KR101977702B1 - Ion source head and ion implantation apparatus including the same - Google Patents

Ion source head and ion implantation apparatus including the same Download PDF

Info

Publication number
KR101977702B1
KR101977702B1 KR1020160167509A KR20160167509A KR101977702B1 KR 101977702 B1 KR101977702 B1 KR 101977702B1 KR 1020160167509 A KR1020160167509 A KR 1020160167509A KR 20160167509 A KR20160167509 A KR 20160167509A KR 101977702 B1 KR101977702 B1 KR 101977702B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
space
reaction chamber
plasma generation
generation coil
ion
Prior art date
Application number
KR1020160167509A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180066922A (en
Inventor
황종진
최동호
황규태
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
주식회사 밸류엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이하이닉스 주식회사, 주식회사 밸류엔지니어링 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
Priority to KR1020160167509A priority Critical patent/KR101977702B1/en
Publication of KR20180066922A publication Critical patent/KR20180066922A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101977702B1 publication Critical patent/KR101977702B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02312—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/02315—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/42—Bombardment with radiation
    • H01L21/423—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/425—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

본 발명의 실시 예에 의한 이온 소스 헤드는 이온화 공간을 제공하는 반응 챔버; 고주파 전력을 인가 받아 상기 반응 챔버 내에 유도 자장을 형성하여 상기 반응 챔버로 공급된 소스 가스를 이온화하기 위해 상기 반응 챔버의 외부 표면 상에 배치된 플라즈마 생성 코일; 및 상기 플라즈마 생성 코일에 상기 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원 소스를 포함한다.An ion source head according to an embodiment of the present invention includes: a reaction chamber for providing an ionization space; A plasma generation coil disposed on an outer surface of the reaction chamber to receive an RF power and form an induction magnetic field in the reaction chamber to ionize the source gas supplied to the reaction chamber; And a high frequency power source for applying the high frequency power to the plasma generation coil.

Description

이온 소스 헤드 및 이를 포함하는 이온 주입 장치{Ion source head and ion implantation apparatus including the same}[0001] The present invention relates to an ion source head and an ion implantation apparatus including the same,

본 발명은 반도체 장치 제조 설비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온 소스 헤드 및 이를 포함하는 이온 주입 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing facility, and more particularly, to an ion source head and an ion implanting apparatus including the same.

반도체 재료에서의 가장 중요한 특성 중의 하나인 전기 전도율은 불순물을 첨가하여 조절한다. 반도체에 불순물을 첨가하는 방법에는 확산(diffusion)에 의한 방법과 이온 주입(ion implantation)에 의한 방법이 있다.Electrical conductivity, one of the most important properties in semiconductor materials, is controlled by the addition of impurities. Methods for adding impurities to semiconductors include diffusion and ion implantation.

이중 이온 주입 방법은 도핑(dopping)시키고자 하는 불순물 물질을 이온화시킨 후 가속시켜 높은 운동 에너지를 갖는 불순물 원자를 웨이퍼 표면에 강제 주입시키는 기술이다. 이러한 이온 주입 방법은 열 확산 방법에 비해 수평 방향으로의 입자 이동이 거의 없어 단위 셀 집적도 향상에 크게 유리하므로 불순물 주입 방식으로 널리 사용된다.The dual ion implantation method is a technique for forcibly implanting impurity atoms having high kinetic energy on the wafer surface by ionizing and accelerating the impurity material to be doped. This ion implantation method is widely used as an impurity implantation method because it greatly improves the degree of integration of the unit cell due to almost no particle movement in the horizontal direction as compared with the thermal diffusion method.

일반적으로 이온 주입 장치는 전원에 연결된 필라멘트가 가열되면서 캐소드에서 방출되는 열전자와 불순물 가스의 입자가 충돌하는 방식으로 불순물 가스를 이온화한다. 한편, 필라멘트 및 캐소드가 설치된 이온 발생 공간을 갖는 아크 챔버는 도전성 금속 물질로 이루어지는데, 열반응에 의해 불순물 가스와 아크 챔버의 금속 물질 간의 반응 부산물이 생성됨에 따라 플라즈마의 생성이 저하되는 문제가 있다.Generally, an ion implantation apparatus ionizes an impurity gas in such a manner that particles of an impurity gas collide with a thermion emitted from the cathode while the filament connected to the power source is heated. On the other hand, the arc chamber having the ion generating space in which the filament and the cathode are provided is made of a conductive metal material, and a reaction by-product between the impurity gas and the metal material of the arc chamber is generated by the thermal reaction, .

