KR100712494B1 - 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐 - Google Patents

Abstract

이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐를 개시한다. 본 발명은 플레이트 부재 및 플레이트 부재의 전면(前面)에 착탈 가능하게 설치되는 흑연층을 포함하는 각편 두 개로써 이온 빔이 통과하는 슬릿을 형성하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐로서, 흑연층은 이온빔과 상대적으로 덜 충돌하는 제1 흑연층과 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하는 제2 흑연층이 상호 착탈 가능하게 조립되어 구비된다.

Description

이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐{Resolving aperture of ion implanter}

도 1은 일반적인 고전류 이온주입장치의 블록도이다.

도 2는 도 1의 이온주입장치에 설치되는 레졸빙 어퍼쳐를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레졸빙 어퍼쳐를 설명하기 위한 도면들이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레졸빙 어퍼쳐를 설명하기 위한 도면들이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레졸빙 어퍼쳐를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 이용되는 이온주입장치에 관한 것으로, 상세하게는 사용 수명이 연장된 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐(resolving aperture)에 관한 것이다.

반도체 제품을 만드는 공정에서 실리콘 기판에 불순물을 도입하는 공정은 재 료의 전기전도도에 영향을 주어 전기적인 특성을 변화시키는 것으로서, 반도체 소자 제조 공정에서 가장 중요한 공정으로 간주되어 왔다. 상기 불순물을 도입하는 공정에서의 기술은 반도체 소자의 고밀도화, 미세화와 함께 진보가 계속되고 있는데, 이러한 기술의 목표는 도입량 정밀 제어, 프로파일의 자유로운 제어, 결함 제어, 공정의 저온화 등이다. 이 목표들을 충족시키기 위한 방식으로서 이온주입(ion implantation)법이 널리 이용되고 있다. 이온주입법은 불순물을 이온 상태로 만든 후, 이를 가속하여 물리적으로 반도체 기판에 주입하는 방식이다. 주입된 깊이와 주입량은 가속전압과 이온 전류, 주입 시간에 의해 정해지기 때문에 주입 공정의 자동 종점 검출과 정밀한 불순물 도입이 가능하다. 따라서, 이온주입법은 재현성 및 균일성이 우수하다는 장점이 있다.

이와 같은 이온주입을 수행하는 장치가 이온주입장치로서, 이온주입장치는 크게 고전류 이온주입장치, 중전류 이온주입장치, 고에너지 이온주입장치로 분류할 수 있다. 도 1은 일반적인 고전류 이온주입장치의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 고전류 이온주입장치는 이온발생기(Ion source, 10), 질량분석기(Analyzer, 20), 빔라인부(Beam line part, 50) 및 스테이션(Station, 60)을 구비한다.

이온발생기(10)에서는 이온이 발생되어 방출되는데, 상기 이온발생기(10)에 설치된 매니퓰레이터(manipulator)에 의하여 최적의 이온 전류와 1차적인 이온 빔의 모양이 형성된다.

상기 이온발생기(10)로부터 방출된 이온 빔은 원하지 않는 종류의 이온들을 제거하기 위하여 질량분석기(20)를 통과한다. 상기 질량분석기(20)는 자기장 내에서 같은 에너지를 갖는 이온들이라도 질량이 다르면 굽는 효과(bending effect)가 다른 원리를 이용하여 원하는 이온 빔만을 선택하여 통과시키는 기능을 한다.

상기 질량분석기(20)를 통과한 이온 빔은 빔라인부(50)에서 레졸빙 어퍼쳐를 통과하면서 포커싱(focusing), 또는 트리밍(trimming)된다. 그리고, 상기 빔라인부(50)에는 게이트(미도시)가 형성되어 이를 통한 이온 전류 측정이 가능하다.

상기 빔라인부(50)를 통과한 이온 빔은 스테이션(60)에 장착된 반도체 기판에 최종적으로 도달하게 된다. 상기 빔라인부(50)와 스테이션(60) 사이에 이온 빔의 균일도(uniformity)를 향상시키기 위해 제 2의 질량분석기를 설치하기도 한다.

도 2는 도 1의 이온주입장치에 설치되는 종래의 레졸빙 어퍼쳐(40)를 설명하기 위한 도면이다.

