KR19990052477A - Flushing Method of Ion Implantation Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼의 표면에 불순물을 주입하는 이온 주입(Ion Implantation) 공정에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 이온 주입 장치(Ion Implanter)의 특정 부분에 박막을 형성시키는 과정에서 아르곤 가스가 사용될 때 분석구간의 내부에 자장을 형성하지 않고 이온을 통과시키는 플러싱(Flushing) 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 아르곤 가스가 공급될 때 분석구간에 전원을 공급하는 전원 공급기와 연결된 제어기를 이용하여 전원을 차단하여 분석구간의 자장을 제거하는 방법을 개시하고, 또한 전원공급기에 연결되며, 아르곤 가스가 공급되는 가스관의 밸브에서 소정의 신호를 받아 작동하는 제어기가 형성된 구조를 개시한다. 이러한 방법과 구조를 통하여, 아르곤 가스의 양이온이 분석구간의 내부에 직접 충돌하는 것을 방지하며, 분석구간의 보호막이 열화 되거나 분석구간의 몸체가 손상되는 것을 방지하고 결과적으로 이온 주입 장치의 안정성을 향상한다.The present invention relates to an ion implantation process in which impurities are implanted into the surface of a wafer, and more particularly, when an argon gas is used in forming a thin film on a specific portion of an ion implanter. It relates to a flushing (Flushing) method for passing ions without forming a magnetic field in the. To this end, the present invention discloses a method for removing a magnetic field of an analysis section by cutting off the power by using a controller connected to a power supply for supplying power to the analysis section when argon gas is supplied, and also connected to a power supply, and argon Disclosed is a structure in which a controller is formed to operate by receiving a predetermined signal from a valve of a gas pipe to which gas is supplied. Through this method and structure, it is possible to prevent the cation of argon gas from directly impacting the inside of the analysis section, to prevent deterioration of the protective film of the analysis section or damage to the body of the analysis section, and consequently to improve the stability of the ion implantation apparatus. do.
Description
본 발명은 웨이퍼의 표면에 불순물을 주입하는 이온 주입(Ion Implantation) 공정에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 이온 주입 장치(Ion Implanter)에서 유독성 가스가 사용됨에 의해 손상된 특정 부분을 보호할 수 있도록 장치의 특정 부분에 박막을 형성시키는 플러싱(Flushing) 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ion implantation process for injecting impurities into the surface of a wafer, and more particularly, to protect a specific portion damaged by the use of a toxic gas in an ion implanter. The present invention relates to a flushing method for forming a thin film in a specific portion.
웨이퍼를 가공하는 공정에서, 웨이퍼의 표면에 회로패턴을 형성하기 위하여 박막, 사진, 식각 및 확산 등의 공정이 반복적으로 수행되며 이러한 공정 중에서 웨이퍼 표면에 불순물을 주입하는 공정의 한 가지 수단으로 이온 주입 장치가 이용된다. 이온 주입 장치는 이온을 생성하는 이온 생성실(Ion Source), 생성된 이온을 자장(磁性)을 이용하여 선별하는 분석구간(Ion Analyzer), 선별된 이온을 가속시키는 이온 가속부(Ion Accelerator) 및 주사된 이온이 직접 웨이퍼 표면에 주입되는 이온 주입부(Target)를 포함하는 구성을 갖는다.In the process of processing wafers, thin films, photographs, etching, and diffusion processes are repeatedly performed to form circuit patterns on the surface of the wafer, and ion implantation is a means of injecting impurities into the wafer surface. The device is used. The ion implantation apparatus includes an ion source for generating ions, an ion analyzer for selecting generated ions using a magnetic field, an ion accelerator for accelerating the selected ions, and It has a configuration including an ion implantation (Target) in which the scanned ions are implanted directly on the wafer surface.
도 1은 이온 주입 공정을 간략하게 도시한 블록도이다. 도 1을 참고로 하여 이온 주입 장치(100)를 간략하게 설명하면 다음과 같다.1 is a block diagram schematically illustrating an ion implantation process. The ion implantation apparatus 100 will be briefly described with reference to FIG. 1 as follows.