또한, 이온들이 방출되는 슬릿에 반응 부산물이 증착되어 이온 빔의 균일도가 낮아지고, 열전자 방출을 위해 필라멘트가 지속적으로 가열됨에 따라, 필라멘트가 끊어져 장비 수명이 짧아지는 문제가 있다.In addition, the reaction by-products are deposited on the slit through which the ions are emitted to lower the uniformity of the ion beam, and the filament is continuously heated for releasing the thermoelectrons, thereby breaking the filament and shortening the equipment life.

본 발명의 실시 예는 반응 부산물의 생성을 억제할 수 있는 이온 소스 헤드 및 이를 포함하는 이온 주입 장치를 제공하는 것이다.An embodiment of the present invention provides an ion source head capable of suppressing the production of reaction by-products and an ion implantation apparatus including the ion source head.

본 발명의 실시 예에 의한 이온 소스 헤드는 이온화 공간을 제공하는 반응 챔버; 고주파 전력을 인가 받아 상기 반응 챔버 내에 유도 자장을 형성하여 상기 반응 챔버로 공급된 소스 가스를 이온화하기 위해 상기 반응 챔버의 외부 표면 상에 배치된 플라즈마 생성 코일; 및 상기 플라즈마 생성 코일에 상기 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원 소스를 포함한다.An ion source head according to an embodiment of the present invention includes: a reaction chamber for providing an ionization space; A plasma generation coil disposed on an outer surface of the reaction chamber to receive an RF power and form an induction magnetic field in the reaction chamber to ionize the source gas supplied to the reaction chamber; And a high frequency power source for applying the high frequency power to the plasma generation coil.

본 발명의 실시 예에 의한 이온 주입 장치는 고주파 전력을 인가 받아 유도 자장을 형성하고, 형성된 유도 자장에 의해 외부로부터 공급된 소스 가스를 이온화하고, 이온 빔을 제공하는 이온 소스 헤드; 상기 이온 소스 헤드로부터 제공된 이온 빔을 구성하는 이온들 중 기판으로 주입하기 위한 특정 이온들을 선별하는 질량 분석기; 및 선별된 상기 특정 이온들을 가속하여 상기 기판 방향으로 전송하는 이온 전송부를 포함한다.An ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention includes: an ion source head that receives an RF power to form an induction magnetic field, ionizes a source gas supplied from the outside by an induction magnetic field formed, and provides an ion beam; A mass analyzer for selecting specific ions for implantation into the substrate among the ions constituting the ion beam provided from the ion source head; And an ion transfer unit for accelerating the selected specific ions and transferring them toward the substrate.

본 실시 예에 따르면, 저온에서 플라즈마를 생성할 수 있으므로, 반응 챔버와 소스 가스 간의 열반응을 최소화하여 반응 부산물이 생성되는 것을 억제할 수 있다.According to this embodiment, a plasma can be generated at a low temperature, so that the thermal reaction between the reaction chamber and the source gas can be minimized, and reaction by-products can be prevented from being produced.

이와 같이, 반응 부산물의 생성이 억제됨에 따라, 이온이 방출되는 슬릿 상에 부산물이 증착되는 것을 방지하여 이온 빔의 균일도가 향상될 수 있다.Thus, by suppressing the formation of reaction byproducts, by-products can be prevented from being deposited on the slit from which the ions are discharged, and the uniformity of the ion beam can be improved.

또한, 열전자 방출을 위한 필라멘트를 사용할 필요가 없으므로, 장비의 수명이 증가하고 부품 교체 비용을 절감할 수 있다.In addition, since there is no need to use a filament for thermionic emission, the lifetime of the equipment can be increased and the cost of replacing parts can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이온 주입 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이온 소스 헤드의 개략적인 단면도이다.
도 3은 플라즈마 생성 코일에 고주파 전력 인가 시 반응 챔버 내에 형성되는 유도 자장을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an ion implanting apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of an ion source head according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing an induction magnetic field formed in a reaction chamber when high-frequency power is applied to a plasma generation coil.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시 예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이온 주입 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an ion implanting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 의한 이온 주입 장치(10)는 이온 소스 헤드(100), 질량 분석기(200), 이온 전송부(300), 및 엔드 스테이션(400)을 포함할 수 있다.1, an ion implantation apparatus 10 according to the present embodiment may include an ion source head 100, a mass spectrometer 200, an ion transfer unit 300, and an end station 400.

이온 소스 헤드(100)는 외부로부터 소스 가스를 공급받고, 공급된 소스 가스를 이온화하여 이온을 발생시킬 수 있다. 소스 가스는 삼불화붕소(BF3), 수소화비소(AsH3), 수소화인(PH3) 또는 플르오르화게르마늄(GeF4) 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.The ion source head 100 receives a source gas from the outside, and ionizes the supplied source gas to generate ions. The source gas may include boron trifluoride (BF 3 ), arsenic hydride (AsH 3 ), hydrogenated phosphorus (PH 3 ), or germanium fluoride (GeF 4 ), but is not limited thereto.

