KR0129195B1 - Electron shower system of/on implanter using low-energy high-velocity-atomic-beam - Google Patents
Electron shower system of/on implanter using low-energy high-velocity-atomic-beamInfo
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Abstract
Description
제1도는 종래 일반적으로 알려지고 있는 이온 주입기의 전자 샤워장치 구성도.1 is a configuration diagram of an electronic shower device of a conventionally known ion implanter.
제2도는 본 발명에 의한 저 에너지 고속-원자 빔을 이용한 이온주입기의 전자 샤워장치 구성도.2 is a block diagram of an electronic shower device of an ion implanter using a low energy fast-atomic beam according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 디스차지 챔버 10a : 가스 인렛트 노즐10: discharge chamber 10a: gas inlet nozzle
11 : 공명 제너레이터 12 : 인덕터11: resonance generator 12: inductor
21 : 스크린 그리드 22 : 익스트랙터21: screen grid 22: extractor
본 발명은 이온 주입기의 전자 샤워 시스템(Electron Shower System)에 관한 것으로, 특히 이온 포텐셜(Ion Potential)에 의한 절연막(SiO2) 파괴를 효율적으로 방지할 수 있도록 한 저 에너지 고속-원자 빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron shower system of an ion implanter, and more particularly to ions using a low energy fast-atom beam that can effectively prevent destruction of an insulating film (SiO 2 ) by ion potential. It relates to an electronic shower device of the injector.
종래 이온 주입기의 전자 샤워 시스템은 제 1 도에 도시한 바와 같이, 전자를 방출하는 필라멘트(1) 및 필라멘트 바이어스(2), 리플렉터 바이어스(3), 알루미늄 타켓(4)으로 구성되며, 이온 주입기의 빔 라인(5)(고진공 챔버)에 위치하게 된다.The electron shower system of a conventional ion implanter is composed of a filament (1) and a filament bias (2), a reflector bias (3), an aluminum target (4) to emit electrons, as shown in FIG. It is located in the beam line 5 (high vacuum chamber).
상기와 같이 구성된 이온 주입기의 전자 샤워 시스템에 있어서는, 필라멘트(1)에 커런트(Current)를 인가하게 되면 열전자가 방출하게 되는 데, 이때 발생한 전자를 일차전자(도면에서 실선으로 표시)라 한다.In the electron shower system of the ion implanter configured as described above, when a current is applied to the filament 1, hot electrons are emitted, and the generated electrons are called primary electrons (indicated by solid lines in the drawing).
이 일차전자는 리플렉터 바이어스(3)과 필라멘트 바이어스(2)와의 합만큼의 일정 에너지를 가지고 알루미늄 타켓(4)으로 이동하여 알루미늄 타켓(4)과 충돌하게 된다.The primary electrons move to the aluminum target 4 with a constant energy equal to the sum of the reflector bias 3 and the filament bias 2 and collide with the aluminum target 4.
전자가 알루미늄 타켓(4)과 충돌시 알루미늄으로 부터 여기되는 전자가 있는 데 이를 이차전자(도면에서 점선으로 표시)라 한다.When electrons collide with the aluminum target 4, there are electrons excited from the aluminum, which are called secondary electrons (indicated by dotted lines in the drawing).
이 이차전자를 빔 라인(5) 및 웨이퍼(차지-업으로 포텐셜이 발생한 영역)에 샤워링해 줌으로써 차지-업 데미지를 최소화 한다.The secondary electrons are showered in the beam line 5 and the wafer (the area where potential is generated due to the charge-up) to minimize charge-up damage.
한편, 상기한 구성에서 리플렉터 바이어스(3)는 필라멘트 바이어스 (2)와 반대이며, 이것은 실제 일차 전자가 등전위 운동을 하도록 제어하는 역할을 하게 되고, 필라멘트 바이어스(2)는 일차전자의 알루미늄 타켓(4)으로의 가속 에너지를 실제 제어하는 역할을 하게 된다.On the other hand, in the above configuration, the reflector bias 3 is opposite to the filament bias 2, which serves to control the actual primary electrons to perform equipotential motion, and the filament bias 2 is the aluminum target 4 of the primary electrons. It is to actually control the acceleration energy to).
