KR100585937B1

KR100585937B1 - 개선된 이온빔 소오스

Info

Publication number: KR100585937B1
Application number: KR1020040101685A
Authority: KR
Inventors: 염근영; 이도행; 박병재
Original assignee: 학교법인 성균관대학
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-07

Abstract

본 발명은, 주입된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생챔버와, 상기 플라즈마로부터 특정 극성을 갖는 이온빔을 추출하여 통과시킬 수 있는 그리드홀이 각기 대응하는 위치에 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 이온빔 통과 방향으로 일정 간격을 유지하며 이격되는 복수의 그리드와, 이 복수의 그리드의 그리드홀에 대응하는 홀이 각기 대응하는 위치에 형성되며 복수의 그리드 사이에 개재되는 절연층으로 이루어지는 그리드 어셈블리를 구비하여 구성되되, 상기 절연층은 상부 그리드와 하부 그리드와 소정 간격을 유지하면서 스페이서에 의해 상부 및 하부 그리드에 지지되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스를 제공한다.

Description

개선된 이온빔 소오스{IMPROVED ION BEAM SOURCE}

도 1은 그리드 어셈블리의 종래기술을 나타낸 개략적인 사시도로, 도 1a는 그리드 사이가 빈 공간인 종래기술1을 나타낸 도면이고, 도 1b는 그리드 사이가 절연체로 채워진 종래기술2를 나타낸 도면이며,

도 2는 종래의 그리드 어셈블리 구조에 있어서, 상부 그리드와 하부 그리드가 소트(short)된 상태를 나타낸 개략적인 도면으로, 도 2의 (a)는 그리드 어셈블리의 외주면에 도전통로가 형성된 것을 나타낸 사시도, 도 2의 (b)는 그리드 어셈블리의 이온빔 통로에 도전통로가 형성된 것을 나타낸 부분 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 개선된 이온빔 소오스의 도면,

도 4는 도 3에 도시된 이온빔 소오스의 개략적인 분해사시도,

도 5는 본 발명에 따라 개선된 절연층 구조를 나타낸 개략적인 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 그리드 어셈블리를 나타낸 도면으로, 도 6의 (a)는 사시도이고, 도 6의 (b)는 부분 단면도,

도 7은 그리드간 전압차를 변경하면서 종래기술1 및 종래기술2와 본원 발명에 따른 이온플럭스량을 비교하여 나타낸 그래프,

도 8은 종래기술1에 따른 이온 플럭스에 대한 본 발명에 따른 이온 플럭스의 증가율을 나타낸 그래프이다.

<참조부호의 설명>

10 - 이온빔 소오스, 20 - 그리드 어셈블리,

21 - 상부 그리드, 22 - 하부 그리드,

23 - 절연층, 23b,23b' - 스페이서,

30 - 반사체.

본 발명은 기판상에 특정 물질층을 식각 또는 증착하기 위해 사용되는 이온빔을 발생시키는 이온빔 소오스에 관한 것으로, 플라즈마 발생챔버로부터 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 어셈블리의 구조를 개선하여 그리드간의 소트현상 및 파손을 방지하도록 된 개선된 이온빔 소오스에 관한 것이다.

근년, 반도체소자의 고집적화에 대한 요구가 계속되어짐에 따라, 반도체 집적회로의 설계에서 디자인룰이 더욱 감소되어 0.09㎛ 이하의 임계치수가 요구되기에 이르렀다. 현재 이러한 나노미터급 반도체 소자를 구현하기 위한 장비로서 고밀도 플라즈마 장치, 반응성 이온빔 장치(이하, 이온빔 소오스 라함) 등의 장비가 사용되고 있다.

일반적으로, 이온빔 소오스는 대면적의 균일한 이온빔(또는 플라즈마)이 요 구되는 분야에서 사용되고 있다. 특히, 이러한 균일한 이온빔은 반도체 분야에서 널리 사용되고 있으며, 반도체 기판의 특정 불순물을 이온주입하기 위해 사용되거나, 반도체 기판 상에 특정 물질층을 증착하거나 식각하기 위해 사용된다. 본 명세서에서, 이온빔 소오스는 가스를 이온상태로 만들며, 이온빔의 플럭스를 추출하여 원하는 방향으로 가속하여 타겟(예컨대, 반도체기판)에 공급하는 장치이다.

도 1은 상기 이온빔 소오스에 부착된 종래의 그리드구조(종래기술1)를 개략적으로 나타낸 사시도로, 통상은 도 1a에 나타낸 바와 같이 이온빔이 통과하는 그리드홀(21a)이 다수개 형성된 상부 그리드(21)와 그리드홀(22a)이 다수개 형성된 하부 그리드(22) 사이를 소정 간격 이격시켜서 배치하거나, 도 1b에 나타낸 바와 같이 상부 그리드(21)와 하부 그리드(22) 사이에 상부 및 하부 그리드(21,22)와 동일 형상의 절연층(23)을 개재하여 적층하는 구조를 사용하고 있다.

