KR100701999B1 - 이온주입장치의 애널라이저 챔버 - Google Patents

이온주입장치의 애널라이저 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼상에 불순물 이온빔을 주입할 때, 이 이온빔에 의해 파손된 부분을 국부적으로 교체가 가능한 이온주입장치의 애널라이저 챔버에 관한 것으로, 이와 같은 발명은 외부로부터 불순물 가스를 공급받아 이를 이온화시킨 후 강한 전계로 이온빔을 추출하는 이온 소스부와, 이온 소스부에서 추출되는 이온빔을 소정 각도로 회절시키는 이온주입장치의 애널라이저 챔버에 있어서, 상기 애널라이저 챔버는 이온빔이 유입되는 챔버 헤드와, 챔버 헤드로 유입된 이온빔을 회절시키는 챔버 본체와, 챔버 헤드와 챔버 본체가 결합되도록 하는 결합수단으로 구성된다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 질량 분석기의 애널라이저 챔버가 챔버 본체와 챔버 헤드로 각각 별도로 형성되어 선택적으로 분리 및 결합이 가능하기 때문에, 애널라이저 챔버로 빠르게 유입되는 이온빔에 의해 애널라이저 챔버의 앤트런스 부분이 일부 파손되었을 경우, 이 일부 파손된 부분 즉, 애널라이저 챔버의 챔버 헤드 부분만을 국부적으로 교체하면 되기 때문에 종래에 애널라이저 챔버 전체를 한꺼번에 교체해야되었던 때보다 교체가 용이할 뿐만 아니라 교체에 드는 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다
이온주입, 이온빔

Description

이온주입장치의 애널라이저 챔버{Analyzer chamber of ion implanting apparatus}
도 1은 일반적인 이온주입장치의 구성을 도시한 블럭도.
도 2는 종래 이온주입장치의 애널라이저 챔버를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 이온주입장치의 애널라이저 챔버를 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 챔버 헤드를 도시한 정면도.
도 5는 도 3의 챔버 헤드를 도시한 배면도.
본 발명은 이온주입장치의 애널라이저 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼상에 불순물 이온빔(Ion beam)을 주입할 때, 이 이온빔에 의해 파손된 부분을 국부적으로 교체가 가능한 이온주입장치의 애널라이저 챔버에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정 중 이온주입공정은 반도체가 전기적 특성을 갖도록 하기 위하여 웨이퍼에 불순물을 주입시키는 방법 중의 하나로서, 원하는 종류의 불순물을 이온빔으로 변환시킨 다음, 이를 가속시켜 필요한 양이나 필요한 깊이 로 웨이퍼상에 골고루 혹은 필요한 부분에만 선택적으로 주입시키는 공정이다.
이와 같은 이온주입공정을 수행하는 이온주입장치(700)는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 외부로부터 공급된 불순물 가스(Gas)를 이온화시킨 후, 이를 강한 전계로 높은 에너지를 공급하여 빠른 속도로 이동되는 이온빔으로 추출시키는 이온 소스부(Ion source part,100)와, 이온 소스부(100)에서 추출된 이온빔이 주입되어야할 목표점 방향으로 이동되는 빔라인 어셈블리(Beam line assembly,200)와, 이온빔이 주입되어야할 목표점을 정확히 설정해주는 엔드 스테이션(End station,300)과, 웨이퍼가 원활히 구동되도록 하는 장치구동부(500)와, 이온주입장치(700)를 전반적으로 제어하는 중앙제어부(400)로 구성되며, 각 부분은 데이타 라인(70)과 콘트롤 라인(80)으로 상호 연결된다.
