KR100563094B1 - 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치에 관한 것으로, 특히 쿼드루플과 같은 기능의 추가로 추출 전극 헤드 및 가속 전극 헤드에 빔의 초점을 맞출 수 있도록 하여 장비의 웨이퍼 생산량 향상과 장비의 안정된 운용을 기하고자 함에 관한 것이다.

본 발명의 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치는 다음과 같은 추출 전극과 가속 전극으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

추출 전극은 내부의 기체를 이온화시키는 아크 챔버; 상기 아크 챔버와 부착되어 이온화된 빔이 외부로 통과하도록 하는 틈을 가지고 있는 아크 슬릿; 상기 아크 슬릿을 통과한 빔이 통과되도록 하는 억제 전극; 상기 억제 전극을 통과한 빔이 통과되도록 하는 접지 전극; 상기 억제 전극의 내측 표면에 부착된 절연체 및 전압이 인가되어 상기 빔이 빔라인 영역으로 추출될 때 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 절연체 상에 부착된 흑연을 포함하여 이루어져 있다.

가속 전극은 추출 전극 헤드 어셈블리에서 통과된 빔의 편광성분을 검사하여 다시 한번 가속되도록 상기 빔을 통과시키는 검광판 자석; 상기 검광판 자석을 통과한 빔이 통과되도록 하는 억제 전극; 상기 억제 전극을 통과한 빔이 통과되도록 하는 접지 전극; 상기 접지 전극의 내측 표면에 부착된 절연체 및 전압이 인가되어 상기 빔이 빔라인 영역으로 추출될 때 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 절연체 상에 부착된 흑연을 포함하여 이루어져 있다.

따라서, 본 발명의 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치는 지속적인 사용중에 발생되는 빔 전류 손실로 인한 블로우업 현상 감소와 빔 순도 증가로 안정적인 공정구현 및 공정시간의 감소로 장비의 웨이퍼 생산량이 향상되며, 장비 운용면에서 보다 안정되게 운용할 수 있는 효과가 있다.

빔, 추출 전극, 가속 전극, 흑연, 절연체

Description

공정에 있어서의 빔의 질 향상장치{Device for beam quality improvement in process}

도 1은 종래의 주입 장비의 빔 생성 및 주입 경로를 나타낸 도면이다.

도 2는 종래의 소스 영역의 소스 헤드 어셈블리 및 아크 챔버를 나타낸 도면이다.

도 3은 종래의 추출 전극의 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 4는 종래의 소스 영역을 확대한 모습을 나타낸 도면이다.

도 5는 종래의 추출 전극 헤드의 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 추출 전극 헤드의 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 7은 종래의 가속 전극 헤드의 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 가속 전극 헤드의 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 전극 어셈블리에 추가된 부품들이 빔의 초점을 맞추는 모양을 나타낸 도면이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10: 소스 영역 12: 빔라인 영역

14: 엔드스테이션 영역 16: 아크 챔버

18: 아크 슬릿 20a, 20b: 빔

22: 억제 전극 24a, 24b: 접지 전극

26: 흑연 28: 절연체

30: 검광판 자석

본 발명은 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치에 관한 것으로, 특히 쿼드루플(quadruple)과 같은 기능의 추가로 추출 전극 헤드(extraction electrode head) 및 가속 전극 헤드(accel electrode head)에 빔(beam)의 초점을 맞출 수 있도록 하여 장비의 웨이퍼 생산량(throughput) 향상과 장비의 안정된 운용을 기하고자 함에 관한 것이다.

이온주입장비는 원하는 이온을 생성 및 추출하여 원하는 에너지로 가속시켜 웨이퍼에 삽입시키는 기술을 사용하여 공정을 진행하는데 있어서 다음과 같이 몇 가지 중요한 부분이 있다.

첫째, 원하는 이온을 생성 및 추출하는데 일정한 시간이 지나면 유독가스(toxic gas)에 의한 오염 및 부품의 마모로 인한 공정에 있어서 빔의 질 저하를 억제하여 생산성을 증대해야 한다.

