KR0172030B1 - 이온주입설비의 이온공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온주입을 위하여 양이온이 발생되어 취출될 때 충돌로 인한 취출부의 마모를 최소화시키기 위한 이온주입설비의 이온공급장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 이온주입설비의 이온공급장치는 이온을 발생시켜서 인접하여 설치된 이온빔조절장치로 접속하여 취출시키는 이온주입설비의 이온공급장치에서, 상기 이온이 상기 이온빔조절장치로 집속되어 취출되는 취출구가 형성된 취출부는 상기 이온에 대하여 몰리브덴 보다 내마모성이 큰 재질로 제작된 것임을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 취출부의 수명이 연장됨으로써 이온빔조절장치의 수명도 연장되며, 집속되는 이온빔이 안정하고 균일하게 취출될 수 있으며, 그에 따라서 이온주입설비의 공정수행상 생산성이 향상되고 고품질의 웨이퍼를 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

이온주입설비의 이온공급장치

제1도는 종래의 이온주입설비 내의 양이온 발생을 위한 이온공급장치 및 이온빔조절장치를 나타내는 개략적인 시스템 구성도이다.

제2도는 본 발명에 따른 이온주입설비의 이온공급장치의 실시예를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 이온공급부 12 : 이온빔조절장치

14 : 억제전원부 16 : 이온빔취출전원부

17 : 필라멘트 18 : 애노드링

20 : 솔레노이드 22, 40 : 취출부

24 : 케이스 26 : 필라멘트전원부

28 : 아크전원부 30 : 솔레노이드 전원부

32 : 취출전극캡 34 : 가속전극

42 : 돌출부 44 : 취출구

본 발명은 반도체장치의 이온주입설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온공급장치 내에서 양이온이 발생되어 취출될 때 충돌로 인한 취출구의 마모가 억제될 수 있도록 그 재질을 흑연(Graphite) 또는 텅스텐(Tungsten)으로 제작한 이온주입설비의 이온공급장치에 관한 것이다.

통상 이온 주입이란 원자 이온에 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼 큰 에너지를 인가하여 목표물 속으로 원자 이온을 넣어주는 기술을 말하고, 이러한 기술을 이행하는 것이 이온주입설비이다.

이러한 이온주입장치는 10¹⁴~10¹⁸원자/㎤ 범위에서 불순물 농도를 조절할 수 있으며, 이는 다른 불순물 도입기술을 이용한 것보다 이점을 가지고 있으므로 많이 사용되고 있다.

전술한 이온주입설비는 전공장치, 이온공급장치, 주사장치 등으로 나뉘어 질 수 있다. 이중 이온공급장치는 중성원자에서 전자를 떼어내어 양으로 대전된 입자를 만들어준다. 보통, 고온으로 가열된 필라멘트로부터 나온 전자의 빔을 중성원자들에 쏘아 원자에 구속되어 있는 전자를 떼어낸다. 이렇게 생긴 양이온을 이온공급장치에서 취출해내어 이온주입에 사용될 빔으로 만든다. 그리고 필요한 이온들을 만들기 위해서 이온공급장치에는 해당 가스가 봉입된 가스병이 장착되어 있다.

이러한 이온공급장치의 종류에는 아크방전형(Arc-Discharge Type), 이중플라즈마트론형(Duoplasmatron Type), 냉음극형(Cold Cathod Type)그리고 RF형(Radio Frequency Type)이 있다. 대부분의 경우 반도체장치를 제작하기 위해서는 아크방전형이나 냉음극형 이온 공급장치를 이용한다.

전술한 바와 같은 종래의 이온주입설비의 이온공급장치는 발생된 이온이 취출되어서 이온빔조절장치에 인가되는 전압에 의하여 가속되고 이차전자 발생이 억제되면서 경로를 형성하여 웨이퍼 가공실로 진행하도록 구성되어 있다. 이때 이온공급장치로부터 이온이 취출되는 부분에는 이온이 빔을 형성하면서 취출될 수 있도록 소정 직경을 갖는 취출구가 형성된 몰리브덴(Molybdenum) 재질의 취출부가 장착되어 있다.

취출부는 이온공급장치에서 발생된 양이온을 빔으로 많은 양을 안정되게 취출함과 동시에 도시되지 않은 다음 단계에서 집속되는 상태로 공급하고자 고안된 것이다.

이러한 취출부가 구성된 이온주입설비에 대하여 제1도에 나타난 이온공급장치와 이온빔조절장치를 참조하여 설명하고, 종래의 취출부의 기능 및 그에 따른 문제점을 설명한다.