이온 소스 헤드(100)는 발생된 이온들을 추출하여 이온 빔의 형태로 질량 분석기(200)로 제공할 수 있다. 본 실시 예에 의한 이온 소스 헤드(100)는 고주파(RF) 전력을 인가 받아 형성된 유도 자장을 이용하여 공급된 소스 가스를 이온화할 수 있다. 이와 같은 방법으로 생성된 플라즈마를 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)라 할 수 있다. 본 실시 예에 의한 이온 소스 헤드(100)의 구체적인 구성 및 동작은 이후 도 2를 참조하여 상세히 설명할 것이다.The ion source head 100 may extract the generated ions and provide them to the mass spectrometer 200 in the form of an ion beam. The ion source head 100 according to this embodiment can ionize the supplied source gas using an induction magnetic field formed by receiving high frequency (RF) power. The plasma generated in this manner can be referred to as inductively coupled plasma (ICP). The specific configuration and operation of the ion source head 100 according to this embodiment will be described in detail later with reference to FIG.

질량 분석기(200)는 이온 소스 헤드(100)로부터 제공된 이온 빔을 구성하는 이온들 중 기판으로 주입하기 위한 특정 이온들을 선별할 수 있다. 예를 들어, 질량 분석기(200)는 이온 빔을 구성하는 이온들의 질량 차이를 이용하여 특정 이온들을 선별할 수 있다. 질량 분석기(200) 내부에는 예를 들어 일정 각도로 꺾인 분석기 자석(미도시)이 마련되며, 상기 분석기 자석에 의해 형성되는 자기장은 불순물 또는 여러 종류의 양이온들을 포함하는 이온 빔을 곡선 궤도로 편향시키는 힘을 제공할 수 있다. 이때, 주어진 자기장의 세기에 대하여 상대적으로 무거운 질량을 갖는 이온들은 상대적으로 가벼운 질량을 갖는 이온들에 비하여 작은 각도로 편향될 수 있다. 이러한 곡선 궤도의 곡률 반경은 상기 분석기 자석의 자기장의 세기에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 상기 분석기 자석의 자기장의 세기를 조절하여 원하는 이온들만 선별하여 이온 전송부(300)로 제공할 수 있다.The mass spectrometer 200 can select specific ions for implantation into the substrate among the ions constituting the ion beam provided from the ion source head 100. For example, the mass spectrometer 200 can select specific ions using the mass difference of the ions constituting the ion beam. In the mass spectrometer 200, for example, an analyzer magnet (not shown) bent at a predetermined angle is provided, and the magnetic field formed by the analyzer magnet deflects an ion beam containing impurities or various kinds of cations into a curved orbit It can provide power. At this time, ions having a relatively large mass relative to the intensity of a given magnetic field can be deflected at a small angle relative to ions having a relatively light mass. The radius of curvature of this curved trajectory can be determined according to the intensity of the magnetic field of the analyzer magnet. Therefore, the intensity of the magnetic field of the analyzer magnet can be adjusted to selectively provide the desired ions to the ion transport unit 300.

이온 전송부(300)는 이온 빔을 포커싱하는 렌즈(미도시) 및 이온들을 가속하는 가속기(미도시)를 포함할 수 있다. 이온은 이동이 빨라지면 운동에너지가 더 높아지고, 운동에너지가 높아지면 기판의 표면에 충돌할 때 기판 내로 더 깊게 주입될 수 있다. 가속기는 양이온에 부가적인 에너지를 부가하는 전기장을 형성할 수 있다. 양이온은 양 전하를 가지므로 음의 극성을 갖는 전기장으로 끌려간다. 음의 극성을 갖는 전기장을 형성하기 위하여 가속 전압을 인가하며 전기장의 세기를 증가시키면 양이온은 더 빠르게 이동한다. 반면, 감속 전압을 인가하여 전기장의 극성을 바꾸면 이온들을 감속시킬 수 있다.The ion transfer portion 300 may include a lens (not shown) for focusing the ion beam and an accelerator (not shown) for accelerating the ions. Ions have higher kinetic energy when they move faster, and can be injected deeper into the substrate when they hit the surface of the substrate as the kinetic energy increases. The accelerator can form an electric field that adds additional energy to the cations. Cations are attracted to an electric field having a negative polarity because they have positive charges. When accelerating voltage is applied to increase the strength of the electric field to form an electric field having a negative polarity, the cations move faster. On the other hand, if the polarity of the electric field is changed by applying a decelerating voltage, ions can be decelerated.