고진공 상태를 유지하는 이온 생성실(20)이 있으며, 이온 생성실(20)로 가스와 함께 고주파 전원이 공급되어 이온이 생성된다. 생성된 이온은 이온 생성실(20) 주위에 형성된 자장에 의해 방향성을 갖는 이온 빔(10) 형태로 방출된다.There is an ion generating chamber 20 that maintains a high vacuum state, the high frequency power is supplied to the ion generating chamber 20 together with gas to generate ions. The generated ions are emitted in the form of an ion beam 10 having directivity by the magnetic field formed around the ion generating chamber 20.
방출된 이온 빔(10)은 전하 교환기(30)를 통과하면서 양이온들이 음이온들로 변환되며, 이온 빔(10)은 다시 분석구간(40)을 통과하면서 분석구간에 형성된 자장에 의해 선별된다.As the emitted ion beam 10 passes through the charge exchanger 30, positive ions are converted into negative ions, and the ion beam 10 passes through the analysis section 40 and is selected by a magnetic field formed in the analysis section.
선별된 이온 빔(10)은 이온 가속부(50)를 통과하면서 가속되며, 가속된 이온이 이온 주입부(60)로 쏘아진다. 이온 빔(10)은 이온 주입부(60)에서 회전하는 디스크(62) 위에 놓여진 웨이퍼(64)의 표면으로 주입된다.The selected ion beam 10 is accelerated while passing through the ion accelerator 50, and the accelerated ions are directed to the ion implanter 60. The ion beam 10 is injected into the surface of the wafer 64 placed on the disk 62 that rotates in the ion implantation unit 60.
이와 같은 이온 주입 장치에서, 이온 생성실로 수소화비소(AsH3; Arsine), 인화수소(PH3; Phosphine) 및 삼플루오르화붕소(BF3; Boron Fluoride) 등과 같은 가스들이 공급되며, 이들 가스들은 이온 생성실 내에서 고주파 전원에 방전되어 이온을 생성시킨다. 생성된 이온들의 대부분은 주위의 자장에 따라 빔 게이트를 통하여 방향성을 가지고 방출되지만, 극히 일부의 이온들은 이온 생성실 내부, 전하 교환기 내부 및 이온 분석구간 내부 등과 같은 특정 부분에 불순물로서 침적될 수 있다. 이들 침적된 이온들은 이온 주입 공정이 실시될 때, 아킹(Arcing)과 같은 현상을 야기할 수 있으며 나아가 이온 주입 장치의 안정성을 떨어뜨릴 수 있다.In such an ion implantation apparatus, gases such as arsenic hydride (AsH 3 ; Arsine), hydrogen phosphide (PH 3 ; Phosphine), and boron trifluoride (BF 3 ) are supplied to the ion generating chamber, and these gases are ionized. It is discharged to a high frequency power supply in the production chamber to generate ions. Most of the generated ions are emitted directionally through the beam gate according to the surrounding magnetic field, but very few ions can be deposited as impurities in certain parts such as inside the ion generating chamber, inside the charge exchanger and inside the ion analysis section. . These deposited ions may cause phenomena such as arcing when the ion implantation process is performed, and may further reduce the stability of the ion implantation apparatus.
이러한 현상을 방지하기 위하여, 이온 주입 장치는 일정 시간마다 완전히 분해하여 불순물을 클리닝하는 오버홀(Overhaul) 작업이 수행되며, 오버홀 작업이 이루어지는 사이에 플러싱이 수행된다.In order to prevent such a phenomenon, the ion implantation apparatus performs an overhaul operation of completely decomposing and cleaning impurities every predetermined time, and flushing is performed between the overhaul operations.
