KR100688573B1 - 이온소스부, 이를 구비하는 이온주입장치 및 그 변경 방법 - Google Patents
이온소스부, 이를 구비하는 이온주입장치 및 그 변경 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전자 및 이온의 손실을 최소화하고 불필요한 아크의 발생을 억제하여 플라즈마의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 이온 밀도 및 이온화 효율을 증가시켜 낮은 입력 전력하에서도 높은 이온빔 전류를 얻을 수 있으므로 이온소스부의 수명을 연장시킬 수 있는 이온소스부, 이를 구비한 이온주입장치 및 이온소스부의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 내부 공간의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 내부 공간의 단면의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수록 감소되는 형상을 갖는 챔버; 챔버의 일 단부에 배치되는 열전자 방출을 위한 필라멘트; 챔버의 타 단부를 통과하여 챔버 내부로 연장된 리펠러; 챔버 내로 도펀트종을 포함하는 가스를 도입시키기 위해 챔버의 측벽에 형성된 가스 인렛(inlet); 및 챔버의 측벽에 형성되어, 가스로부터 생성된 이온화 종을 챔버로부터 추출하기 위한 빔슬릿을 포함하는 이온소스부를 제공한다.
이온주입장치, 타원체 챔버(ellipsoidal chamber), 캐소드, 플라즈마 제한 (plasma confinement)
Description
도 1은 종래의 이온주입장치의 이온소스부를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온주입장치용 이온소스부를 나타내는 사시도이다,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온소스부를 나타내는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 이온소스부의 빔슬릿의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 도 4a의 A-A 및 도 4b의 B-B를 따라 절개한 단면을 나타내는 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 이온소스부의 리펠러를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온소스부를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 이온소스부를 구비하는 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이온소스부의 변경 방법을 나타내는 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
500 : 이온소스부 100a : 하부 몸체
100b : 상부 몸체 100 : 챔버
101 : 필라멘트 102, 102a, 102b : 리펠러(repeller)
103 : 가스 인렛 104 : 빔슬릿
200 : 캐소드 300 : 자석 또는 자석 코일
B : 자기장
본 발명은 반도체 소자의 제조 장치 및 그 변경 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이온소스부, 이를 구비하는 이온주입장치 및 그 변경 방법에 관한 것이다.
이온주입장치는 이온빔을 생성하여 이온빔의 조사에 의해 반도체 기판의 물성을 변화시키는 장치이다. 예를 들면, 웨이퍼 상에 불순물영역이 생성되는 영역을 제외한 영역에 포토레지스트와 같은 적합한 마스크층을 형성하고, 이온주입장치에 의하여 이온을 주입함으로써 웨이퍼 내에 도전층을 형성할 수 있다.
이온주입장치에서, 상기 이온빔은 이온소스부에 의하여 생성된다. 이온소스부는 이온소스부에 결합된 가스케비넷으로부터 가스를 공급받아 웨이퍼에 도핑되는 불순물 원소의 이온을 생성한다
도 1은 종래의 이온주입장치의 이온소스부를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이온소스부(10)는, 측벽(1) 및 단부 벽(2a 및 2b)을 포함하는 직육면체 형상의 하우징으로 한정되는 챔버(11); 및 챔버(11)의 일 단부벽(2a)을 통과하여 챔버(11) 내부로 연장된 필라멘트(12) 및 챔버(11)의 타 단부벽(2b)을 통과하여 챔버(11) 내부로 연장된 리펠러(repeller, 13)를 포함한다. 이온소스부(10)의 동작시, 필라멘트(12)는 전류에 의해 가열되어 열전자를 방출한다. 필라멘트(12) 및 리펠러(13)에는 하우징에 대하여 실질적으로 음의 바이어스가 인가된다. 이온소스부(10)는 자기장(B)을 형성할 수 있는 자석(미도시)을 더 포함할 수 있다. 자석에 의한 자기장은 필라멘트(12)로부터 방출된 전자가 바이어스에 의한 전기장에 의해 가속되는 동안 나선 경로를 운동하도록 함으로써, 이온화 효율을 증가시킨다. 소스 가스는 도펀트를 함유하는 가스로서, 가스 인렛(inlet, 14)을 통하여 챔버(10) 내에 도입된다. 도입된 소스 가스는 전자에 의하여 분해되거나 이온화되어 플라즈마를 형성한다. 양전하를 갖는 이온(P+, P++)은 이온화 챔버 외부에 배치된 추출전극(extraction electrode, 미도시)에 의해 형성된 전기장에 의하여 빔슬릿(15)을 통하여 챔버(11)로부터 추출된다. 최종적으로 빔슬릿(15)을 통과한 이온은 빔의 형태로 웨이퍼에 주입된다.