엔드 스테이션(400)은 하나 이상의 기판(미도시)을 지지하는 지지부(미도시) 및 지지부를 회전 또는 이동시키기 위한 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 이온이 주입될 기판은 지지부 상에 로딩되며, 지지부는 기판에 이온들이 균일하게 주입되도록 구동부에 의해 고속으로 회전 또는 상하 운동할 수 있다.The end station 400 may include a support (not shown) for supporting one or more substrates (not shown) and a driver (not shown) for rotating or moving the support. The substrate to which the ions are to be implanted is loaded on the supporting portion, and the supporting portion can rotate or move up and down at a high speed by the driving portion so that the ions are uniformly injected into the substrate.

도 1에 도시되지는 않았으나, 이온 주입 장치(10)는 하나 이상의 진공 펌프를 포함할 수 있다. 또한, 이온 주입 장치(10)는 이온 빔의 이온 전류를 측정하기 위한 페러데이 컵 시스템을 더 포함할 수 있으며, 기판에 주입되는 이온의 양은 페러데이 컵 시스템에 의하여 산출될 수 있다. 도 1은 이온 주입 장치(10)의 주요 구성만을 개략적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Although not shown in FIG. 1, the ion implantation apparatus 10 may include one or more vacuum pumps. Further, the ion implantation apparatus 10 may further include a Faraday cup system for measuring the ion current of the ion beam, and the amount of ions implanted into the substrate may be calculated by the Faraday cup system. Fig. 1 schematically shows only the main configuration of the ion implantation apparatus 10, and the present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이온 소스 헤드의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of an ion source head according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시 예에 의한 이온 소스 헤드(100)는 반응 챔버(110), 슬릿 부재(120), 페라이트 코어(130), 플라즈마 생성 코일(140), RF 전원 소스(150), 및 추출 전극(160)을 포함할 수 있다.2, the ion source head 100 according to the present embodiment includes a reaction chamber 110, a slit member 120, a ferrite core 130, a plasma generation coil 140, an RF power source 150, And an extraction electrode 160.

반응 챔버(110)는 외부로부터 공급된 소스 가스가 이온화되는 공간을 갖고, 이를 기밀하게 유지시키도록 구성될 수 있다. 반응 챔버(110)는 일 측에서 분기되고 타 측에서 합류되는 폐회로 형상을 갖는 파이프 형태일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.The reaction chamber 110 has a space in which the source gas supplied from the outside is ionized and can be configured to keep it secret. The reaction chamber 110 may be in the form of a pipe having a closed circuit shape branched from one side and joined at the other side, but is not limited thereto.

반응 챔버(110)의 일 측에는 소스 가스가 공급되는 가스 공급 라인(111)이 연결되고, 반응 챔버(110)의 타 측에는 이온화된 가스가 배출되는 가스 배출 라인(113)이 연결될 수 있다. 가스 배출 라인(113)의 측면에는 슬릿 부재 체결부(115)가 구비될 수 있다.A gas supply line 111 through which a source gas is supplied is connected to one side of the reaction chamber 110 and a gas discharge line 113 through which ionized gas is discharged to the other side of the reaction chamber 110. A slit member coupling part 115 may be provided on the side surface of the gas discharge line 113.

반응 챔버(110)는 가스 공급 라인(111)의 말단부에서 양 측으로 분기되고, 가스 배출 라인(113)의 도입부에서 합류하는 형상을 가질 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 반응 챔버(110)는 가스 공급 라인(111)의 말단부에 연결되고 양 측으로 분기된 제1 부분(110a), 제1 부분(110a)의 양 단부로부터 수평 방향으로 서로 평행하게 연장하는 제2 부분들(110b), 및 제2 부분들(110b)의 단부들로부터 연장되어 합류하고 가스 배출 라인(113)의 도입부에 연결되는 제3 부분(110c)을 포함할 수 있다. 반응 챔버(110)의 제1 부분(110a)과 제3 부분(110c)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 반응 챔버(110)의 제1 부분(110a)과 제3 부분(110c)은 제2 부분들(110b)에 수직하게 배치될 수 있다.The reaction chamber 110 may have a shape that branches to both sides at the distal end of the gas supply line 111 and merges at the introduction portion of the gas discharge line 113, but is not particularly limited thereto. For example, the reaction chamber 110 includes a first portion 110a connected to the distal end of the gas supply line 111 and branched to both sides, a first portion 110a extending in parallel to each other in the horizontal direction from both ends of the first portion 110a Second portions 110b and a third portion 110c that extends from the ends of the second portions 110b and merges and is connected to the inlet of the gas discharge line 113. [ The first portion 110a and the third portion 110c of the reaction chamber 110 may be disposed parallel to each other. In addition, the first portion 110a and the third portion 110c of the reaction chamber 110 may be disposed perpendicular to the second portions 110b.