둘째, 생성된 빔들의 최대한의 공정의 빔 손실을 줄이고, 웨이퍼에 전달해야 한다.

셋째, 공정 진행을 위하여 주입실(process chamber)로 웨이퍼를 이동시킬 때 안전하며 빠르게 이동시킬 수 있어야 한다.

종래에는 상기 방법들이 공정에 중요한 영향을 미치기 때문에 장비의 요소요소에 적용되고 있는데, 특히 추출 전극(extraction electrode)은 소스 헤드(source head) 다음에 연결된 어셈블리(assembly)로서 이온화된 이온들을 가속시켜 추출하는 부분으로 추출되는 각도 및 양에 의해 공정 데이터(process data)에 영향을 가장 많이 주는 부분이었다. 그리고, 이온을 생성시키는 부분의 상태가 고열 및 유독가스로 인한 오염이 발생되는 부분이므로 부품의 마모 및 오염으로 인한 주기적인 교체가 필요하여 정기적 예방정비(preventive maintenance)가 실시되며, 공정에 있어서 빔의 효율적인 조건을 위하여 추출 전극의 정렬(align)을 실시해야 한다.

도면을 통하여 소스 영역(source area)의 추출 전극(extraction electrode)과 빔라인 영역(beamline area)의 가속 전극(accel electrode)을 상세히 설명해 보기로 한다.

도 1의 소스 영역(10)에서는 도 2와 같이 소스 헤드의 아크 챔버(arc chamber)(16)에서 이온화가 되며, 도 3의 추출 전극은 전위차를 이용하여 빔(20a)이 빠져 나오면서 일정한 방향으로 갈 수 있도록 유도하는 역할을 한다. 도 4는 상기 도 1의 소스 영역(10)을 확대한 모습인데, 빔이 소스 영역(10)의 아크 챔버(16)에서 생성되어 추출 전극을 거쳐 빔라인 영역(12)으로 추출되어 가는 모습을 보여 주고 있다.

상기와 같이 추출 전극은 아크 챔버(16)에서 일정한 방향과 모양으로 빔 (20a)을 추출하고 가속하는 역할을 하고 있으며, 상기 빔(20a)은 빔라인 영역(12)을 지나 엔드스테이션(endstation) 영역(14)의 웨이퍼에 주입된다.

그러나, 종래의 추출 전극은 지속적인 장비 운용시에 소스 헤드의 아크 챔버(16)와 전극 헤드 사이의 아크 슬릿(18)과 전극 헤드 슬릿 부분이 빔(20a)에 의한 마모로 인하여 계속 사용하게 되면 빔 전류가 감소되며, 장비에서 이를 보상하기 위하여 소스에 보다 더 많은 빔 전류의 생성을 위하여 소스 파라이터(source parameter)를 증가시켜 소스 수명(source life time)을 감소시키는 원인을 제공하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 가속 전극은 빔라인 영역(12)에 위치하며, 2차 가속시키는 역할을 하는데, 빔 손실 및 빔 블로우업으로 인한 소스 파라미터 증가와 공정주입시간 증가로 장비의 효율성이 감소되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제1999-0040260호와 제2000-0075103호에서도 발명의 구성요소로서 본 발명의 추가적인 구성요소인 흑연과 절연체를 각각 사용하고 있다. 그러나, 본 발명이 해결하는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하는 방안을 제시하지 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기 장비에 사용되는 추출 전극 헤드(extraction electrode head) 및 가속 전극 헤드에 빔의 초점을 맞출 수 있도록 쿼드루플(quadruple)과 같은 기능을 추가하여 지속적인 사용중에 발생되는 빔 전류 손실(beam current loss)로 인한 블로우업 현상의 감소와 빔의 순도(beam purity) 증가로 안정적인 공정구현 및 공정시간의 감소로 장비의 웨이퍼 생산량(throughput)이 향상되며, 장비 운용면에서 보다 안정되게 운용할 수 있게 함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 종래기술에 흑연과 절연체를 추가로 설치하여 빔의 질을 향상시킨 추출 전극과 가속 전극으로 이루어진 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 도면을 통하여 상세히 설명해 보기로 한다. 다만, 명확한 비교와 설명을 위하여 본 발명을 종래의 발명과 비교하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 추출 전극 헤드의 어셈블리를 나타낸 도면이다. 본 발명의 추출 전극 헤드 어셈블리는 내부의 기체를 이온화시키는 아크 챔버; 상기 아크 챔버와 부착되어 이온화된 빔이 외부로 통과하도록 하는 틈을 가지고 있는 아크 슬릿; 상기 아크 슬릿을 통과한 빔이 통과되도록 하는 억제 전극; 상기 억제 전극을 통과한 빔이 통과되도록 하는 접지 전극; 상기 억제 전극의 내측 표면에 부착된 절연체 및 전압이 인가되어 상기 빔이 빔라인 영역으로 추출될 때 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 절연체 상에 부착된 흑연을 포함하여 이루어진다.

