KR100518529B1 - Arc chamber of ion beam implanter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼상에 이온들을 주입시키는데 사용되는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버에 관한 것으로서, 이온 빔을 형성시키기 위해 소정의 밀폐 공간을 형성하는 챔버 외벽과, 그 챔버 외벽의 상호 대향하는 적어도 두 면에 챔버 외벽과 일정 간격 이격되도록 설치되어 열전자를 방출시키는 필라멘트와, 외부의 가스 공급부로부터 밀폐 공간내에 가스를 공급하는 가스 공급관, 및 필라멘트와 챔버 외벽 사이에 설치된 제1 리플렉터 및 필라멘트가 설치되지 않은 챔버 외벽에 설치된 제2 리플렉터를 포함하며, 필라멘트로부터 방출되어 필라멘트가 설치된 챔버 외벽을 향하는 열전자들은 제1 리플렉터에 의해 중심을 향하도록 반사시키고, 필라멘트로부터 방출되어 필라멘트가 설치되지 않은 챔버 외벽을 향하는 열전자들은 제2 리플렉터에 의해 중심을 향하도록 반사시키는 리플렉터를 구비한다.The present invention relates to an arc chamber of an ion beam implantation facility used to implant ions onto a semiconductor wafer, comprising: a chamber outer wall forming a predetermined enclosed space for forming an ion beam, and at least two mutually opposing chamber outer walls; The filament is installed to be spaced apart from the chamber outer wall at regular intervals to emit hot electrons, the gas supply pipe for supplying gas into the closed space from the external gas supply unit, and the first reflector and the filament between the filament and the chamber outer wall are not installed Hot electrons, including a second reflector mounted on the outer wall of the chamber, are emitted from the filament and directed toward the chamber outer wall where the filament is installed, and are directed toward the center by the first reflector, and are emitted from the filament and directed toward the outer wall of the chamber where the filament is not installed. By the second reflector And a reflector for reflecting to plant aroma.

Description

이온 빔 주입 설비의 아크 챔버{Arc chamber of ion beam implanter}Arc chamber of ion beam implantation equipment

본 발명은 반도체를 제조하는데 사용하는 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자내로 이온들을 주입시키는데 사용되는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to equipment used to fabricate semiconductors, and more particularly to arc chambers of ion beam implant equipment used to implant ions into semiconductor devices.

일반적으로 반도체 웨이퍼상에 이온들을 주입시키는데 사용되는 이온 빔 주입 설비에는 진공 장치, 이온 공급 장치, 가속기 등과 같은 단위 설비들을 포함하여 구성된다. 특히 이온 공급 장치는 중성 원자에서 전자를 떼어내어 양으로 대전된 입자를 만들어 주는 설비로서, 통상적으로 가열된 필라멘트로부터 나온 전자 빔을 중성 원자들에 쏘아 원자에 구속되어 있는 전자를 떼어낸다. 이렇게 발생된 양이온을 이온 공급부에서 추출하여 이온 주입에 사용될 이온 빔으로 만든다.In general, an ion beam implantation facility used to implant ions onto a semiconductor wafer includes unit facilities such as a vacuum device, an ion supply device, an accelerator, and the like. In particular, the ion supply device is a facility that removes electrons from a neutral atom to form positively charged particles, and normally, an electron beam from a heated filament is shot at neutral atoms to remove electrons bound to the atoms. The cations thus generated are extracted from the ion supply to make an ion beam to be used for ion implantation.