슬릿 부재(120)는 가스 배출 라인(113)의 측면에 마련된 슬릿 부재 체결부(115)에 착탈 가능하게 체결될 수 있다. 슬릿 부재(120)는 반응 챔버(110)로부터 이온이 방출되는 슬릿을 포함할 수 있다.The slit member 120 may be detachably coupled to the slit member engaging portion 115 provided on the side surface of the gas discharge line 113. The slit member 120 may include a slit through which ions are discharged from the reaction chamber 110.

페라이트 코어(130)는 반응 챔버(110)의 제2 부분들(110b)의 표면 상에 장착될 수 있다. 이때, 페라이트 코어(130)의 수평 방향 길이는 반응 챔버(110)의 제2 부분들(110b)의 수평 방향 길이보다 짧을 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 페라이트 코어(130)의 수평 방향 길이는 필요에 따라 더 길게 또는 더 짧게 조절될 수 있다.The ferrite core 130 may be mounted on the surface of the second portions 110b of the reaction chamber 110. [ At this time, the horizontal length of the ferrite core 130 may be shorter than the horizontal length of the second portions 110b of the reaction chamber 110, but is not limited thereto. The horizontal length of the ferrite core 130 can be adjusted longer or shorter as necessary.

페라이트 코어(130)는 플라즈마 생성 코일(140)을 통한 RF 전류 흐름에 의해 방사형으로 형성되는 자기장을 반응 챔버(110)를 향해 국부적으로 한정하여 집중시킬 수 있다. 여기에서, 페라이트 코어(130)는 큰 투자율(magnetic permeability)을 갖는 페리자성체(ferrimagnetic substance)의 일종으로 외부 자기장 속에서 상기 자기장과 같은 방향으로 강하게 자화되는 특성을 가진다. 이에 따라, 플라즈마 생성 코일(140)과 플라즈마 사이의 커플링 효율성이 증가되어 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있다.The ferrite core 130 can locally confine and concentrate the magnetic field radially formed by the RF current flow through the plasma generation coil 140 toward the reaction chamber 110. Here, the ferrite core 130 is a kind of ferrimagnetic substance having a large magnetic permeability, and has a property of strongly magnetizing in an external magnetic field in the same direction as the magnetic field. Accordingly, the efficiency of coupling between the plasma generating coil 140 and the plasma is increased, so that high plasma density and uniformity can be realized.

일반적으로, 이온 소스 헤드(100)의 반응 챔버(110)로 공급되는 소스 가스의 유량은 3 sccm 정도로 매우 작다. 이에 따라, 반응 챔버(110) 내에 존재하는 원자들의 밀도 역시 낮아 플라즈마 생성이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 본 실시 예에서는 페라이트 코어(130)를 사용하여 해당 위치에서의 플라즈마 밀도를 높임으로써, 이온화가 활발하게 일어날 수 있도록 한다.Generally, the flow rate of the source gas supplied to the reaction chamber 110 of the ion source head 100 is as small as about 3 sccm. Accordingly, the density of atoms present in the reaction chamber 110 is also low, and plasma generation may not be easy. Accordingly, in this embodiment, the ferrite core 130 is used to increase the plasma density at the corresponding position, so that ionization can be actively performed.

플라즈마 생성 코일(140)은 페라이트 코어(130)의 외주면에 적어도 1회 이상 감기도록 구성될 수 있다. 플라즈마 생성 코일(140)은 예를 들어, 구리, 스테인리스스틸, 은, 또는 알루미늄 등으로 이루어질 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 생성 코일(140)은 RF 전원 소스(150)로부터 RF 전원을 인가 받아 반응 챔버(110) 내에 전자장을 유도하여 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The plasma generation coil 140 may be configured to be wound on the outer circumferential surface of the ferrite core 130 at least once. The plasma generation coil 140 may be made of, for example, copper, stainless steel, silver, or aluminum, but is not limited thereto. The plasma generation coil 140 may receive RF power from an RF power source 150 to induce an electromagnetic field in the reaction chamber 110 to generate an inductively coupled plasma.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 플라즈마 생성 코일(140)을 통해 흐르는 RF 전류는 플라즈마 생성 코일(140)이 둘러싼 반응 챔버(110) 내의 공간에 축방향의 RF 자기장(H)을 생성시킨다. 반응 챔버(110) 내의 소스 가스가 전자 충돌에 의해 부분적으로 이온화되면, 이 RF 자기장(H)은 밀폐된 반응 챔버(110) 내의 소스 가스에 순환하는 RF 전자 전류를 유도하여 플라즈마를 생성 및 유지시킬 수 있다.3, an RF current flowing through the plasma generation coil 140 generates an RF magnetic field H in the axial direction in a space in the reaction chamber 110 enclosed by the plasma generation coil 140. For example, referring to FIG. When the source gas in the reaction chamber 110 is partially ionized by an electron impact, the RF magnetic field H induces an RF electron current circulating in the source gas in the closed reaction chamber 110 to generate and sustain a plasma .

