리고, 적어도 하나의 인출전극은 복수의 부그리드 영역들로 구분되어 구성되고, 부그리드 영역들의 전위는 독립적으로 조절된다.

이온 빔, 흐름, 조절, 균일도, 그리드

Description

이온 빔 조절 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING ION BEAM AND METHOD OF THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 이온 빔 장치를 도시한다.

도 2a는 본 발명에 따른 이온 빔 조절 장치를 도시한다.

도 2b는 본 발명에 따른 이온 빔 조절 장치의 인출전극들 위치에서의 전위도를 도시한다.

도 3은 본 발명에 따른 빔 조절용 인출전극의 일 예를 도시한다.

도 4는 본 발명에 따른 빔 조절용 인출전극의 다른 예를 도시한다.

도 5는 반도체 기판 상에서 측정된 이온 빔의 분포도를 도시한다.

도 6은 본 발명에 따른 빔 조절용 인출전극 준비를 위한 흐름도이다.

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온 빔 조절 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

플라즈마를 이온 소스로 하는 이온 빔 장치가 반도체 표면 처리 장치에 널리 사용되어 오고 있다. 상기 이온 빔 장치에서는, 복수의 인출공이 형성되어 있는 복 수의 인출전극이 이온 소스의 인출단에 배치된다. 인출전극들 사이에 전압을 인가하는 것에 의하여, 이온 소스로부터 이온 빔이 추출(extract)된다.

이온 빔을 사용하는 반도체 공정에서 이온 빔의 균일도는 곧 반도체 공정의 균일도로 귀결된다. 따라서, 이온 빔의 균일도의 제어는 매우 중요하다. 일반적으로 이온 빔을 구성하는 대전 입자들 사이의 반발력에 의하여 이온 빔의 가장자리 방향으로의 발산(divergence)이 증가되고, 이에 따라 가장자리에서의 이온 빔의 플럭스(flux)가 감소하는 경향이 있다. 더구나, 이온 빔을 추출하기 위한 플라즈마(plasma) 밀도의 균일도 또한 중앙부에서 가장자리로 갈수록 감소하는 경향을 가진다. 이온 빔의 균일도가 저하된다. 한편, 이온 빔으로부터 만들어지는 중성 빔 또한 이온 빔과 동일한 균일도 문제를 가질 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 균일한 이온 빔을 얻기 위한 이온 빔 장치를 도시한다. 종래의 기술에 따르면, 상기 이온 빔의 균일도를 증가시키기 위하여, 가장자리와 중앙부에서의 인출공의 지름을 다르게 하는 방법이 제안되었다. 그러나, 인출공의 지름이 공간적으로 다른 인출전극을 제작하기에 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 공정 조건의 변경에 따라 이온 빔의 공간적인 분포가 변화되는 경우, 인출전극을 다르게 제작하여야 하는 문제가 있다. 따라서, 공정 조건을 변경할 수 있는 공정 범위(process window)가 아주 협소해질 수 있다.

더구나, 최근의 반도체 장치는 웨이퍼 크기의 증가에 따라 인출전극의 크기가 증대되는 경향을 보이므로, 상기의 방법으로는 균일도의 조절에 어려움이 증가된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 가지고 있는 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로, 반도체 공정에 사용되는 이온 빔의 균일도를 증가시키기 위한 이온 빔 조절 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 이온 빔을 조절하는 이온 빔 조절 장치를 제공한다. 상기 이온 빔 조절 장치는 이온 빔을 생성하는 이온 소스와, 이온 소스로부터의 이온 빔의 경로 상에 배치되고 이온이 통과하도록 형성된 복수의 인출공들을 구비하는 복수의 인출전극들을 포함하여 구성된다. 인출전극들 중 적어도 하나의 인출전극은 복수의 부그리드(sub-grid)들로 구성된다. 부그리드들에는 다른 전위가 인가될 수 있다. 이에 따라 부그리드 위치의 이온 빔을 조절함으로써, 이온 빔의 발산(divergence)를 간단하게 조절할 수 있고, 이온 빔의 균일도를 향상시킬 수 있다.

상기 부그리드들은 이온 빔 중심에 위치하는 제 1 부그리드와, 제 1 부그리드의 외측에서 제 1 부그리드와 전위차를 갖는 제 2 부그리드를 포함할 수 있다.