현재 이온 공급 장치의 유형에는 여러가지 유형들이 있으나 그 대표적인 것의 하나는 아크-방전형으로서 이를 이용한 것이 아크 챔버(arc chamber)이다. 상기 아크 챔버는 가스 공급부, 필라멘트, 아크 전압 인가부 및 자석으로 구성되며, 특히 이온 빔의 발생 효율을 증가시키기 위하여 리플렉터를 추가로 사용한다. 즉 필라멘트에 전류를 흘러 보내면 열전자가 방출되고, 이 열전자는 챔버에 인가된 + 극성의 전압에 의하여 챔버 중심쪽을 향하여 가속된다. 이 과정에서 챔버 내부로 공급되는 가스와 충돌을 일으켜 이온을 형성시킨다. 이 경우에 챔버내에는 이온화된 가스, 이온화되지 않은 가스, 열전자 및 2차 전자들이 존재한다. 이중에서 상기 열전자들은 챔버 중심쪽으로 향하는 경우도 있지만 챔버 벽쪽을 향하는 경우도 있다. 따라서 필라멘트와 챔버 벽 사이에 설치된 리플렉터는 챔버 벽쪽을 향하는 열전자들을 반사시켜 중심으로 향하게 하고, 상기 리플렉터에 의해 중심으로 향하는 열전자들은 이온화가 이루어지지 않은 가스와 충돌하여 이온을 더 형성시킨다. 따라서 상기 리플렉터는 이온의 발생 밀도를 높임으로써 아크 챔버 내에서의 이온 빔 발생 효율을 증대시키는 역할을 한다.There are many types of ion supply devices at present, but one of them is arc-discharge type, and an arc chamber is used. The arc chamber is composed of a gas supply part, a filament, an arc voltage applying part and a magnet, and in particular, a reflector is further used to increase the generation efficiency of the ion beam. In other words, when a current flows through the filament, hot electrons are released, and the hot electrons are accelerated toward the center of the chamber by the positive polarity voltage applied to the chamber. In this process, the gas collides with the gas supplied into the chamber to form ions. In this case there are ionized gas, non-ionized gas, hot electrons and secondary electrons in the chamber. In particular, the hot electrons may face toward the center of the chamber, but also toward the chamber wall. Thus, the reflector provided between the filament and the chamber wall reflects and directs the hot electrons toward the chamber wall, and the hot electrons toward the center by the reflector collide with the gas that has not been ionized to further form ions. Therefore, the reflector serves to increase the ion beam generation efficiency in the arc chamber by increasing the generation density of ions.

그런데 상기 리플렉터는 필라멘트와 챔버 벽 사이에만 설치되어 있으므로 필라멘트가 설치되지 않은 챔버 벽을 향하는 열전자들은 이온을 형성시키지 못하고 소멸되는 문제가 있다.However, since the reflector is installed only between the filament and the chamber wall, the hot electrons toward the chamber wall where the filament is not installed do not form ions and disappear.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 챔버 중심과 반대로 향하는 열전자들을 최대한 챔버 중심으로 향하게 함으로써 아크 챔버 내부에서의 이온 발생 효율을 극대화시킬 수 있는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an arc chamber of the ion beam implantation equipment capable of maximizing the ion generation efficiency inside the arc chamber by directing the hot electrons directed toward the chamber center as opposed to the center of the chamber.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버는, 반도체 웨이퍼상에 이온들을 주입시키는데 사용되는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버에 있어서, 이온 빔을 형성시키기 위해 소정의 밀폐 공간을 형성하는 챔버 외벽; 상기 챔버 외벽의 상호 대향하는 적어도 두 면에 상기 챔버 외벽과 일정 간격 이격되도록 설치되어 열전자를 방출시키는 필라멘트; 외부의 가스 공급부로부터 상기 밀폐 공간내에 가스를 공급하는 가스 공급관; 및 상기 필라멘트와 상기 챔버 외벽 사이에 설치된 제1 리플렉터 및 상기 필라멘트가 설치되지 않은 상기 챔버 외벽에 설치된 제2 리플렉터를 포함하며, 상기 필라멘트로부터 방출되어 상기 필라멘트가 설치된 챔버 외벽을 향하는 열전자들은 상기 제1 리플렉터에 의해 중심을 향하도록 반사시키고, 상기 필라멘트로부터 방출되어 상기 필라멘트가 설치되지 않은 챔버 외벽을 향하는 열전자들은 상기 제2 리플렉터에 의해 중심을 향하도록 반사시키는 리플렉터를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the arc chamber of the ion beam implantation apparatus according to the present invention, in the arc chamber of the ion beam implantation apparatus used to implant ions on the semiconductor wafer, a predetermined hermetic to form an ion beam A chamber outer wall forming a space; A filament disposed on at least two mutually opposite surfaces of the chamber outer wall so as to be spaced apart from the chamber outer wall at a predetermined interval; A gas supply pipe for supplying gas into the closed space from an external gas supply part; And a first reflector provided between the filament and the chamber outer wall, and a second reflector installed on the chamber outer wall where the filament is not installed, wherein hot electrons emitted from the filament and directed toward the chamber outer wall where the filament is installed are provided. The reflector is reflected toward the center by the reflector, and the hot electrons emitted from the filament toward the outer wall of the chamber where the filament is not installed are reflected by the second reflector to reflect toward the center.

