KR100688780B1 - 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체소스의 기화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치에 관한 것으로서, 반도체 소자의 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체소스의 기화장치에 있어서, 고체소스가 채워지며, 일측에 가스방출구가 마련되는 가스바틀과, 가스바틀의 외주면을 감싸도록 설치되어 가스바틀을 가열하는 히팅수단과, 가스바틀 내부 온도를 측정하여 감지신호로서 출력하는 온도센서와, 온도센서로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 히팅수단을 제어하는 온도제어부를 포함한다. 따라서, 고체소스가 채워진 가스바틀에 직접적으로 열을 공급하도록 하여 고체소스의 가열온도를 정확하게 제어할 수 있도록 함으로써 방출하는 프로세스 가스의 양을 정확하게 제어하여 이온주입공정에 필요한 이온빔의 양을 정확하게 추출하도록 하고, 퍼지작업을 위한 냉각을 위하여 냉각가스를 순환 공급시킴으로써 냉각에 소요되는 시간을 단축시켜서 장비의 가동률을 증대시키는 효과를 가지고 있다.
이온주입공정, 고체소스, 가스바틀(gas bottle), 냉각자켓
Description
도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치를 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치의 히팅수단을 도시한 분해사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 가스바틀 111 : 가스방출구
120 : 히팅수단 121 : 몸체
124 : 텅스텐코일 130 : 냉각자켓
151 : 밀폐공간 154 : 덮개
140 : 온도센서 150 : 온도제어부
본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체소스가 채워진 가스바틀에 직접적으로 열을 공급하도록 하여 고체소스의 가열온도를 정확하게 제어할 수 있으며, 냉각에 소요되는 시간을 단축시키는 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위하여 여러 가지 단위공정이 실시되며, 이러한 단위공정중에서 웨이퍼 표면에 불순물을 플라즈마 상태의 이온빔 상태로 만든 후 웨이퍼 표면에 침투시켜 필요한 전도형 및 비저항의 소자를 얻기 위한 공정을 이온주입공정이라 한다.
이온주입공정에서 이온소스의 재료들에는 이온화 가능한 가스 또는 기화성 소스재료들이 포함될 수 있다. N형 불순물 웨이퍼 재료를 원하는 경우 붕소(B), 갈륨(Ga) 또는 인듐(In)이 이용될 것이다. 갈륨과 인듐은 고체소스 재료이고, 반면에 붕소는 가스형태(일반적으로, 삼불화 붕소(BF3) 또는 다이보레인(B2H6))으로 공정이 실시되는 플라즈마 챔버에 주입되는데, 이는 붕소의 증기압이 너무 낮아 고체 붕소를 가열시킴에 의하여 사용가능한 압력이 되지 않기 때문이다. 또한, P형 불순물 재료가 생성되어야 한다면, 적절한 소스재료에는 소스가스 비화수소(AsH3)와 수소화인(H3P) 및 기화된 고체 안티몬(Sb)이 포함된다.
이러한 이온소스중에서 인듐, 갈륨, 안티몬과 같은 고체소스는 플라즈마 챔 버로 공급되기 전에 반응을 위하여 일정 온도로 가열하여 기화상태로 만드는데, 예를 들면 인듐의 경우 340도씨에서 370도씨 이상으로 가열이 되어야만 증기로 변화되어 프로세스 가스로서의 역할을 수행하게 된다.
종래의 반도체 소자를 제조하기 위한 이온주입공정에서 고체소스를 기화시키는 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치(10)는 내측에 고체소스(s)가 저장됨과 아울러 일측에 가스방출구(11a)가 마련되는 쿼츠(quartz) 재질의 가스바틀(gas bottle)(11)과, 가스바틀(11)을 가열시키기 위해 전원의 공급에 의해 열을 방출하는 필라멘트(12a)를 구비하여 가스바틀(11)의 일측으로부터 이격되게 설치되는 가열램프(12)와, 가스바틀(11) 내부의 온도를 측정하여 감지신호를 출력하는 온도센서(13)와, 온도센서(13)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 가열램프(12)를 제어하는 온도제어부(14)를 포함한다.