상기 부그리드들을 갖는 빔 조절용 인출전극은, 복수의 인출전극들 중 이온 소스에 가장 인접하여 배치된 최초(first) 인출전극일 수 있다. 이에 따라, 이온 빔의 에너지 분포를 조절하여, 그 균일도를 향상시킬 수 있다.

이온 소스로부터 가장 멀리 이격된 최종(final) 인출전극에는 접지 전위가 인가된다. 빔 조절용 인출전극은, 이온 소스에 가장 인접하는 최초 인출전극으로부 터 이격되고, 최초 인출전극과 최종 인출전극 사이에 위치할 수 있다. 최초 인출전극에는 양의 전위가, 빔 조절용 인출전극에는 음의 전위가 인가될 수 있다. 이에 따라, 이온 빔의 플럭스(flux) 분포를 조절하여, 그 균일도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 이온 빔을 조절하는 이온 빔 조절 방법을 제공한다. 상기 이온 빔 조절 방법에 의하면, 이온 소스로부터의 이온 빔의 경로 상에 배치되되, 이온이 통과하도록 형성된 복수의 인출공들을 구비하는 복수의 인출전극에 서로 다른 전위를 인가한다. 그리고, 인출전극들 중 적어도 하나의 인출전극을 복수의 부그리드 영역들로 구분하고 부그리드 영역들의 전위를 독립적으로 조절한다. 이에 따라, 이온 빔을 조절하여 그 분포를 균일하게 할 수 있다. 조절되는 물리량은 상기 이온 빔의 플럭스, 에너지 또는 조사 각도 분포일 수 있다.

상기 이온 빔 조절 방법에 따르면, 이온 소스로부터의 이온 빔을 측정하여, 그 2차원적 분포를 얻고, 상기 분포에 상응하는 2차원적 형상을 갖는 복수의 부그리드 영역들로 구성된 인출전극을 제조한다. 이러한 방법으로 이온 빔의 분포가 반영되어 제조된 인출전극을 이온 빔 조절 장치에 부착하고 부그리드에 적절한 전위를 인가함에 따라, 이온 빔이 보다 균일한 분포를 가질 수 있다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 특징 및 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 전압 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 또한 이들 용어들은 단지 어느 소정 구성을 다른 구성과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.

도 2a는 본 발명에 따른 이온 빔 조절 장치를 도시한다.

도 2a를 참조하면, 상기 이온 빔 조절 장치(100)는 이온 빔을 생성하는 이온 소스(110)와, 상기 이온 소스로부터 인출되는 이온 빔(I)의 경로 상에 배치되고 이온이 통과하도록 형성된 복수의 인출공들(121h, 123h, 125h)을 갖는 복수의 인출전극들(121, 123, 125)을 구비한다. 인출전극들을 통과한 이온 빔은 반도체 기판(W)으로 향한다. 이온 소스(110)는 이온화 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 가스의 이온만을 추출하여 이온 빔(I)을 생성한다. 플라즈마는 ECR(Electron Magnetron Resonance), ICP(Inductive Coupling Plasma), RF 방전 등의 방식으로 생성될 수 있다. 사용되는 가스는 공정의 필요에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

인출전극 즉, 그리드(grid)는 플라즈마 내부의 이온을 인출하고 가속하기 위한 것으로, 복수일 수 있다. 도 2는 제 1, 제 2 및 제 3의 인출전극을 가지는 것을 예시한다. 이온 소스(110)에 가장 인접하여 최초 인출전극 즉, 제 1 인출전극(121)이 배치된다. 제 1 인출전극(121)은 예를 들면, 플라즈마 챔버(110)의 일부를 구성할 수도 있다. 제 1 인출전극으로부터 이온 소스의 반대측(opposite)으로 이격된 제 2 인출전극(123)에는 제 1 인출전극에 대하여 음의 전위가 인가된다. 이에 따라, 이온 소스(110) 내부에 생성된 플라즈마의 양이온이 가속되고, 이온 소스로부 터 인출되어 이온 빔을 형성한다. 한편, 복수의 인출전극들 중 이온 소스(110)로부터 가장 멀리 이격된 최종 인출전극 즉, 제 3 인출전극(125)에는 접지 전위가 인가되고, 제 1 인출전극(121)에는 양의 전위가 인가될 수 있다. 제 2 인출전극(123)과 제 3 인출전극(125) 사이에는 음의 전위가 인가되는 다른 인출전극들이 추가로 배치될 수 있다.