본 발명에 있어서, 상기 필라멘트 및 상기 제2 리플렉터는 네가티브 전원이 인가되고, 상기 제1 리플렉터는 무극성인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that a negative power is applied to the filament and the second reflector, and the first reflector is nonpolar.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.1 is a view schematically showing an arc chamber of an ion beam implantation apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버(100)는 챔버 외벽(110), 필라멘트(120), 가스 공급관(130) 및 리플레터(140)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the arc chamber 100 of the ion beam implantation apparatus according to the present invention includes a chamber outer wall 110, a filament 120, a gas supply pipe 130, and a reflector 140.

상기 챔버 외벽(110)은 이온 빔을 형성시키기 위하여 소정의 밀폐 공간을 형성한다. 도면에서는 육면체의 내부 공간을 형성하지만 이에 한정되지는 않는다.The chamber outer wall 110 forms a predetermined closed space to form an ion beam. In the drawings, the inner space of the hexahedron is formed, but is not limited thereto.

상기 필라멘트(120)는 챔버 외벽(110)의 상호 대향하는 적어도 두 면에 챔버 외벽(110)과 일정 간격 이격되도록 설치된다. 이 필라멘트(110)에는 외부의 전원과 연결되는데, 한쪽은 전원의 양극(+)과 연결되고 다른 한쪽은 전원의 음극(-)과 연결된다. 상기 전원에 의해 필라멘트(120)로 전류가 흐르게 되면 상기 필라멘트(120)는 가열되어 열전자들을 방출시킨다. 이 열전자들중 대부분은 아크 챔버(100)의 중심을 향하지만, 일부는 필라멘트(120)와 챔버 외벽(110) 사이를 향하고 나머지 일부는 필라멘트(120)가 없는 챔버 외벽(110)을 향한다.The filament 120 is installed to be spaced apart from the chamber outer wall 110 on at least two opposite surfaces of the chamber outer wall 110. The filament 110 is connected to an external power source, one side of which is connected to the positive pole (+) of the power source and the other side of the negative pole (-) of the power source. When the current flows into the filament 120 by the power source, the filament 120 is heated to emit hot electrons. Most of these thermocouples are directed toward the center of the arc chamber 100, but some are directed between the filament 120 and the chamber outer wall 110 and some are directed to the chamber outer wall 110 without the filament 120.

상기 가스 공급관(130)은 외부의 가스 공급부로부터 아크 챔버(100) 내부로 가스를 공급하기 위한 통로를 제공한다. 가스 공급관(130)에 의해 아크 챔버(100) 내부로 공급되는 가스들은 상기 필라멘트(120)로부터 방출되는 열전자들과 충돌하여 이온을 형성시킨다.The gas supply pipe 130 provides a passage for supplying gas into the arc chamber 100 from an external gas supply part. Gases supplied into the arc chamber 100 by the gas supply pipe 130 collide with the thermal electrons emitted from the filament 120 to form ions.