웨이퍼의 처리량은 웨이퍼에 충돌하는 이온빔의 전류 밀도에 의존한다. 낮은 이온주입 에너지가 요구되는 경우에 있어서, 주입되는 이온의 빔 전류를 적당한 수준으로 유지하는 것은 매우 어렵다. 또한, 이온빔 전류를 증가시키기 위하여 필 라멘트에 인가되는 전력을 증가시키는 경우 필라멘트 등의 수명이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 낮은 입력 전력 하에서도 더욱 향상된 이온빔 전류를 얻을 수 있도록 하여, 단위 시간당 생산성을 증대시키고, 이온소스부의 필라멘트 수명을 증가시킬 수 있는 이온소스부 및 이를 구비하는 이온주입장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 낮은 입력 전력 하에서도 더욱 향상된 이온빔 전류를 얻을 수 있도록 하여, 단위 시간당 생산성을 증대시키고, 이온소스부의 필라멘트 수명을 증가시킬 수 있는 이온주입장치의 변경 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온소스부는, 내부 공간의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 상기 내부 공간의 단면의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수록 감소되는 형상을 갖는 챔버; 상기 챔버의 일 단부에 배치되는 열전자 방출을 위한 필라멘트; 상기 챔버의 타 단부를 통과하여 상기 챔버 내부로 연장된 리펠러; 상기 챔버 내로 도펀트종을 포함하는 가스를 도입시키기 위해 상기 챔버의 측벽에 형성된 가스 인렛(inlet); 및 상기 챔버의 측벽에 형성되어, 상기 가스로부터 생성된 이온화 종을 상기 챔버로부터 추출하기 위한 빔슬릿을 포함한다.
바람직하게는, 상기 챔버의 내부 공간의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 임의의 내부 단면은 원형이다. 또한, 상기 챔버의 내부 공간의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 임의의 내부 단면의 면적은 상기 내부 공간의 중심으로부터 양 단부 방향으로 대칭적으로 감소될 수 있다. 바람직하게는, 상기 챔버의 내부의 공간은 타원체 형상을 가질 수 있다. 그 결과, 본 발명의 이온소스부는 상기 이온소스부의 동작시, 챔버의 중심부에 플라즈마를 효율적으로 제한(confinement)시켜 국부적으로 이온 밀도를 증대시키면서도 플라즈마의 균일성을 극대화할 수 있다.
또한, 상기 필라멘트는 상기 챔버의 외부로부터 상기 챔버의 일 단부를 통과하여 상기 챔버 내부로 연장될 수 있다. 바람직하게는, 상기 챔버의 타 단부에 배치되고, 후면에 배치된 상기 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 상기 후면이 가열되어 전면에서 상기 챔버 내부로 열전자를 방출시키는 캐소드를 더 포함할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 이온소스부는 상기 필라멘트가 플라즈마에 직접 노출되지 않아 필라멘트의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 상기 가스 인렛은 상기 챔버의 내부 공간의 중심부 측벽에 배치될 수 있다. 상기 빔슬릿도 상기 챔버의 내부 공간의 중심부 측벽에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 가스 인렛과 상기 빔슬릿은 상기 챔버의 내부 측벽에 서로 대향되어 배치됨으로써, 이온화효율을 증대시켜 상기 빔슬릿을 통하여 추출되는 이온빔의 전류 밀도를 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 챔버 내에 전자의 나선 운동을 유도하도록 상기 챔버의 양 단부 방향으로 자기장을 형성하기 위한 자석 또는 자석 코일을 더 포함할 수 있다. 그 결과, 전자의 이동 거리를 증가시킴으로써 기체 분자와 전자의 충돌 확률을 증가시켜, 빔슬릿을 통해 추출되는 이온의 이온빔 전류를 증가시킬 수 있다.