이와 같은 종래의 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치(10)는 온도제어부(14)가 온도센서(13)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 가스바틀(11) 내부의 온도가 고체소스(s)의 기화에 필요한 온도에 해당하도록 가열램프(12)로 공급되는 전원을 제어함으로써 가스바틀(11) 내부의 고체소스(s)를 가열하여 기화된 프로세스 가스를 가스방출구(11a)를 통해 이온주입장비로 공급하는데, 고체소스(s)가 인듐인 경우 프로세스 진행시 요구되는 온도는 358도씨 내지 364도씨 정도이다. 한편, 가스바틀(11)의 가스방출구(11a)를 통해 기화되어 나오는 프로세스 가스의 양은 가열온도를 얼마나 정확하게 제어하느냐에 따라 결정되는데, 제어온도의 범위가 커지게 되면 가스방출구(11a)를 통해 방출되는 프로세스 가스의 양이 크게 변하여 결국 생성되는 이온빔의 양도 변하게 된다. 따라서, 이온주입공정에서 원하는 이온빔의 양을 정확하게 추출해 내기가 어려워진다.
그럼에도 불구하고, 종래의 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치(10)는 제어부(14)가 온도센서(13)의 감지신호를 통해 가열램프(12)를 제어하더라도 가열램프(12)가 가스바틀(11)의 일측으로부터 이격되도록 설치됨과 아울러 가열램프(12)의 간접 가열방식으로 인해 가스바틀(11)의 온도를 정확하게 제어하기란 어려울 뿐만 아니라 가열온도의 편차를 줄이기가 어려우므로 프로세스 가스의 양을 정확하게 제어하지 못하여 원하는 이온빔의 양을 추출하지 못하는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 가열온도의 편차를 줄이는 것이 어려워짐으로써 프로세스 가스의 생성에서부터 최종목적인 이온화 후의 웨이퍼 주입까지 걸리는 시간이 길어지는 문제점을 가지고 있었다.
그리고, 어느 하나의 고체소스, 예컨대 인듐의 주입공정이 끝난 후에 다른 이온주입공정을 진행하기 위한 퍼지작업이 필요하게 되는데, 이러한 퍼지작업을 위해서는 가스바틀(11)의 온도를 100씨 이하로 낮추어야 한다. 그러나, 종래의 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치(10)는 단순히 가열램프(12)의 전원 오프(off)를 통해서 가스바틀(11)의 온도를 수동적으로 낮추게 됨으로써 퍼지작업에 소요되는 시간을 증가시키며, 이러한 온도강하에 소요되는 시간은 프로세스 공정 시간의 70%이상인 40분에서 1시간 이상을 소요시킴으로써 장비의 가동률을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고체소스가 채워진 가스바틀에 직접적으로 열을 공급하도록 하여 고체소스의 가열온도를 정확하게 제어할 수 있고, 퍼지작업을 위한 냉각시 소요되는 시간을 단축시키는 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 반도체 소자의 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체소스의 기화장치에 있어서, 고체소스가 채워지며, 일측에 가스방출구가 마련되는 가스바틀과, 가스바틀의 외주면을 감싸도록 설치되어 가스바틀을 가열하는 히팅수단과, 가스바틀 내부 온도를 측정하여 감지신호로서 출력하는 온도센서와, 온도센서로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 히팅수단을 제어하는 온도제어부와, 히팅수단을 감싸서 외부의 냉각가스공급부로부터 냉각을 위한 가스가 순환 공급되는 밀폐공간을 형성하는 냉각자켓을 포함하며, 냉각자켓은 가스바틀의 설치면에 하단이 오링을 매개로 기밀을 유지하도록 결합되고, 상단이 가스바틀의 상단에 마련되는 가스방출구에 끼워진 상태에서 가스방출구에 밀폐되도록 끼워지는 덮개에 오링을 매개로 기밀을 유지하도록 결합되며, 냉각가스공급부로부터 냉각가스가 순환 공급되기 위한 공급구 및 배출구가 각각 마련되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반 도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치(100)는 반도체 소자의 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체소스를 기화시키는 장치로서, 고체소스가 채워지는 가스바틀(gas bottle; 110)과, 가스바틀(110)의 외주면을 감싸도록 설치되는 히팅수단(120)과, 가스바틀(110) 내부 온도를 측정하는 온도센서(130)와, 히팅수단(120)을 제어하는 제어부(140)를 포함한다.