이때, 이온빔이 이동되는 빔라인 어셈블리(200)는 이온 소스부(100)에서 추출된 이온빔을 자기장과 각 이온의 질량차를 이용하여 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 질량 분석기(230)와, 이온 소스부(100) 및 질량 분석기(230) 사이에 설치되어 이온 소스부(100)의 이온빔이 질량 분석기(230)로 이동되는 것을 선택적으로 개폐하는 게이트 밸브(Gate valve,210)와, 질량 분석기(230)에 의해 선택된 이온을 가속시키는 이온 가속기(250) 및 가속된 이온빔을 웨이퍼 상에 균일하게 주사시킬수 있도록 편향시키는 편향유닛(270)으로 구성된다.
여기에서, 질량 분석기(230)는 유입되는 이온빔이 소정 각도로 회절되도록 하는 애널라이저 챔버(미도시)와, 이 애널라이저 챔버에 장착되어 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택할 수 있도록 소정 자기장을 형성시켜주는 마그넷(Magnet,미 도시)으로 구성된다. 이때, 이와 같은 이온주입장치(700)에 사용되는 종래 애널라이저 챔버(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일측단부 및 타측단부에 각각 이온유입구(52)와 이온유출구(55)가 개구된 일체형 'L'자 덕트(Duct) 형상이며, 앞에서 설명한 바와 같이 이온유입구(52)로 이온빔이 유입되면, 이 이온빔을 소정 각도로 회절시켜 이온유출구(55)로 유출되도록 한다.
이하, 이와 같이 구성된 이온주입장치(700)에서 불순물의 이동경로를 설명하면, 외부로부터 가스상태로 공급된 불순물은 이온 소스부(100)에서 이온화된 후 빠른 속도로 이동되는 이온빔으로 추출된 다음, 게이트 밸브(210)가 오픈(Open)될 경우, 이 게이트 밸브(210)를 빠르게 통과하여 질량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(도 2의 50)를 경유한 다음, 이온 가속기(250)와 편향유닛(270) 그리고 엔드 스테이션(300)을 거쳐 주입되어야할 웨이퍼의 목표점에 정확히 주입되게 된다.
그러나, 여기에서 게이트 밸브(210)를 빠르게 통과한 이온빔은 애널라이저 챔버(50)를 경유하게 되는 바, 애널라이저 챔버(50)의 앤트런스(Entrance) 부분(56)에 일부 부딪치면서 애널라이저 챔버(50)의 앤트런스 부분(56)을 조금씩 파손시키며 애널라이저 챔버(50)를 통과하게 된다.
이에, 이와 같이 이온빔에 의해 애널라이저 챔버(50)의 앤트런스 부분(56)이 조금씩 파손되는 상태로 이온주입장치(700)가 장기간 사용될 경우, 이 파손되는 부분은 이온빔에 의해 점점 커지게 되고, 나중에는 애널라이저 챔버(50)와 게이트 밸브(210) 사이에 장착되어 진공압 누출을 방지하는 O-링이 삽입되는 부분까지 확대파손되게 된다.
따라서, 이온주입장치(700)에서 일정하게 유지되던 진공압은 이 파손된 부분을 통해 외부로 누출되게 되기 때문에 유저(User)는 이 진공압의 외부누출을 방지하기위해 애널라이저 챔버(50)를 소정 기간 또는 소정 횟수만큼 사용한 후 교체하게 된다.
