KR101685405B1 - Repeller for ion implanter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온주입기용 이온발생장치의 아크챔버 내부에 설치되는 리펠러로서, 상기 이온발생장치의 캐소드에 대향하여 설치되며, 원형의 표면을 가지는 반사부와, 상기 반사부에서 연장되며, 소정의 전압이 인가되는 단자부를 포함하고, 상기 반사부에는 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a repeller installed inside an arc chamber of an ion generating device for an ion implanter, comprising: a reflector provided opposite to a cathode of the ion generator and having a circular surface; And a terminal portion to which a voltage is applied, and the reflective portion is formed with irregularities.

Description

이온주입기용 리펠러{Repeller for ion implanter}Repeller for ion implanter}

본 발명은 이온주입기용 리펠러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조에 이용되는 이온주입용 이온발생장치의 아크챔버 내부에 설치되어, 캐소드에서 방출된 전자를 반사시키는 리펠러에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a repeller for an ion implanter, and more particularly, to a repeller provided inside an arc chamber of an ion generating device for ion implantation used for manufacturing a semiconductor device, .

반도체 소자의 제조공정은 크게 증착공정, 포토공정, 식각공정, 이온주입공정으로 이루어진다. 증착공정은 반도체 소자의 전도막 또는 절연막을 형성하는 공정으로서 스퍼터링, 화학증기증착 공정 등이 이용되고, 포토공정은 식각공정의 전단계로서 소정의 패턴을 가지는 광마스크로 감광성수지를 패터팅하는 공정이며, 식각공정은 상기 감광성수지 패턴을 이용하여 하부의 전도막 또는 절연막을 패터닝하는 공정이다. 2. Description of the Related Art [0002] Semiconductor device manufacturing processes include a deposition process, a photolithography process, an etching process, and an ion implantation process. In the deposition process, sputtering, chemical vapor deposition, or the like is used as a process of forming a conductive film or an insulating film of a semiconductor device, and the photo process is a process of patting a photosensitive resin with a photomask having a predetermined pattern as a previous stage of the etching process , And the etching process is a process of patterning the underlying conductive film or insulating film using the photosensitive resin pattern.

이온주입공정은 실리콘 웨이퍼 상에 형성되는 전자소자의 동작특성을 제어하기 위한 공정으로서, 종래에는 열확산을 이용하여 불순물을 막의 내부에 도핑하는 공정이 이용되었으나, 최근에는 일정한 에너지를 가지는 이온을 막의 내부에 침투시켜 불순문을 도핑하는 이온주입법이 주로 이용되고 있다. The ion implantation process is a process for controlling the operation characteristics of an electronic device formed on a silicon wafer. In the past, a process of doping impurities into the inside of the film using thermal diffusion has been used. However, recently, Ion implantation method in which impurity ions are doped into a semiconductor substrate are mainly used.

이온주입법을 이용한 불순물 도핑공정은 열확산 공정에 비하여 불순물의 농도 제어가 용이하고, 도핑되는 깊이를 조절하거나 한정하는데 유리하다는 장점을 가지고 있다. 이온주입법에는 이온주입기라는 장치가 이용되는데, 이온주입기는 불순물을 도핑할 이온을 생성시키는 이온발생부와 발생된 이온의 종류와 에너지를 제어하는 이온분석부로 이루어진다.The impurity doping process using the ion implantation method has an advantage that it is easier to control the concentration of the impurity than the thermal diffusion process, and is advantageous in adjusting or limiting the depth to be doped. In the ion implantation method, an ion implanter is used. The ion implanter includes an ion generator for generating ions to be doped with impurities, and an ion analyzer for controlling the kind and energy of generated ions.

이온발생장치는 필라멘트를 가열하여 열전자를 방출시키고, 방출된 열전자를 전기장에 의하여 가속시키면서 주입된 이온소스가스와 충돌시켜서 이온을 발생시키게 된다. 이때, 열전자를 방출시키는 방법은 텅스텐 필라멘트를 가열하여 직접 열전자를 방출시키는 방법과, 텅스텐 필라멘트로부터 방출된 열전자를 캐소드로 가속시켜 캐소드에서 다시 전자를 2차적으로 방출시키는 방법이 있는데, 후자의 방식은 필라멘트 소재의 열화를 방지할 수 있어서 부품의 교환주기를 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 이온발생장치에는 캐소드와 대향하여 리펠러가 설치되는데, 리펠러는 캐소드에서 방출된 전자를 캐소드 방향으로 반사시켜서 전자가 소정의 영역에 집중되도록 하는 기능을 한다. 리펠러에는 전자를 반사시킬 수 있도록 소정의 전압이 인가될 수 있다.The ion generating device heats the filament to emit thermoelectrons, and accelerates the emitted thermoelectrons by an electric field while colliding with the injected ion source gas to generate ions. In this case, a method of releasing the thermoelectrons is a method of directly heating a tungsten filament to emit thermoelectrons and a method of accelerating a thermoelectron emitted from a tungsten filament to a cathode to secondarily emit electrons again from the cathode. Deterioration of the filament material can be prevented and the replacement cycle of parts can be improved. The ion generating device is provided with a repeller opposed to the cathode. The repeller reflects the electrons emitted from the cathode toward the cathode so that electrons are concentrated in a predetermined region. A predetermined voltage may be applied to the repeller so as to reflect electrons.

이온주입기용 리펠러에 관한 선행문헌으로는 일본공개특허 제1997-63981호가 있다. 상기 선행문헌은 챔버 안에 대향하여 배치된 필라멘트 및 음전위의 제1 전극과 상기 체임버 안에 가스를 도입하는 가스공급수단을 포함한 이온 발생 장치를 개시하며, 상기 제1 전극의 상기 필라멘트에 대한 대향면을 오목형으로 한 것을 특징으로 한다. Japanese Patent Laid-Open No. 1997-63981 discloses a prior art relating to a repeller for an ion implanter. The prior art document discloses an ion generating device comprising a filament disposed opposite to a chamber and a first electrode of negative potential and gas supply means for introducing gas into the chamber, wherein the opposing face of the first electrode to the filament is concave And the like.

이온주입기용 이온발생장치는 이온의 소스가 되는 기체가 주입되며, 아크챔버 내부에서 상기 이온소스 기체는 전자와 충돌하면서 분해된다. 이때, 분해된 기체의 일부는 리펠러의 표면에 증착될 수 있는데, 이렇게 증착된 물질은 열싸이클 등의 과정에서 리펠러의 표면에서 박리되어 아크챔버 내부를 오염시키며, 아크챔버와 리펠러 간의 단락(short) 문제를 일으킬 수 있는 문제점을 가진다.In the ion generating device for an ion implanter, a gas which is a source of ions is injected, and in the arc chamber, the ion source gas is decomposed while colliding with electrons. At this time, a part of the decomposed gas can be deposited on the surface of the repeller, and the deposited material is peeled off from the surface of the repeller in the course of a thermal cycle, etc., thereby contaminating the inside of the arc chamber, (short) problems.

