KR100249307B1 - 이온주입설비의 분석기 - Google Patents

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Abstract

이온빔이 주입되는 입구에 고전압이 인가되는 가이더를 설치하여 통과되는 이온빔을 집속한 후 회절시킴으로써 이온빔의 세기를 강화하고 이온들이 챔버의 내벽과 충돌하여 발생되는 이차전자를 고전압으로 억제시키는 이온주입설비의 분석기에 관한 것으로서, 이온발생장치로부터 추출진행되는 이온빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 회절에 의하여 특정 이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되는 이온주입설비의 분석기에 파워서플라이 및 이온빔이 흐르는 중공이 소정 직경으로 형성되어 있고 상기 입구의 챔버 내부에 고정되어서 상기 파워서플라이로부터 소정 레벨의 전압이 인가되도록 케이블이 결합됨으로써 상기 전압에 의하여 형성되는 전기장에 의하여 이온빔을 집속하여 주사시키는 가이더를 구비함으로써 이온빔이 분석기에 의하여 세기가 약해지는 것이 최소화된다.

Description

이온주입설비의 분석기{Analyzer of Ion implanting apparatus}
본 발명은 이온주입설비의 분석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온빔이 주입되는 입구에 고전압이 인가되는 가이더를 설치하여 통과되는 이온빔을 집속한 후 회절시킴으로써 이온빔의 세기를 강화하고 이온들이 챔버의 내벽과 충돌하여 발생되는 이차전자의 역류를 고전압으로 억제시키는 이온주입설비의 분석기에 관한 것이다.
통상, 반도체가 전기적 특성을 갖도록 하기 위한 웨이퍼 표면 불순물 주입 방법의 하나로 이온주입이 이용되고 있으며, 이는 원하는 불순물로서의 이온을 선택 가속하여 웨이퍼에 선택적으로 주입시키는 것이다.
이온주입장치는 크게 세 부분, 즉 이온발생장치(Ion Source), 빔 라인(Beam Line) 및 엔드 스테이션(End Station)으로 구분될 수 있으며, 상기의 빔라인 중에는 이온발생장치에서 발생된 이온들 중 원하는 질량의 이온을 선택하는 분석기(Analyzer)가 포함되어 있다.
분석기는 원하는 이온의 종류(Species)를 선택하는 장치로서 대체로 도1과 같은 구조를 갖는 매스 스펙트로메터(Mass Spectrometer)이다.
도1을 참조하면, 이온발생장치(10)에서 공급가스가 전원(12)에서 인가되는 고주파 전압에 의하여 플라즈마 상태로 변환되고, 고전압에 의하여 이온이 추출되며, 추출된 이온에 의하여 이온빔이 형성된다.
이온빔은 추출된 후의 중간경로에서 복수의 억제전압인가 전극(14)과 그라운드 전극(16)과 같은 전극들에 인가된 전압에 의한 전기장의 영향으로 집속된 후 분산되어서 분석기(18)의 입구(20)로 유입된다.
분석기(18)는 내부에 형성되는 전기장의 세기를 조정하여서 이온빔에 포함된 이온들 중 원하는 이온만을 선택하는 것이며, 구체적으로 이온빔에 포함된 각 이온들은 각가의 질량(Mass)의 차에 따라서 전기장에 대한 회절각이 달라지며, 이를 이용하여 결국 원하는 이온만이 출구 쪽으로 진행하여 포커싱되도록 설계되어 있다.
즉, 분석기(18) 챔버의 입구(20)를 통하여 내부로 유입되는 이온빔은 소정 분산각을 가지고 분산주사된다. 그리고, 분산주사되는 이온은 내부에 형성되는 전기장에 의하여 회절되며, 회절각은 전술한 바와 같이 각 이온들의 질량차에 따라 결정된다. 분산 및 회절 진행되는 이온빔에 포함된 원하지 않는 질량을 갖는 이온들은 회절각의 대소에 따라서 분석기(18)의 내벽에 충돌되어 소멸된다. 이와 반대로 이온주입에 이용될 원하는 특정 질량의 이온은 분석기(18) 내부에서 내벽에 충돌되지 않고 회절된 후 포커싱되어 출구(22)를 통하여 추출된다.