전술한 바와 같이, 레졸빙 어퍼쳐는 상기 이온발생기(10)로부터 방출된 이온 빔을 1차적으로 포커싱한다. 그리고, 상기 매니퓰레이터에 이어, 이온 빔의 2차적인 모양을 형성한다. 이온 빔의 균일도와는 직접적인 관련은 없지만 전체적인 이온 빔의 양을 조절하여 후단에 고정적으로 공급한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 레졸빙 어퍼쳐(40)는 분리된 두 각편(A, B)으로 구성된다. 상기 각편(A, B)은 각각 플레이트 부재(35a, 35b)와, 스크류(32)에 의하여 그 전면에 착탈 가능하게 설치되는 흑연층(30a, 30b)을 포함한다. 상기 플레이트 부재(35a, 35b)에는 냉각수관이 매설되어 있어서, 이온 빔과의 충돌로 상기 흑연층(30a, 30b)에 발생하는 열을 분산시킨다. 상기 두 각편(A, B) 사이의 간격은, 상기 빔라인부(50)에 형성된 게이트에 장착되며 상기 플레이트 부재(35a, 35b)에 연결된 모터(미도시)를 구동하여 상기 두 각편(A, B)을 좌, 우측으로 이동시킴으로써 조절한다.

이처럼, 상기 두 각편(A, B)은 개폐가능하게 설계되므로 이온 빔이 통과하는 슬릿을 형성하고 그 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 이온 전류의 측정 등 이온 빔의 분석시에는 슬릿의 너비를 0.05 인치 정도로 유지하고, 이온주입 공정진행시에는 슬릿의 너비를 0.3 ~ 0.35인치 정도로 유지하여 이온 빔의 양을 조절한다. 그런데, 상기 질량분석기(20)를 통과한 이온 빔의 너비는 대개 10 인치 정도이다. 따라서, 상기 흑연층(30a, 30b)의 슬릿 주변 부분(S)은 이온 빔과의 충돌이 타 부분보다도 상대적으로 많이 발생한다. 그러므로 충돌에 의한 기계적 응력의 집중으로 균열이 생기는 등 손상되기 쉽다. 손상된 흑연층을 교체없이 사용할 경우 목적하는 이온 빔의 양보다 많은 양의 빔이 나오므로 이온 빔의 제어와 균일도에 영향을 준다. 따라서, 적절한 시기에 교체해 줄 필요성이 있다.

상기 흑연층(30a, 30b)에서 이온 빔에 계속 노출되는 슬릿 주변 부분(S)이 차지하는 면적은 약 12.5%이다. 그런데, 상기 흑연층(30a, 30b)은 상기 슬릿 주변 부분(S)과 그렇지 않은 타 부분이 분리되지 않고 일체형으로 형성되어 있기 때문에, 상기 흑연층(30a, 30b)의 손상이 상기 슬릿 주변 부분(S)에서만 발생하더라도, 상기 흑연층(30a, 30b) 전체를 1∼2개월마다 교체하여야 한다. 따라서, 교체 비용 및 시간의 낭비가 심한 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 흑연층의 사용 수명을 연장시켜 교체주기를 증가시킨 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐는 플레이트 부재 및 상기 플레이트 부재의 전면(前面)에 착탈 가능하게 설치되는 흑연층을 포함하는 각편 두 개로써 이온 빔이 통과하는 슬릿을 형성하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐로서, 상기 흑연층은 이온빔과 상대적으로 덜 충돌하는 제1 흑연층과 상기 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하는 제2 흑연층이 상호 착탈 가능하게 조립되어 구비된다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 흑연층은 상기 제1 흑연층에 형성된 요홈부에 안착되어 조립될 수 있다. 이 때, 상기 제2 흑연층의 두께는 상기 제1 흑연층의 두께보다 크게 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 흑연층은 상기 플레이트 부재를 완전히 덮도록 형성되고, 상기 제2 흑연층은 상기 제1 흑연층의 전면에 착탈 가능하게 적층될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 이온빔과 상대적으로 덜 충돌하는 제1 흑연층과 상기 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하는 제2 흑연층을 상호 착탈 가능하게 조립하여 레졸빙 어퍼쳐의 흑연층을 제공한다. 따라서, 이온 빔과의 충돌로 쉽게 손상되는 제2 흑연층만을 제1 흑연층과 분리하여 교체할 수 있다. 결과적으로 흑연층의 사용 수 명이 연장되므로 흑연층의 교체주기가 길어지게 되고, 이에 따라 보전 비용 및 시간이 절감된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 3a 및 도 3b, 도 4a 및 도 4b, 및 도 5에는 본 발명에 따른 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐의 다양한 실시예가 도시되어 있다.