그러나, 이온주입장치(700)에 사용되는 종래 애널라이저 챔버(50)는 앞에서 설명한 바와 같이 이온빔이 유입 및 유출되도록 이온유입구(52)와 이온유출구(55)가 일측단부 및 타측단부에 각각 형성된 일체형 챔버(50)이기 때문에, 유저는 파손된 부분(56)만 국부적으로 교체하지 못하고, 이 고가의 애널라이저 챔버(50) 전체를 한꺼번에 통째로 교체해야 되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 웨이퍼에 불순물 이온빔을 주입함에 있어서, 이온빔이 빠른 속도로 이동되면서 애널라이저 챔버의 소정 부분을 파손시켰을 경우, 이 파손된 부분만 국부적으로 교체가 가능한 이온주입장치의 애널라이저 챔버를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은 외부로부터 불순물 가스를 공급받아 이를 이온화시킨 후 강한 전계로 이온빔을 추출하는 이온 소스부와, 이온 소스부에서 추출되는 이온빔을 소정 각도로 회절시키는 이온주입장치의 애널라이저 챔버에 있어서, 상기 애널라이저 챔버는 이온빔이 유입되는 챔버 헤드(Head)와, 챔버 헤드로 유입된 이온빔을 회절시키는 챔버 본체와, 챔버 헤드와 챔버 본체가 결 합되도록 하는 결합수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 애널라이저 챔버에는 챔버 본체와 챔버 헤드가 결합될 때, 챔버 본체와 챔버 헤드 사이에서 진공압이 누출되는 것을 방지하는 리크(Leak)방지부재가 더 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결합수단은 챔버 본체에 형성된 결합홀(Hole)과, 챔버 헤드에 형성된 관통홀과, 관통홀에 끼워져 상기 결합홀에 고정되는 결합볼트(Bolt)인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예인 이온주입장치의 애널라이저 챔버를 설명하기전에 먼저 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 애널라이저 챔버가 장착되는 일반적인 이온주입장치(700)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명 애널라이저 챔버가 사용되는 일반적인 이온주입장치(700)는 크게 이온 소스부(100), 빔라인 어셈블리(200), 엔드 스테이션(300), 장치구동부(500) 및 이온주입장치(700)를 전반적으로 제어하는 중앙제어부(400)로 구성되며, 각 부분은 데이타 라인(70)과 콘트롤 라인(80)으로 상호 연결된다.
보다 구체적으로 설명하면, 이온 소스부(100)는 웨이퍼에 주입되어야할 불순물이 가스상태에서 이온화된 후 이온빔으로 추출되는 곳으로, 외부로부터 불순물 가스를 공급받아 이를 이온화시키는 이온발생유닛(120)과, 이 이온화된 불순물을 강한 전계로 높은 에너지(Energy)를 공급하여 빠른속도로 이동되는 이온빔으로 추출시키는 이온추출유닛(140)으로 구성된다.
그리고, 빔라인 어셈블리(200)는 이온 소스부(100)에서 추출된 이온빔이 웨이퍼(Wafer) 방향으로 이동되는 곳으로, 이온추출유닛(140)에서 이온빔으로 추출된 이온 중 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 질량 분석기(230)와, 이온추출유닛(140) 및 질량 분석기(230) 사이에 설치되어 이온추출유닛(140)에서 추출된 이온빔이 질량 분석기(230)로 이동되는 것을 선택적으로 개폐하는 게이트 밸브(210)와, 질량 분석기(230)에서 분리 및 선택된 이온빔을 소정 속도로 가속시키는 이온 가속기(250)와, 가속된 이온빔을 웨이퍼 상에 균일하게 주사시킬 수 있도록 편향시키는 편향유닛(270)으로 구성된다.
여기에서, 질량 분석기(230)는 자기장과 각 이온의 질량차를 이용하여 이온빔을 소정 각도록 회절시켜 공정에 필요한 이온만을 분리 및 선택하는 역할을 하는 바, 이온추출유닛(140)으로부터 추출되어 유입되는 이온빔이 소정 각도로 회절되도록 하는 애널라이저 챔버(도 3의 231)와, 이 애널라이저 챔버(231)의 일측면 또는 양측면에 장착되어 공정에 필요한 이온만을 분석할 수 있도록 소정 자기장을 형성시켜주는 마그넷(미도시)으로 구성된다
또한, 엔드 스테이션(300)은 이온주입될 웨이퍼가 탑재되는 곳으로, 편향유닛(270)을 경유한 이온빔이 주입되어야할 목표점에 정확히 주입되도록 웨이퍼의 위치를 설정해주도록 웨이퍼 이동유닛(350)이 구비된다.
