KR101386804B1

KR101386804B1 - 에너지 크기가 대폭 개선된 고전류-중에너지 이온주입기

Info

Publication number: KR101386804B1
Application number: KR1020120015730A
Authority: KR
Inventors: 최동윤
Original assignee: 최동윤
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2014-04-21
Also published as: KR20130094468A

Abstract

본 발명에 따르는 고전류 중에너지 이온주입기는 에너지 대역이 200 KeV 정도까지 대폭 개선된 것으로, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입기는 이온 빔을 발생시키는 소스헤드부와, 상기 이온 빔으로부터 바람직하지 않은 종류의 이온들을 제거하기 위한 질량분석기와, 상기 이온 빔을 편향시키기 위한 스캐닝 어셈블리와, 상기 이온 빔 내의 이온을 바람직한 에너지를 갖도록 가속하는 가속관부와, 상기 주사된 이온 빔의 통로에서 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼실로 이루어지는 고전류 중에너지 이온주입기에 있어서, 상기 소스헤드부와 상기 질량분석기와 상기 가속관부와 상기 스캐닝 어셈블리를 포함하여 구성되는 터미널부와; 상기 터미널부 내부의 상기 소스헤드부와 상기 터미널부의 절연을 위한 제1 절연부와; 상기 터미널부 외측 하단과 이온주입기 하단 사이에 형성되는 제2 절연포함하여 구성된다.

Description

에너지 크기가 대폭 개선된 고전류-중에너지 이온주입기{High current and midium energy ion implanter with greatly improved energy}

고전류-중에너지 이온주입기의 에너지 대역을 대폭 개선하기 위한 장치의 구조에 관련된 것이다.

본 발명은 고전류-중에너지 이온주입기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전류-중에너지 이온주입기의 에너지 대역을 증가시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이온주입방법은 도전율이 다른 불순물을 반도체 웨이퍼에 주입하기 위한 표준 기술이 되어왔다. 원하는 불순물 물질을 소스헤드부에 형성되어 있는 이온소스부에서 이온화시키고, 이온화된 이온을 가속화시켜 정해진 에너지의 이온 빔을 형성하여 이온 빔이 웨이퍼의 표면을 향하게 한다. 빔 내의 활성 이온은 반도체 물질의 벌크 내를 관통하고 원하는 도전율의 영역으로 형성하기 위해서 반도체 물질의 결정 격자내에 저장된다.

도 1 은 종래 고전류-중에너지 이온주입기의 주요 구성요소를 간략히 도시하고 있는 시스템 개략도이다. 종래 고전류-중에너지 이온주입기는 가스를 이온 빔으로 변화시키기 위한 소스헤드부(10)를 가진다. 소스헤드부(10)는 이온소스를 포함하고 있다. 소스로는 가스 소스와 고체 소스가 있는데, 가스 소스의 경우 P.M 주기가 길다는 장점이 있지만 고압으로 충전되기 때문에 처리에 많은 위험이 따른다. 반면에 고체 소스는 상온에서 처리시 안전하다는 장점이 있지만 값이 비싸며 P.M 주기가 짧다는 단점이 있다. 일반적으로 가스 소스가 많이 사용되고 있다. 또한 소스헤드부(10)를 거쳐 발생된 이온 빔은 질량분석기(20)에 의해 이온 빔에 포함되어 있는 바람직하지 않은 종류의 이온을 제거된 후, 타켓을 평면상으로 향하게 된다. 또한 주사된 이온 빔을 형성하기 위해 상기 이온 빔을 편향시키기 위한 스캐닝 어셈블리(30)와, 이온 주입될 목표물인 웨이퍼가 탑제되며 상기 주사된 이온 빔의 통로에서 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼실(40)로 이루어진다.

그런데 반도체 산업에 있어서 더 작고, 더 고속 장치에 대한 요구가 계속되고 있다. 이에 따라 반도체 장비 제조업자에게 있어서 도펀트의 깊이 분포를 정밀하게 제어할 필요가 있다. 현재 사용되는 반도체장치는 더 높은 수준의 이온 가속 에너지를 요구하고 이에 따라 종래의 이온 가속 에너지로 충분하던 에너지 대역보다 더 높은 레벨의 에너지 대역이 이온주입 공정에 도입되고 있다. 그런데, 종래 고전류-중에너지 이온주입기의 사용 에너지 대역은 10 KeV 에서 80 KeV 로서, 중에너지 대역으로만 이온을 주입할 수 있기 때문에 에너지 대역이 낮아 더 이상 실제 공정에 사용되지 못하게 되었다. 즉, 현재 실제 공정에서 사용되고 있는 이온주입기에서 필요로 하는 에너지 대역은 200 KeV 정도는 되어야 하기 때문에, 종래 고전류-중에너지 이온주입기 장치는 반도체 제조공정에서 더 이상 사용될 수 없게 되었다. 따라서, 고가임에도 불구하고 더 이상 실제 공정에서 활용되지 못하고 있는 고전류-중에너지 이온주입기를 다시 활용할 수 있도록 해주는 장치의 개발이 절실히 요구된다.