상기 챔버는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 제조할 수 있다. 또한, 자석 또는 자석 코일을 챔버에 적용하는 경우에는, 상기 챔버는 상기 챔버는 상기 자석 또는 상기 자석 코일에 의한 자기력선의 투과가 용이하도록 비자성재료로 제조할 수 있다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온소스부의 변경 방법은, 실린더형 또는 직육면체형 제 1 챔버를 포함하는 이온소스부의 상기 제 1 챔버의 내부 체적을 측량하는 단계; 상기 내부 체적과 동일 또는 유사한 체적을 갖고, 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 내부 단면의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수록 감소되는 형상을 갖는 챔버 제 2 챔버를 제조하는 단계; 및 상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버로 교체하여 상기 이온소스부를 변경하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 챔버의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 상기 챔버의 임의의 내부 단면은 원형일 수 있다. 또한, 상기 챔버의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 상기 챔버의 임의의 내부 단면의 면적은 상기 챔버의 중심으로부터 양 단부 방향으로 대칭적으로 감소될 수 있다. 바람직하게는, 상기 챔버의 내부의 공간은 타원체 형상을 가질 수 있다. 그 결과, 기존 이온주입장치의 이온소스부를 변경하는 것에 의하여, 챔버의 중심부에 플라즈마를 효율적으로 제한 (confinement)시킴으로써 국부적으로 이온 밀도를 증대시키면서도 플라즈마의 균일성을 극대화시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 영역들의 크기는 설명을 명확하게 하기 위하여 과장된 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온주입장치용 이온소스부를 나타내는 사시도이다,
도 2를 참조하면, 이온소스부(500)는, 필라멘트(101); 리펠러(102); 및 가스 인렛(103)을 수용하는 하부 몸체(100a)와 측벽 상에 빔슬릿(104)이 형성된 상부 몸체(100b)로 이루어진 챔버(100)를 포함한다. 이온소스부(500)의 제조 상 편의를 위하여, 하부 몸체(100a)는 필라멘트(101) 및 리펠러(102) 또는 가스 인렛(103) 중에서 선택된 일부를 수용할 수도 있다. 분리된 상부 몸체(100b)와 하부 몸체(100a)를 결합하여 이온소스부(500)의 챔버(100)를 형성한다. 선택적으로는, 이온소스부(500)의 챔버(100)는 일체로 형성될 수도 있으며, 3 개 이상의 몸체가 결합하여 형성될 수도 있다. 챔버(100)는 양 단부(1001, 1002)의 중심을 연장하는 축(a-b)과 수직인 내부 단면(A)의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수 록 감소되는 내부 공간을 갖는다.
본 발명에 따른 챔버(100)의 내부 공간의 체적과 종래의 직육면체 또는 실린더형의 챔버의 내부 공간의 체적이 동일 또는 유사하더라도, 본 발명의 챔버(100)에서는 챔버(100)의 전체 내부 공간의 체적 중 챔버(100)의 양 단부(1001 및 1002)가 차지하는 체적 비율이 최소가 되고, 챔버(100)의 중심부에서 차지하는 체적 비율이 최대가 된다. 일반적으로 챔버(100)의 양 단부(1001 및 1002)에서 필라멘트(101)로부터 방출된 전자 및 이온의 손실이 발생함을 고려할 때, 본 발명의 챔버(100)는 전자 및 이온의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 챔버(100)의 양 단부(1001 및 1002)에서의 이온 밀도가 최소화됨으로써, 필라멘트(101)와 챔버(100)의 일 단부(1001) 및 리펠러(102)와 챔버(100)의 타 단부(1002)에서 발생하는 불필요한 아크(arc) 발생이 억제되어 챔버 내의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 일반적으로 챔버의 중심부에서 이온화반응이 활발하게 일어나기 때문에, 본 발명의 챔버(100)는 중심부에서의 이온 밀도 및 이온화 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 챔버(100)의 양 단부(1001 및 1002)의 중심을 연장하는 축(a-b)과 수직인 챔버(100)의 임의의 내부 단면(A)은 원형이다. 또한, 챔버(100)의 양 단부(1001 및 1002)의 중심을 연장하는 축(a-b)과 수직인 챔버(100)의 임의의 단면(A)의 면적은 챔버(100)의 중심으로부터 양 단부(1001 및 1002)의 방향으로 대칭적으로 감소될 수 있다. 바람직하게는, 챔버(100)의 내부 공간은 타원체 형상을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 이온소스부의 동작시, 챔버(100)의 중심부에 플라즈마를 효율적으로 제한(confinement)시킬 수 있으며, 플라즈마의 균일성을 극대화 할 수 있는 이점이 있다.