플러싱은 오버홀 작업과 같이 장치를 완전히 분해하는 것이 아니며, 단지 이온 생성실로 아르곤(Ar) 가스가 주입되어 아르곤 가스에서 생성된 이온들이 이온 주입 장치의 특정 부분에 침적된 불순물 위로 박막을 형성하는 것이다. 즉, 아르곤 가스를 이용한 이온을 생성하여 특정 부분에 박막을 형성함으로써, 특정 부분의 불순물을 클리닝하는 오버홀 작업과 같이 불순물에 의한 아킹 현상을 방지한다.Flushing, like overhauling, does not completely decompose the device, but simply injects argon (Ar) gas into the ion generation chamber so that the ions generated in the argon gas form a thin film over the impurities deposited in a particular portion of the ion implantation device. That is, by generating ions using argon gas to form a thin film in a specific portion, the arcing phenomenon caused by the impurities is prevented, such as an overhaul operation for cleaning the impurities in the specific portion.
이와 같은 플러싱은 이온 주입 장치의 내부에 침적된 불순물 위로 박막을 형성하기 위하여 수행되기도 하지만, 그에 더하여 공급되는 가스가 바뀔 때마다 이온 주입 장치를 초기화(Initialize)하기 위해 사용될 수 있다.Such flushing may be performed to form a thin film over impurities deposited inside the ion implantation device, but may also be used to initialize the ion implantation device each time the supplied gas changes.
도 2는 종래 이온 주입 장치의 일부를 간략하게 도시한 부분단면도이다. 도 2를 참고로 하여 플러싱을 설명하면 다음과 같다.2 is a partial cross-sectional view schematically showing a part of a conventional ion implantation apparatus. The flushing will be described with reference to FIG. 2.
이온 생성실(20)로 아르곤 가스와 함께 고주파 전원이 공급되어 이온이 생성되며, 생성된 이온은 이온 생성실(20) 주위에 형성된 자장에 의해 방향성을 갖는 이온 빔(12) 형태로 방출된다.High-frequency power is supplied to the ion generating chamber 20 together with argon gas to generate ions, and the generated ions are emitted in the form of an ion beam 12 having a directivity by a magnetic field formed around the ion generating chamber 20.
방출된 이온 빔(12)은 전하 교환기(30)와 분석구간(40)을 통과하며, 이온 빔(12)의 일부가 이온 생성실(20), 전하 교환기(30) 및 분석구간(40)의 내부와 같은 특정 부분에 증착 되어 박막을 형성한다.The emitted ion beam 12 passes through the charge exchanger 30 and the analysis section 40, and a part of the ion beam 12 passes through the ion generating chamber 20, the charge exchanger 30, and the analysis section 40. It is deposited on a specific part, such as inside, to form a thin film.
이때 아르곤 가스에 의해 생성된 이온은 양이온(12)이며, 아르곤 가스의 특성에 따라 전하 교환기를 통과하더라도 음이온(10)으로 변환되지 않는다. 따라서, 양이온(12)이 자장이 형성된 분석구간(40)을 통과하면서 직접 분석구간(40)의 내부에 충돌하게 되어 분석구간(40) 내부의 보호막(44 ; Shield)을 열화 시키며 나아가 분석구간(40)을 형성하는 몸체(46)에 구멍을 형성시키는 등 손상을 일으킬 수 있다.At this time, the ions generated by the argon gas are the cations 12, and even though they pass through the charge exchanger according to the characteristics of the argon gas, they are not converted into the anions 10. Accordingly, the cation 12 directly impacts the inside of the analysis section 40 while passing through the analysis section 40 having the magnetic field, thereby degrading the shield 44 inside the analysis section 40 and further analyzing the analysis section ( It may cause damage such as forming a hole in the body 46 forming the 40.
본 발명의 목적은 이온 주입 장치를 플러싱할 때 양이온이 분석구간의 내부에 직접 충돌하는 것을 방지하는 것이다.It is an object of the present invention to prevent cations from directly impacting the interior of the analysis section when flushing the ion implantation device.
본 발명의 또 다른 목적은 이온 주입 장치를 플러싱할 때 분석구간에 자장을 형성시키지 않음으로써 장치의 손상을 방지하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent damage to the device by not forming a magnetic field in the analysis section when flushing the ion implantation device.