전술한 종래의 이온주입설비의 분석기(18) 내부에서 이온빔의 분산이 넓게 이루어진다. 그러므로, 이온빔이 분석기(18) 내부에서 분산회절되면서 내벽에 충돌하는 양이 많았으며, 이온주입을 원하는 질량을 갖는 상당한 양의 이온도 불필요하게 충돌되어 소멸되었다. 그 결과 이온빔의 전류가 약해지는 현상이 발생되었다.
더욱이, 분석기(18) 챔버의 내벽에 이온의 충돌이 많이 발생되면 그에 비례하여 충돌에 기인한 이차전자가 많이 발생되었으며, 이렇게 발생된 이차전자는 이온빔 진행 방향의 역으로 진행하여 이온빔의 진행을 간섭하고 이온빔의 전류의 세기를 감쇄시키는 역할을 한다.
이온주입공정에 있어서 이온의 가속에너지는 이온주입 깊이를 결정하는 요소이고, 이온빔의 전류의 세기는 이온주입되는 양과 관계되어서 공정시간을 결정하는 요소이다.
결국, 전술한 이온빔의 분석기 챔버 내벽 충돌과 이차전자에 의한 이온빔 전류의 세기 감소는 공정시간 지연을 초래하게 되며, 이는 많은 양의 빔 전류를 얻기 위한 각종 파라메터를 조장하여 보상해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 챔버 내부로 진행되는 이온빔이 분산되고 회절되면서 챔버 내벽과의 충돌과 그로 인하여 발생되는 이차전자에 의하여 이온빔의 세기가 감쇄되는 것을 전기장이나 자장을 이용하여 억제하기 위한 이온주입설비의 분석기를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 이온주입설비의 분석기를 나타내는 개략도이다.
도2은 본 발명에 따른 이온주입설비의 분석기의 바람직한 실시예를 나타내는 개략도이다.
도3은 실시예에 설치되는 분석기의 가이더를 나타내는 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 이온발생장치 12 : 전원
14, 16 : 전극 18, 30 : 분석기
20, 32 : 입구 22. 34 : 출구
36 : 가이더 40 : 파워서플라이
42 : 케이블 44 : 피드-쓰루
46 : 중공
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입설비의 분석기는, 이온발생장치로부터 추출진행되는 이온빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 회절에 의하여 특정 이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되는 이온주입설비의 분석기에 있어서, 파워서플라이 및 이온빔이 흐르는 중공이 소정 직경으로 형성되어 있고 상기 입구의 챔버 내부에 고정되어서 상기 파워서플라이로부터 소정 레벨의 전압이 인가되도록 케이블이 결합됨으로써 상기 전압에 의하여 형성되는 전기장에 의하여 이온빔을 집속하여 주사시키는 가이더를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
그리고, 상기 파워서플라이는 전압의 레벨을 0V 내지 10,000V 범위로 가변인가하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 가이더는 인슐레이터를 사이에 두고 상기 내벽과 결합됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 이온주입설비의 분석기는, 이온발생장치로부터 추출진행되는 이온빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 회절에 의하여 특정 이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되는 이온주입설비의 분석기에 있어서, 소정 자장을 갖는 자석 재질로써 이온빔을 통과시킬 중공이 소정 직경으로 형성된 가이더가 상기 챔버의 입구 내벽에 고정됨을 다른 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 분석기 내부로 진행되는 이온빔을 집속시켜서 분산각을 줄이고 충돌에 의하여 발생되어서 이온빔에 역류하는 이차전자를 억제하기 위한 가이더를 설치하는 것이다.
이온빔의 분산각을 줄이기 위한 집속과 이차전자 억제를 위해서는 가이더가 소정 세기의 전기장 또는 자장을 갖도록 구성되어야 하며, 본 발명은 바람직하게는 가이더에 전압을 인가하여 전기장을 형성시킴으로써 전기장의 세기를 조절하여서 이온빔의 집속상태와 분산각을 임의로 조절가능하도록 실시될 수 있으며, 다르게는 자석을 이용하여 가이더를 제조함으로써 자장으로 이온빔의 집속상태와 분산각을 임의로 조절가능하도록 실시될 수 있다.