한편, 상기 도 1b의 그리드구조(종래기술2)는 도 1a의 구조를 개량한 구조로서, 절연층(23)이 개재됨에 따라, 절연층(23)의 홀(23a)에 의해 이온빔이 안내됨으로써, 도 1a의 그리드홀(21a)을 통과한 이온빔이 회절에 의해 하부 그리드(22)의 표면과 충돌하여 일부분의 이온빔만이 그리드홀(22a)로 유입되는 것을 방지하기 위한 구조이고, 이러한 구조에 의해 그리드 구조를 통과하여 타겟에 도달하는 플럭스량이 종래기술1에 비해 증가하게 된다.

그런데, 이와 같은 도 1b의 구조에 있어서는 이하의 문제점이 발생했다.

즉, 1) 그리드구조의 노화에 따라 상부 및 하부 그리드(21 및 22)가 스퍼터링되어 상부 및 하부 그리드(21 및 22) 사이의 절연이 훼손(절연층의 원주면 또는 이온빔 통로에서 발생함)되고, 즉 도 2에 도시된 바와 같은 상부 및 하부 그리드가 스퍼터링되거나 챔버 내부의 그밖의 재료가 절연층(23)의 원주면 또는 이온빔 통로(21a,22a,23a)에 증착됨에 따라 상부 그리드와 하부 그리드 사이의 도전통로(23c)가 생성되는 문제점이 발생하고,

2) 상기 상부 및 하부 그리드(21 및 22)와 절연층(23)의 열팽창계수가 다르기 때문에 고온 고압의 이온빔 소오스의 내부 환경에서, 절연층(23)이 파손되어, 어셈블리의 이온빔 통로를 이루는 홀들 사이, 즉 이온빔 통로의 오정렬이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로써, 절연층과 그리드 사이의 접촉면적을 최소화함으로써, 상기 절연층의 원주면 또는 이온빔 통로상에 형성되는 도전통로의 발생확률을 현저히 감소시키면서도 하부 그리드로 유입되는 플럭스량의 감소를 방지하고, 게다가 열팽창의 차이에 따라 발생되는 절연층의 파손을 방지하도록 된 개선된 이온빔 소오스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서,

본 발명은, 주입된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생챔버와, 상기 플라즈마로부터 특정 극성을 갖는 이온빔을 추출하여 통과시킬 수 있는 그리드홀이 각기 대응하는 위치에 적어도 하나 이상 형성되며, 이온빔 통과 방향으로 일정 간격을 유지하며 이격되는 복수의 그리드와, 이 복수의 그리드의 그리드홀에 대응하는 홀이 각기 대응하는 위치에 형성되며 복수의 그리드 사이에 개재되는 절연층으로 이루어지는 그리드 어셈블리를 구비하여 구성되되, 상기 절연층은 상부 그리드 및 하부 그리드와 소정 간격을 유지하면서 스페이서에 의해 상부 및 하부 그리드에 지지되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스를 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 이온빔 소오스는 상기 그리드 어셈블리로부터의 이온빔을 중성빔으로 변환시키는 반사체를 더 구비하여 구성된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 절연층이 유전상수가 2 내지 50의 범위에 속하는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 그리드 어셈블리는 2개 또는 3개의 그리드로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 절연층의 원주면에 적어도 하나 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 절연층의 원주면을 따라서 상하방향으로 일직선으로 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 스페이서는 절연층의 원주면을 따라서 상하방향으로 교대로 형성될 수도 있다.

본 발명은, 표면에 이온빔이 통과하는 복수의 홀이 형성되며, 원주면을 따라 상하방향으로 돌출되어 형성된 스페이서를 구비하여 구성되며, 상부의 그리드와 하부 그리드 사이에 개재되어, 상기 스페이서를 매개로 상기 상부 그리드와 하부 그리드의 원주면에 소정 간격을 유지하면서 지지되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소 오스의 그리드 어셈블리에서 사용되는 절연층을 제공한다.

이하, 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 첨부하는 특허청구범위의 기술적 사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다. 따라서, 이하의 실시예들은 본 발명의 개시가 보다 완전하도록 하며, 당업자에게 본 발명의 범주를 보다 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로 이해되어야 한다.