따라서, 리펠러에 증착된 물질의 박리를 효과적으로 방지하면서도, 아크챔버 내부의 플라즈마 효율을 향상시킬 수 있는 리펠러에 대한 개발 필요성이 크다.Therefore, there is a great need to develop a repeller capable of effectively improving the plasma efficiency in the arc chamber while effectively preventing the separation of the material deposited on the repeller.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 이온주입기를 장시간 사용하여도, 리펠러 표면에 증착된 증착물이 박리되지 않는 이온주입기용 리펠러를 제공하는 것이다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a repeller for an ion implanter in which deposits deposited on the surface of a re-peller do not peel off even when the ion implanter is used for a long time.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 이온주입기용 리펠러를 포함하는 이온발생장치를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide an ion generating device including a repeller for the ion implanter.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 이온주입기용 이온발생장치의 아크챔버 내부에 설치되는 리펠러로서, 상기 이온발생장치의 캐소드에 대향하여 설치되며 원형의 표면을 가지는 반사부와, 상기 반사부에서 연장되며 소정의 전압이 인가되는 단자부를 포함하고, 상기 반사부에는 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 이온주입기용 리펠러를 제공한다.In order to achieve the first object of the present invention, there is provided a repeller installed inside an arc chamber of an ion generating device for an ion implanter, comprising: a reflector provided opposite to a cathode of the ion generator and having a circular surface; And a terminal portion extending from the reflection portion and to which a predetermined voltage is applied, wherein the reflection portion is provided with projections and depressions.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 반사부의 요철은 동심원을 이루는 복수개의 함몰부와 돌출부로 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the concavities and convexities of the reflective portion may be composed of a plurality of concentric concave and convex portions.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 복수개의 함몰부와 돌출부는 0.05 내지 1.0mm의 단차를 가지는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, it is preferable that the plurality of depressions and protrusions have a step difference of 0.05 to 1.0 mm.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 함몰부와 돌출부의 폭 비율은 1:0.5 내지 1:2의 범위에 있는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the width ratio of the depressed portion to the protruding portion is preferably in the range of 1: 0.5 to 1: 2.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 상기 이온주입기용 리펠러를 포함하는 이온발생장치를 제공한다.In order to achieve the second object, the present invention provides an ion generating device including a repeller for the ion implanter.

본 발명의 이온주입기용 리펠러는 아래의 효과를 가진다.The repeller for an ion implanter of the present invention has the following effects.

1. 리펠러 표면에 요철이 형성되어 있으므로 증착막과 리펠러 표면의 접촉면적이 증가되어서 리펠러에 증착된 증착막이 박리되는 것을 효과적으로 방지한다.1. Since the irregularities are formed on the surface of the re-pellet, the contact area between the deposited film and the surface of the re-pell is increased, effectively preventing the peel-off of the deposited film on the re-pell.

2. 리펠러 표면의 요철은 동심원을 이루고 있으므로, 돌출부 표면과 주변에 증착된 막에 일부 크랙이 발생한 경우에도 증착막의 일부가 리펠러 표면에서 분리되는 것을 방지한다.2. Since the concavities and convexities of the repeller surface are concentric, it prevents a part of the evaporated film from separating from the surface of the repeller even if some cracks are generated on the surface of the protruding portion and the surroundings.

3. 리펠러 표면의 함몰부와 돌출부는 동심원을 이루면서 소정의 범위의 선폭과 단차를 가지도록 설계되어서, 리펠러 표면에 증착된 막에 크랙이 발생하는 것을 방지하고, 아크챔버 내부로 전자를 균일하게 반사시킬 수 있으므로 플라즈마의 균일도를 증가시켜 이온소스기체의 분해 효율을 향상시킬 수 있다.3. Depressions and protrusions on the surface of the repeller are designed to have concentric circles and a predetermined range of line widths and steps to prevent cracks from being deposited on the surface of the repeller, It is possible to increase the uniformity of the plasma and improve the decomposition efficiency of the ion source gas.

도 1은 이온주입기용 이온발생장치를 구조를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 이온주입기용 리펠러의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온주입기용 리펠러의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 이온주입기용 리펠러의 표면에 증착물이 불균일하게 증착된 상태를 도시한 것이다.
도 5는 이온주입기용 리펠러의 표면에 증착물이 균일한 막을 이루며 증착된 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온주입기용 전자방출 캐소도의 구조를 도시한 것이다.
도 7은 가열된 고체 표면에서 열전자가 방출되는 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 고체 표면에서 열전자가 방출된 후 전기장에 의하여 가속되어 나선형 운동을 하는 전자의 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 아크챔버 내부의 가스 밀도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 전자방출 캐소드가 적용된 이온발생장치에서 전자의 가속 궤적을 설명하기 위한 도면이다.
1 shows the structure of an ion generating device for an ion implanter.
2 shows a structure of a conventional repeller for an ion implanter.
FIG. 3 illustrates a structure of a repeller for an ion implanter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 shows a state in which deposits are deposited non-uniformly on the surface of a repeller for an ion implanter.
FIG. 5 shows a state in which the deposition material is deposited on the surface of the repeller for the ion implanter, forming a uniform film.
6 illustrates a structure of an electron emission cathode for an ion implanter according to an embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a view for explaining the angle at which the hot electrons are emitted from the heated solid surface. Fig.
FIG. 8 is a view for explaining the trajectory of an electron which is accelerated by an electric field and then spirally moves after a hot electron is emitted from a solid surface. FIG.
9 is a view for explaining the gas density distribution in the arc chamber.
10 is a view for explaining acceleration trajectories of electrons in an ion generating device to which an electron emission cathode of the present invention is applied.

본 발명은 이온주입기용 이온발생장치의 아크챔버 내부에 설치되는 리펠러로서, 상기 이온발생장치의 캐소드에 대향하여 설치되며 원형의 표면을 가지는 반사부와, 상기 반사부에서 연장되며 소정의 전압이 인가되는 단자부를 포함하고, 상기 반사부에는 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.A refeller installed inside an arc chamber of an ion generating device for an ion implanter, comprising: a reflector having a circular surface facing the cathode of the ion generator; and a reflector extending from the reflector, And a terminal portion to which the light emitting diode is applied, and the reflective portion is provided with projections and depressions.

도 1은 이온주입기용 이온발생장치를 구조를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 이온발생장치(100)는 소정의 공간을 형성하는 아크챔버(104), 상기 아크챔버의 일측에 설치된 캐소드(102), 상기 캐소드의 내부공간에 설치된 필라멘트(101) 및 상기 캐소드에 대향하여 설치된 리펠러(103)를 포함한다.1 shows the structure of an ion generating device for an ion implanter. 1, the ion generating device 100 includes an arc chamber 104 forming a predetermined space, a cathode 102 installed on one side of the arc chamber, a filament 101 installed in an inner space of the cathode, And a repeller 103 provided opposite to the cathode.