도 1은 이온 주입 공정을 간략하게 도시한 블록도,1 is a block diagram schematically illustrating an ion implantation process;
도 2는 종래 이온 주입 장치의 일부를 간략하게 도시한 부분단면도,2 is a partial cross-sectional view briefly showing a part of a conventional ion implantation apparatus;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러싱 방법을 도시한 순서도,3 is a flowchart illustrating a flushing method according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일부를 간략하게 도시한 부분단면도,4 is a partial cross-sectional view briefly showing a part of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일부를 간략하게 도시한 구성도이다.5 is a schematic view showing a part of an ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
10 : 음이온 12, 212, 312 : 양이온10: anion 12, 212, 312: cation
20, 220, 320 : 이온 생성실 30, 230, 330 : 전하 교환기20, 220, 320: ion generating chamber 30, 230, 330: charge exchanger
40, 240, 340 : 분석구간 242, 342 : 빔 덤프(Beam Dump)40, 240, 340: Analysis section 242, 342: Beam Dump
44 : 보호막(Shield) 46 : 분석구간의 몸체44: Shield 46: Body of the analysis section
50 : 이온 가속부 60 : 디스크50: ion accelerator 60: disk
62 : 웨이퍼 100 : 이온 주입 장치62 wafer 100 ion implantation device
322 : 가스관 324 : 밸브322 gas pipe 324 valve
346 : 전원 공급기 350 : 제어기346: power supply 350: controller
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아르곤 가스에서 생성된 이온 빔이 분석구간을 통과할 때 이온 빔이 분석구간의 내부에 직접 충돌하지 않도록 분석구간에 자장을 형성시키지 않는 플러싱 방법을 제공한다. 또한 이온 주입 장치는 분석구간에 공급되는 전원을 차단할 수 있는 제어기를 포함한다.In order to achieve this object, the present invention provides a flushing method that does not form a magnetic field in the analysis section so that the ion beam does not directly impact the interior of the analysis section when the ion beam generated in the argon gas passes through the analysis section. The ion implantation device also includes a controller that can cut off the power supplied to the analysis section.
본 발명에 따른 플러싱 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the flushing method according to the present invention.
이온 생성실로 가스가 공급되는 단계, 이온 생성실에서 가스로부터 이온이 생성되는 단계 및 전원에 의해 자장이 형성되는 분석구간을 이온이 통과하는 단계를 포함하며, 이온의 작용으로 이온 생성실에서 분석구간에 이르는 내벽에 박막을 형성하는 이온 주입 장치의 플러싱 방법이다.Gas is supplied to the ion generating chamber, ions are generated from the gas in the ion generating chamber, and ions pass through the analysis section in which the magnetic field is formed by the power source. It is a flushing method of the ion implantation apparatus which forms a thin film in the inner wall which leads to.
이온 생성실로 공급되는 가스가 아르곤 가스인 경우에 한하여 이온이 자장이 형성되지 않은 분석구간을 통과하며, 분석구간의 내벽이 양이온에 의해 열화 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.Only when the gas supplied to the ion generating chamber is an argon gas, ions pass through an analysis section in which no magnetic field is formed, and the inner wall of the analysis section is prevented from deteriorating by cations.
일반적으로 이온 주입 장치에 공급되는 수소화비소(AsH3), 인화수소(PH3) 및 삼플루오르화붕소(BF3)는 전하 교환기를 통과할 때, 이온 생성실에서 생성된 양이온들이 음이온들로 변환되지만, 플러싱에 사용되는 아르곤 가스는 분자의 구조상 변환되기 어려운 특징을 갖는다.In general, arsenic hydride (AsH 3 ), hydrogen phosphide (PH 3 ), and boron trifluoride (BF 3 ) supplied to an ion implanter convert cations generated in the ion generating chamber into anions as they pass through a charge exchanger. However, argon gas used for flushing has a feature that is difficult to convert structurally of the molecule.