(실시예)

먼저, 본 발명의 기술적 사상의 실시예가 적용될 수 있는 이온빔 소오스로서, 도 3은 헬리컬 RF 코일을 구비하는 유도결합(inductively coupled) RF(radio frequency)형 이온빔 소오스를 개략적으로 나타낸 도면이다. 한편, 도 3은 본 발명의 예시 및 설명을 보다 자세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명은 도 3의 이온빔 소오스에 한정되지 않고 그리드와의 접촉면적이 최소화되는 절연층을 채용할 수 있는 다양한 방식, 예컨대 용량결합(capacityvely coupled) RF형 이온빔 소오스, 헬리콘 웨이브 결합 이온빔 소오스, 음이온 소오스 또는 전자-사이크로트론 반응기(ECR) 이온빔 소오스에 모두 적용할 수 있음은 물론이다.

도 3을 참조하면, 유도결합형 RF 이온빔 소오스(10)는, 전형적으로 석영으로 제작되는 플라즈마 발생챔버(11)를 구비하여 구성된다. 또한, 상기 플라즈마 발생챔버(11)의 천정에는 F계열 또는 Cl계열 등의 반응가스를 공급하기 위한 가스 공급 구(19)가 구비되며, 플라즈마 발생챔버(11)의 외벽에는 유도코일(14)이 감겨져 있으며, 유도코일(14)은 RF 정합박스(12)에 연결되어 있으며, RF 정합박스(12)는 RF파워를 공급할 수 있는 RF 파워서플라이(13)에 연결된다.

또한, 상기 이온빔 소오스(10)의 하단부에는 이온빔이 통과할 수 있는 그리드홀(21a,22a)을 갖춘 다층, 예컨대 양(+)전압이 인가되는 상부 그리드(21)와 접지된 하부 그리드(22) 및, 상부 그리드(21)와 하부 그리드(22) 사이에 위치되면서 상기 그리드홀(21a,22a)과 연통하는 홀(23a)을 갖춘 절연층(23)으로 이루어지는 그리드 어셈블리(20)가 구비되어 상기 플라즈마 발생챔버(11)로부터 이온들의 추출을 제한한다. 여기서, 상기 그리드홀과 홀에 의해 이온빔 통로(21a,22a,23a)가 형성된다.

한편, 그리드 어셈블리는 양(+) 전압이 인가되는 상부의 제1그리드와, 중간의 접지된 제2그리드, 제1그리드와 동일한 양전압이 인가되는 하부의 제3그리드 및, 제1그리드와 제2그리드 사이의 제1절연층, 제2그리드와 제3그리드 사이의 제2절연층으로 구성될 수도 있다. 이러한 그리드 어셈블리(20)의 구성은 본 출원인의 선출원인 대한민국 특허출원 번호 제10-2004-0014977호 "삼중그리드를 이용한 반도체 식각용 중섬빔 소오스"에 그 기술내용이 상세히 기재되어 있다.

여기서, 상기 그리드(21,22)는 통상 금속과 그래파이트(graphite)의 재질을 사용하는데, 부식성이 없는 가스를 사용하는 경우에는 금속을, 부식성 가스를 사용하는 경우에는 그래파이트 재질의 그리드를 사용하고 있으며, 상기 절연층(23)으로는 유전상수가 3 내지 5 정도의 옥사이드계나 유전상수가 6 내지 9 정도인 나이트 라이트계 또는, 유전상수가 수십에 이르는 강유전체 물질을 단일 또는 혼합시켜 사용하고 있다.

또한, 상기 그리드 어셈블리(20)의 하단부, 즉 하부 그리드(22) 또는 제3그리드의 후단에는 입사되는 이온빔을 반사시켜 중성빔으로 전환시켜주는 반사체(30)가 밀착되어 구성된다. 상기 반사체(30)의 재질은 전체적으로 반도체기판, 이산화규소 또는 금속기판으로 이루어질 수 있으며, 반사체 내의 형성된 반사체 표면(31)만이 이들 재질로 구성될 수도 있다. 한편, 반사체에는 상기 상부 그리드(21) 또는 제3그리드에 인가되는 전압과 동일한 전압이 인가됨으로써 통과되는 이온의 에너지가 계속 유지될 수 있다.

상기 반사체(30)에 관한 설명은 대한민국 특허 등록번호 10-412953호의 "중성빔을 이용한 식각장치"에 이미 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 도 4는 도 3에 도시된 이온빔 소오스의 분해사시도로, 상부 그리드(21)와 하부 그리드(22) 및 절연층(23)으로 구성된 본 발명에 따른 절연층 구조를 채용한 그리드 어셈블리(20)가 상세히 도시된다.

여기서, 상기 절연층(23)은 원판형상으로, 그 상부 및 하부 그리드(21 및 22)의 원주면과 접촉하는 스페이서(23b)가 원주면에 돌출되어 형성된다.

한편, 상기 그리드에 형성된 스페이서(23b)는 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 절연층의 원주면을 따른 소정 위치에서, 상하방향(즉, 상부 그리드 및 하부 그리드를 향하는 방향)으로 직선적으로 배치한 스페이서(23b)로 하거나, 도 5의 (b) 에 나타낸 바와 같이 상하방향으로 교대로 배치한 스페이서(23b')로 할 수도 있다.