필라멘트(101)는 텅스텐과 같이 녹는점이 높은 금속으로 이루어질 수 있고, 외부에 연결된 전원에서 전류가 흐르면 일정온도까지 가열되면서 외부로 열전자를 방출시키는 기능을 한다. 캐소드(102)는 상기 필라멘트(101)에서 소정의 거리로 이격되어 설치되는데, 캐소드에는 외부 전원의 음극부가 연결되어 필라멘트와 캐서드 사이에 형성된 전계에 의하여 필라멘트에서 방출된 열전자가 캐소드와 충돌하면서 캐소드의 표면에서 다시 전자가 방출된다. 아크챔버(104)는 캐소드에서 전자가 방출되는 방향으로 소정의 공간을 형성하는데, 일방향으로 불순물 도핑에 이용되는 가스와 캐리어 가스가 주입되도록 가스 주입부(105)가 형성되어 있고, 다른 방향으로는 가스와 이온들이 방출되는 이온 방출부(106)가 형성되어 있다. 아크챔버(104)에는 전원부가 연결되어서 캐소드에서 방출된 전자를 가속시킨다. 캐소드(102)에 대향하는 아크챔버의 일측에는 리펠러(103)가 설치되어 있는데, 리펠러는 캐소드에서 방출되어 가속되는 전자를 밀어내면서 한정된 공간에서 이온들이 분포하도록 하는 기능을 하며, 바이어스가 걸리거나 플로팅된 채로 유지될 수 있다. 아크챔버(104)의 주변에는 마그네트(110a, 110b)가 설치될 수 있는데, 마그네트는 전자석일 수 있고, 아크챔버 내부에 형성된 전기장을 따라 가속되어 이동하는 전자가 자기장에 의하여 회전할 수 있도록 한다. 전자의 회전운동은 전자와 가스 입자의 충돌 확률을 높여 이온화 효율을 높이는 기능을 한다. 도면에는 도시하지 않았지만 이온 방출부(106)의 하부에는 전기장을 이용하여 이온을 가속시키고, 특정 종류 및 특정 에너지를 가지는 이온을 필터링하는 분석장치가 설치되어 있다. The filament 101 may be made of a metal having a high melting point, such as tungsten. When the current flows from a power source connected to the outside, the filament 101 is heated to a predetermined temperature and discharges thermoelectrons to the outside. The cathode 102 is spaced apart from the filament 101 by a predetermined distance. The cathode portion of the external power source is connected to the cathode, and the thermoelectrons emitted from the filament by the electric field formed between the filament and the cathode collide with the cathode, Electrons are again emitted from the surface of the substrate. The arc chamber 104 forms a predetermined space in a direction in which electrons are emitted from the cathode. The gas injection unit 105 is formed so as to inject gas and carrier gas used for doping the impurity in one direction, And an ion emitting portion 106 through which gas and ions are emitted are formed. A power supply unit is connected to the arc chamber 104 to accelerate electrons emitted from the cathode. A repeller 103 is provided on one side of the arc chamber facing the cathode 102. The repeller 103 functions to distribute ions in a limited space while pushing accelerated electrons emitted from the cathode, Or remain floating. Magnets 110a and 110b may be provided around the arc chamber 104. The magnet may be an electromagnet and accelerated along an electric field formed inside the arc chamber to allow electrons to move by a magnetic field. The rotational motion of electrons increases the ionization efficiency by increasing the collision probability of electrons and gas particles. Although not shown in the figure, an analyzing device for accelerating ions using an electric field and filtering ions having a specific kind and specific energy is provided below the ion emitting portion 106.

본 발명의 이온주입기용 리펠러는 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 한다. 리펠러의 표면에 형성된 요철은 증착물이 박리되는 것을 방지하는 효과와, 전자를 효과적으로 밀어내어 플라즈마 효율을 향상시키는 효과를 가진다. The repeller for an ion implanter of the present invention is characterized in that irregularities are formed on its surface. The irregularities formed on the surface of the repeller have an effect of preventing the deposition material from being peeled off and an effect of effectively pushing out electrons to improve the plasma efficiency.

증착물이 박리되는 것을 방지하는 효과는 요철 형성에 의하여 리펠러 표면의 면적이 증가된 원인, 증착된 막에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 원인, 돌출부와 함몰부가 동심원의 구조를 가지므로 증착된 막이 동심원의 돌출부에 안정적으로 고정된 원인에 기인한다. 전자를 효과적으로 밀어내어 플라즈마 효율을 향상시키는 효과는 리펠러의 표면적이 증가하면서 전자를 밀어내는 효과가 증대되고, 동심원 형태(대칭구조)의 돌출부와 함몰부에 캐소드 방향으로 균일한 전기장이 형성된 것에 기인한다.The effect of preventing the deposition material from being peeled off is caused by an increase in the area of the surface of the re-pellet due to the unevenness formation, a cause of preventing cracks from being generated in the deposited film, a structure of concentric circulation of the projections and depressions, As shown in Fig. The effect of pushing electrons effectively to improve the plasma efficiency is due to the fact that the surface area of the repeller increases and the effect of pushing the electrons increases and the uniform electric field is formed in the protrusions and depressions of the concentric circles do.

도 2는 종래의 이온주입기용 리펠러의 구조를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 종래의 이온주입기용 리펠러(103)는 반사부(103a)와 단자부(103b)를 포함한다. 반사부(103a)는 캐소드와 대향하여 설치되며, 소정의 면적과 두께를 가지는 원판 형태로 이루어질 수 있다. 단자부(103b)는 반사부와 전기적으로 연결되며 소정의 전압이 인가될 수 있는 단자의 역할과, 아크챔버 내부에 리펠러를 고정하기 위한 고정부위 역할을 한다. 도면에서 확인할 수 있듯이 종래의 이온주입기용 리펠러의 반사부(103a) 표면에는 단차가 형성되어 있지 않은 평탄한 구조로 이루어져 있다.2 shows a structure of a conventional repeller for an ion implanter. Referring to FIG. 2, a conventional repeller 103 for an ion implanter includes a reflecting portion 103a and a terminal portion 103b. The reflective portion 103a may be formed in a shape of a disk having a predetermined area and thickness to be opposed to the cathode. The terminal portion 103b is electrically connected to the reflecting portion and functions as a terminal to which a predetermined voltage can be applied and serves as a fixing portion for fixing the repeller in the arc chamber. As shown in the drawing, the surface of the reflector 103a of the conventional repeller for the ion implanter has a flat structure without a step.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온주입기용 리펠러의 구조를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 이온주입기용 리펠러(200)는 단자부(210) 및 반사부(220)를 포함한다. 캐소드와 마주보는 반사부(220)의 표면에는 요철이 형성되어 있다. 요철은 원형의 반사부 표면에 동심원을 이루는 형태로 이루어지는데, 원형의 중심부에는 함몰부(221)가 형성되어 있고, 소정의 폭을 가지는 동심원 형태의 돌출부들(221a1, 221a2, 221a3)이 형성되어 있다. 제1돌출부(221a1)는 반사부의 중심에 형성되고, 제1돌출부(221a1)의 내부에는 함몰부가 원형으로 형성되어 있고, 제1돌출부(221a1)의 외곽으로는 소정의 폭으로 다시 동심원의 함몰부가 형성되며, 상기 함몰부 외곽에는 제2돌출부(221a2)가 형성되고, 다시 제2돌출부(221a2)의 외곽으로는 함몰부와 제3돌출부(221a3)가 차례로 형성된다. 이때, 제1돌출부(221a1)의 내부에 함몰부가 형성된 것이 중요한데, 이는 캐소드에서 방출되어 운동하는 전자를 반사부 중앙 영역으로 집중시키는 기능을 한다. 제1돌출부(221a1) 내부의 함몰부는 반사부의 중심 영역에 있으므로 캐소드에서 방출된 전자의 밀도가 상대적으로 높은 영역이고, 이 영역에서 함몰부 주변으로 제1돌출부(221a1)가 동심원을 벽을 형성하여 반사부 표면 근처의 전기장이 반사부의 중앙부로 집중되도록 하는 역할을 한다. 이와 같이 반사부 표면 근처의 전기장이 반사부의 중앙부로 집중되면, 리펠러 방향으로 운동하던 전자들이 아크챔버의 중앙부로 집중될 수 있다. 또한 돌출부와 함몰부는 사방으로 대칭인 동심원 형태이므로 플라즈마 내부의 전자밀도 대칭으로 형성되면서 플라즈마 균일도가 향상될 수 있고, 결과적으로 동일한 양의 이온을 발생시키는데 적은 전력을 소모할 수 있다.FIG. 3 illustrates a structure of a repeller for an ion implanter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. Referring to FIG. 3, the repeller 200 for an ion implanter according to an embodiment of the present invention includes a terminal portion 210 and a reflection portion 220. The surface of the reflective portion 220 facing the cathode is provided with irregularities. The concavities and convexities are formed concentrically on the surface of the circular reflection portion. The concave and convex portions 221a1, 221a2, and 221a3 are formed in the center of the circular portion, and concentric circular protrusions 221a1, 221a2, and 221a3 having a predetermined width are formed have. The first projecting portion 221a1 is formed at the center of the reflection portion, and the depression is formed in the inside of the first projecting portion 221a1 in a circular shape. The outer periphery of the first projecting portion 221a1 is provided with a concave- A second protrusion 221a2 is formed outside the depression 221a2, and a depression and a third protrusion 221a3 are formed on the outer periphery of the second protrusion 221a2. At this time, it is important that a depression is formed inside the first projection 221a1, which functions to concentrate the electrons emitted from the cathode and moving into the central region of the reflector. Since the depression inside the first projection 221a1 is in the central region of the reflection portion, the density of electrons emitted from the cathode is relatively high, and the first projection 221a1 around the depression in this region forms a concentric circular wall And serves to concentrate the electric field near the surface of the reflection portion to the central portion of the reflection portion. As such, when the electric field near the surface of the reflection part is concentrated at the center of the reflection part, electrons which have moved in the direction of the ripple can be concentrated to the center part of the arc chamber. In addition, since the protrusions and depressions are concentric circles that are symmetrical in four directions, the electron density in the plasma is formed symmetrically so that plasma uniformity can be improved and consequently, less power can be consumed to generate the same amount of ions.