이와 같이 생성된 플라즈마는 반응 챔버(110)의 일 측에 연결된 가스 공급 라인(111)으로부터 주입되는 소스 가스에 의해 가스 배출 라인(113) 방향으로 밀려 이동하고, 가스 배출 라인(113) 및 슬릿 부재(120)의 슬릿을 통해 방출될 수 있다.The generated plasma is pushed toward the gas discharge line 113 by the source gas injected from the gas supply line 111 connected to one side of the reaction chamber 110, (Not shown).

RF 전원 소스(150)는 플라즈마 생성 코일(140)로 RF 전원을 인가할 수 있다. 본 실시 예에서 RF 전원은 약 50 kHz 내지 100 MHz의 범위 내에서 설정된 주파수 및 4000 W 이하의 범위에서 설정된 전력을 가질 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 페라이트 코어(130)의 재료 특성에 따라 호환 가능한 주파수로 설정되는 것이 요구될 수도 있다. 본 실시 예에서 RF 전원 소스(150)는 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 임피던스 정합기를 구비하도록 구성될 수도 있다.The RF power source 150 may apply RF power to the plasma generation coil 140. In this embodiment, the RF power source may have a power set within a range of about 50 kHz to 100 MHz and a power set in a range of 4000 W or less, but is not limited thereto. However, it may be required to set a compatible frequency according to the material characteristics of the ferrite core 130. In this embodiment, the RF power source 150 may be constructed using a radio frequency generator capable of controlling the output power without a separate impedance matcher, but is not limited thereto and may be configured to include a separate impedance matcher It is possible.

추출 전극(160)은 반응 챔버(110)로부터 슬릿 부재(120)의 슬릿을 통해 양의 이온을 추출하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 추출 전극(160)에는 음(negative)의 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 추출 전극(160)은 슬릿 부재(120)의 슬릿을 통해 추출된 이온들이 통과하는 개구부를 포함할 수 있으며, 이온들이 개구부를 통과하면서 이온 빔이 생성될 수 있다.The extraction electrode 160 may be configured to extract positive ions from the reaction chamber 110 through the slit of the slit member 120. [ To this end, a negative bias voltage may be applied to the extraction electrode 160. The extraction electrode 160 may include an opening through which ions extracted through the slit of the slit member 120 pass, and an ion beam may be generated while ions pass through the opening.

도 2에 도시되지는 않았으나, 이온 소스 헤드(100)는 슬릿 부재(120)와 추출 전극(160) 사이에 위치하는 억제 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 억제 전극은 이온이 추출 전극(160)에 부딪혀 발생된 2차 전자가 이온 빔과 충돌하여 이온들을 중성화하는 것을 방지하고, 빔 경로를 이탈한 이온 빔으로부터 유도되는 2차 전자가 반응 챔버(110)로 역류하는 것을 방지하는 기능을 한다.2, the ion source head 100 may further include a restraining electrode (not shown) positioned between the slit member 120 and the extracting electrode 160. The suppression electrode prevents the secondary electrons generated by colliding the ions with the extraction electrode 160 to collide with the ion beam to neutralize the ions, and the secondary electrons, which are induced from the ion beam deviated from the beam path, To prevent backflow to the < / RTI >

또한, 도 2에 도시되지는 않았으나, 플라즈마에 의해 발생하는 열에 의한 플라즈마 생성 코일(140)의 승온을 방지하기 위한 냉각 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.Although not shown in FIG. 2, the plasma display apparatus may further include a cooling device (not shown) for preventing the plasma generating coil 140 from being heated due to heat generated by the plasma.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

10: 이온 주입 장치 100: 이온 소스 헤드
110: 반응 챔버 111: 가스 공급 라인
113: 가스 배출 라인 115: 슬릿 부재 체결부
120: 슬릿 부재 130: 페라이트 코어
140: 플라즈마 생성 코일 150: RF 전원 소스
160: 추출 전극 200: 질량 분석기
300: 이온 전송부 400: 엔드 스테이션10: ion implanter 100: ion source head
110: reaction chamber 111: gas supply line
113: gas discharge line 115: slit member fastening portion
120: slit member 130: ferrite core
140: plasma generating coil 150: RF power source
160: extraction electrode 200: mass analyzer
300: Ion transfer unit 400: End station

Claims (15)