또한 분석구간으로 공급되는 전원을 제어하는 제어기가 있으며, 제어기가 가스가 공급됨에 따라 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다. 가스는 밸브가 구비된 가스관을 통하여 공급되며, 밸브가 작동될 때 제어기로 소정의 신호가 전달되어 제어기의 동작이 이루어진다.In addition, there is a controller for controlling the power supplied to the analysis section, characterized in that the controller to cut off the power as the gas is supplied. Gas is supplied through a gas pipe provided with a valve, and when a valve is operated, a predetermined signal is transmitted to the controller to operate the controller.
이하 첨부도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러싱 방법을 도시한 순서도이다. 도 3을 참고로 하여 본 발명에 따른 플러싱 방법을 설명한다.3 is a flowchart illustrating a flushing method according to an embodiment of the present invention. A flushing method according to the present invention will be described with reference to FIG. 3.
이온 생성실로 가스가 공급되는 단계(110)와 가스로부터 이온이 생성되는 단계(120)가 수행된 후 아르곤 가스 여부를 확인하는 단계(130)가 수행되며, 확인 여부에 따라 아르곤 가스인 경우에 분석구간에 공급하는 전원을 차단하는 단계(140)와 이온이 분석구간을 통과하는 단계(150)가 수행되고, 아르곤 가스가 아닌 경우에 직접 이온이 분석구간을 통과하는 단계(150)가 수행된다.After the step 110 of supplying gas to the ion generating chamber and the step 120 of generating ions from the gas are performed, a step 130 of checking whether or not argon gas is performed is performed in the case of argon gas according to the checking. A step 140 of blocking the power supply to the section and 150 passing ions through the analysis section are performed, and 150 directly passing ions through the analysis section when the argon gas is not.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일부를 간략하게 도시한 부분단면도이다. 도 4를 참고로 하여 도 3의 플러싱 방법을 설명한다.4 is a partial cross-sectional view briefly showing a part of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. The flushing method of FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4.
이온 생성실(220)로 아르곤 가스와 함께 고주파 전원이 공급되어 이온이 생성되며, 생성된 이온은 이온 생성실(220) 주위에 형성된 자장에 의해 방향성을 갖는 이온 빔(212) 형태로 방출된다.High frequency power is supplied to the ion generating chamber 220 together with argon gas to generate ions, and the generated ions are emitted in the form of an ion beam 212 having a directivity by a magnetic field formed around the ion generating chamber 220.
방출된 이온 빔(212)은 전하 교환기(230)와 분석구간(240)을 통과하며, 이온 빔(212)의 일부가 이온 생성실(220), 전하 교환기(230) 및 분석구간(240)의 내부와 같은 특정 부분에 증착 되어 박막을 형성한다.The emitted ion beam 212 passes through the charge exchanger 230 and the analysis section 240, and a part of the ion beam 212 is formed in the ion generating chamber 220, the charge exchanger 230, and the analysis section 240. It is deposited on a specific part, such as inside, to form a thin film.
이때 아르곤 가스에 의해 생성된 이온은 양이온(212)이며, 양이온(212)이 자장이 형성되지 않은 분석구간(240)을 통과하면서 직접 분석구간(240) 내부의 일 지점에 형성된 빔 덤프(244 ; Beam Dump)에 충돌하게 된다.The ion generated by the argon gas is a cation 212, the beam dump 244 formed at a point inside the analysis section 240 while passing through the analysis section 240 in which the cation 212 is not formed a magnetic field; Beam Dump).
빔 덤프(244)는 흑연(Graphite) 재질이며, 빔 덤프(244)가 형성된 지점은 이온 빔(212)이 분석구간(240)을 직진하여 통과할 때 이온(212)이 분석구간(240)의 내부에 충돌하는 지점이다.The beam dump 244 is made of graphite material, and the spot where the beam dump 244 is formed is the ion 212 passes through the analysis section 240 when the ion beam 212 passes through the analysis section 240. This is the point of internal collision.