도2는 전기장을 형성시켜서 이온빔의 집속상태와 분산각을 임의로 조절가능하도록 구성한 본 발명에 따른 실시예이다.
도2를 참조하면, 분석기(30)는 이온발생장치(10)로부터 분석기(30)로 주사되는 이온빔이 입구(32)에서 집속된 후 내부로 주사되어 분산과 회절된 후 출구(34)로 진행되도록 구성되어 있다.
유입되는 이온빔 집속을 위하여 분석기(30)의 입구(32)에 포커싱용 가이더(36)가 설치되어 있으며, 가이더(36)의 상세한 구조는 도3에 나타나 있다.
가이더(36)는 챔버와 동일재질인 알루미늄 재질로 제작될 수 있으며, 내부에 이온빔의 통과를 위한 소정 직경의 중공(46)이 형성되어 있다.
가이더(36)는 분석기(30)의 입구(32)에 인슐레이터(38)를 사이에 두고 챔버 내벽에 결합되어 있으며, 파워서플라이(40)로부터 제공되는 전압이 케이블(42)을 통하여 인가되도록 구성되어 있다.
케이블(42)은 피드-쓰루(Feed-Thru)(44)를 통하여 챔버 측벽을 관통하도록 구성되어 있으며, 피드-쓰루(44)는 챔버를 관통하여 케이블(42)을 설치하고자 이용되는 것으로써 챔버에 관통삽입되고 내부에 케이블(42)의 관통구가 형성되어 있으며, 챔버 외부의 대기와 챔버 내부의 고진공공간 사이의 기밀유지와 챔버와 케이블 사이의 절연 및 콘넥터의 역할을 하는 것이다.
파워서플라이(30)는 0V∼-10,000V 정도의 전압을 가이더(26)에 인가할 수 있는 정도의 용량의 것이 구성된다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기장을 이용한 이온빔의 집속 및 이차전자 역류 방지를 위한 바람직한 실시예의 작용을 설명한다.
이온발생장치(10)에서는 공급가스가 고주파전압에 의하여 이온화되며, 그리고 고전압에 의하여 이온들이 추출된다. 공급가스에 의하여 이온발생장치(10)에서 발생되는 이온들의 종류는 차이가 있으나, 대체로 11B+, 75As+, 31Ph+및 F+등과 같은 이온들이 추출된다.
전술한 이온들은 각각의 고유한 질량을 가지며, 이들 이온들 중 특정한 질량을 갖는 11B+또는 F+같은 소정 이온이 이온주입에 이용된다.
이온발쟁장치(10)로부터 주사되어 온 이온빔은 분석기(30)의 입구(32)를 통하여 주사되며, 입구(32)의 가이더(32)에 인가되는 전압에 의하여 형성되는 전기장에 의하여 이온빔은 집속되면서 중공(46)을 통과하게 된다.
가이더(32)에는 파워서플라이(40)의 전압이 인가되며, 인가 전압에 의한 전기장이 형성된다. 파워서플라이(40)에 인가되는 전압은 집속상태 조절의 필요에 따라서 0V∼-10,000V의 범위에서 가변될 수 있으며, 그에 따라서 가이더(32) 주변에 형성되는 전기장의 세기는 변화되고, 전기장의 세기는 이온빔의 집속상태를 결정한다.
이온빔이 가이더(36)를 통과할 때 도2와 같이 어느 정도 집속되며, 가이더(36)를 통과한 후 분산진행되며, 이온빔은 가이더(36)에 의한 집속의 영향으로 넓게 분산되지 않는다.
분산진행되는 이온빔은 분석기(30)에 형성되는 전기장에 의하여 회절되며, 이때 질량이 가벼운 이온은 내측으로 심하게 회절되며 질량이 무거운 이온은 외측으로 완만하게 회절된다.
이때 이온빔의 이온들 중 무겁거나 가벼운 이온들은 챔버의 내벽에 충돌하게 되고, 이온주입시키기 위한 소정 이온은 적절한 회절각을 가지면서 내벽에 충돌되지 않고 출구(34)로 집속되어 추출된다.