이온화 공간을 제공하고, 일 측에서 분기되어 타 측에서 합류되는 분리된 제1 공간과 제2 공간을 갖는 반응 챔버;
상기 반응 챔버의 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 내에 상기 반응 챔버로 공급된 소스 가스를 이온화하기 위한 유도 자장을 형성하도록 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간을 감는 형태로 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 상에 각각 배치된 제1 플라즈마 생성 코일과 제2 플라즈마 생성 코일;
상기 반응 챔버의 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 각각 감싸고 상기 제1 공간과 상기 제1 플라즈마 생성 코일 사이 및 상기 제2 공간과 상기 제2 플라즈마 생성 코일 사이에 배치되도록 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 상에 각각 장착되고, 서로 이격 배치된 제1 페라이트 코어와 제2 페라이트 코어; 및
상기 제1 플라즈마 생성 코일 및 상기 제2 플라즈마 생성 코일과 직렬 연결되고, 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 코일들에 전력을 인가하는 전원 소스
를 포함하는 이온 소스 헤드.A reaction chamber providing an ionization space and having a first space separated from the first space and a second space branched from the first side;
The first space and the second space are formed by winding the first space and the second space so as to form an induction magnetic field for ionizing the source gas supplied to the reaction chamber in the first space and the second space of the reaction chamber, A first plasma generation coil and a second plasma generation coil respectively disposed on the second space;
Wherein the first space and the second space are arranged so as to surround the first space and the second space of the reaction chamber and to be disposed between the first space and the first plasma generation coil and between the second space and the second plasma generation coil, A first ferrite core and a second ferrite core respectively mounted on the second space and spaced apart from each other; And
And a power source connected in series with the first plasma generation coil and the second plasma generation coil, the power source for applying power to the first and second plasma generation coils,
/ RTI > 제1항에 있어서,
상기 반응 챔버의 상기 일 측에 연결되고, 상기 반응 챔버 내에 소스 가스를 공급하는 가스 공급 라인; 및
상기 반응 챔버의 상기 타 측에 연결되고, 상기 반응 챔버 내에서 이온화된 가스가 배출되는 가스 배출 라인
을 더 포함하는 이온 소스 헤드.The method according to claim 1,
A gas supply line connected to the one side of the reaction chamber and supplying a source gas into the reaction chamber; And
A gas exhaust line connected to the other side of the reaction chamber and discharging ionized gas in the reaction chamber,
Further comprising an ion source. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 가스 배출 라인의 말단부에 착탈 가능하게 결합되고, 상기 반응 챔버로부터 이온들이 방출되는 슬릿을 갖는 슬릿 부재를 더 포함하는 이온 소스 헤드.3. The method of claim 2,
And a slit member detachably coupled to a distal end of the gas discharge line and having a slit through which ions are discharged from the reaction chamber. 제6항에 있어서,
상기 가스 배출 라인의 말단부의 외부 표면 상에 구비되고, 상기 슬릿 부재가 체결되는 슬릿 부재 체결부를 더 포함하는 이온 소스 헤드.The method according to claim 6,
Further comprising a slit member engaging portion provided on an outer surface of a distal end portion of the gas discharge line and to which the slit member is fastened. 제6항에 있어서,
상기 슬릿 부재와 평행하게 배치되고 상기 슬릿 부재를 통해 상기 반응 챔버로부터 상기 이온들을 추출하여 이온 빔을 생성하는 추출 전극을 더 포함하는 이온 소스 헤드.The method according to claim 6,
Further comprising an extraction electrode disposed parallel to the slit member and adapted to extract the ions from the reaction chamber through the slit member to produce an ion beam. 전력을 인가 받아 유도 자장을 형성하고, 형성된 유도 자장에 의해 외부로부터 공급된 소스 가스를 이온화하고, 이온 빔을 제공하는 이온 소스 헤드;
상기 이온 소스 헤드로부터 제공된 이온 빔을 구성하는 이온들 중 기판으로 주입하기 위한 특정 이온들을 선별하는 질량 분석기; 및
선별된 상기 특정 이온들을 가속하여 상기 기판 방향으로 전송하는 이온 전송부를 포함하고,
상기 이온 소스 헤드는,
이온화 공간을 제공하고, 일 측에서 분기되어 타 측에서 합류되는 분리된 제1 공간과 제2 공간을 갖는 반응 챔버;
상기 반응 챔버의 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 내에 상기 반응 챔버로 공급된 소스 가스를 이온화하기 위한 유도 자장을 형성하도록 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간을 감는 형태로 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 상에 각각 배치된 제1 플라즈마 생성 코일과 제2 플라즈마 생성 코일;
상기 반응 챔버의 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 각각 감싸고 상기 제1 공간과 상기 제1 플라즈마 생성 코일 사이 및 상기 제2 공간과 상기 제2 플라즈마 생성 코일 사이에 배치되도록 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 상에 각각 장착되고, 서로 이격 배치된 제1 페라이트 코어와 제2 페라이트 코어; 및
상기 제1 플라즈마 생성 코일 및 상기 제2 플라즈마 생성 코일과 직렬 연결되고, 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 코일들에 전력을 인가하는 전원 소스를 포함하는 이온 주입 장치.An ion source head for receiving an electric power to form an induced magnetic field, ionizing a source gas supplied from the outside by an induced magnetic field formed, and providing an ion beam;
A mass analyzer for selecting specific ions for implantation into the substrate among the ions constituting the ion beam provided from the ion source head; And
And an ion transfer unit for accelerating the selected specific ions and transferring them toward the substrate,
The ion source head includes:
A reaction chamber providing an ionization space and having a first space separated from the first space and a second space branched from the first side;
The first space and the second space are formed by winding the first space and the second space so as to form an induction magnetic field for ionizing the source gas supplied to the reaction chamber in the first space and the second space of the reaction chamber, A first plasma generation coil and a second plasma generation coil respectively disposed on the second space;
Wherein the first space and the second space are arranged so as to surround the first space and the second space of the reaction chamber and to be disposed between the first space and the first plasma generation coil and between the second space and the second plasma generation coil, A first ferrite core and a second ferrite core respectively mounted on the second space and spaced apart from each other; And
And a power source connected in series with the first plasma generation coil and the second plasma generation coil and applying power to the first and second plasma generation coils. 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 반응 챔버의 상기 일 측에는 상기 소스 가스가 공급되는 가스 공급 라인이 연결되고, 및 상기 반응 챔버의 상기 타 측에는 상기 반응 챔버 내에서 이온화된 가스가 배출되는 가스 배출 라인이 연결되는 이온 주입 장치.10. The method of claim 9,
Wherein a gas supply line through which the source gas is supplied is connected to the one side of the reaction chamber and a gas discharge line through which the ionized gas is discharged in the reaction chamber is connected to the other side of the reaction chamber. 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 특정 이온들이 주입될 상기 기판이 배치되는 엔드 스테이션을 더 포함하는 이온 주입 장치.10. The method of claim 9,
And an end station in which the substrate to which the specific ions are to be implanted is disposed.
KR1020160167509A 2016-12-09 2016-12-09 Ion source head and ion implantation apparatus including the same KR101977702B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167509A KR101977702B1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Ion source head and ion implantation apparatus including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160167509A KR101977702B1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Ion source head and ion implantation apparatus including the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180066922A KR20180066922A (en) 2018-06-20
KR101977702B1 true KR101977702B1 (en) 2019-05-14