도 5는 종래의 추출 전극 헤드의 어셈블리를 나타낸 도면이다. 아크 챔버 (16) 안에 있는 내부의 기체가 이온화가 되어 아크 슬릿(arc slit)(18), 억제 전극(suppression electrode)(22) 및 접지 전극(ground electrode)(24a)을 통하여 빔(20a)이 되어 나오고 빔라인 영역(12) 앞단의 흑연(26)으로 통과된다. 상기 아크 슬릿(18), 억제 전극(suppression electrode)(22) 및 접지 전극(ground electrode) (24a)은 상기와 같은 장비 운용 중에 빔(20a)에 의해 서서히 마모되면서 빔(20a)의 폭이 커져서 발생되는 빔 블로우업(blow up) 현상으로 공정주입시간(process implant time)의 증가 및 소스 조건이 나빠지는 문제점이 생긴다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 빔의 블로우업을 최소화하면서 소스 조건을 효율적으로 운용할 수 있어야 하는데, 도 6은 상기 도 5의 전극 헤드 어셈블리에 흑연 (graphite)(26)과 절연체(insulator)(28)를 추가로 설치했다. 상기 흑연 (26)은 소스 헤드의 아크 챔버(16)에서 생성된 이온(빔 전류)들이 빔라인 영역(12)으로 추출될 때와 가속 전극에서 다시 한번 가속될 때 빔(20b)의 초점을 맞추는 역할을 한다.

계속 지속적인 장비 운용시에 소스 헤드의 아크 챔버(16)와 추출 전극 헤드 사이의 아크 슬릿(18)과 추출 전극 헤드 슬릿 부분이 빔(20a)에 의한 마모로 인하여 빔 전류가 감소되며, 장비에서 이를 보상하기 위하여 소스에 보다 더 많은 빔 전류의 생성을 위하여 소스 파라이터(source parameter)를 증가시켜 소스 수명(source life time)을 감소시키는 원인을 제공한다. 빔(20a)의 모양이 점점 커지면서 빔(20a)의 불안정 및 손실이 증가하고 공정 데이터(process data)의 변동성이 커지는 문제가 있어 주기적인 공정관리(process management)를 실시해야 하는데, 상기 공정관리 시에 마모된 부품을 교체하는 주된 목적은 빔(20a)을 안정적으로 추출하기 위함이다.

상기의 도 6과 같은 방법으로 빔(20b)의 초점을 맞추어 주면 빔(20b)을 안정적으로 뽑아낼 수 있어 장비의 기능 향상 및 안정적인 공정을 진행할 수 있고, 공정시간의 감소도 막을 수 있어 웨이퍼의 생산성 향상을 기할 수 있다.