챔버(100)의 일 단부(1001)에는 바이어스 인가시에 플라즈마 발생의 씨드(seed)가 되는 열전자를 방출하는 필라멘트(101)가 배치된다. 필라멘트(101)는 챔버(100)의 외부로부터 챔버(100)의 일 단부(1001)를 통과하여 챔버(100) 내부로 연장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온소스부를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 도 2에 나타낸 필라멘트(101)의 구성과 달리, 이온소스부(500)는 필라멘트가 챔버(100) 내부로 직접 연장되지 아니하고, 필라멘트(101)와 소정의 거리만큼 이격되어 필라멘트(101)를 감싸고 있는 캐소드(200)를 더 포함한다. 캐소드(200)는 챔버(100)의 일 단부(1001)에 배치되고, 캐소드(200)의 후면(200a)에 배치된 필라멘트(101)로부터 방출된 열전자의 충돌에 의해 후면(200a)이 가열되어 챔버(100)의 내부로 향하는 캐소드(200)의 전면(200b)에서 열전자를 방출시킨다. 그 결과, 캐소드(200)를 포함하는 이온소스부(500)의 구성은 필라멘트(101)가 직접 플라즈마에 노출되는 되는 이온소스부(도 2의 100) 구성에 비하여, 더욱 확장된 필라멘트(101)의 수명을 가지며, 잦은 소스부의 교체를 필요로 하지 않으므로 더욱 경제적인 이온주입장치의 유지 보수를 가능하게 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 이온소스부의 빔슬릿의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 빔슬릿(104a 및 104b)은 각각 폭이 좁은 직사각형 또는 원형을 가질 수 있다. 바람직하게는, 빔슬릿(104a 및 104b)은 상부 몸체 (100a)의 중심부에 배치된다. 특히, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 직사각형의 빔슬릿은 긴 방향이 상부 몸체(100b)의 양 단부(1001b 및 1002b)의 방향으로 정렬되어 배치된다. 바람직하게는. 빔슬릿(104a 및 104b)과 가스 인렛(도 2의 103)은 각각 상기 챔버(100)의 상부 몸체(도 2의 100b) 및 하부 몸체(도 2의 100a)가 형성하는 내부 공간의 중심부 측벽에 서로 대향되도록 배치된다. 그 결과, 가스 인렛(도 2의 103)을 통하여 챔버(100) 내로 도입된 가스는 이온화된 후, 이온화된 종들(species)은 빔슬릿(104a 및 104b)을 통하여 용이하게 배출될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 도 4a의 A-A 및 도 4b의 B-B를 따라 절개한 단면을 나타내는 사시도이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 빔슬릿(104a 및 104b)은 챔버(100)의 외부쪽으로는 오목한 곡면(1042)을 갖고, 내부쪽으로는 경사면(1041)을 갖는 뽀족한 모서리부(1043)를 갖는다. 본 발명자의 실험 결과로부터, 빔슬릿(104a 및 104b)이 상기의 형상을 가질 때, 빔슬릿(104a 및 104b)을 통하여 추출되는 이온빔이 포커싱되어 아크 현상이 억제되며, 동일한 전력 인가시에도 이온빔 전류가 더욱 향상됨을 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 이온소스부의 리펠러를 나타내는 사시도이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 리펠러(102a 및 102b)는 평편한 강판(rigid plate)을 포함하며, 강판은 원형 또는 다각형의 형상을 갖는다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 리펠러(102)는 그 형상에 관계없이, 불필요한 아크의 발생을 억제하기 위하여, 챔버(100)의 양 단부(1001 및 1002)의 측벽으로부터 소정의 거리(L2)만큼 이격되어 배치될 수 있는 크기를 가져야 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이온소스부를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 이온소스부(500)는, 당해 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 챔버(도 2의 100) 내에 자기장(B)을 형성할 수 있는 자석 또는 자석 코일(300)을 더 포함할 수 있다. 자석 또는 자석 코일(300)은 챔버(100) 내에 자기장(B)을 발생시켜 필라멘트(101) 또는 캐소드(200)로부터 방출된 열전자가 나선 운동을 하도록 유도하여 전자의 이동 거리를 증가시킨다. 전자의 이동 거리가 증가하면, 기체 분자와 전자의 충돌 확률이 증가된다. 그 결과, 챔버(100) 내의 이온 밀도를 증가시킬 수 있으며, 빔슬릿(도 2의 104)을 통해 추출되는 이온의 이온빔 전류를 증가시킬 수 있다.