빔 덤프는 이온 주입 공정에서 사용되며, 이온 주입 공정에서는 처음 이온 주입 장치를 초기화하거나 또는 공급되는 가스가 바뀌는 과정에서, 생성된 이온 빔을 웨이퍼에 주입하기 전에 미리 이온 빔의 세기와 각도 등을 조절할 때 사용된다.The beam dump is used in the ion implantation process. In the ion implantation process, the intensity and angle of the ion beam are adjusted in advance before injecting the generated ion beam into the wafer during the initial initialization of the ion implantation device or when the supplied gas is changed. When used.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 주입 장치의 일부를 간략하게 도시한 구성도이다. 도 5를 참고로 하여 플러싱 방법을 설명한다.5 is a schematic view showing a part of an ion implantation apparatus according to another embodiment of the present invention. A flushing method will be described with reference to FIG. 5.
이온 생성실(320)로 아르곤 가스와 함께 고주파 전원이 공급되어 이온이 생성되며, 생성된 이온은 이온 생성실(320) 주위에 형성된 자장에 의해 방향성을 갖는 이온 빔(312) 형태로 방출된다.High frequency power is supplied to the ion generating chamber 320 together with argon gas to generate ions, and the generated ions are emitted in the form of an ion beam 312 having directivity by a magnetic field formed around the ion generating chamber 320.
방출된 이온 빔(312)은 전하 교환기(330)와 분석구간(340)을 통과하며, 이온 빔(312)의 일부가 이온 생성실(320), 전하 교환기(330) 및 분석구간(340)의 내부와 같은 특정 부분에 증착 되어 박막을 형성한다.The emitted ion beam 312 passes through the charge exchanger 330 and the analysis section 340, and a portion of the ion beam 312 is connected to the ion generating chamber 320, the charge exchanger 330, and the analysis section 340. It is deposited on a specific part, such as inside, to form a thin film.
이때 아르곤 가스에 의해 생성된 이온은 양이온(312)이며, 양이온(312)이 자장이 형성되지 않은 분석구간(340)을 통과하면서 직접 분석구간(340) 내부의 일 지점에 형성된 빔 덤프(342)에 충돌하게 된다.At this time, the ions generated by the argon gas are the cations 312, and the beam dump 342 formed at one point inside the analysis section 340 while passing through the analysis section 340 in which the cation 312 does not have a magnetic field is formed. Will crash.
분석구간(340)은 전원 공급기(346)에 의해 전원이 공급됨으로써 자장이 형성되며, 이온 생성실(320)로 공급되는 가스는 밸브(324)가 형성된 가스관(322)을 통해 공급된다. 밸브(324)가 여닫는 동작에 따라 소정의 신호가 제어기(350)로 전달되며, 아르곤 가스가 공급되는 가스관(322)의 밸브(324)가 열릴 때 제어기(350)는 전원 공급기(346)에서 분석구간(340)으로 공급되는 전원을 차단한다.The analysis section 340 is a magnetic field is formed by the power supply by the power supply 346, the gas supplied to the ion generating chamber 320 is supplied through the gas pipe 322, the valve 324 is formed. As the valve 324 opens and closes, a predetermined signal is transmitted to the controller 350. When the valve 324 of the gas pipe 322 to which argon gas is supplied is opened, the controller 350 analyzes the power supply 346. The power supplied to the section 340 is cut off.
본 발명에 따른 이온 주입 장치의 플러싱 방법은 이온 생성실로 공급되는 가스가 아르곤 가스인 경우에 분석구간에 자장을 형성시키지 않고 이온을 통과시킴으로써, 아르곤 가스의 양이온이 분석구간의 내부에 직접 충돌하여 보호막을 열화 시키는 것을 방지하고, 충돌로 인해 분석구간의 몸체에 손상이 발생하는 것을 방지하며, 결과적으로 이온 주입 장치를 안정시킬 수 있다.In the flushing method of the ion implantation apparatus according to the present invention, when the gas supplied to the ion generating chamber is an argon gas, ions pass through without forming a magnetic field in the analysis section. It is possible to prevent deterioration, to prevent damage to the body of the analysis section due to the collision, and as a result, to stabilize the ion implantation device.
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