<제1 실시예>

먼저 도 3a에 의하면, 본 실시예에 의한 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐(100)는 분리된 두 각편(C, D)으로 구성된다. 상기 각편(C, D)은 각각 플레이트 부재(135a, 135b) 및 상기 플레이트 부재(135a, 135b)의 전면(前面)에 착탈 가능하게 설치되는 흑연층(130a, 130b)을 포함한다. 종래와 마찬가지로, 상기 플레이트 부재(135a, 135b)에는 냉각수관이 매설되어 있어서, 이온 빔과의 충돌로 상기 흑연층(130a, 130b)에 발생하는 열을 분산시킨다. 상기 두 각편(C, D) 사이의 간격은 상기 플레이트 부재(135a, 135b)에 연결된 모터(미도시)를 구동하여 상기 두 각편(C, D)을 좌, 우측으로 이동시킴으로써 조절한다.

상기 흑연층(130a, 130b)은 각각 이온빔과 상대적으로 덜 충돌하는 제1 흑연층(128a, 128b)과 상기 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하는 제2 흑연층(129a, 129b)이 상호 착탈 가능하게 조립되어 구비된다. 상기 제2 흑연층(129a, 129b)은 도 2의 S 위치에 해당되는 부분을 포함한다. 상기 제2 흑연층(129a, 129b)은 이온 빔과의 충돌로 손상되기 쉬우므로 그 두께를 상기 제1 흑연층(128a, 128b)의 두께보다 크게 할 수도 있다. 상기 제1 흑연층(128a, 128b)과 제2 흑연층(129a, 129b)은 스크류(132)에 의하여 상기 플레이트 부재(135a, 135b)에 착탈 가능하게 설치된다.

도 3b는 상기 흑연층(130a)에서 제1 흑연층(128a)과 제2 흑연층(129a)이 조립되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 3b를 참조하면, 상기 제2 흑연층(129a)은 상기 제1 흑연층(128a)에 형성된 요홈부(H₁)에 안착되어 조립된다. 상기 스크류(132)가 도입될 홀(140)을 마련할 수 있도록 상기 요홈부(H₁)는 실제 이온 빔과 충돌되는 영역(도 2의 S)보다 더 바깥쪽으로 형성될 필요가 있다. 상기 흑연층(130b)에서의 조립 원리도 이와 동일하므로 도시 및 설명을 생략한다.

본 실시예에 의하면, 이온 빔과의 충돌로 쉽게 손상되는 제2 흑연층(129a, 129b)만을 상대적으로 덜 손상되는 제1 흑연층(128a, 128b)과 분리하여 교체할 수 있다. 상기 제2 흑연층(129a, 129b)은 종래대로 1∼2개월마다 교체해주고, 제1 흑연층(128a, 128b)은 그보다 오래 사용한 후 교체하는 것이 가능하므로 결과적으로 흑연층(130a, 130b)의 교체주기가 길어지게 된다. 교체주기 및 상기 상기 제2 흑연 층(129a, 129b)이 상기 흑연층(130a, 130b)에서 차지하는 면적 비율을 고려하면, 보전 비용이 60% 정도 감소되는 효과가 있으며, 교체에 필요한 시간도 절감된다.

<제2 실시예>

본 실시예는 상기 제1 실시예와 마찬가지로 제2 흑연층이 제1 흑연층에 형성된 요홈부에 안착되어 조립된다. 그러나, 조립되는 방법이 약간 다르다.