도 8은 본 발명의 가속 전극의 어셈블리를 나타낸 도면이다. 본 발명의 가속 전극 어셈블리는 추출 전극 헤드 어셈블리에서 통과된 빔의 편광성분을 검사하여 다시 한번 가속되도록 상기 빔을 통과시키는 검광판 자석; 상기 검광판 자석을 통과한 빔이 통과되도록 하는 억제 전극; 상기 억제 전극을 통과한 빔이 통과되도록 하는 접지 전극; 상기 접지 전극의 내측 표면에 부착된 절연체 및 전압이 인가되어 상기 빔이 빔라인 영역으로 추출될 때 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 절연체 상에 부착된 흑연을 포함하여 이루어진다.

도 7은 종래의 가속 전극의 어셈블리를 나타낸 도면이다. 아크 챔버(16)와 아크 슬릿(18) 대신에 추출 전극을 통과한 빔(20b)의 편광성분을 검사하여 빔(20b)이 다시 한번 가속되도록 하는 검광판 자석(30)이 있는 점이 종래의 추출 전극과 다르다. 가속 전극에서 가속된 빔(20a)은 상기의 추출 전극에서와 마찬가지로 빔(20a)의 블로우업(blow up) 현상으로 공정주입시간의 증가 및 소스 조건이 나빠지는 문제점이 생긴다. 도 8에서도 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도 6과 같이 흑연(26)과 절연체(28)를 추가로 설치하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.

가속된 후에 빔(20b)이 바로 웨이퍼에 주입되기 때문에 이 부분에서 빔(20b)의 초점을 맞추면 특히 저에너지를 사용할 때 발생되는 빔(20b)의 블로우업 현상을 억제하며, 빔(20b)의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 전극 어셈블리에 추가된 부품들이 빔의 초점을 맞추는 모양을 나타낸 도면이다. A, B, C, D, E, F, G, H는 모두 흑연을 나타내고, 화살표가 들어오는 방향은 음의 전위를 나타내며, 화살표가 나가는 방향은 양의 전위를 나타낸다. 따라서, A, D, F, G에는 음의 전위가 인가되며, B, C, E, H에는 양의 전위가 인가된다. 여기에 걸리는 전압은 0~10 keV이며, 빔(20b)을 뽑아내는 전체 에너지에 의하여 가변된다.

따라서, 본 발명의 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치는 지속적인 사용중에 발생되는 빔 전류 손실(beam current loss)로 인한 블로우업(blow up) 현상 감소와 빔 순도(beam purity) 증가로 안정적인 공정구현 및 공정시간의 감소로 장비의 웨이퍼 생산량(throughput)이 향상되며, 장비 운용면에서 보다 안정되게 운용할 수 있다.

Claims (4)

1. 내부의 기체를 이온화시키는 아크 챔버;

   상기 아크 챔버와 부착되어 이온화된 빔이 외부로 통과하도록 하는 틈을 가지고 있는 아크 슬릿;

   상기 아크 슬릿을 통과한 빔이 통과되도록 하는 억제 전극;

   상기 억제 전극을 통과한 빔이 통과되도록 하는 접지 전극;

   상기 억제 전극의 내측 표면에 부착된 절연체; 및

   전압이 인가되어 상기 빔이 빔라인 영역으로 추출될 때 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 절연체 상에 부착된 흑연

   을 포함하여 이루어진 추출 전극을 구비함을 특징으로 하는 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치.
2. 추출 전극 헤드 어셈블리에서 통과된 빔의 편광성분을 검사하여 다시 한번 가속되도록 상기 빔을 통과시키는 검광판 자석;

   상기 검광판 자석을 통과한 빔이 통과되도록 하는 억제 전극;

   상기 억제 전극을 통과한 빔이 통과되도록 하는 접지 전극;

   상기 접지 전극의 내측 표면에 부착된 절연체; 및

   전압이 인가되어 상기 빔이 빔라인 영역으로 추출될 때 빔의 초점을 맞추기 위해 상기 절연체 상에 부착된 흑연

   을 포함하여 이루어진 가속 전극을 구비함을 특징으로 하는 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치.
3. 상기 제 1 항의 추출 전극과 상기 제 2 항의 가속 전극을 구비함을 특징으로 하는 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 억제 전극 및 접지 전극은 상하가 같은 모양으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공정에 있어서의 빔의 질 향상장치.

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