그러나, 상기한 바와 같은 종래 이온 주입기의 전자 샤워 시스템에 있어서는, 일차전자(-)와 빔(+)과의 인터렉션(Interaction) 발생시 일차전자가 웨이퍼쪽으로 끝림으로 인한 네가티브 차징(Negative Charging) 가능성 및 이온주입 유니퍼모티(Uniformity)가 나빠지는 문제가 있었다.However, in the electron shower system of the conventional ion implanter as described above, the possibility of negative charging and ion due to the end of the primary electrons toward the wafer when the interaction between the primary electrons (-) and the beam (+) occurs. There was a problem of poor injection uniformity.
또 알루미늄 타켓(4)부위 및 샤워 부위 오염시 일차전자 및 이차전자의 이탈이 누출로 작용하여 이로 인한 에러 발생 문제가 있었으며, 알루미늄 타켓(4)의 오염 상태에 따라 이차전자 생성 레이트가 달라짐으로써 컨트롤이 어렵다는 문제가 있었다.In addition, when the contamination of the aluminum target (4) and the shower area, the primary electrons and secondary electrons escaped as a leak, which caused an error.Therefore, the secondary electron generation rate was changed according to the contamination state of the aluminum target (4). There was a problem that this was difficult.
이를 감안하여 창안한 본 발명의 목적은 저 에너지 고속-원자 빔을 이용하여 네가티브 차징 가능성을 억제함으로써 이온 포텐셜에 의한 절연막 파괴를 효율적으로 방지할 수 있도록 한 저 에너지 고속-원자빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치를 제공함에 있다.In view of this, an object of the present invention is to provide an ion implanter using a low energy fast-atom beam that can effectively prevent the breakdown of an insulating layer due to ion potential by suppressing the possibility of negative charging by using a low energy fast-atom beam. An electronic shower device is provided.
본 발명의 다른 목적은 알루미늄 타켓을 사용하지 않음으로써 전자의 누출로 인한 공정 에러를 방지하고, 알루미늄 타켓의 표면 상태에 따른 컨트롤의 어려움 문제를 해소하도록 한 제 에너지 고속-원자빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치를 제공하려는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an ion implanter using an energy high-atom beam which prevents the process error caused by the leakage of electrons by eliminating the aluminum target, and solves the problem of control due to the surface state of the aluminum target. It is to provide an electronic shower device.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 공정 웨이퍼가 놓이는 고진공 챔버의 상부에 설치되며 상부에 모원소 가스인 아르곤을 공급하기 위한 가스 인렛트 노즐이 형성되어 외부에서 인가되는 공명 주수에 의한 플라즈마가 모원소 가스속을 통과할때 일어나는 공명 충전 변화 작용으로 저 에너지 영역에서 고속 원자를 발생시키는 디스차지 챔버와, 상기 디스차지 챔버내에 플라즈마가 형성되도록 공면 주파수를 여기시키는 공명 제너레이터 및 그 공명 제너레이터의 주파수를 유도하기 위한 인덕터와, 상기 디스차지 챔버의 하단부에 부착된 스크린 그리드와 그 하부에 위치하는 익스트랙터로 구성되어 디스차지 챔버에서 생성된 고속 원자빔을 하부의 고진공 챔버로 추출하는 전자 추출 수단과, 상기 전자 추출 수단의 익스트랙터 하부에 설치되어 추출되는 전자중에 포함된 양이온을 제거하는 마그네트로 구성함을 특징으로 하는 저 에너지 고속-원자빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, a gas inlet nozzle for supplying argon, which is a parent element gas, is installed on the upper part of the high vacuum chamber in which the process wafer is placed, and plasma by resonance water applied from the outside is formed. Of the discharge chamber that generates fast atoms in the low energy region by the resonance charge change action that occurs when the gas passes through the parent element gas, the resonance generator that excites the coplanar frequency to form plasma in the discharge chamber, and the resonance generator. Electron extraction means for extracting a high-speed atomic beam generated in the discharge chamber consisting of an inductor for inducing a frequency, a screen grid attached to the lower end of the discharge chamber and an extractor located below the discharge chamber; And a lower portion of the extractor of the electron extraction means. The electron shower apparatus is provided for an ion implanter using the atom beam is a low energy high speed, characterized in that the magnet consists of removing the cations contained in the electron is extracted.