한편, 장치구동부(500)는 이온주입장치(700)가 원활히 구동될 수 있도록 하는 곳으로, 이온주입장치(700)의 각 부분 진공을 제어하는 진공유닛(560)과, 이온주입장치(700)의 이온분해 및 추출 그리고 가속을 위한 다양한 레벨(Level)의 전압 을 공급하는 전력공급유닛(580)으로 구성된다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 핵심부분인 질량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(231)에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 핵심부분인 질량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(231)는 크게 챔버 본체(233), 챔버 헤드(232), 이 둘을 결합시켜주는 결합수단 및 리크방지부재(240)로 구성된다.
여기에서, 챔버 본체(233)는 중앙에 이온빔이 통과될 수 있도록 소정 크기의 공간이 형성된 'L'자 덕트형상으로, 일 단부의 모서리 부분에는 챔버 헤드(232)가 결합될 수 있도록 결합홀(238)이 형성되며, 타 단부의 중앙에는 유입된 이온빔이 통과되도록 이온유출구(239)가 형성된다. 이때, 결합홀(238)은 적어도 하나이상 형성됨이 바람직하다.
또한, 챔버 헤드(232)는 챔버 본체(233)의 이온빔이 유입되는 방향 즉, 결합홀(238)이 형성된 부분에 결합되는 부분으로, 중앙에 이온빔이 통과될 수 있도록 소정 크기의 공간이 형성되며, 챔버 본체(233)와 결합되는 일측 단부는 챔버 본체(233)의 결합될 부분의 종단면과 동일한 단면을 갖으며, 이 일측 단부의 모서리 부분에는 챔버 본체(233)에 형성된 결합홀(238)과 대향되도록 관통홀(234)이 형성된다.
그리고, 챔버 헤드(232)의 타측 단부에는 앞에서 설명한 게이트 밸브(210) 및 챔버 헤드(232)와 게이트 밸브(210) 사이에 삽입되어 진공압 누출을 방지하는 O-링(미도시)이 장착되는 바, 이 게이트 밸브(210) 및 O-링이 원활히 장착되도록 소정 길이의 타원 단면을 갖는 파이프(Pipe) 형상으로 형성되며, 중앙에 이온유입구(237)가 형성된다.
한편, 결합수단은 챔버 본체(233)와 챔버 헤드(232)를 결합시키는 역할을 하는 바, 챔버 본체(233)에 형성된 결합홀(238)과, 챔버 헤드(232)에 형성된 관통홀(234) 및 챔버 헤드(232)의 관통홀(234)에 끼워져 챔버 본체(233)의 결합홀(238)에 고정되는 결합볼트(235)로 구성된다.
또한, 리크방지부재(240)는 챔버 본체(233)와 챔버 헤드(232)가 결합될 때, 챔버 본체(233)와 챔버 헤드(232) 사이에 삽입되어 챔버 본체(233)와 챔버 헤드(232) 사이에서 진공압의 누출이 발생되는 것을 방지하는 역할을 하며, 본 발명에서는 일실시예로 O-링이 장착된다.
이하, 본 발명에 따른 이온주입장치(700)에 장착되는 애널라이저 챔버(231)의 작용 및 효과에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
선행공정을 완료한 웨이퍼가 엔드 스테이션(300)에 탑재되면, 이온 소스부(100)의 이온발생유닛(120)에는 불순물 가스가 공급되며, 이온발생유닛(120)은 이 불순물 가스를 이온화시키고, 이온추출유닛(140)은 이온화된 불순물을 빠른 속도로 이동되는 이온빔으로 추출시킨다.
이때, 이온추출유닛(140)에서 추출된 이온빔은 질량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(231)로 빠르게 이동되어야 하는데, 질량 분석기(230)와 이온추출유닛(140)의 사이에는 게이트 밸브(210)가 장착되어 있는 바, 공정의 진행에 따라 게이트 밸브(210)가 오픈될 때에만 이온추출유닛(140)에서 추출된 이온빔은 빠른 속도로 질 량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(231)로 이동되게 된다.