챔버(100)의 재료는 이온주입공정에 대하여 오염원으로 작용하지 않는 재료로 제조한다. 바람직하게는, 챔버(100)는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 그라파이트 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다. 그러나, 도 7에서와 같이, 자석 또는 자석 코일(300)을 적용하는 경우에는 챔버(100)는 자석 또는 자석 코일(300)에 의한 자기력선의 투과가 용이한 비자성재료(non-magnetic material)로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 챔버 재료로서 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 그라파이트를 적용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 이온소스부를 구비하는 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 이온주입장치(700)는 상기한 이온소스부 (500); 이온소스부의 빔슬릿에 결합하여 이온빔을 추출하는 추출전극(extraction electrode, 미도시); 질량분석에 의하여 소정의 이온을 선택하는 애널라이저(200); 이온빔을 가속하기 위한 이온전송부(300); 및 이온이 주입되는 웨이퍼(500)가 배치되는 공정챔버(400)를 포함할 수 있다. 이온전송부(300)는 이온가속관(302); 및 이온가속관(302)의 양단에 이온소스부(500)로부터 전송된 이온빔을 집속하기 위한 제 1 전계렌즈(301) 및 제 2 전계렌즈(303)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 전계렌즈는 사중극렌즈(quadrupole lens)이다. 애널라이저(200), 이온전송부(300) 및 공정챔버(400)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 알려진 바에 따라, 적합하게 변형 또는 변경이 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 이온소스부의 변경 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 이온소스부의 변경 방법은, 실린더형 또는 직육면체형 내부 공간을 갖는 제 1 챔버를 포함하는 이온소스부의 상기 내부 공간의 체적을 측량하는 단계(S10); 상기 내부 공간의 체적과 동일 또는 유사한 내부 공간의 체적을 갖고, 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 내부 단면의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수록 감소되는 형상을 갖는 챔버 제 2 챔버를 제조하는 단계(S20); 및 상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버로 교체하여 상기 이온소스부를 변경하는 단계(S30)를 포함한다.
바람직하게는, 챔버의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 챔버의 임의의 내부 단면은 원형이다. 또한, 챔버의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 챔버의 임의의 내부 단면의 면적은 챔버의 중심으로부터 양 단부 방향으로 대칭적 으로 감소될 수 있다.
본 발명의 이온소스부의 변경 방법에 따르면, 기존 이온주입장치의 이온소스부를 변경하는 것에 의하여, 챔버의 중심부에 플라즈마를 효율적으로 제한(confinement)시킴으로써 국부적으로 이온 밀도를 증대시키면서도 플라즈마의 균일성을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 이온소스부 및 이를 구비하는 이온주입장치는, 챔버의 양 단부의 내부 공간의 체적 비율을 감소시킴으로써 챔버의 양 단부에서 발생하는 전자 및 이온의 손실을 최소화하고 불필요한 아크의 발생을 최소화하여 플라즈마의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다, 또한, 챔버의 중심부의 내부 공간의 체적 비율을 증가시킴으로써, 이온화반응이 활발하게 일어나는 챔버의 중심부의 이온 밀도 및 이온화 효율을 증가되어 낮은 입력 전력하에서 동일한 이온빔 전류를 얻을 수 있으므로 이온소스부의 수명이 연장된다. 특히, 챔버의 내부 공간의 형태를 타원형으로 형성함으로써, 챔버의 중심부에 플라즈마를 효율적으로 제한시켜 이온 밀도를 증대시키면서도 플라즈마의 균일성을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 이온소스부의 변경 방법은, 기존 이온주입장치에 있어서 이온소스부의 챔버의 내부 공간의 형태를 변경하는 것만으로도, 동일한 입력 전력 하에서도 더욱 향상된 이온빔 전류를 얻을 수 있어 시간당 생산성을 증대시키고, 이온소스부의 필라멘트 수명을 증가시킬 수 있다.