아크챔버 내부에서 분해된 이온소스기체가 리펠러 표면에 증착되는 과정을 보면, 먼저 일부 영역에서 증착이 발생하면서 증착막의 면적이 증가되다가 서로 다른 증착막끼리 만나면서 전체적으로 균일한 막이 형성된다. 이때 분리된 형태의 증착막이 박리되는 경우도 있고, 균일한 증착막에서 크랙이 발생하면서 박리되는 경우도 있다. 본 발명의 이온주입기용 리펠러는 이러한 박리현상을 모두 효과적으로 방지한다.When the ion source gas decomposed in the arc chamber is deposited on the surface of the reweller, the area of the deposition layer is increased due to the deposition in some regions, and a uniform film is formed as a whole. At this time, the separated form of the vapor-deposited film may be peeled off, or may be peeled off while a crack is generated in the uniform vapor-deposited film. The repeller for an ion implanter of the present invention effectively prevents all such peeling phenomenon.

도 4는 이온주입기용 리펠러의 표면에 증착물이 불균일하게 증착된 상태를 도시한 것이다. 도 4의 (가)를 참조하면, 반사부(103a) 표면에 요철이 없는 상태에서는 증착물(300)이 평탄한 표면에 붙어있기 때문에 증착물과 반사부 표면간의 접합력이 낮아서 쉽게 분리될 수 있다. 그러나 도 4의 (나)와 같이 반사부(220) 표면에 요철이 있는 상태에서는 증착물(300)이 함몰부(221)와 돌출부(221a1, 221a2, 221a3)의 연결 부위에도 형성되어서 증착물과 반사부 표면의 접합력이 향상된다. 이러한 효과는 리펠러의 반사부가 수직으로 세워진 상태에서 증착물이 돌출부에 걸쳐진 상태로 형성된 것에도 일부 기인한다. 4 shows a state in which deposits are deposited non-uniformly on the surface of a repeller for an ion implanter. Referring to (a) of FIG. 4, since the deposition material 300 is attached to a flat surface in the state where there is no concavity and convexity on the surface of the reflection part 103a, the bonding force between the deposition material and the surface of the reflection part is low and can be easily separated. 4 (b), the deposition material 300 is also formed at the connection portion between the depressed portion 221 and the protruding portions 221a1, 221a2, and 221a3 in the state where the surface of the reflective portion 220 is concave and convex, The bonding force of the surface is improved. This effect is due in part to the deposition of the deposition material over the projection with the reflector of the repeller standing vertically.

도 5는 이온주입기용 리펠러의 표면에 증착물이 균일한 막을 이루며 증착된 상태를 도시한 것이다. 도 5의 (가)를 참조하면, 요철이 없는 반사부(103a) 표면 증착물(300)이 균일한 막을 형성한 경우에 증착된 막에 크랙이 발생하면 증착물(300)의 일부는 쉽게 반사부에서 박리된다. 증착물이 균일한 막을 형성한 상태에서는 증착물의 두께가 어느 정도 두꺼워진 상태이므로 온도변화에 의하여 증착막에 크랙이 발생하기 쉬우며, 크랙이 발생하는 과정에서 증착막과 반사부 표면간의 접합도 함께 파괴될 수 있고, 이러한 경우 증착막의 일부 박리가 발생한다. 그러나 도 5의 (나)와 같이 반사부 표면에 동심원 형태의 함몰부와 돌출부가 형성된 구조에서는 크랙의 발생이 상대적으로 적어진다. 반사부 표면이 평탄한 구조에서는 증착막의 수평방향 팽창이 전면적에서 함께 일어나므로 크랙이 쉽게 발생하지만, 반사부 표면에 동심원 형태로 함몰부와 돌출부가 형성된 구조에서는 증착막의 수평방향 팽창이 함몰부와 평탄부의 표면에서 분리되어 일어나고, 돌출부의 벽면에 증착된 막은 이러한 수평방향 팽창을 어느 정도 완화시키는 버퍼층 기능을 하게 되기 때문이다. 또한 크랙이 발생하는 경우에도 크랙으로 분리될 수 있는 증착막 영역이 돌출부의 벽에 지탱되어 지므로 쉽게 박리되어 떨어질 수 없는 효과도 있다.FIG. 5 shows a state in which the deposition material is deposited on the surface of the repeller for the ion implanter, forming a uniform film. 5 (a), when a uniform film is formed on the surface deposition material 300 having no unevenness, a crack is generated in the deposited film, so that a part of the deposition material 300 can be easily Peeled. In the state where the deposition material has a uniform film thickness, since the thickness of the deposition material is increased to some extent, cracks are likely to be generated in the deposition film due to the temperature change, and the joint between the deposition film and the reflection part surface may be destroyed In this case, a part of the deposited film is peeled off. However, as shown in Fig. 5 (B), in the structure in which the concave and convex portions are formed on the surface of the reflection portion, the occurrence of cracks is relatively small. In the structure in which the surface of the reflective portion is flat, the horizontal expansion of the evaporation film coexist in the entire area, so cracks occur easily. However, in the structure in which the concave and convex portions are formed concentrically on the surface of the reflective portion, the horizontal expansion of the evaporation film causes the depression and the flat portion And the film deposited on the wall surface of the projected portion functions as a buffer layer which alleviates this horizontal expansion to some extent. In addition, even when cracks are generated, the deposition film region that can be separated into cracks is supported by the walls of the protrusions, so that it can be easily peeled off.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 리펠러 표면에 형성된 복수개의 함몰부와 돌출부는 0.05 내지 1.0mm의 단차를 가지는 것이 바람직하다. 단차가 0.05mm 미만이면 단차 형성에 의한 크랙 발생 방지 및 박리 방지 효과가 발생되기 어렵고, 1.0mm를 초과하면 리펠러 표면의 단차에 의하여 전기장이 지나치게 변형되어서 전자를 밀어내고 집중시키는 기능이 저하된다. 또한 상기 함몰부와 돌출부의 폭 비율은 1:0.5 내지 1:2의 범위에 있는 것이 바람직하다. 함몰부와 돌출부의 폭 비율은 1:0.5 미만이거나, 1:2를 초과하면 돌출부 또는 함몰부의 면적이 넓어서 평탄한 반사부에서 일어나는 증착막의 박리가 동일하게 발생할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is preferable that the plurality of depressions and protrusions formed on the surface of the repeller have a step difference of 0.05 to 1.0 mm. If the step difference is less than 0.05 mm, the effect of preventing the occurrence of cracks and the effect of preventing peeling due to the step formation is difficult to occur. If the step difference exceeds 1.0 mm, the electric field is excessively deformed by the step on the surface of the repeller, thereby deteriorating the function of pushing and concentrating electrons. The width ratio of the depressed portion to the protruding portion is preferably in the range of 1: 0.5 to 1: 2. The width ratio of the depressed portion to the protruded portion is less than 1: 0.5, or when the ratio is more than 1: 2, the area of the protruded portion or depressed portion is wide, so that the peeling of the deposited film occurring in the flat reflective portion may occur.