가스바틀(110)은 내측에 고체소스(s)가 채워지고, 일측에 가스방출구(111)가 마련되며, 하측에 이온주입장비내의 설치면(1)에 고정되기 위하여 고정부(112)가 마련되고, 외주면에 히팅수단(120)이 설치된다.
히팅수단(120)은 가스바틀(110)의 외주면을 감싸도록 설치됨으로써 가스바틀(110)을 가열한다. 한편, 히팅수단(120)은 열효율이 뛰어난 텅스텐코일(124)을 사용함이 바람직하며, 이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 내측에 가스바틀(110)이 삽입됨과 아울러 텅스텐코일(124)이 설치되는 몸체(121)를 포함한다.
몸체(121)는 서로 끼워짐과 아울러 그라파이트 등과 같은 내열재료로 형성되는 내측튜브(122)와 외측튜브(123)로 이루어지는 이중구조를 가지며, 내측튜브(122)와 외측튜브(123)사이에 전원의 공급에 의해 발열하는 텅스텐코일(124)이 권선된다. 즉, 내측튜브(122)는 그 외주면에 텅스텐코일(124)이 권선된 상태로 외측튜브(123) 내측에 삽입 설치된다.
한편, 히팅수단(120)과 그 내측에 위치하는 가스바틀(110)을 강제 냉각시키기 위하여 히팅수단(120)을 감싸는 냉각자켓(150)을 더 포함할 수 있다.
냉각자켓(150)은 히팅수단(120)이 내측에 위치함으로써 히팅수단(120)과의 사이에 외부의 냉각가스공급부(160)로부터 냉각을 위한 가스가 순환 공급되는 밀폐공간(151)을 형성한다. 한편, 냉각자켓(150)으로 순환 공급되는 냉각가스로는 증착공정에 영향을 미치지 않는 퍼지가스로 사용되는 질소(N2) 가스가 바람직하다.
또한, 냉각자켓(150)의 밀폐공간(151)으로 냉각가스의 순환 공급은 외부의 별도 조작에 의해 공급밸브(V)의 개폐에 의해 가능하도록 할 수 있으며, 본 실시예에서처럼 온도제어부(140)에 의해 공급밸브(V)를 제어함으로써 이루어지도록 할 수 있다.
냉각자켓(150)은 가스바틀(110)의 설치면(1)에 오링(152)을 매개로 기밀을 유지하도록 볼트(B) 등으로 결합되고, 상단이 가스바틀(110)의 상단에 마련되는 가스방출구(111)에 끼워진 상태에서 가스방출구(111)에 밀폐되도록 끼워지는 덮개(154)에 오링(153)을 매개로 기밀을 유지하도록 볼트(B)로 결합된다. 또한, 냉각자켓(150)은 냉각가스공급부(160)로부터 냉각가스가 순환 공급되기 위한 공급구(155) 및 배출구(156)가 각각 마련된다.
온도센서(130)는 가스바틀(110)에 삽입 설치되며, 가스바틀(110) 내부의 온도를 측정하여 온도제어부(140)로 감지신호를 출력한다.
온도제어부(140)는 온도센서(130)로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 히팅수단(120)의 텅스텐코일(124)로 공급되는 전원을 조절함으로써 히팅수단(120)을 제어한다.