도 4a에 의하면, 제2 흑연층(129a)이 제1 흑연층(128a)에 형성된 요홈부(H₁)에 안착되어 조립되도록 설계한다. 이 때, 제2 흑연층(129a)의 일측에 형성된 내부고정바(bar, 129a')가 삽입될 수 있도록 상기 제1 흑연층(128a)에 요홈부(H₂)를 더 형성한다. 제2 흑연층(129a)은 상기 내부고정바(129a')에 의하여 상기 요홈부(H₂)에 1차 고정된다. 상기 제2 흑연층(129a)과 플레이트 부재(135a)를 연결시켜 2차 고정시킬 수 있도록 스크류가 도입될 홀(140)을 형성할 수도 있고, 이를 생략할 수도 있다. 상기 제1 실시예에서와 마찬가지로 상기 제2 흑연층(129a)의 두께는 상기 제1 흑연층(128a)의 두께보다 크게 할 수 있다. 흑연층(130b)에서의 조립 원리도 이와 동일하므로 도시 및 설명을 생략한다.

도 4b는 본 실시예에 따른 레졸빙 어퍼쳐(200)의 완성된 모습을 도시한다. 본 실시예에 의하면, 흑연층(130a, 130b) 전체를 교체할 필요없이 이온 빔과의 충돌로 손상되는 제2 흑연층(129a, 129b)만을 제1 흑연층(128a, 128b)과 분리하여 교체할 수 있다. 따라서, 교체 비용 및 시간이 절감된다. 특히, 내부고정바를 더 형성하므로 제2 흑연층(129a, 129b)과 제1 흑연층(128a, 128b)의 조립이 견고해진다.

<제3 실시예>

도 5에 의하면, 본 실시예에 따른 레졸빙 어퍼쳐(300)는 분리된 두 각편(C, D)으로 구성된다. 상기 각편(C, D)은 플레이트 부재(135a, 135b) 및 상기 플레이트 부재(135a, 135b)의 전면(前面)에 착탈 가능하게 설치되는 흑연층(130a, 130b)을 포함한다. 상기 제1 흑연층(128a, 128b)은 상기 플레이트 부재(135a, 135b)를 완전히 덮도록 형성되고, 상기 제2 흑연층(129a, 129b)은 상기 제1 흑연층(128a, 128b)의 전면에 스크류(132)에 의하여 착탈 가능하게 적층된다.

상기 제2 흑연층(129a, 129b)은 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하여 손상되기 쉬으므로, 상기 제2 흑연층(129a, 129b)이 손상되면 상기 흑연층(130a, 130b) 전체를 교체할 필요없이 상기 제2 흑연층(129a, 129b)만을 제1 흑연층(128a, 128b)과 분리하여 교체할 수 있다. 따라서, 교체 비용 및 시간이 절감된다. 특히 본 실시예에 따르면, 제1 흑연층(128a, 128b)으로서 종래의 일체형 흑연층을 가공없이 사용하고 제2 흑연층(129a, 129b)만을 새로이 도입할 수 있으므로 상기 흑연층(130a, 130b)을 쉽게 구비시킬 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 이온빔과 상대적으로 덜 충돌하는 제1 흑연층과 상기 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하는 제2 흑연층을 상호 착탈 가 능하게 조립하여 레졸빙 어퍼쳐의 흑연층을 제공한다.

따라서, 이온 빔과의 충돌로 쉽게 손상되는 제2 흑연층만을 제1 흑연층과 분리하여 교체할 수 있다. 즉, 주기적으로 교체가 필요한 부분을 최소화하는 것이다. 결과적으로 흑연층의 사용 수명이 연장되므로 흑연층의 교체주기가 길어지게 되고, 이에 따라 보전 비용 및 시간이 절감된다. 반도체 소자의 생산성를 증가시킬 수 있으며, 원가를 절감하여 생산비를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 플레이트 부재 및 상기 플레이트 부재의 전면(前面)에 착탈 가능하게 설치되는 흑연층을 포함하는 각편 두 개로써 이온 빔이 통과하는 슬릿을 형성하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐로서, 상기 흑연층은 이온빔과 상대적으로 덜 충돌하는 제1 흑연층과 상기 이온 빔과 상대적으로 더 충돌하는 제2 흑연층이 상호 착탈 가능하게 조립되어 구비되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 흑연층은 상기 제1 흑연층에 형성된 요홈부에 안착되어 조립되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐.
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 흑연층의 두께는 상기 제1 흑연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 흑연층은 상기 플레이트 부재를 완전히 덮도록 형성되고, 상기 제2 흑연층은 상기 제1 흑연층의 전면에 착탈 가능하게 적층되는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 레졸빙 어퍼쳐.

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