Claims (20)
- 내부 공간의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 상기 내부 공간의 단면의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수록 감소되는 형상을 갖는 챔버;상기 챔버의 일 단부에 배치되는 열전자 방출을 위한 필라멘트;상기 챔버의 타 단부를 통과하여 상기 챔버 내부로 연장된 리펠러;상기 챔버 내로 도펀트종을 포함하는 가스를 도입시키기 위해 상기 챔버의 측벽에 형성된 가스 인렛(inlet); 및상기 챔버의 측벽에 형성되어, 상기 가스로부터 생성된 이온화 종을 상기 챔버로부터 추출하기 위한 빔슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 내부 공간의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 내부 공간의 단면의 면적은 상기 챔버의 중심으로부터 양 단부 방향으로 대칭적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 챔버의 상기 내부 공간은 타원체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 필라멘트는 상기 챔버의 외부로부터 상기 챔버의 일 단부를 통과하여 상기 챔버의 상기 내부 공간으로 연장된 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버의 일 단부에 배치되고, 후면에 배치된 상기 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 상기 후면이 가열되어 전면에서 상기 챔버의 상기 내부 공간으로 열전자를 방출시키는 캐소드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 필라멘트 및 상기 리펠러는 상기 가스를 이온화하는 동안 아크를 발생시키지 않도록, 상기 챔버의 측벽과 소정의 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 인렛은 상기 챔버의 상기 내부 공간의 중심부 측벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 빔슬릿은 상기 챔버의 상기 내부 공간의 중심부 측벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 빔슬릿은 원형 또는 직선형인 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 빔슬릿은 상기 챔버의 상기 측벽의 외부측에서는 오목한 곡면을 갖고 상기 측벽의 상기 내부 공간측에서는 경사면을 갖는 뾰족한 모서리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 인렛과 상기 빔슬릿은 상기 챔버의 상기 내부 공간의 측벽에 서로 대향되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 리펠러는 원형 또는 다각형의 강판(rigid plate)인 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버 내에 전자의 나선 운동을 유도하도록 상기 챔버의 양 단부 방향으로 자기장을 형성하기 위한 자석 또는 자석 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 14 항에 있어서,상기 챔버는 상기 내부 공간으로 상기 자석 또는 상기 자석 코일에 의한 자기력선의 투과가 용이하도록 비자성재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 제 1 항에 있어서,상기 챔버는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 그라파이트 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온소스부.
- 이온소스부, 상기 이온소스부로부터 이온빔을 추출하는 추출전극, 상기 이온빔을 선별하는 애널라이저(200); 선별된 상기 이온빔을 가속하기 위한 이온전송부(300) 및 상기 이온빔이 주입되는 웨이퍼가 배치되는 공정챔버를 포함하는 이온주입장치에 있어서,상기 이온소스부는 제 1 항 기재의 이온소스부인 것을 특징으로 하는 이온주 입장치.
- 실린더형 또는 직육면체형 내부 공간을 갖는 제 1 챔버를 포함하는 이온소스부의 상기 내부 공간의 체적을 측량하는 단계;상기 내부 공간의 체적과 동일한 내부 공간의 체적을 갖고, 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 내부 단면의 면적은 중심부에서 최대값을 갖고 양 단부로 갈수록 감소되는 형상을 갖는 챔버 제 2 챔버를 제조하는 단계; 및상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버로 교체하여 상기 이온소스부를 변경하는 단계를 포함하며,상기 변경된 이온소스부는 상기 제 2 챔버의 일 단부에 배치되는 열전자 방출을 위한 필라멘트; 상기 제 2 챔버의 타 단부를 통과하여 상기 재 2 챔버 내부로 연장된 리펠러; 상기 제 2 챔버 내로 도펀트종을 포함하는 가스를 도입시키기 위해 상기 제 2 챔버의 측벽에 형성된 가스 인렛(inlet); 및 상기 제 2 챔버의 측벽에 형성되어, 상기 가스로부터 생성된 이온화 종을 상기 제 2 챔버로부터 추출하기 위한 빔슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온소스부의 변경 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 챔버의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 상기 챔버의 임의의 내부 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 이온소스부의 변경 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 챔버의 양 단부의 중심을 연장하는 축과 수직인 상기 챔버의 임의의 내부 단면의 면적은 상기 챔버의 중심으로부터 양 단부 방향으로 대칭적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 이온소스부의 변경 방법.
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