또한, 히팅수단(120) 및 가스바틀(110)의 냉각은 별도의 조작에 의해 공급밸 브(V)를 제어함으로써 냉각자켓(150)으로의 냉각가스 순환을 조절할 수 있으며, 본 실시예에서처럼 온도제어부(140)가 외부의 조작신호 또는 미리 설정된 공정순서에 따라 공급밸브(V)를 제어함으로써 냉각자켓(150)으로 냉각가스를 순환토록 할 수 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
이온주입공정에 사용되는 이온소스중에서 인듐(In), 갈륨(Ga), 안티몬(Sb)과 같은 고체소스(s)를 플라즈마 챔버로 공급되기 전에 반응을 위하여 일정 온도로 가열하여 기화상태로 만들도록 고체소스(s)가 채워진 가스바틀(110)을 히팅수단(120)의 텅스텐코일(124)로 가열하게 된다. 이 때, 온도제어부(140)는 온도센서(130)로부터 출력되는 가스바틀(110) 내부의 측정 온도를 감지신호로서 수신받아 정해진 가스바틀(110) 내부의 온도가 정해진 온도 범위, 예를 들면 인듐의 경우 340도씨에서 370도씨 이상에 머물도록 텅스텐코일(124)로의 전원공급을 조절한다.
그러므로, 열효율이 뛰어남과 아울러 가스바틀(110) 외주면을 감싸도록 설치되는 텅스텐코일(124)에 의해 가스바틀(110)을 직접 가열함으로써 텅스텐코일(124)로부터 방출되는 열이 가스바틀(110)로 전달되는데 장애가 없음으로써 텅스텐코일(124)로의 전원 공급량에 따른 가스바틀(110)의 온도제어가 정확하여 가스바틀(110)내의 고체소스(s)의 가열온도를 설정된 온도범위에 정확하게 머물도록 함으로써 가스바틀(110)의 고체소스(s)의 기화로 인해 가스방출구(111)를 통해 방출되어 이온주입장비로 공급되는 프로세스 가스의 양을 정확하게 제어하여 이온주입공정에 필요한 이온빔의 양을 정확하게 추출하도록 한다.
또한, 다른 고체소스에 의한 이온주입공정을 위하여 퍼지작업시 냉각자켓(130)으로 냉각가스를 순환 공급시킴으로써 가스바틀(110)의 냉각에 소요되는 시간을 단축시켜서 장비의 가동률을 증대시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치는 고체소스가 채워진 가스바틀에 직접적으로 열을 공급하도록 하여 고체소스의 가열온도를 정확하게 제어할 수 있도록 함으로써 방출하는 프로세스 가스의 양을 정확하게 제어하여 이온주입공정에 필요한 이온빔의 양을 정확하게 추출하도록 하고, 퍼지작업을 위한 냉각을 위하여 냉각가스를 순환 공급시킴으로써 냉각에 소요되는 시간을 단축시켜서 장비의 가동률을 증대시키는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (4)
- 반도체 소자의 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체소스의 기화장치에 있어서,상기 고체소스가 채워지며, 일측에 가스방출구가 마련되는 가스바틀과,상기 가스바틀의 외주면을 감싸도록 설치되어 상기 가스바틀을 가열하는 히팅수단과,상기 가스바틀 내부 온도를 측정하여 감지신호로서 출력하는 온도센서와,상기 온도센서로부터 출력되는 감지신호를 수신받으며, 상기 히팅수단을 제어하는 온도제어부와,상기 히팅수단을 감싸서 외부의 냉각가스공급부로부터 냉각을 위한 가스가 순환 공급되는 밀폐공간을 형성하는 냉각자켓을 포함하며,상기 냉각자켓은 상기 가스바틀의 설치면에 하단이 오링을 매개로 기밀을 유지하도록 결합되고, 상단이 상기 가스바틀의 상단에 마련되는 가스방출구에 끼워진 상태에서 상기 가스방출구에 밀폐되도록 끼워지는 덮개에 오링을 매개로 기밀을 유지하도록 결합되며, 상기 냉각가스공급부로부터 냉각가스가 순환 공급되기 위한 공급구 및 배출구가 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 히팅수단은,내측에 상기 가스바틀이 삽입되며, 서로 끼워지는 내측튜브와 외측튜브로 이루어지는 몸체와,상기 몸체의 내측튜브와 외측튜브 사이에 권선되며, 전원의 공급에 의해 발열하는 텅스텐코일을 포함하는 반도체 소자 제조를 위한 이온주입공정에 사용되는 고체 소스의 기화장치.
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