이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 저 에너지 고속-원자빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치를 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the electronic shower device of the ion implanter using the low energy fast-atomic beam according to the present invention as described above will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 제2도는 본 발명에 의한 이온 주입기의 전자 샤워장치를 나타낸 작용 구조로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 저 에너지 고속-원자빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치는 크게 저 에너지 고속-원자빔을 생성하는 종 형상의 디스차지 챔버(120)(Discharge Chamber)와, 상기 디스차지 챔버(10)로부터 생성된 고속-원자빔(Fast-Atom Beam)을 웨이퍼(W)가 놓인 고진공 챔버로 추출하는 전자 추출 수단과, 상기 전자 추출 수단으로 부터 추출되는 전자빔 중에 포함된 양이온(Ar+)을 제거하기 위한 마그네트(30)로 구성되어 있다.2 is a working structure showing the electronic shower device of the ion implanter according to the present invention. As shown in FIG. A high-vacuum chamber in which a wafer (W) is placed on a longitudinal discharge chamber (120) for generating an atomic beam, and a fast-atom beam generated from the discharge chamber (10). And a magnet 30 for removing cations (Ar + ) contained in the electron beam extracted from the electron extraction means.
상기 디스차지 챔버(10)는 석영 재질로 형성되어 있고, 상단부에는 모원소 가스(Parent Element Gas)인 아르곤 (Ar) 가스를 공급하기 의한 가스 인렛트 노즐(10a)이 형성되어 외부에서 인가되는 공명 주파수(Resonanse Frequency)에 의한 플라즈마(Plasma)가 모원소 가스속을 통과할 때 일어나는 공명충전 변화 작용으로 저 에너지 영역에서 고속-원자빔을 발생하도록 되어 있으며, 이러한 작용시 내부는 비교적 높은 가스 압력(10-2Torr)을 유지하도록 되어 있다.The discharge chamber 10 is formed of a quartz material, and a gas inlet nozzle 10a by supplying argon (Ar) gas, which is a parent element gas, is formed at an upper end thereof, and resonance is applied from the outside. The resonance charge change occurs when the plasma by the frequency passes through the parent element gas to generate the fast-atomic beam in the low energy region. 10 -2 Torr).
또한 상기 디스차지 챔버(10)의 외부에는 공명 충전 변화 작용에 필요한 플라즈마를 형성하도록 디스차지 챔버(10)내부엘 공명 주파수를 여기시키는 공명 제너레이터(11)및 상기 공명 제너레이터(11)의 주파수를 유도하기 위한 인덕터(12)가 상호, 연결되게 설치되어 있다.In addition, the frequency of the resonance generator 11 and the resonance generator 11 to excite the EL resonance frequency inside the discharge chamber 10 to form a plasma required for the resonance charging change action outside the discharge chamber 10. Inductors 12 are provided to be connected to each other.
한편, 상기 전자 추출 수단은 고진공 챔버와 디스차지 챔버(10)상의 압력 차이가 존재하는 경계 부위에 설치되어 디스차지 챔버(10)에서 생성된 고속-원자빔을 고진공 챔버로 추출하는 역할을 하는 것으로서, 디스차지 챔버(10)의 하단부에 부착, 설치되는 스크린 그리드(21)(Screen Grid)와, 상기 스크린 그리드(21)의 하부에 위치하는 익스트랙터(22)(Extractor)로 구성되어 있다.On the other hand, the electron extracting means is installed at the boundary portion where the pressure difference between the high vacuum chamber and the discharge chamber 10 exists to serve to extract the high-speed atomic beam generated in the discharge chamber 10 to the high vacuum chamber. And a screen grid (21) attached to and installed at the lower end of the discharge chamber (10), and an extractor (22) located below the screen grid (21).