아래에서 실시예를 이용하여 본 발명의 다양한 구현예와 그 효과를 설명한다.
Various embodiments of the present invention and effects thereof will be described below using embodiments.

실시예 1Example 1

12mm의 반지름을 가지는 리펠러와, 10.85mm의 반지름을 가지는 캐소드가대향하여 설치된 이온주입기용 이온발생장치를 제작하였다. 이때, 리펠러 표면 중심에 반지름 1mm의 함몰부가 형성되며, 상기 중심부의 함몰부에서부터 순차적으로 폭 2mm의 동심원 형태의 돌출부와 함몰부가 형성되었으며(중심부 함몰부-제1돌출부-제1함몰부-제2돌출부-제2함몰부-제3돌출부-제3함몰부, 제3함몰부의 폭은 1mm), 돌출부와 평탄부의 단차는 0.3mm였다.
A repeller having a radius of 12 mm, and a cathode having a radius of 10.85 mm were opposed to each other. At this time, depressions having a radius of 1 mm were formed at the center of the surface of the repeller, and concentric protrusions and depressions were formed sequentially from the depressions of the center portion (center depression-first depression-first depression- 2 protrusions-second depressions-third protrusions-third depressions, width of third depressions was 1 mm), and the step difference between the protrusions and the flat portions was 0.3 mm.

실시예 2Example 2

실시예 1과 동일한 반지름을 가지는 리펠러와 캐소드를 이용하여 이온주입기용 이온발생장치를 제작하였다. 이때, 리펠러 표면 중심에 반지름 1mm의 돌출부가 형성되며, 상기 중심부의 돌출부에서부터 순차적으로 폭 2mm의 동심원 형태의 함몰부와 돌출부가 형성되었으며(중심부 돌출부-제1함몰부-제1돌출부-제2함몰부-제2돌출부-제3함몰부-제3돌출부, 제3돌출부의 폭은 1mm), 돌출부와 평탄부의 단차는 0.3mm였다.
An ion generator for an ion implanter was fabricated using a repeller and a cathode having the same radius as in Example 1. At this time, a protrusion having a radius of 1 mm is formed at the center of the surface of the repeller, and concentric depressions and protrusions having a width of 2 mm are sequentially formed from the protrusion of the center portion (center protrusion-first depression-first protrusion- The depression-second projection-third depression-third projection, the width of the third projection was 1 mm), and the step difference between the projection and the flat portion was 0.3 mm.

실시예 3Example 3

실시예 1과 동일한 반지름을 가지는 리펠러와 캐소드를 이용하여 이온주입기용 이온발생장치를 제작하였다. 이때, 리펠러 표면 중심에 반지름 1mm의 함몰부가 형성되며, 상기 중심부의 함몰부에서부터 순차적으로 폭 3mm의 동심원 형태의 돌출부와 폭 1mm의 동심원 형태의 함몰부가 형성되었으며(중심부 함몰부-제1돌출부-제1함몰부-제2돌출부-제2함몰부-제3돌출부), 돌출부와 평탄부의 단차는 0.3mm였다.
An ion generator for an ion implanter was fabricated using a repeller and a cathode having the same radius as in Example 1. At this time, a depression having a radius of 1 mm was formed at the center of the surface of the repeller, a concentric protrusion having a width of 3 mm and a concentric depression having a width of 1 mm were successively formed from the depression at the center (center depression- The first depressed portion-the second projection-the second depression-the third projection), and the step difference between the projecting portion and the flat portion was 0.3 mm.

실시예 4Example 4

실시예 1과 동일한 반지름을 가지는 리펠러와 캐소드를 이용하여 이온주입기용 이온발생장치를 제작하였다. 이때, 리펠러 표면 중심에 반지름 1mm의 함몰부가 형성되며, 상기 중심부의 함몰부에서부터 순차적으로 폭 1mm의 동심원 형태의 돌출부와 폭 3mm의 동심원 형태의 함몰부가 형성되었으며(중심부 함몰부-제1돌출부-제1함몰부-제2돌출부-제2함몰부-제3돌출부-제3함몰부, 제3함몰부의 폭은 2mm), 돌출부와 평탄부의 단차는 0.3mm였다.
An ion generator for an ion implanter was fabricated using a repeller and a cathode having the same radius as in Example 1. At this time, depressions having a radius of 1 mm were formed at the center of the surface of the repeller, and concentric protrusions having a width of 1 mm and concentric depressions having a width of 3 mm were successively formed from the depressions of the center portion (center depression- The first depressed portion-second projected portion-the second depressed portion-the third projected portion-the third depressed portion, the width of the third depressed portion was 2 mm), and the step difference between the projected portion and the flat portion was 0.3 mm.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1과 동일한 반지름을 가지는 리펠러와 캐소드를 이용하여 이온주입기용 이온발생장치를 제작하였다. 이때, 리펠러 표면은 단차가 없이 평탄하였다.
An ion generator for an ion implanter was fabricated using a repeller and a cathode having the same radius as in Example 1. At this time, the surface of the repeller was flat without a step.

실험예 1Experimental Example 1

이온소스기체로 BF3를 이용하는 환경에서 실시예 1 내지 실시예 4와 비교예 1의 이온발생장치를 작동시키면서 장치에서 단락이 발생하는 런 타임을 측정하였다. 플라즈마를 발생시킨 시간은 10분이었으며, 플라즈마를 중단시킨 시간은 5분이었고, 이를 한 싸이클로 정하여 공정을 진행하였고, 단락이 발생한 후에는 이온발생장치의 작동을 중지시켰다.
In an environment using BF 3 as the ion source gas, the ion generating apparatuses of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were operated to measure the run time at which a short circuit occurred in the apparatus. The time for generating the plasma was 10 minutes. The time for stopping the plasma was 5 minutes, and the process was performed by setting it to one cycle. After the occurrence of the short circuit, the operation of the ion generator was stopped.