도 2b는 본 발명의 이온 빔 조절 장치의 인출전극들 위치에서의 전위도(potential diagram)이다. 제 1 인출전극(121)에 인가되는 양 전위의 크기에 따라 인출되는 이온 빔의 에너지가 결정될 수 있다. 상기 전위가 클수록 에너지가 증가되며, 통상적으로 수십 내지 수 MV의 전위가 인가된다. 제 2 인출전극(123)에 인가되는 음의 전위에 의하여, 인출되는 이온 빔의 플럭스(flux)가 결정될 수 있다. 한편, 제 2 인출전극의 전위를 조절함에 따라 인출공을 통과하는 이온 빔의 조사 각도가 변경될 수 있다. 접지된 제 3 인출전극은 제 1 및 제 2 인출전극을 통과한 이온 빔이 평평한(flat) 전기장을 통과하여 에너지 변환 없이 접지된 반도체 기판(W)으로 입사되도록 한다.

상기 인출전극들 중 적어도 하나의 인출전극은 서로 다른 전위가 인가되는 복수의 부그리드(sub-grid)들로 구성될 수 있다. 이온 빔의 분포를 조절하기 위함이다. 이하, 복수의 부그리드를 갖는 인출전극은 빔 조절용 인출전극으로 칭하여 진다. 부그리드의 구조 및 형상(geometry)은 이온 소스로부터 인출된 이온 빔의 균일도에 의존하여 만들어질 수 있다. 만약, 반도체 웨이퍼 상의 어느 영역에서의 이온 빔의 흐름이 적은 경우 그 영역에 해당되는 부그리드에 보다 큰 전압을 인가함 에 의하여, 이온 빔의 흐름이 상기 영역으로 강제될 수 있다. 이로써, 이온 빔의 발산이 억제되어, 보다 균일하게 된다. 이온 빔의 조절에 관련된 물리량은 에너지, 플럭스, 조사 각도 등일 수 있다.

빔 조절용 인출전극의 예들이 설명된다.

도 3은 본 발명에 따른 빔 조절용 인출전극(120)의 일 예를 도시한다. 인출공들의 도시는 생략된다. 이온 소스로부터 인출된 이온 빔이 중앙부에서 가장자리로 갈수록 변화되는 이상적인 경우가 고려된다. 도 3을 참조하면, 하나의 인출전극(120)이 복수의 부그리드들(120a, 120b, 120c)로 구분된다. 부그리드들은 이온 빔 중심에 위치하는 제 1 부그리드(120a), 제 1 부그리드 외측의 제 2 부그리드(120b), 및 제 2 부그리드 외측의 제 3 부그리드(120c)일 수 있다. 제 1 부그리드는 원형의 플레이트이고, 제 2 부그리드는 제 1 부그리드의 외경과 같거나 보다 큰 내경을 갖는 플레이트로 구성될 수 있다. 즉, 제 1 부그리드, 제 2 부그리드 및 제 3 부그리드는 방사상(radial)으로 배치될 수 있다. 부그리드들에는 서로 다른 전위가 인가된다. 이를 위해, 부그리드들 사이에 절연물질이 개재될 수 있다.

중앙부보다 가장자리에서의 에너지 또는 플럭스가 감소되는 경향을 보이는 경우, 제 1 부그리드보다 제 2 및 제 3 부그리드에 보다 큰 전위가 인가된다. 이에 따라, 가장자리에서의 에너지 또는 플럭스가 증가되어 균일도가 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 빔 조절용 인출전극의 다른 예를 도시한다. 인출공들의 도시는 생략된다. 도 5는 반도체 기판 상에서 측정된 이온 빔의 분포도를 도시한다. 도 4를 참조하여, 빔 조절용 인출전극을 구성하는 부그리드들은 도 5와 같은 실제의 이온 빔 분포를 반영한 구조를 가질 수 있다.