따라서, 게이트 밸브(210)가 오픈되면, 이온추출유닛(140)에서 추출된 이온빔은 빠른 속도로 질량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(231)에 형성된 이온유입구(237)로 유입된 후, 애널라이저 챔버(231)를 통과하면서 애널라이저 챔버(231)에 장착되어 소정 자기장을 형성시키는 마그넷에 의해 웨이퍼에 주입되어야할 이온만 선별적으로 분리 및 선택되어 애널라이저 챔버(231)의 이온유출구(239)로 유출된다.
이후, 질량 분석기(230)의 애널라이저 챔버(100)를 통과한 이온빔은 이온 가속기(250)와 편향유닛(270)을 경유하여 엔드 스테이션(300)에 탑재되어있는 웨이퍼에 정확히 주입되게 된다.
이때, 이온추출유닛(140)에 의해 추출되어 게이트 밸브(210)가 오픈됨에 따라 애널라이저 챔버(231)의 이온유입구(237)로 빠르게 유입되는 이온빔은 유입되면서 애널라이저 챔버(231)의 앤트런스 부분(236)에 부딪쳐 앤트런스 부분(236)을 일부 파손시키게 된다.
이에 유저는 애널라이저 챔버(231)를 소정 기간이나 소정 횟수만큼 사용한 후 챔버(231)를 교체해야 된다.
그러나, 본 발명에 따른 애널라이저 챔버(231)는 종래와 같이 일체형으로 형성되지 않고, 챔버 헤드(232)와 챔버 본체(233)가 각각 별도로 형성되어 선택적으로 분리 및 결합이 가능하기 때문에, 앞에서와 같이 이온빔에 의해 애널라이저 챔버(231)의 앤트런스 부분(236)이 일부 파손되었을 경우, 유저는 이 파손된 애널라 이저 챔버(231)의 앤트런스 부분(236) 즉, 챔버 헤드(232)만을 국부적으로 교체하면 되고, 이에 애널라이저 챔버(도 2의 50) 전체를 한꺼번에 통째로 교체해야 되었던 종래보다 교체가 용이할 뿐만 아니라 애널라이저 챔버(50) 교체에 따른 비용을 획기적으로 감소시킬수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 질량 분석기의 애널라이저 챔버가 챔버 본체와 챔버 헤드로 각각 별도로 형성되어 선택적으로 분리 및 결합이 가능하기 때문에, 애널라이저 챔버로 빠르게 유입되는 이온빔에 의해 애널라이저 챔버의 앤트런스 부분이 일부 파손되었을 경우, 이 일부 파손된 부분 즉, 애널라이저 챔버의 챔버 헤드 부분만을 국부적으로 교체하면 되기 때문에 종래에 애널라이저 챔버 전체를 한꺼번에 교체해야되었던 때보다 교체가 용이할 뿐만 아니라 교체에 드는 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 외부로부터 불순물 가스를 공급받아 이를 이온화시킨 후 강한 전계로 이온빔을 추출하는 이온 소스부와, 상기 이온 소스부에서 추출되는 상기 이온빔을 소정 각도로 회절시키는 이온주입장치의 애널라이저 챔버에 있어서,
    상기 애널라이저 챔버는 상기 이온빔이 유입되는 챔버 헤드와,
    상기 챔버 헤드로 유입된 상기 이온빔을 회절시키는 챔버 본체와,
    상기 챔버 헤드와 상기 챔버 본체가 결합되도록 하는 결합수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 애널라이저 챔버.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 애널라이저 챔버에는 상기 챔버 본체와 상기 챔버 헤드가 결합될 때, 상기 챔버 본체와 상기 챔버 헤드 사이에서 진공압이 누출되는 것을 방지하는 리크방지부재가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 애널라이저 챔버.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 챔버 본체에 형성된 결합홀과, 상기챔버 헤드에 형성된 관통홀과, 상기 관통홀에 끼워져 상기 결합홀에 고정되는 결합볼트인 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 애널라이저 챔버.
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