제1도를 참조하면, 이온주입설비는 이온공급장치(10), 이온빔조절장치(12), 억제전원부(Suppression Power)(14) 및 이온빔취출전원부(Extraction Power)(16)로 대별될 수 있다.

이온공급장치(10)는 전원부분과 이온발생부분과 가스공급부분(도시되지 않음)으로 구분될 수 있다. 여기에서, 이온발생부분은 가열에 의한 전자 방출을 위한 필라멘트(Filament)(17)와, 이에 인접하여 장착되는 애노드링(Anode Ring)(18)과, 애노드링(18)의 외부에 장착된 솔레노이드(Solenoid)(20)가 평행이격되어서 고정구조물(도시되지 않음)에 설치되어 있으며, 애노드링(18) 및 솔레노이드(20)에 의하여 공급가스가 활성화되면서 필라멘트(17)로부터 쏘아지는 이온에 의하여 발생된 양이온을 일방향으로 취출하면서 접속하여 이온공급장치(10)의 외부로 진행시키도록 취출부(22)가 케이스(24)에 관통장착되어 있다. 그리고 전원부분은 필라멘트(17) 발열을 위한 전압을 인가하는 필라멘트전원부(26)와 양이온(+)의 생성을 활성화하기 위하여 애노드링(18)에 전압을 인가하는 아크전원부(28)와, 애노드링(18)에 인가된 전압에 의하여 평균이동거리가 길어짐으로 인하여 운동이 활성화된 가스의 양이온(+)화를 더욱 가속시키고자 외부 솔레노이드(20)에 전압을 인가하여 자장을 형성시키기 위한 솔레노이드전원부(30)가 병렬로 구성되어 있다.

그리고, 이온빔조절장치(12)는 평판의 심부에 볼록한 돌출부분이 형성되고 중앙에 일정직경의 관통구가 형성된 취출전극캡(Extraction Electrode Cap)(32)과, 취출전극캡(32)의 볼록한 형상에 대응하는 부분 및 관통구가 형성된 가속전극(Accel/Decel Electrode)(34)으로 구성되어 있다. 그리고 취출전극캡(32)과 가속전극(34) 사이에 소정 전위차가 형성되도록 전압을 인가하는 억제전원부(14)가 구성되어 있고, 이온공급장치(10)와 취출전극캡(16)가 구성되어 있다.

전술한 바 구성에 의하여, 필라멘트(17)에 전류가 흐르면 필라멘트(17)는 가열되어 열전자를 방출하고 방출된 전자는 가스공급원(도시되지 않음)으로부터 제공된 필라멘트(17) 주위의 중성 가스에 포함된 음전자를 빼앗는다. 그러면 양이온이 생성되고, 생성된 양이온은 애노드링(18)에 인가된 전압과 솔레노이드(20)의 자장에 의하여 평균이동거리가 증가됨으로써 이동이 활발하게 되며, 그에 따라서 필라멘트(17) 주위의 가스가 양이온으로 생성됨이 활발해져서 양이온의 생성이 증가된다.

이와 같이 생성된 양이온은 취출되면서 취출부(22)의 관통구 내벽에 충돌하게 된다.

그러나, 종래의 취출부(22)는 그 재질이 몰리브덴으로서 양이온이 빔으로 취출될 때 발생되는 충돌에 의하여 측면이 쉽게 마모되어서 취출구의 직경이 넓어지는 단점이 있었다. 만약 취출구의 직경이 넓어진 취출부(22)를 이용하여 이온공급장치(10)에서 발생된 양이온을 취출한다면 양이온은 다음 단계에서 제대로 집속되지 않고 분산되어서 취출되었다.

그리고 취출부(22)와 취출전극캡(32) 사이에는 이온빔취출전원부(16)로부터 전압이 인가되어 전위차가 형성되고, 취출전극캡(32)의 극성이 음성이 되므로 양전자는 빔으로써 가속전극(34) 및 취출전극캡(32)의 관통구를 통하여 진행하게 된다. 이때 취출부(22)의 취출구가 넓어진 상태에서 빔이 분산되어 취출되면 취출된 이온을 가속하기 위하여 이온빔조절장치(12)에 구성되는 가속전극(34) 및 취출전극캡(32)의 내경 측벽에 양이온이 충돌되고, 그에 따라서 가속전극(34) 및 취출전극캡(32)의 내경 측벽도 마모되어 넓어지므로 양이온을 안정적이고 효율적으로 진행시키는데 문제점이 발생되었다.