실시예 1 내지 실시예 4와 비교예 1의 이온발생장치에서 측정된 결과를 아래의 표 1에 정리하였다.
The results measured in the ion generating apparatuses of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are summarized in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 단락 발생 싸이클 횟수Number of short circuit cycles 440회440 times 429회429 times 421회421 times 414회414 times 385회385 times

실험예 1의 결과에서 확인할 수 있듯이 실시예들이 비교예에 비하여 단락의 발생이 적은 것을 확인하였다.
As can be seen from the results of Experimental Example 1, it was confirmed that the Examples had less occurrence of short circuit than the Comparative Examples.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 1 내지 실시예 4와 비교예 1의 이온발생장치를 작동시키면서 이온의 발생효율을 비교하기 위하여 빔(Beam) 전류(단위:mA)를 측정하였다. 이때 아크 챔버의 폭 40mm, 길이 105mm, 높이 40mm, 리펠러와 거리 85mm, 가스는 알곤을 사용하였으며, 압력은 2.5 torr 였다. 아크 챔버에 공급된 전압은 80V로 공급되었으며, 필라멘트에 공급된 전류는 160A이고 캐소드와 리펠러에 공급된 전압은 600V 였다
Beam current (unit: mA) was measured in order to compare the ion generation efficiency while operating the ion generating devices of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. At this time, the arc chamber was 40 mm wide, 105 mm long, 40 mm high, 85 mm away from the repeller, argon was used, and the pressure was 2.5 torr. The voltage supplied to the arc chamber was supplied at 80V, the current supplied to the filament was 160A, and the voltage supplied to the cathode and repeller was 600V

실시예 1 내지 실시예 4와 비교예 1의 이온발생장치에서 측정된 결과를 아래의 표 2에 정리하였다.
The results measured in the ion generating devices of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are summarized in Table 2 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 빔 전류Beam current 23.0mA23.0mA 20.1mA20.1mA 23.1mA23.1mA 22.8mA22.8mA 22.6mA22.6 mA

표 2를 참조하면, 실시예 2에서 이온발생 효율이 상대적으로 감소한 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 2, it can be confirmed that the ion generation efficiency is relatively decreased in Example 2. [

본 발명의 이온주입기용 이온발생장치의 또 다른 특징은 캐소드 표면이 함몰 형상을 가지는 것이다. 이러한 함몰 형상은 2가지 기능을 가지고 있는데, 첫 번째는 캐소드의 표면적을 증가시켜 방출되는 전자의 양을 증가시키는 기능이고, 두 번째는 캐소드의 표면 구조를 변경하여 이온화되어야 할 도핑가스의 밀도가 높은 영역으로 전자의 운동 궤적이 집중되도록 하는 것이다.Another feature of the ion generating device for an ion implanter of the present invention is that the cathode surface has a depressed shape. The depression shape has two functions. The first function increases the surface area of the cathode to increase the amount of electrons emitted. The second function changes the surface structure of the cathode to increase the density of the doping gas to be ionized. So that the locus of the electrons is concentrated in the region.

아래에서 도 6 내지 도 10을 이용하여 캐소드의 형상에 따른 효과를 설명한다.Effects according to the shape of the cathode will be described below with reference to FIGS. 6 to 10. FIG.

도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 이온주입기용 전자방출 캐소도의 구조를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 캐소드(102)는 필라멘트가 설치될 수 있는 내부 공간을 제공하는 캐소드 측부(102a)와 전자를 방출하는 표면을 제공하는 캐소드 전면부로 이루어진다. 6 illustrates a structure of an electron emission cathode for an ion implanter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the cathode 102 comprises a cathode side portion 102a that provides an internal space through which the filament may be installed, and a cathode front portion that provides a surface that emits electrons.

캐소드 측부(102a)는 소정의 길이는 가지는 관 형태로 이루어질 수 있고, 내부에는 캐소드 내부공간(102g)이 형성되고 있으며, 체결부(102e)가 형성되어 있다.The cathode side portion 102a may have a tube shape having a predetermined length, and a cathode internal space 102g is formed therein, and a coupling portion 102e is formed therein.

캐소드 전면부는 함몰 형상의 표면을 가지고, 캐소드 전면 테두리부(102b), 캐소드 함몰 경사부(102c) 및 캐소드 함몰 평탄부(102d)를 포함한다. 캐소드 전면 테두리부(102b)는 캐소드 전면부의 외곽영역에 형성되는데, 상기 외곽영역의 경계에서 소정의 폭을 가지면서 아크챔버 방향으로 평탄한 표면을 제공하고, 함몰영역에 비하여 상대적으로 아크챔버 방향으로 돌출되어 있다. 캐소드 전면 테두리부(102b)는 평탄한 표면을 가져 전자의 방출이 일 부분에 집중되는 것을 방지하는데, 예를 들어 캐소드 전면 테두리부가 형성되지 않고, 캐소드 함몰 경사부가 바로 형성된 구조에서는 캐소드 최외곽의 구조가 예각으로 형성되어서 전자의 방출이 테두리 부분에만 집중되어 이루어질 수 있다. 캐소드 함몰 경사부(102c)는 캐소드 전면부의 중심방향으로 경사를 형성하는데, 이러한 경사면에 의하여 전자방출이 이루어지는 캐소드 표면의 면적이 증가될 수 있고, 경사면에서의 전자방출이 캐소드의 중심부 방향으로 이루어지도록 하여 도핑 가스의 밀도가 높은 영역으로 전자의 가속이 이루어지도록 한다. 캐소드 함몰 경사부(102c)는 아크챔버의 방향으로 오목하게 형성되는 것이 바람직하고, 이러한 구조에서는 전자의 방출 위치를 제어하여 도핑 가스의 밀도가 높은 방향으로 전자의 운동이 이루어지는 효과를 극대화할 수 있다. 캐소드 함몰 평탄부(102d)는 캐소드 전면부의 중심부에 형성되고 평탄한 표면을 가지는데, 캐소드 함몰 경사부(102c)의 폭(x)과 캐소드 함몰 평탄부(102d)의 반지름(y/2)의 비율을 조절하여 이온화 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 캐소드 전면부가 원형을 이루면서 캐소드 함몰 경사부와 캐소드 함몰 평탄부가 동심원을 이루는 경우에, 캐소드 함몰 평탄부의 반지름(y/2)과 캐소드 함몰 경사부의 폭(x) 비율은 1:0.3 내지 1:5의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 비율이 1:0.3 미만이면 경사부에 의한 전자방출 방향 제어의 효과가 발생하기 어렵고, 상기 비율이 1:5를 초과하면 전자방출 방향이 지나치게 중앙부로 집중되어서 이온화 효율이 낮아진다. 또한, 캐소드 함몰 평탄부의 함몰 깊이는 상기 캐소드 함몰 평탄부 반지름의 0.5 내지 1.5배인 것이 바람직한데, 0.5 미만이면 캐소드 면적의 증가에 효과가 발생하기 어렵고, 1.5를 초과하면 전자방출 방향이 지나치게 중앙부로 집중되어서 이온화 효율이 낮아진다. The front surface of the cathode has a depressed surface, and includes a cathode front edge portion 102b, a cathode recessed inclined portion 102c, and a cathode recessed flat portion 102d. The cathode front edge portion 102b is formed in the outer peripheral region of the cathode front portion. The cathode front edge portion 102b has a predetermined width at the boundary of the outer peripheral region and provides a flat surface in the direction of the arc chamber, . The cathode front edge portion 102b has a flat surface to prevent the emission of electrons from being concentrated in one portion. For example, in the structure in which the cathode front edge portion is not formed and the cathode recess inclined portion is formed immediately, So that the emission of electrons can be concentrated only on the rim portion. The cathode recess inclined portion 102c forms an inclination in the center direction of the front face of the cathode so that the area of the cathode surface where the electron is emitted can be increased by this inclined face and the electron emission in the inclined face is made toward the center portion of the cathode So that electrons are accelerated to a region where the density of the doping gas is high. It is preferable that the cathode depression inclined portion 102c is formed concavely in the direction of the arc chamber. In this structure, it is possible to maximize the effect of electron movement in the direction of high density of the doping gas by controlling the electron emission position . The cathode recessed flat portion 102d is formed at the central portion of the cathode front portion and has a flat surface. The ratio of the width x of the cathode recessed inclined portion 102c to the radius y / 2 of the cathode recessed flat portion 102d The ionization efficiency can be improved. (Y / 2) of the cathode recessed flat portion to the width (x) of the cathode recessed inclined portion is 1: 0.3 to 1: 5 when the cathode front portion is circular and the cathode recessed inclined portion and the cathode recessed flat portion are concentric. Is preferable. If the ratio is less than 1: 0.3, the effect of controlling the direction of electron emission by the inclined portion is less likely to occur. If the ratio is more than 1: 5, the electron emission direction is excessively concentrated at the center. It is preferable that the recessed depth of the cathode recessed flat portion is 0.5 to 1.5 times the radius of the cathode recessed flat portion. If the cathode recessed flat portion is less than 0.5, it is difficult to increase the cathode area. If it exceeds 1.5, And the ionization efficiency is lowered.