상기 리플렉터(140)는 제1 리플렉터(141) 및 제2 리플렉터(142)를 포함한다. 상기 제1 리플렉터(141)는 필라멘트(120)와 챔버 외벽(110) 사이에 설치되며, 상기 제2 리플렉터(142)는 필리멘트(120)가 설치되지 않은 챔버 외벽(110)에 설치된다. 이 제1 리플렉터(141) 및 제2 리플렉터(142)는 모두 상기 필라멘트(120)로부터 방출되는 열전자들의 일부를 아크 챔버(100) 중심쪽으로 반사시키는 역할을 한다. 즉 필라멘트(120)로부터 방출된 열전자들중에서 필라멘트(120)가 설치된 챔버 외벽(110)을 향하는 열전자들은 제1 리플렉터(141)에 의해 다시 아크 챔버(100) 중심쪽으로 반사된다. 그리고 필라멘트(120)로부터 방출된 열전자들중에서 필라멘트(120)가 설치되지 않은 챔버 외벽(110)을 향하는 열전자들은 제 리플렉터(142)에 의해 다시 아크 챔버(100) 중심쪽으로 반사된다. 따라서 종래에 제1 리플렉터(141)만 설치되어 있던 아크 챔버에 비하여, 필라멘트(120)가 설치되지 않은 챔버 외벽(110)을 향하는 열전자들도 아크 챔버(100) 중심을 향하도록 할 수 있으며, 이 열전자들이 가스와 충돌하여 이온을 형성시킴으로써 전체적으로 이온의 발생 효율을 증대시킬 수 있다. 상기 제1 리플렉터(141)는 무극성인 것이 바람직하며, 상기 제2 리플렉터(142)는 네가티브(-) 극성을 띠도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 제2 리플렉터(142)는 필라멘트(120)에 연결된 외부 전원의 음극 단자에 연결시킬 수 있다.The reflector 140 includes a first reflector 141 and a second reflector 142. The first reflector 141 is installed between the filament 120 and the chamber outer wall 110, and the second reflector 142 is installed on the chamber outer wall 110 in which the filament 120 is not installed. The first reflector 141 and the second reflector 142 both serve to reflect some of the hot electrons emitted from the filament 120 toward the center of the arc chamber 100. That is, among the thermal electrons emitted from the filament 120, the hot electrons toward the chamber outer wall 110 in which the filament 120 is installed are reflected back to the center of the arc chamber 100 by the first reflector 141. Among the thermal electrons emitted from the filament 120, the hot electrons toward the chamber outer wall 110 in which the filament 120 is not installed are reflected back to the arc chamber 100 by the reflector 142. Therefore, compared to the arc chamber in which only the first reflector 141 is conventionally installed, the thermoelectrics facing the chamber outer wall 110 in which the filament 120 is not installed may also face the arc chamber 100. Hot electrons collide with the gas to form ions, thereby increasing the efficiency of generating ions as a whole. Preferably, the first reflector 141 is nonpolar, and the second reflector 142 may have a negative polarity. To this end, the second reflector 142 may be connected to a negative terminal of an external power source connected to the filament 120.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버에 의하면, 리플렉터를 챔버 외벽의 측면에도 설치시킴으로써 보다 많은 열전자들을 챔버 중심으로 향하도록 할 수 있으므로 전체적으로 이온의 발생 효율을 증대시킬 수 있다는 이점이 있다.As described above, according to the arc chamber of the ion beam implantation apparatus according to the present invention, by installing the reflector on the side of the chamber outer wall, more hot electrons can be directed toward the center of the chamber, thereby increasing the efficiency of generating ions as a whole. There is an advantage.

도 1은 본 발명에 따른 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.1 is a view schematically showing an arc chamber of an ion beam implantation apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100...아크 챔버 110...챔버 외벽 120...필라멘트100 Arc chamber 110 Chamber outer wall 120 Filament

130...가스 공급관 141...제1 리플렉터 142...제2 리플렉터130 Gas supply line 141 First reflector 142 Second reflector

Claims (3)

반도체 웨이퍼상에 이온들을 주입시키는데 사용되는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버에 있어서,An arc chamber of an ion beam implantation facility used to implant ions onto a semiconductor wafer, 이온 빔을 형성시키기 위해 소정의 밀폐 공간을 형성하는 챔버 외벽;A chamber outer wall forming a predetermined enclosed space for forming an ion beam; 상기 챔버 외벽의 상호 대향하는 적어도 두 면에 상기 챔버 외벽과 일정 간격 이격되도록 설치되어 열전자를 방출시키는 필라멘트;A filament disposed on at least two mutually opposite surfaces of the chamber outer wall so as to be spaced apart from the chamber outer wall at a predetermined interval; 외부의 가스 공급부로부터 상기 밀폐 공간내에 가스를 공급하는 가스 공급관; 및A gas supply pipe for supplying gas into the closed space from an external gas supply part; And 상기 필라멘트와 상기 챔버 외벽 사이에 설치된 제1 리플렉터 및 상기 필라멘트가 설치되지 않은 상기 챔버 외벽에 설치된 제2 리플렉터를 포함하며, 상기 필라멘트로부터 방출되어 상기 필라멘트가 설치된 챔버 외벽을 향하는 열전자들은 상기 제1 리플렉터에 의해 중심을 향하도록 반사시키고, 상기 필라멘트로부터 방출되어 상기 필라멘트가 설치되지 않은 챔버 외벽을 향하는 열전자들은 상기 제2 리플렉터에 의해 중심을 향하도록 반사시키는 리플렉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버.A first reflector provided between the filament and the chamber outer wall, and a second reflector installed on the chamber outer wall where the filament is not installed, and hot electrons emitted from the filament toward the outer wall of the chamber where the filament is installed And a reflector for reflecting toward the center by means of the filament and reflecting the hot electrons from the filament toward the outer wall of the chamber where the filament is not installed to reflect toward the center by the second reflector. Arc chamber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 필라멘트 및 상기 제2 리플렉터는 네가티브 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버.The filament and the second reflector arc chamber of the ion beam injection facility, characterized in that the negative power is applied. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 리플렉터는 무극성인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입 설비의 아크 챔버.The arc chamber of the ion beam implantation facility, characterized in that the first reflector is nonpolar.
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