실제의 이온 빔 분포를 반영한 구조의 인출전극을 준비하는 과정이 설명된다. 도 6은 본 발명에 따른 빔 조절용 인출전극 준비를 위한 흐름도이다. 실제의 이온 빔 분포는, 본 발명에 따른 인출전극 없이, 반도체 기판 상에서의 이온 빔을 측정함에 의하여 얻어질 수 있다. 이때 측정된 물리량은 이온 빔의 에너지, 플럭스 또는 조사 각도일 수 있다. 이온 빔의 측정으로부터, 도 5와 같은 이온 빔의 2차원적 분포가 산출된다.(S10) 반도체 기판은 상기 분포를 반영하는 2차원적 형상을 갖는 복수의 영역들로 구획된다. 상기 영역들에 상응하는 부그리드들이 만들어지고, 그들 사이에 절연물질을 개재하여 부그리드들이 결합되어, 도 4와 같은 본 발명의 빔 조절용 인출전극이 만들어진다.(S20) 부그리드들의 개수는 분포의 불균일한 정도에 따라 결정될 수 있다.

이러한 과정으로 이온 빔의 실제 분포가 반영되어 제조된 인출전극을 이온 빔 조절 장치에 부착하고(S30), 부그리드들에 적절한 전위를 인가함에 따라, 이온 빔이 보다 균일한 분포를 가질 수 있다.

한편, 빔 조절용 인출전극은 조절하고자 하는 대상에 의존한다. 이온 빔의 에너지의 균일도를 조절하기 위해서는, 빔 조절용 인출전극은, 이온 소스에 가장 인접한 제 1 인출전극일 수 있다. 즉, 제 1 인출전극에 인가되는 양의 전위는 부그리드들 각각에서 변경하여 독립적으로 인가된다. 이온 빔의 플럭스를 조절하기 위해서는, 빔 조절용 인출전극은, 이온 소스에 가장 인접하는 최초 인출전극으로부터 이격되고, 최초 인출전극과 최종 인출전극 사이에 위치하는 인출전극일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 인출전극일 수 있다. 즉, 음의 전위가 인가되는 인출전극에 부그리드들을 배치하고, 각각의 부그리드들에 적절한 전위를 독립적으로 인가함에 의하여, 반도체 기판 상의 플럭스가 보다 균일하게 될 수 있다. 이때 동시에 인출공을 통과하는 이온 빔의 조사 각도도 조절될 수 있다.

본 발명의 이온 빔 조절 장치로부터 인출된 이온 빔은 반도체 표면 처리에 사용될 수 있다. 상기 이온 빔 그대로 반도체 기판의 표면에 조사될 수 있으며, 혹은 이온 빔 조절 장치와 반도체 기판 사이에 다른 장치를 추가로 배치하여 이온 빔으로부터 파생되는 다른 빔이 조사될 수도 있다. 예를 들면, 반도체 표면에 불순물 이온을 주입하기 위한 이온 주입 장치, 반도체 표면의 건식 식각을 위한 건식 식각 장치가 있다. 이온 주입 장치의 경우 As, B, P, Ge 등의 이온 빔이, 건식 식각 장치의 경우 F, Cl, Ar 등의 이온 빔이 조사될 수 있다. 이온 소스(110)의 플라즈마는 이들 이온의 종류에 상응되도록 선택된다.

한편, 이온 빔은 중성화를 위한 처리가 수행되어 중성 빔으로 변환되고, 중성 빔이 반도체 표면에 조사될 수 있다. 또한, 상기 이온 빔은 반도체 기판 표면에 패턴을 형성하기 위한 것으로 응용될 수 있다. 패턴의 형성을 위하여 전자 빔이 사용될 수 있므로, 이온 빔 대신에 전자 빔을 원할 경우, 빔을 구성하는 대전 입자가 전자이므로, 전술한 장치의 전위의 음과 양이 변경될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 공정 조건에 따라 변경되는 이온 빔의 불균일한 분포를, 인출전극의 각 부그리드들에 인가되는 전압을 조절하는 것으로, 반도체 기판의 처리에 사용되는 이온 빔 또는 중성 빔의 균일도를 향상시킬 수 있다. 즉, 이온 빔의 에너지, 플럭스, 조사 각도를 구분하여 균일도를 용이하게 조절할 수 있다. 이러한 조절은 이온 빔 장치의 변경 없이 특히, 불균일한 플라즈마를 제어하기 않고도 가능하다. 이에 따라, 반도체 공정에서 기판 상의 균일도가 향상되어 신뢰성이 더욱 향상된 반도체 소자를 제조할 수 있어, 공정 윈도우를 넓힐 수 있다.