상기 도 5에 있어서 스페이서(23b,23b')는 절연층(23)과 일체로 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 절연층(23)과 상부 및 하부 그리드 사이에 개재되는 단품으로 구성될 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 어셈블리구조의 사시도 및 부분 단면도로, 절연층(23)이 상기 스페이서(23b)에 의해 상부 및 하부 그리드(21,22)로부터 이격되고, 상부 그리드와 절연층 및 하부 그리드와 절연층 사이에 간격이 발생한 상태를 나타내고 있다.

본 발명에 있어서, 상부 그리드(21)와 하부 그리드(22) 사이에 삽입되는 절연층(23)의 두께는, 그리드 사이의 전압차와, 상부 및 하부 그리드의 두께와, 그리드에 형성된 그리드홀의 직경 및 그리드 사이의 간격을 고려하여 설정하게 된다.

바람직한 실시예에 있어서는, 그리드 사이에 300 내지 700V의 전압을 인가한 경우, 상부 및 하부 그리드(1 및 2)의 두께를 0.5mm로 하고, 각 그리드에 형성된 홀직경을 2mm로 하며, 그리드간격을 1mm로 하고, 절연층의 두께는 0.7mm 했다. 이에 따라, 상기 상부 및 하부 그리드를 향해 연결되는 스페이서(3b)의 길이(또는 높이)는 각각 0.2mm 내지 0.3mm 정도로 설정하고 있다.

이와 같은 바람직한 실시예에 따라, 스페이서(23b)가 구비된 절연체(30) 이외의 그 밖의 조건은 상기된 종래기술1 및 종래기술2의 그리드 어셈블리가 설치된 이온빔 소오스와 동일하게 설정하고 비교시험을 행한 결과, 도 6 및 도 7과 같은 결과를 얻었다.

도 7은 상부 및 하부 그리드의 두께와 그리드에 형성된 그리드홀의 직경 및 그리드 사이의 간격을 동일하게 유지한 상태에서, 그리드간 전압차를 변경하면서 종래기술1 및 2와 본원발명에 따른 이온플러스를 비교하여 나타낸 그리프로, 본원발명에 따른 그리드어셈블리 구조에 있어서, 이온빔통로(1a,2a,3a)을 통과함에 따라 플럭스량이 종래기술2와 거의 유사하다는 것을 알 수 있다.

도 8은 종래기술1에 따른 이온 플럭스에 대한 본 발명에 따른 이온 플럭스의 증가율을 나타낸 그래프로, 종래기술2와 거의 유사한 이온플럭스 증가율을 나타냄을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 그리드홀을 통과하는 이온빔의 플럭스량을 저하시키지 않으면서도, 스퍼터링에 의해 그리드 사이가 소트되는 현상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 상부 그리드와 하부 그리드가 소정 간격 이격되므로 열팽창계수의 차이때문에 발생되었던 중간 절연층의 파손 및 이에 따른 홀들간, 즉 이온빔 통로의 오정렬 현상을 방지하는 효과가 있다.

Claims

주입된 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생챔버와,

상기 플라즈마로부터 특정 극성을 갖는 이온빔을 추출하여 통과시킬 수 있는 그리드홀이 각기 대응하는 위치에 적어도 하나 이상 형성되며, 이온빔 통과 방향으로 일정 간격을 유지하며 이격되는 복수의 그리드와, 이 복수의 그리드의 그리드홀에 대응하는 홀이 각기 대응하는 위치에 형성되며 복수의 그리드 사이에 개재되는 절연층으로 이루어지는 그리드 어셈블리를 구비하여 구성되되,

상기 절연층은 상부 그리드 및 하부 그리드와 소정 간격을 유지하면서 스페이서에 의해 상부 및 하부 그리드에 지지되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
제1항에 있어서,

상기 그리드 어셈블리로부터의 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 절연층은 유전상수가 2 내지 50의 범위에 속하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 그리드 어셈블리는 2개 또는 3개의 그리드로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스페이서는 절연층의 원주면에 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 스페이서는 절연층의 원주면을 따라서 상하방향으로 일직선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스페이서는 절연층의 원주면을 따라서 상하방향으로 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스.
표면에 이온빔이 통과하는 복수의 홀이 형성되며, 원주면을 따라서 상하방향으로 돌출되어 형성된 스페이서를 구비하여 구성되며, 상부의 그리드와 하부 그리드 사이에 개재되어, 상기 스페이서를 매개로 상기 상부 그리드와 하부 그리드의 원주면에 소정 간격을 유지하면서 지지되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소오스의 그리드 어셈블리에서 사용하는 절연층.