그리고, 이러한 취출부(22)와 이온빔조절장치(12)에 의하여 빔이 분산되어 진행되면 빔 효율이 저하되므로 이를 이용하여 웨이퍼에 불순물을 주입하는 시간이 많이 소요되었으므로, 웨이퍼의 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명자는 전술한 종래의 문제점을 해결하고자 본 발명을 착안하게 되었다.

본 발명의 목적은, 이온공급장치에서 발생된 양이온이 취출될 때 충돌에 의하여 쉽게 마모되지 않는 재질의 취출부가 장착된 이온주입설비의 이온공급장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 취출되어 진행되는 양이온에 의한 이온빔조절장치의 내경 측벽 손상이 방지될 수 있는 이온주입설비의 이온공급장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 이온주입설비의 이온공급장치는, 이온을 발생시켜서 인접하여 설치된 이온빔조절장치도 집속하여 취출시키는 이온주입설비의 이온공급장치에 있어서; 상기 이온이 상기 이온빔조절장치로 접속되어 취출되는 취출구가 형성된 취출부는 상기 이온에 대하여 몰리브덴 보다 내마모성이 큰 재질로 제작된 것임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 취출부는 흑연(Graphite) 또는 텅스텐(Tungsten) 재질로 제작됨이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 이온주입설비의 이온공급장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도를 참조하면, 제2도는 본 발명의 실시예로서 이온주입설비의 이온공급장치를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 실시예로서 취출부(40)는 형상이 제2도에 나타난 바와 같이 평판의 중앙에 돌출부(42)가 형성되어 있고, 돌출부(40)의 중앙에 관통되어 내벽이 볼록하게 형성된 취출구(44)가 형성되어 있다. 이때 취출구(44)의 최소 직경은 집속도를 감안하여 제작될 수 있으며, 상부 및 하부의 최소 직경을 갖는 부분부터 외측으로 경사는 취출각을 고려하여 제작될 수 있다.

본 발명의 실시예는 그 재질을 흑연(Graphite) 또는 텅스텐(Tungsten)으로 제작함이 바람직하며, 이에 따라 본 발명에 따른 취출부(40)는 강도면에 있어서 종래의 몰리브덴 재질의 것보다 뛰어나므로 양이온의 충돌에 대하여 고내구성을 갖는다.

본 발명에 따른 실시예는 이온주입설비의 이온발생부(10)에 종래의 경우와 같이 제1도에 나타난 것처럼 장착될 수 있다.

그러면, 이온발생부(10)에서 발생된 양이온은 취출부의 관통구를 통하여 취출되면서 취출부(40)와 충돌하게 된다. 그러나 취출부(40)가 고강도의 흑연 또는 텅스텐으로 제작되었으므로 마모가 심하게 발생되지 않는다.

그리고, 취출부(40)에서 마모가 심하게 발생되지 않아서 취출구(44)가 넓어지지 않으므로 집속도가 좋아서 빔이 분사되는 현상이 일어나지 않는다. 즉 가속전극(34)과 취출전극캡(32)의 관통구 내벽에 양이온이 충돌하는 경우가 억제되므로 가속전극(34) 및 취출전극캡(32)의 마모가 거의 발생되지 않는다.

그리고, 안정적으로 집속된 빔이 웨이퍼가공실(도시되지 않음)로 주사되어서 웨이퍼에 충돌됨으로써 이온주입공정이 수행될 수 있다.

따라서, 고강도의 취출부(40)가 구성됨으로써 취출되는 양이온에 의한 마모가 발생되지 않아서 취출되는 이온빔의 집속도가 향상되므로 부가적으로 가속전극(34) 및 취출전극캡(32)의 관통구 내벽마모가 줄어들고 항상 균일하고 안정된 이온빔을 취출할 수 있는 이점이 있다.

또 이온주입공정을 수행하기 위한 이온주입설비의 취출부(40)의 수명이 연장되므로 교환 등의 번거로운 작업의 수행의 빈도가 줄어들어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

그리고, 집속도가 향상됨으로 인하여 웨이퍼 제조 시간이 줄어들 수 있고, 양질의 불순물을 웨이퍼 내로 주입하므로 웨이퍼의 품질이 향상되는 이점이 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연하다.

Claims (1)

1. 이온을 발생시켜서 인접하여 설치된 이온빔조절장치로 집속하여 취출시키는 이온주입설비의 이온공급장치에 있어서, 상기 이온이 상기 이온빔조절장치로 집속되어 취출되는 취출구가 형성된 취출부는 텅스텐 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 이온주입설비의 이온공급장치.