즉, 이온주입을 원하는 이온만이 분석기(30)를 통과하게 되고, 분석기(30)를 통과한 이온빔은 후에 가속되어서 엔드 스테이션의 웨이퍼로 주입된다.
본 발명에 따른 실시예는 가이더(30)에 의하여 분석기(30)의 입구(32)를 향하여 분산진행되던 이온빔을 입구(32)의 가이더(36)에서 집속하여 진행시키므로 이온빔의 분산정도가 적어서 회절전 챔버의 내벽과 충돌하여 소멸되는 이온의 양이 감소된다.
그러므로, 분석기(30)의 입구(32)를 통하여 주사되는 거의 대부분의 이온이 회절되어서 정량 분석이 수행될 수 있고, 정량분석결과 해당 질량을 갖는 특정 이온이 출출된다.
그리고, 이온빔이 챔버의 내벽에 충돌함으로써 발생되는 이차전자의 역류가 가이더(36)의 역바이어스 전압에 의하여 방지된다. 즉, 가이더(36)에는 이온빔을 집속하기 위한 전압이 인가되어 있고, 이 전압의 극성은 이차전자에 대한 척력을 작용하는 것이므로, 충돌에 의하여 발생된 이차전자는 분석기(30)의 입구(32) 쪽으로 흐르는 것이 방지된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 전기장을 이용한 이온빔의 집속 및 이차전자의 역류 방지가 이루어졌으나, 다른 실시예로 자석을 이용하여 가이더를 구성함으로써 자장을 이용하여 이온빔의 집속 및 이차전자의 역류 방지가 이루어질 수 있다.
자장을 이용하는 실시예는 소정 자력을 갖는 자석으로 이온빔이 흐르는 중공을 소정 직경이 형성된 가이더를 구성하고 이 가이더를 분석기(30) 입구(32)의 내벽에 고정시켜 구성될 수 있다.
그러므로, 이온빔은 자장에 의하여 집속되어 진행되고, 이온빔의 충돌에 의하여 발생되는 이차전자도 자장에 의하여 억제될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 입구로 분산 진행되는 이온빔이 가이더에서 집속되어 재분산된 후 회절되어 특정 이온이 출구를 통하여 배출되고, 이온빔이 주사되는 경로에서 이차전자의 발생이 가이더의 전기장 또는 자장에 의하여 억제됨으로써, 이온발생장치로부터 조사된 이온이 분석기 내부에서 소멸되는 것이 억제된다.
따라서, 본 발명에 의하면 분석기 내부에서 챔버 내벽의 충돌이나 이차전자의 역류에 의하여 소멸되는 이온의 양을 최소화하여 이온빔의 세기가 감소되는 것이 최소화되는 효과가 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 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 이온발생장치로부터 추출진행되는 이온빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 회절에 의하여 특정 이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되는 이온주입설비의 분석기에 있어서,
    파워서플라이; 및
    이온빔이 흐르는 중공이 소정 직경으로 형성되어 있고 상기 입구의 챔버 내부에 고정되어서 상기 파워서플라이로부터 소정 레벨의 전압이 인가되도록 케이블이 결합됨으로써 상기 전압에 의하여 형성되는 전기장에 의하여 이온빔을 집속하여 주사시키는 가이더;
    를 구비함을 특징으로 하는 이온주입설비의 분석기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워서플라이는 전압의 레벨을 가변하여 인가하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 이온주입설비의 분석기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파워서플라이는 인가전압을 0V 내지 -10,000V 범위로 가변인가하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 이온주입설비의 분석기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이더는 인슐레이터를 사이에 두고 상기 내벽과 결합됨을 특징으로 하는 상기 이온주입설비의 분석기.
  5. 이온발생장치로부터 추출진행되는 이온빔이 챔버의 입구로 유입된 후 상기 챔버의 내부에서 회절에 의하여 특정 이온이 선택되어 상기 챔버의 출구를 통과하도록 구성되는 이온주입설비의 분석기에 있어서,
    소정 자장을 갖는 자석 재질로써 이온빔을 통과시킬 중공이 소정 직경으로 형성된 가이더가 상기 챔버의 입구 내벽에 고정됨을 특징으로 하는 이온주입설비의 분석기.
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