도 7은 가열된 고체 표면에서 열전자가 방출되는 각도를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 고체 표면이 가열되면 내부의 전자들이 일함수 이상의 에너지를 가지면서 외부로 방출되는데, 그 방출되는 방향은 표면에서 90도의 각도인 경우의 분포가 가장 많다. 표면에 직각인 방향을 0ㅀ라 하면, θ값이 커질수록 전자의 방출밀도는 낮아질 것으로 예상되고, 이는 정규분포를 이룰 것을 생각된다. Fig. 7 is a view for explaining the angle at which the hot electrons are emitted from the heated solid surface. Fig. Referring to FIG. 7, when the solid surface is heated, the electrons in the interior have an energy of at least a work function and are emitted to the outside. The direction in which the electrons are emitted is the most when the angle is 90 degrees from the surface. If the direction orthogonal to the surface is 0, the emission density of electrons is expected to decrease as the value of θ increases, which is considered to be a normal distribution.

도 8은 고체 표면에서 열전자가 방출된 후 전기장에 의하여 가속되어 나선형 운동을 하는 전자의 궤적을 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 (가)를 참조하면, 캐소드 표면에서 전자가 방출되는 경우에, 캐소드 함몰 평탄부에서는 주로 캐소드 전면부와 직각인 방향으로 전자가 방출되고, 캐소드 함몰 경사부에서는 캐소드 전면부의 중앙 영역으로 전자가 방출된다. 방출된 전자들은 아크챔버 내부에 형성된 전기장과 자기장을 따라 이동하는데, 나선운동을 제외한 평균적인 이동방향은 리펠러 방향 또는 아크챔버의 벽쪽 방향이 되게 된다. 이때, 본 발명과 같이 캐소드 함몰 경사부가 있는 경우에는 가속되어 이동하는 전자의 밀도가 캐소드의 중앙 영역으로 집중될 수 있다. 그러나 도 8의 (나)와 같이 캐소드 전면부가 평탄한 경우에는 이러한 효과를 기대할 수 없다. 아래에서 도 9를 이용하여 캐소드에서 방출된 전자들이 왜 캐소드의 중앙영역으로 집중되는 것이 유리한지 설명한다.FIG. 8 is a view for explaining the trajectory of an electron which is accelerated by an electric field and then spirally moves after a hot electron is emitted from a solid surface. FIG. 8 (A), when electrons are emitted from the surface of the cathode, electrons are mainly emitted in a direction orthogonal to the front surface of the cathode in the cathode-recessed flat portion, and in the central region of the front surface of the cathode in the cathode- Electrons are emitted. The emitted electrons move along the electric field and the magnetic field formed inside the arc chamber, and the average moving direction except for the helical motion becomes the direction of the repeller or the wall of the arc chamber. At this time, in the case where there is a cathode recess inclined portion as in the present invention, the density of electrons accelerated and moved can be concentrated in the central region of the cathode. However, when the front surface of the cathode is flat as shown in (B) of Fig. 8, such an effect can not be expected. Using FIG. 9 below, it is advantageous to concentrate the electrons emitted from the cathode into the central region of the cathode.

도 9는 아크챔버 내부의 가스 밀도 분포를 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 아크챔버(104)에는 가스 주입부(105)와 이온 방출부(106)가 형성되어 있고, 가스 주입부로 주입된 도핑가스와 캐리어 가스는 일부가 이온화되어 이온 방출부로 배출된다. 이때 아크챔버 내부에는 가스의 압력차가 발생하는데, 가스 주입부(105)에 가까운 영역에서 가스의 밀도(가스의 압력)가 높아지게 된다. 따라서, 가스의 밀도가 높은 영역으로 가속되는 전자의 양이 많은 경우에 이온화 확률이 높아지게 된다. 9 is a view for explaining the gas density distribution in the arc chamber. 9, a gas injection unit 105 and an ion emission unit 106 are formed in the arc chamber 104. A portion of the doping gas and the carrier gas injected into the gas injection unit are ionized and discharged to the ion emission unit . At this time, a pressure difference of gas is generated inside the arc chamber, and the density of the gas (pressure of the gas) in the region near the gas injection unit 105 becomes high. Therefore, when the amount of electrons accelerated to a region where the density of the gas is high is high, the ionization probability increases.

도 10은 본 발명의 전자방출 캐소드가 적용된 이온발생장치에서 전자의 가속 궤적을 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 캐소드 중심영역으로 나선형 운동을 하는 전자의 밀도가 높다는 것을 알 수 있다(도면에서의 전자의 이동경로는 정확한 경로로 도시된 것은 아니지만, 캐소드 중심 영역으로 이동하는 전자의 양이 많다는 것을 설명하기 위하여 편의상 이와 같이 도시함).10 is a view for explaining acceleration trajectories of electrons in an ion generating device to which an electron emission cathode of the present invention is applied. Referring to FIG. 10, it can be seen that the density of electrons making a helical motion to the cathode central region is high (although the path of electrons in the figure is not shown as an exact path, So as to illustrate that there are many).

아래에서는 본 발명의 전자방출 캐소드에서 캐소드 함몰 경사부 폭과 캐소드 함몰 평탄부의 반지름 폭을 변화시키면서 이온화 효율을 측정한 결과를 실시예를 제시한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in which the ionization efficiency is measured while varying the width of the cathode impregnated inclined portion and the width of the cathode impaled flat portion in the electron emitting cathode of the present invention.

실시예 5Example 5

캐소드 전면부가 10.85mm의 반지름을 가지고, 캐소드 전면 테두리부가 0.99mm, 캐소드 함몰 경사부의 폭이 5mm, 캐소드 함몰 평탄부의 반지름이 4.86mm를 가지도록 텅스텐을 가공하여 캐소드를 제조하였다. 이때, 캐소드 함몰 평탄부의 함몰 깊이는 5mm였고, 캐소드 함몰 경사부의 곡률은 R5였다.
The cathode was fabricated by processing tungsten so that the cathode front portion had a radius of 10.85 mm, the cathode front edge was 0.99 mm, the cathode recess inclination had a width of 5 mm, and the cathode recess flatness had a radius of 4.86 mm. At this time, the depression depth of the cathode depression flat portion was 5 mm, and the curvature of the cathode depression portion was R5.