여기서 상기 스크린 그리드(21)는 0.5㎜ 두께의 몰리브덴 포일(molybdenum foil)로 형성되어 있고, 내부에는 40여개의 전자빔 통과공(21a)이 형성되어 있는 바, 이 전자빔 통과공(21a)의 직경은 2㎜로서 이들이 20㎜직경의 원판에 걸쳐 배열되어 있다.Here, the screen grid 21 is formed of molybdenum foil having a thickness of 0.5 mm, and there are about 40 electron beam through holes 21a formed therein, and the diameter of the electron beam through holes 21 a is As 2 mm they are arranged over a disc of 20 mm diameter.
또한 상기 익스트랙터(22)는 비교적 두껍게 형성되어 있고, 내부에는 역시 전자빔 통과공(22a)이 형성되어 있다.In addition, the extractor 22 is formed relatively thick, and the electron beam through hole 22a is formed inside.
그리고 상기 마그네트(30)는 추출되는 전자빔 중에 포함되어 있는 아르곤 양이온을 제거하기 위한 것으로서, 미그네트(30)에 자장을 인가하면 중성입자는 영향을 받지 않으나 아온은 디플렉트 된다.And the magnet 30 is to remove the argon cation contained in the extracted electron beam, when the magnetic field is applied to the magnet 30, the neutral particles are not affected, but aon is deflected.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 저 에너지 고속-원자빔을 이용한 이온 주입기의 전자 샤워장치의 동작 원리 및 그에 따르는 작용효과를 살펴 본다.Hereinafter, the operation principle of the electronic shower device of the ion implanter using the low-energy fast-atomic beam according to the present invention as described above and the effects thereof will be described.
저 에너지 고속-원자빔 발생은 익스트랙터(22)에서 공명 소스(Source)에서 형성된 양이온 빔이 아르곤 모원소 가스 속을 통과할 때 일어나는 공명 충전 변화에 의해 생성되며, 이는 0.1-2KeV 의 에너지 영역에서 가장 많이 일어난다.Low energy fast-atomic beam generation is produced by the resonance charge change that occurs when the cation beam formed at the resonant source in the extractor 22 passes through the argon parent element gas, which is in the energy region of 0.1-2KeV. It happens the most.
이를 화학식으로 나타내면, Ar+＋Ar→Ar0＋Ar-와 같이 나타낼 수 있다.As represented by the formula, Ar + Ar + Ar → 0 + Ar - can be represented as.
그리고, 저 에너지 고속-원자밤으로 바뀌는 이온 빔은 다음식을 근거로 한다.Then, the ion beam that turns into a low energy fast-atomic chest is based on the following equation.
F=1-exp(-3.2×1016PLO10)F = 1-exp (-3.2 × 10 16 PLO 10 )
여기서,here,
O10[an2] : 충전 변화 단면적(Charge Exchange Cross Section)O 10 [an2]: Charge change cross section
P : 충돌 챔버의 가스 압력P: gas pressure in the collision chamber
L : 충돌 챔버의 길이L: length of impact chamber
이다.to be.
상기와 같은 본 발명의 구성 및 작용에서 실제 소스로부터 이온 빔을 추출할 때, 네가티브 이팩트가 관찰되는데, 이것은 익스트랙터(22) 채널에서 모원소 가스 상에서의 이온 빔(Ar+)의 충전 변화결과 고속-원자밤이 생성됨으로 인한 많은 이온의 로스에 의한 것이다.In extracting the ion beam from the actual source in the construction and operation of the present invention as described above, a negative effect is observed, which results in a high rate of charge change of the ion beam (Ar + ) on the parent element gas in the extractor 22 channel. It is due to the loss of many ions due to the formation of atomic balm.