본 발명은 고전류-중에너지 이온주입기의 에너지 대역을 200 KeV 정도로 개선시킬 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온주입기는 이온 빔을 발생시키는 소스헤드부와, 상기 이온 빔으로부터 바람직하지 않은 종류의 이온들을 제거하기 위한 질량분석기와, 상기 이온 빔을 편향시키기 위한 스캐닝 어셈블리와, 상기 이온 빔 내의 이온을 바람직한 에너지를 갖도록 가속하는 가속관부와, 상기 주사된 이온 빔의 통로에서 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼실로 이루어지는 고전류 중에너지 이온주입기에 있어서, 상기 소스헤드부와 상기 질량분석기와 상기 가속관부와 상기 스캐닝 어셈블리를 포함하여 구성되는 터미널부와; 상기 터미널부 내부의 상기 소스헤드부와 상기 터미널부의 절연을 위한 제1 절연부와; 상기 터미널부 외측 하단과 이온주입기 하단 사이에 형성되는 제2 절연부를 포함하여 구성되는데 있다.

바람직하기로는 상기 웨이퍼실을 제외한 나머지 부분을 포함하며 내측면에 납이 피복된 엔클로져를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는 양측단에 V/F 변환기 및 F/V 컨버터를 가지는 광케이블을 통해 상기 소스헤드부 내부에 위치한 소스마그넷에 인가되는 전류(coil current)을 제어하는 사용자 인터페이스부를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 고가의 장비인 고전류-중에너지 이온주입기의 에너지 대역을 200 KeV 정도까지 개선시킴으로써 저렴한 비용으로 고전류-중에너지 이온주입기를 개량하여 실제 공정에 다시 활용할 수 있다.

도 1 은 종래 고전류-중에너지 이온주입기의 시스템 개략도.
도 2 는 본 발명에 따른 개선된 고전류-중에너지 이온주입기의 시스템 개략도.
도 3 은 본 발명에 있어서 터미널부의 외부에 부착되어 있는 제2 절연부를 보여주는 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 엔클로저의 위치를 표시한 종단면도.
도 5 는 본 발명의 따른 엔클로저의 위치를 표시한 횡단면도.
도 6 은 소스헤드부에 속하는 소스마그넷의 역할을 설명한 도면.
도 7 은 사용자 인터페이스부와 광케이블부를 도시한 도면.
도 8 은 광케이블부와 V/F 컨버터와 F/V 컨버터를 도시한 도면.
도 9a 는 사용자 인터페이스부의 전면을 도시한 도면
도 9b 는 사용자 인터페이스부의 후면을 도시한 도면

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 2 는 본 발명에 의한 개선된 고전류-중에너지 이온주입기의 구조를 도시한 개략도이다. 본 발명에 따르면 종래 고전류-중에너지 이온주입기의 구조에 가속관부(50)와 제2 절연부(60)가 부가되어 형성되며, 이하 추가된 구성요소를 중심으로 설명한다.

먼저 가속관부(ACCEL TUBE)(50)에 대해 살핀다. 종래 고전류-중에너지 이온주입기에는 별도의 가속관부(50)를 구비하고 있지 않다. 따라서 종래 고전류-중에너지 이온주입기에서는 이온이 고체 목표물인 웨이퍼에 충분히 깊게 이온 주입될 수 없다. 그러나 본 발명에 따르면 이온을 충분한 속도로 가속할 수 있는 다수개의 가속 전극들을 가진 가속관부(50)를 종래 고전류-중에너지 이온주입기에 추가하여 구성해야 한다. 이와 같이 형성되는 가속관부(50)는 절연체와, 그 절연체를 각 단으로 분리시키는 전극판(METAL RINGS)과, 각 전극판을 연결하는 저항체 및 전압을 인가하기 위한 고전압공급기 등으로 구성되는 것이 일반적이다. 본 발명에 따른 이온주입기는 이온을 가속시키기 위해서는 가속관부(50)의 양단에 전압을 인가한다. 인가된 전압은 가속관부(50)의 각단에 연결된 저항체에 의하여 일정하게 나뉘어져 전극판에 인가된다. 상기와 같은 가속관부(50)의 입구부를 통과하는 이온은 인가된 전위만큼 에너지를 얻게 되며, 그 방향은 축방향으로 힘을 받아 집중되고, 이온은 가속관부(50)의 각단을 통과하면서 에너지가 점점 높아져서 가속관부의 출구에서는 가속관부(50)에 인가된 총에너지를 얻게 된다.

또한, 본 발명에 있어서 구성요소로서 제2 절연부(60)가 추가로 필요하다. 제2 절연부(60)는 본 발명에 따른 이온주입기(1)와 터미널부(2) 간의 절연을 위해 설치된 구성이다. 이러한 구성은 터미널부(2) 내부에서 소스헤드부(10)와 터미널부(2) 간의 절연을 위한 제1 절연부(11)가 설치되는 것과 대응되는 개념이다. 즉, 터미널부(2) 내에서 제1 절연부(11)의 설치로 인한 전위차에 의해 1차로 가속이 이루어지고, 터미널부(2) 외부에 제2 절연부(60)가 형성되어 그에 따른 추가적인 전위차로 2차 가속이 이루어지는 중복 가속의 원리이다. 도 3 은 터미널부(2)와 그 하단에 부설된 제2 절연부의 결합관계를 도시한 도면이다.