Claims (17)

1. 이온 빔을 생성하는 이온 소스; 및

   상기 이온 소스로부터 인출되는 상기 이온 빔의 경로 상에 배치되되, 상기 이온이 통과하도록 형성된 복수의 인출공들을 갖는 복수의 인출전극들을 포함하되;

   상기 인출전극들 중 적어도 하나의 인출전극은 서로 다른 전위가 인가되는 복수의 부그리드(sub-grid)들로 구성되어 상기 이온 빔을 조절하는 이온 빔 조절 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 부그리드들은 상기 이온 빔 중심에 위치하는 제 1 부그리드와, 상기 제 1 부그리드의 외측에서 상기 제 1 부그리드와 전위차를 갖는 제 2 부그리드를 포함하는 이온 빔 조절 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제 1 부그리드와 상기 제 2 부그리드 사이에 절연물질을 구비하는 이온 빔 조절 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제 1 부그리드는 원형의 플레이트이고, 상기 제 2 부그리드는 상기 제 1 부그리드의 외경과 같거나 보다 큰 내경을 갖는 플레이트인 이온 빔 조절 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 부그리드들을 갖는 상기 인출전극은, 상기 복수의 인출전극들 중 상기 이온 소스에 가장 인접한 이온 빔 조절 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 인출전극들 중 상기 이온 소스에서 가장 멀리 이격된 최종 인출전극에 접지 전위가 인가되는 이온 빔 조절 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 부그리드들을 갖는 인출전극은, 상기 이온 소스에 가장 인접하는 최초 인출전극으로부터 이격되고, 상기 최초 인출전극과 상기 최종 인출전극 사이에 위치하는 이온 빔 조절 장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 부그리드를 갖는 인출전극은 상기 최초 인출전극에 대하여 다른 전위를 가지는 이온 빔 조절 장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 최초 인출전극에는 양의 전위가, 상기 부그리드를 갖는 인출전극에는 음의 전위가 인가되는 이온 빔 조절 장치.
10. 이온 빔을 생성하는 이온 소스로부터의 상기 이온 빔의 경로 상에 배치되되, 상기 이온이 통과하도록 형성된 복수의 인출공들을 구비하는 복수의 인출전극에 서로 다른 전위를 인가하고; 그리고

    상기 인출전극들 중 적어도 하나의 인출전극을 복수의 부그리드 영역들로 구분하고, 상기 부그리드 영역들의 전위를 독립적으로 조절하여, 상기 이온 빔을 조절하는 것을 포함하는 이온 빔 조절 방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 조절되는 물리량은 상기 이온 빔의 플럭스 또는 에너지인 이온 빔 조절 방법.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 부그리드 영역들은 서로 전기적으로 절연되는 이온 빔 조절 방법.
13. 청구항 10에 있어서,

    상기 부그리드들을 갖는 인출전극을, 다른 복수의 인출전극들 보다 상기 이온 소스에 가장 인접하게 배치하는 이온 빔 조절 방법.
14. 청구항 10에 있어서,

    상기 인출전극들 중 상기 이온 소스에서 가장 멀리 이격된 최종 인출전극에 접지 전위를 인가하는 이온 빔 조절 방법.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 부그리드들을 갖는 인출전극을, 상기 이온 소스에 가장 인접하는 최초 인출전극으로부터 이격되고, 상기 최초 인출전극과 상기 최종 인출전극 사이에 배치하는 이온 빔 조절 방법.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 최초 인출전극에는 양의 전위를, 상기 부그리드를 갖는 인출전극에는 음의 전위를 인가하는 이온 빔 조절 방법.
17. 청구항 10에 있어서,

    상기 인출전극을 복수의 부그리드들로 구분하는 것은,

    상기 이온 빔을 측정하여, 상기 이온 빔의 2차원적 분포를 얻고; 그리고

    상기 분포에 상응하는 2차원적 형상을 갖는 복수의 부그리드 영역들로 구성된 인출전극을 제조하는 것을 포함하는 이온 빔 조절 방법.

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