한편 보다 큰 직경을 가진 디스차지 챔버(10)를 실현하기 위해서는 디스차지 챔버(10)와 고진공 챔버의 인렛트와 아웃 렛트 채널의 큰 직경이 요구되는 데, 이와 같은 구조에 있어서는 가스 누출이 문제시 되므로 높은 펌핑 속도를 가진 확산 폄프(도시되지 않음)을 설치하여 가스 누출을 방지함이 바람직하다.On the other hand, in order to realize the discharge chamber 10 having a larger diameter, a larger diameter of the inlet and the outlet channels of the discharge chamber 10 and the high vacuum chamber is required. Therefore, it is desirable to install a diffusion pump (not shown) with a high pumping speed to prevent gas leakage.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 전자 샤워장치는 디스차지 챔버(10)의 가스 인렛트 노즐(10a)를 통하여 아르곤 가스를 주입하면서 외부의 공명 제너레이터(11)에 전원을 인가하면, 이 공명 제너레이터(11)로 부터 발생된 공명 주파수가 인덕터(12)를 통하여 디스차지 챔버(10)에 여기되고, 이에 따라 디스차지 챔버(10) 내부에는 플라즈마가 형성되며, 이 플라즈마가 모원소 가스(Ar)속을 통과하면서 일어나는 공명 충전 변화에 의한 작용으로 저 에너지 고속-원자빔이 생성된다.In the electromagnetic shower device according to the present invention configured as described above, when the argon gas is injected through the gas inlet nozzle 10a of the discharge chamber 10 and the power is applied to the external resonance generator 11, the resonance generator 11 Resonance frequency generated from) is excited to the discharge chamber 10 through the inductor 12, thereby forming a plasma inside the discharge chamber 10, the plasma is generated in the elemental gas (Ar) The action of the resonant charge change that occurs while passing produces a low energy fast-atomic beam.
이와 같이 생송된 고속-원자빔은 디스차지 챔버(10)의 하부에 설치된 전자 추출 수단에 의해 그 하부의 고진공 챔버에 놓여있는 웨이퍼(W)에 접촉되는 것이다.The fast-atomic beam thus generated is brought into contact with the wafer W placed in the high vacuum chamber under the electron extraction means installed in the lower portion of the discharge chamber 10.
이때 상기 전자 추출 수단에 의해 추출되는 전자빔은 80%의 고속-원자와 20% 정도의 아르곤 양이온의 복합 빔 형태로서, 여기서 상기 양이온은 공정에 필요치 않은 것으로, 이는 익스트랙터(22)의 아웃렛트 부위에 설치된 마그네트(30)에 의해 제거된다.The electron beam extracted by the electron extraction means is in the form of a composite beam of 80% fast-atoms and about 20% argon cations, where the cations are not necessary for the process, which is the outlet portion of the extractor 22. It is removed by the magnet 30 installed in.
즉, 본 발명에 의한 전자 샤워장치는 알ㄹ루미늄 타켓을 이용하지 않고 모원소 가스인 아르곤 가스로부터 저 에너지 고속-원자빔을 추출하여 이용함으로써 종래와 같은 네가티브 차징을 억제할 수 있는 것이다.That is, the electronic shower apparatus according to the present invention can suppress the negative charging as in the prior art by extracting and using a low energy fast-atomic beam from an argon gas that is a parent element gas without using an aluminum target.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 저 에너지고속-원자빔을 이용한 온 주입기의 전자 샤워장치는 저 에너지고속-원자빔을 이용함으로써 네가티브 차징 가능성이 존재하지 않게 되므로 이온 포텐셜에 의한 절연막 파괴를 방지할 수 있다는 효과가 있고, 또 알루미늄 타켓을 사용하지 않음으로써 가스 누출로 인한 에러를 방지할 수 있으며, 타켓 표면 상태에 따른 컨트롤 어려움 등의 문제를 해소할 수 있다는 효과도 있다.As described in detail above, the electronic shower device of the on-injector using the low energy high speed-atomic beam according to the present invention eliminates the possibility of negative charging by using the low energy high speed-atomic beam, thereby preventing the insulating film from being destroyed by ion potential. There is an effect that can be prevented, and by not using an aluminum target, it is possible to prevent an error due to gas leakage, and also to solve problems such as difficulty in controlling according to the target surface condition.
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| KR1019940001651A KR0129195B1 (en) | 1994-01-29 | 1994-01-29 | Electron shower system of/on implanter using low-energy high-velocity-atomic-beam |
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