상기와 같은 가속관부(50)와 제2 절연부(60)를 종래 고전류-중에너지 이온주입기에 추가로 설치함으로써, 에너지 대역을 최대 80 KeV 에서 최대 200 KeV 정도로 개선시킬 수 있어 종래 고전류-중에너지 이온주입기를 반도체 실제 공정에 사용할 수 있게 된다.

도 4 는 본 발명에 따르는 이온주입기에 있어서 웨이퍼실(40)을 제외한 나머지 부분의 내측면을 납으로 피복하는 엔클로져의 종단면도이다. 종래 고전류-중에너지 이온주입기에서는 소스헤드부(10) 내부에만 전위차가 존재하지만 본 발명에 따르는 이온주입기는 이온주입기 전체에 전압이 걸리기 때문에 이온주입기(1) 외부로 방사능이 유출될 가능성을 완전히 차단할 수 있도록 납을 내표면에 피복한 엔클로져(90)가 사용된다. 도 5 는 엔클로져(90)의 횡단면도로 엔클로져(90)가 설치되는 구획을 확인할 수 있다.

도 6 은 소스마그넷(12)의 역할을 설명하는 도면이다. 소스마그넷(12)은 분자 가스를 이온화시킬 때 이온화가 더 잘되도록 촉진시키기 위한 역할을 수행한다. 즉, 가스의 이온화가 일어나는 아크 방전관(13) 상하로 놓이는 소스마그넷(12)에 전류가 인가되면 자장이 발생하여 전자가 가스와 충돌하는 확률을 증가 시킬 수 있다.

도 7 은 소스마그넷(12)을 외부에서 컨트롤 할 수 있도록 설치되는 사용자 인터페이스부(103)를 도시한 것이다. 사용자 인터페이스부(103)는 광케이블부(102)에 의하여 터미널부(2) 내부의 소스헤드부(10)의 안에 위치한 소스마그넷(12)과 연결된다.

도 8 은 사용자 인터페이스부(103)와 소스마그넷(12)과 연결되는 상세한 구조를 나타낸 것이다. 사용자 인터페이스부(103)가 소스마그넷(12)로 연결될 때, 터미널부(2) 내부가 매우 고압, 고전류이므로 광케이블부(102)를 통해서만 외부 제어가 가능하다. 즉, 사용자 인터페이스부(103)의 제어 신호는 F/V 컨버터(105)에서 변환되고, 다시 V/F 컨버터(104)에서 변환되어 소스마그넷(12)에 전달된다.

도 9a 는 사용자 인터페이스부(103)의 전면부로서 조작 버튼을 간략히 도시한 것이다. 또한, 도 9b 는 사용자 인터페이스부(103)의 후면부로서 광케이블부(102)와 F/V 컨버터(105)가 설치되어 있는 것을 확인할 수 있다.

1 이온주입기 2 터미널부
10 소스헤드부 11 제1 절연부
12 소스마그넷 13 아크 방전관
14 가스 주입구 15 전극
20 질량분석기 30 스캐닝 어셈블리
40 웨이퍼실 50 가속관
60 제2 절연부 90 엔클로저
101 변압기 102 광케이블부
103 사용자 인터페이스부 104 V/F 컨버터
105 F/V 컨버터

Claims

이온 빔을 발생시키는 소스헤드부와, 상기 이온 빔으로부터 불필요한 이온들을 제거하기 위한 질량분석기와, 상기 이온 빔을 편향시키기 위한 스캐닝 어셈블리와, 상기 이온 빔 내의 이온을 소정의 에너지를 갖도록 가속하는 가속관부와, 상기 가속된 이온 빔의 통로에서 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼실로 이루어지는 고전류 중에너지 이온주입기에 있어서,
상기 소스헤드부와 상기 질량분석기와 상기 가속관부와 상기 스캐닝 어셈블리를 포함하여 구성되는 터미널부와;
상기 터미널부 내부의 상기 소스헤드부와 상기 터미널부의 절연을 위한 제1 절연부와;
상기 터미널부 외측 하단과 이온주입기 하단 사이에 형성되는 제2 절연부를 포함하여 구성되며,
상기 웨이퍼실을 제외한 나머지 부분을 포함하며 내측면에 납이 피복된 엔클로져를 추가로 포함하여 구성되고,
양측단에 V/F 변환기 및 F/V 컨버터를 가지는 광케이블을 통해 상기 소스헤드부 내부에 위치한 소스마그넷에 인가되는 전류를 제어하는 사용자 인터페이스부를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 크기가 개선된 고전류 중에너지 이온주입기.
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