실시예 6Example 6

캐소드 함몰 경사부의 폭이 2.5mm이고, 캐소드 함몰 평탄부의 반지름이 7.36mm이며, 캐소드 함몰 경사부의 곡률이 R6.25인 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 캐소드를 제조하였다.The cathode was prepared in the same manner as in Example 5, except that the width of the cathode recess inclined portion was 2.5 mm, the radius of the cathode recess flat portion was 7.36 mm, and the curvature of the cathode recess inclined portion was R 6.25.

실시예 7Example 7

캐소드 함몰 경사부의 폭이 7.5mm이고, 캐소드 함몰 평탄부의 반지름이 2.36mm이며, 캐소드 함몰 경사부의 곡률이 R8.12인 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 캐소드를 제조하였다.
The cathode was prepared in the same manner as in Example 5, except that the width of the cathode depression inclined portion was 7.5 mm, the radius of the cathode depression flat portion was 2.36 mm, and the curvature of the cathode depression inclined portion was R8.12.

실시예 8Example 8

캐소드 함몰 경사부의 폭이 1.5mm, 캐소드 함몰 평탄부의 반지름이 8.36mm이며, 캐소드 함몰 경사부의 곡률이 R3.75인 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 캐소드를 제조하였다.
The cathode was prepared in the same manner as in Example 5 except that the width of the cathode depression inclined portion was 1.5 mm, the radius of the cathode depression flat portion was 8.36 mm, and the curvature of the cathode depression inclined portion was R3.75.

실시예 9Example 9

캐소드 함몰 경사부의 폭이 8.5mm, 캐소드 함몰 평탄부의 반지름이 1.36mm이며, 캐소드의 함몰 경사부의 곡률이 R7.93인 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 캐소드를 제조하였다.The cathode was prepared in the same manner as in Example 5, except that the width of the cathode depression inclined portion was 8.5 mm, the radius of the cathode depression flat portion was 1.36 mm, and the curvature of the depression inclined portion of the cathode was R7.93.

비교예 2Comparative Example 2

캐소드 전면부가 전체적으로 평탄한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 캐소드를 제조하였다.A cathode was prepared in the same manner as in Example 5 except that the cathode front portion was entirely flat.

비교예 3Comparative Example 3

캐소드 전면부에 딤플을 형성하여 캐소드 전면부의 면적이 비교예 2보다 약 25% 증가하도록 한 것(실시예 5의 경우도 비교예 2보다 캐소드 전면부의 면적이 25% 증가됨)을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 캐소드를 제조하였다.
A dimple was formed on the front surface of the cathode so that the area of the front surface of the cathode was increased by about 25% compared with that of Comparative Example 2 (in the case of Example 5, the area of the front surface of the cathode was increased by 25% 2, the cathode was prepared.

실험예 3Experimental Example 3

실시예 5 내지 실시예 9들과 비교예 2, 비교예 3의 캐소드가 설치된 이온발생방치를 작동시켜서 이온의 발생효율을 비교하기 위하여 빔(Beam) 전류(단위:mA)를 측정하였다. 이때 아크 챔버의 폭 40mm, 길이 105mm, 높이 40mm, 리펠러와 거리 85mm, 가스는 알곤을 사용하였으며, 압력은 2.5 torr 였다. 아크 챔버에 공급된 전압은 80V로 공급되었으며, 필라멘트에 공급된 전류는 160A이고 캐소드와 리펠러에 공급된 전압은 600V 였다
Beam current (unit: mA) was measured in order to compare the generation efficiency of ions by operating the cathodes of Examples 5 to 9 and Comparative Examples 2 and 3. At this time, the arc chamber was 40 mm wide, 105 mm long, 40 mm high, 85 mm away from the repeller, argon was used, and the pressure was 2.5 torr. The voltage supplied to the arc chamber was supplied at 80V, the current supplied to the filament was 160A, and the voltage supplied to the cathode and repeller was 600V

실시예 5 내지 실시예 9들과 비교예 2, 비교예 3에서 측정된 빔 전류를 표 3에 정리하였다.
The beam currents measured in Examples 5 to 9 and Comparative Example 2 and Comparative Example 3 are summarized in Table 3.

실시예 5Example 5 실시예6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 빔 전류Beam current 23.0mA23.0mA 20.1mA20.1mA 19.8mA19.8mA 18.2mA18.2 mA 17.9mA17.9mA 17.4mA17.4 mA 16.7mA16.7mA

표 3을 참조하면, 실시예들이 비교예들에 비하여 이온발생 효율이 증가한 것을 확인할 수 있다.
Referring to Table 3, it can be seen that the ion generation efficiency of the embodiments is increased compared with the comparative examples.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 이온발생장치 101: 필라멘트
102: 캐소드 102a: 캐소드 측부
102b: 캐소드 전면 테두리부 102c: 캐소드 함몰 경사부
102d: 캐소드 함몰 평탄부 102e: 체결부
103: 리펠러 103a: 반사부
103b: 단자부 102g: 캐소드 내부공간
104: 아크챔버 105: 가스 주입부
106: 이온 방출부 110a, 110b: 마그네트
200: 리펠러 210: 단자부
220: 반사부 221: 함몰부
221a1: 제1돌출부 221a2: 제2돌출부
221a3: 제3돌출부 300: 증착물
100: ion generating device 101: filament
102: cathode 102a: cathode side
102b: cathode front edge portion 102c: cathode sink recessed portion
102d: cathode recessed flat part 102e: fastening part
103: Repeller 103a: Reflecting portion
103b: Terminal portion 102g: Cathode inner space
104: arc chamber 105: gas injection part
106: ion emitting portion 110a, 110b: magnet
200: Repeller 210: Terminal portion
220: reflective part 221: depression
221a1: first projection 221a2: second projection
221a3: Third protrusion 300: Deposition material

Claims (5)

반도체 소자의 동작특성을 제어하기 위하여 막의 내부에 불순물을 도핑하기 위한 이온주입기용 이온발생장치의 아크챔버 내부에 설치되는 리펠러에 있어서,
상기 이온발생장치의 캐소드에 대향하여 설치되며, 원형의 표면을 가지는 반사부; 및
상기 반사부에서 연장되며, 소정의 전압이 인가되는 단자부;를 포함하고,
상기 반사부에는 요철이 형성되고, 상기 반사부의 요철은 동심원을 이루는 복수개의 함몰부와 돌출부로 이루어지며, 상기 복수개의 함몰부와 돌출부는 0.05 내지 1.0mm의 단차를 가지고, 상기 함몰부와 돌출부의 폭 비율은 1:0.5 내지 1:2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 이온주입기용 리펠러.
A repeller installed in an arc chamber of an ion generating device for an ion implanter for doping an impurity into a film for controlling an operating characteristic of a semiconductor device,
A reflecting portion provided opposite to the cathode of the ion generating device and having a circular surface; And
And a terminal portion extending from the reflective portion and to which a predetermined voltage is applied,
The projections and depressions are formed in the reflective portion and the projections and depressions of the reflective portion are composed of a plurality of concentric depressions and protrusions, and the plurality of depressions and protrusions have stepped portions of 0.05 to 1.0 mm, Width ratio is in the range of 1: 0.5 to 1: 2.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1의 이온주입기용 리펠러를 포함하는 이온발생장치.An ion generating device comprising a repeller for an ion implanter according to claim 1.
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