Family

ID=62769618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160167509A KR101977702B1 (en) 2016-12-09 2016-12-09 Ion source head and ion implantation apparatus including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101977702B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ310127B6 (en) * 2018-10-17 2024-09-11 Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i An equipment for the creation of high-frequency plasma discharge with electron cyclotron wave resonance

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200262068Y1 (en) * 2001-10-23 2002-02-06 동부전자 주식회사 Front slit of a ion implantation

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100703121B1 (en) * 2002-06-26 2007-04-05 세미이큅, 인코포레이티드 Method of implanting ions
US6872909B2 (en) * 2003-04-16 2005-03-29 Applied Science And Technology, Inc. Toroidal low-field reactive gas and plasma source having a dielectric vacuum vessel
KR101170926B1 (en) * 2010-09-01 2012-08-03 (주) 엔피홀딩스 Plasma reactor having ignition device for plasma discharge
KR101429806B1 (en) * 2012-01-17 2014-08-12 (주)이큐베스텍 Multi-mode apparatus for generating plasma
US9142386B2 (en) * 2013-03-15 2015-09-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200262068Y1 (en) * 2001-10-23 2002-02-06 동부전자 주식회사 Front slit of a ion implantation

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180066922A (en) 2018-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8847496B2 (en) Inductively coupled plasma flood gun using an immersed low inductance RF coil and multicusp magnetic arrangement
JP5610543B2 (en) Ion source
US8357912B2 (en) Techniques for providing a multimode ion source
US7999479B2 (en) Conjugated ICP and ECR plasma sources for wide ribbon ion beam generation and control
TWI446394B (en) Ion source and ion implantation system
US8760054B2 (en) Microwave plasma electron flood
US6686599B2 (en) Ion production device for ion beam irradiation apparatus
US6501081B1 (en) Electron flood apparatus for neutralizing charge build up on a substrate during ion implantation
KR101977702B1 (en) Ion source head and ion implantation apparatus including the same
US20090166555A1 (en) RF electron source for ionizing gas clusters
KR101562785B1 (en) Double plasma ion source
US8686640B2 (en) Magnetic field reduction apparatus and magnetic plasma flood system for ion beam processing
WO2013096519A1 (en) Method and apparatus for surface plasma source (sps) with anode layer plasma accelerator

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant